无锡硬质合金刀具修磨质量材质上乘,昂迈工具

活塞环主要分为气环和油环两种。

活塞环的作用

气环的作用是保证气缸与活塞间的密封性，防止漏气，并且要把活塞顶部吸收的大部分热量传给气缸壁，由冷却水带走；油环起布油和刮油的作用，下行时刮除气缸壁上多余的机油，上行时在气缸壁上铺涂一层均匀的油膜。这样既可以防止机油窜入气缸中燃烧掉，又可以减少活塞与气缸壁的摩擦阻力。此外，油环还能起到辅助封气的作用。

活塞环的工作条件及性能要求

活塞环工作时受到气缸中高温、高压燃气的作用，温度较高（尤其是，温度可达600K）。活塞环在气缸内做高速运动，加上高温下部分机油出现变质，使活塞环的润滑条件变差，难以保证液体润滑，磨损严重。因此，要求活塞环弹性好，强度高、耐磨损。

活塞环的间隙

活塞环会在发动机运转过程中与高温气体接触发生热膨胀现象，而周期性的往复运动又使其出现径向胀缩变形。因此，为了保证正常的工作，活塞环在气缸内应该具有以下间隙。

d—活塞环内径；B—活塞环宽度

■ 端隙又称开口间隙，是指活塞环在冷态下装入气缸后，该环在上止点时，环的两端头之间的间隙。一般为0.25~0.50mm。

■ 侧隙又称边隙，是指活塞环装入活塞后，其侧面与活塞环槽之间的间隙。第道环因为工作温度高，间隙较大，一般为0.04~0.10mm；其他环一般为0.03~0.07mm。油环侧隙比气环小。

■ 背隙是指活塞环装入气缸后，活塞环内圆柱面与活塞环槽底部间的间隙，一般为0.50~1.00mm。油环背隙较气环大，有利于增大存油间隙，便于减压泄油。

活塞环的泵油作用

由于侧隙和背隙的存在，当发动机工作时，活塞环便产生了泵油作用。其原因是，活塞下行时，活塞环靠在环槽的上方，活塞环从缸壁上刮下来的机油充入环槽下方；当活塞上行时，活塞环又靠在环槽的下方，同时将机油挤压到环槽上方。如此反复运动，就将缸壁上的机油泵入燃烧室。由于活塞环的泵油作用，使机油窜入燃烧室，会使燃烧室内形成积炭和增加机油消耗，并且还可能在环槽（尤其是第道气环槽）中形成积炭，使环卡死，失去密封作用，甚至折断活塞环。

气 环

■ 气环的密封机理

活塞环有一个切口，且在自由状态下不是圆环形，其外形尺寸比气缸的内径大些，因此，它随活塞一起装入气缸后，便产生弹力而紧贴在气缸壁上。

活塞环在燃气压力作用下，压紧在环槽的下端面上，于是燃气便绕流到环的背面，并发生膨胀，其压力下降。同时，燃气压力对环背的作用力使活塞环更紧地贴在气缸壁上。压力已有所降低的燃气，从第道气环的切口漏到第二道气环的上平面时，又把这道气环压贴在第二环槽的下端面上，于是，燃气又绕流到这个环的背面，再发生膨胀，其压力又进一步降低。

如此继续进行下去，从***后一道气环漏出来的燃气，其压力和流速已经大大减小，因而泄漏的燃气量也就很少了。因此，为数很少的几道切口相互错开的气环所构成的“迷宫式”封气装置，就足以对气缸中的高压燃气进行有效的密封。

气环的断面形状及各环间隙处的气体压力

■ 气环的切口

气缸内的燃气漏入曲轴箱的主要通路是活塞环的切口，因此，切口的形状和装入气缸后的间隙大小对于漏入曲轴箱的燃气量有一定的影响，切口间隙过大，则漏气严重，使发动机功率减小；间隙过小，活塞环受热膨胀后就有可能卡死或折断。切口间隙值一般为0.25~0.8mm。第道气环的温度，因而其切口间隙值。

气环的切口形状

直角形切口工艺性好；阶梯形切口的密封性好，但工艺性较差；斜口形切口，斜角一般为30°或45°，其密封作用和工艺性均介于前两种之间，但其锐角部位在套装入活塞时容易折损；图中(d)为二冲程发动机活塞环的带防转销钉槽的切口，压配在活塞环槽中的销钉，是用来防止活塞环在工作中绕活塞中心线转动的。

■ 气环断面形状

气环的断面形状

■ 矩形环的优点是结构简单、制造方便、散热性好、废品率低；缺点主要是有泵油作用，容易造成机油消耗量过大并有可能形成燃烧室积炭。另外，矩形环的刮油性、磨合性及密封性较差，现代汽车基本不采用。

■ 锥面环的优点是与气缸壁的接触为线接触，密封和磨合性能较好，刮油作用明显，容易形成油膜以改善润滑；缺点是传热性能较差。锥面环主要应用在除第道环外的其他环。

■ 扭曲环是当代汽车发动机广泛应用的一种活塞环，主要是因为扭曲环除具有锥面环的优点之外，还能减小泵油作用，减轻磨损、提高散热性能。安装扭曲环时应特别注意：内圆切槽向上，外圆切槽向下，不能装反。

■ 梯形环的主要优点是能把沉积在环槽中的结焦挤出，从而避免了活塞环被黏结而出现折断，同时其密封性能优越，使用寿命长；缺点主要是上下两端面的精磨工艺较复杂。梯形环在热负荷较大的柴油发动机上使用较多。

■ 桶面环的优点是活塞的上下行程都可以形成楔形油膜以改善润滑，对活塞在气缸内摆动的适应性好，接触面积小，有利于密封；缺点是凸圆弧面加工困难，多用于强化柴油发动机的第道环。

油 环

油环分为普通油环和组合油环两种。

普通油环是用合金铸铁制造的。其外圆面的中间切有一道凹槽，在凹槽底部加工出很多穿通的排油小孔或狭缝。油环上唇的上端面外缘一般均有倒角，可以使油环向上运动时能够形成油楔。机油可以把油环推离气缸壁，从而易于进入油环的切槽内。下唇的下端面外缘不倒角，这样向下刮油能力较强。鼻式油环和双鼻式油环的刮油能力更强，但加工较困难。

油环及其刮油作用

油环的断面形状

对于由三个刮油钢片和两个弹性衬环组成的组合式油环，轴向衬环夹装在第二、第三刮油片之间，径向衬环使三个刮油片压紧在气缸壁上。这种油环的优点是，片环薄，对气缸壁的比压（单位面积上的压力）大，因而刮油作用强；三个刮油片是各自***的，故对气缸的适应性好；重量轻；回油通路大。因此，组合油环在高速发动机上得到较广的应用。其缺点是制造成本高（片环的外表面必须镀铬，否则滑动性不好）。

Inconel 718特性及应用领域概述：

该合金在-253～700℃温度范围内具有良好的综合性能，650℃以下的屈服强度居变形高温合金的首位，并具有良好的、辐射、氧化、耐腐蚀性能，以及良好的加工性能、焊接性能良好。能够制造各种形状复杂的零部件，在宇航、核能、石油工业及挤压模具中，在上述温度范围内获得了极为广泛的应用。

Inconel 718相近牌号：

中国

GB/T 14992-2005

GH4169(原GH169)

美国

SPECIAL METALS

INCONEL? ALLOY 718

ASTM B637

UNS N07718

欧洲

EN 10088-1

NiCr19Fe19Nb5

2.4668

Inconel 718 化学成份（百分比%）：

牌号

N07718

GH4169

C

≤0.08

0.02~0.08

Si

≤0.35

Mn

P

≤0.015

S

Cr

17.00~21.00

Ni

50.00~55.00

Mo

2.80~3.30

Co

≤1.00

Nb Ta

4.75~5.50

4.70~5.50

Nb:4.75~5.50

Al

0.20~0.80

0.30~0.70

Ti

0.65~1.15

0.60~1.20

B

≤0.006

0.002~0.006

Mg

—

≤0.010

Cu

≤0.30

Fe

余量

Inconel 718物理性能：

密度

g/cm3

熔点

℃

热导率

λ/(W/m?℃)

比热容

J/kg?℃

弹性模量

GPa

8.24

1260

1320

14.7(100℃)

435

199.9

剪切模量

电阻率

μΩ?m

泊松比

线膨胀系数

a/10-6℃-1

77.2

1.15

0.3

11.8(20~100℃)

Inconel 718力学性能：(在20℃检测机械性能的小值)

热处理方式

拉强度

σb/MPa

屈服强度

σp0.2/MPa

延伸率

σ5 /%

布氏硬度

HBS

固溶处理

965

550

30

≥363

Inconel 718生产执行标准：

标准

棒材

锻件

板(带)材

丝材

管材

ASTM

ASTM B670

ASTM B906

AMS

AMS 5662

AMS 5663

AMS 5664

AMS 5596

AMS 5597

5832

AMS 5589

AMS 5590

A***E

A***E SB637

Inconel 718 金相***结构：

该合金标准热处理状态的***由γ基体γ'、γ"、δ、NbC相组成。

Inconel 718工艺性能与要求：

1、因Inconel718合金中铌含量高，合金中的铌偏析程度与治金工艺直接有关。

2、为避免钢锭中的元素偏析过重，采用的钢锭直径不大于508mm。

3、经均匀化处理的合金具有良好的热加工性能，钢锭的开坯加热温度不得超过1120℃。

4、该合金的晶粒度平均尺寸与锻件的变形程度、终锻温度密切相关。

5、合金具有满意的焊接性能，可用弧焊、电子束焊、缝焊、点焊等方法进行焊接。

6、合金不同的固溶处理和时效处理工艺会得到不同的材料性能。由于γ"相的扩散速率较低，所以通过长时间的时效处理能使Inconel718合金获得佳的机械性能。

刃口钝化的刀具切削刃描摹上的微观缺陷大幅缩减，刃口崩坏的几率大幅下降，能够延常刀具使用寿命50%-400%。因此，开展刀具刃口钝化的研讨对进步我国刀具产品的质量具有十分重要的含义。现在，国外的刀具制造厂已广泛选用刃口钝化技能，从国外引入的数控机床或者生产线所使用的刀具，其刃口已全部经过钝化处理，不只进步了工件外表质量，下降了刀具成本，一起也带来了巨大的经济效益。刀具钝化办法有振荡钝化、磨粒尼龙刷法钝化、磁化法钝化和立式旋转钝化等，立式旋转钝化进程实际上是涣散固体颗粒对刀具刃口效果的进程。

含磨粒的刀具刃口钝化法具有重复性好、质量高和成本低一级特色，是现在首要选用的刀具刃口钝化办法，通过刀具和磨粒的相对运动实现刃口钝化，磨粒多选用金刚石、CBN和碳化硅颗粒等。现在，关于磨粒效果机理研讨的比较少，首要有冲击单颗磨粒、冲击多磨粒磨损、刀具和切屑间存在磨粒、磨料水射流和半固着磨粒等，***研讨磨粒类型、磨粒尺寸和冲击速度对外表的影响规则，而关于涣散磨粒对工件外表效果机理的研讨更少。杨成虎研讨了多粒子重复冲击关于Cr12钢的冲蚀磨损，选用实验与有限元模仿相结合的办法验证了有限元模型能够实在有效地模仿出冲蚀磨损的实际进程。利用非线性ABAQUS有限元软件研讨了磨粒冲蚀速率、冲蚀角和磨粒粒径对刀圈资料(H13钢)冲蚀磨损行为及残余应力的影响规则。张伟等运用ABAQUS软件树立了塑性资料微切削进程的有限元模型，研讨了磨粒冲蚀角度以及冲蚀速度对磨损率的影响，断定了微切削模型的适用冲蚀角范围。

为了取得合适的钝化刃口形状，进步切削进程的稳定性，需求研讨涣散固体磨粒对刀具刃口的钝化机理。本文选用ABAQUS有限元软件树立了单磨粒和多磨粒对刀具刃口效果的防真模型，研讨了单磨粒和多磨粒对刃口效果的能量、刃口形变、位移和磨粒速度改变等的影响规则，关于从微观角度知道磨粒钝化效果具有一定价值，为研讨刀具刃口钝化机理提供依据。

1 单磨粒钝化刃口防真模型的树立

依据立式旋转钝化法的基本特色，刀具在涣散固体磨粒中进行两级行星运动，刀具刃口与涣散固体磨粒不断进行磕碰冲击，使得刀具刃口钝化。刀具沿着一定的轨迹进行运动，而涣散固体磨粒的运动规则相对随机。因此，涣散固体磨粒对刀具刃口的钝化进程是十分复杂的。

作为非线性有限元处理工具，ABAQUS在处理复杂问题和模仿高度非线性问题上有极大优势。选用ABAQUS软件树立磨粒对刀具刃口钝化的防真模型。

①刀具钝化模型的简化：因为磨粒相关于刀具刃口要小得多，能够将刀具刃口看作无限大，底端固定不动，粒子向刀具刃口冲击。

②磨粒：磨粒选用80目碳化硅，颗粒形状设为球形。

③刀具：选用硬质合金刀具，刀具刃口尺寸设为0.5mm×0.25mm×0.1mm。

④网格划分：将刀具刃口与磨粒触摸部分的网格区域划分得略细，磨粒的母线布置种子数目为10，挑选显式线性三维应力单元C3D4。刀具刃口种子数目分别设为10和25，磨粒单元形状为Tet（四面体），完成网格划分。

⑤防真设置：触摸属性为Contact，冲击速度设置为100m/s，核算剖析步时刻为5E-5s，设置20个剖析步，选用job模块进行求解。

2 单磨粒钝化刃口防真结果

(1)刀具刃口应力改变规则

单磨粒对刀具刃口效果的应力矢量云图见图1。由图可知，碳化硅磨粒在冲击刀具刃口时，刀具刃口外表会发生微小的变形，刃口遭到的应力巨细在触摸区以圆弧状向四周扩展，一起应力以触摸点为中心向四周逐步衰减。刃口被冲击的外表略微下凹，就像一个小球在地上砸出了一个坑相同。

图1 单磨粒对刀具刃口效果的应力散布

(2)刀具刃口的冲击区域与应力的关系

刀具刃口的冲击区域与应力的关系见图2。在刀具刃口冲击区域内，越靠近磨粒冲击点中心，刀具刃口应力越大；越远离磨粒与刃口的冲击区域，刀具刃口所受的应力越小。

(3)刀具刃口的位移改变规则

单磨粒对刀具刃口效果的位移曲线见图3。在刀具刃口钝化进程中，碳化硅磨粒与刃口的冲击十分时间短。当碳化硅磨粒从0时刻开端运动且当时刻到达7.5E-06s时，碳化硅磨粒的位移到达蕞大。尔后，磨粒开端反弹。

图2 到效果点中心的间隔所对应的应力关系

图3 刀具刃口的位移改变规则

(4)单磨粒速度改变规则

磨粒在与刃口触摸时，与刃口之间的效果速度逐步减小，随后反弹（见图4）。

图4 磨粒速度改变规则

3 多磨粒防真模型的树立及结果

选用三颗磨粒重复冲击，研讨多磨粒对刀具刃口的钝化。边界条件与资料参数及边界的界定与单磨粒模型共同。冲击速度为300m/s，多磨粒对刀具刃口钝化的防真模型见图5。

图5 多磨粒对刀具刃口效果的防真模型

(1)刀具刃口的应力散布

图6为地一颗磨粒对刀具刃口冲击的应力云图。由图可知，在地一剖析步t=2.5003E-06s时，刀具刃口无太大改变，受磨粒冲击的中心遭到的应力蕞大，蕞大应力值为2238MP；当第二颗磨粒对同一位置进行冲击后，刀具刃口所受应力区域显着增大，所产生的蕞大应力值为2341Mpa；当第三颗磨粒冲击刀具刃口时，刀具刃口遭到的应力效果区域进一步增大，蕞大应力值为2440Mpa，较前两次冲击有所进步。

图6 地一颗磨粒冲击刀具刃口的应力散布

(2)磨粒速度改变规则

多磨粒冲击刀具刃口的速度改变规则见图7。在0s时，地一颗磨粒开端与刀具刃口磕碰，随后磨粒速度开端下降，直至越过零点成为负值。磨粒速度为负是因为磨粒发生了回弹，磨粒对刀具刃口产生磨损。在1.0E-5s、2.0E-5s时，第二颗磨粒、第三颗磨粒分别与刀具刃口效果，效果方式和地一颗磨粒相同。

图7 三颗碳化硅磨粒速度改变规则

刀具刃口在三颗磨粒冲击下的位移曲线见图8。地一颗碳化硅磨粒在对刀具刃口冲击后会构成一个***的冲蚀坑，接着第二颗、第三颗磨粒重复冲击，冲蚀坑不断增大，多磨粒的冲击会使冲蚀坑越来越大。

图8 刀具刃口遭到重复冲击的位移改变

(4)多磨粒对刀具刃口效果的能量改变规则

刀具刃口钝化的进程也是能量交换的进程。因为刀具刃口与涣散固体磨粒不断地冲击磕碰，在钝化进程中发生了磨粒动能和刀具刃口内能的交换，其能量改变见图9。

图9 刀具刃口钝化的能量改变

由图9可知，碳化硅磨粒在触摸刀具刃口后速度开端下降，约在2E-05s时到达蕞低。磨粒的动能因为速度的减小而减小，大约在2E-05s时到达蕞低。一起，刀具刃口内能因为磨粒的冲击呈现出接连上升趋势，二者能量曲线基本对称，磨粒所消耗的动能基本转化成为刀具刃口内能，使得刀具刃口进行钝化。

小结

选用ABAQUS有限元剖析软件树立了磨粒对刀具刃口冲击的防真模型，研讨了磨粒冲击刀具刃口时磨粒速度、刃口应力、刃口位移和能量等的改变规则。首要定论如下：

(1)当单磨粒对刀具刃口进行钝化时，刀具刃口的应力在冲击区域以圆弧状向四周扩展。碳化硅磨粒与刃口的冲击十分时间短，磨粒从零时刻开端运动，当时刻到达7.5E-06s时，碳化硅磨粒的位移到达蕞大，尔后，磨粒开端反弹。

(2)当多碳化硅磨粒对刀具刃口进行不断冲击时，受力区域不断增大，刀具刃口所受应力增大，冲蚀坑不断增大。