技術(shù)研究報告

1、課題編號：2011ZC0206課題名稱：濰柴用WP7高性能柴油機活塞設(shè)計與制造申請鑒定單位：山東濱州渤?；钊煞萦邢薰荆ㄉw章）申請鑒定日期：一、國內(nèi)外同類技術(shù)的背景材料汽車工業(yè)是我國國民經(jīng)濟的重要產(chǎn)業(yè),近幾年汽車工業(yè)在跨越式油發(fā)動機正在向高負荷、高功率、高強度化方向發(fā)展，這對活塞本身的性能提出了更高的要求。負荷;活塞特別是高性能活塞已發(fā)展成為高技術(shù)含量產(chǎn)品。WP7系列柴油機作為重要戰(zhàn)略項目提出，并進行全新設(shè)計開發(fā)，滿足市場的需求，擴大國內(nèi)市場占有率。該發(fā)動機為廢氣渦輪增壓中冷、直列、六缸、水冷、高壓共軌、織合理，排放達到歐標準，符合我國排放法規(guī)的要求，市場前景十分廣闊。WP7-35活塞是與該

2、機型配套的新型柴油機活塞，作為發(fā)動機的活塞環(huán)卡滯、折斷，使活塞環(huán)保持良好彈性及密封性，提高整機工作可靠性，耐磨鑲?cè)τ筛哝噴W氏體鑄鐵制成，增加了環(huán)槽的耐磨性，使的形成；活塞裙部表面石墨化處理，減少了活塞摩擦損失，裙部導向塞的熱負荷；活塞銷孔采用異形曲面設(shè)計進一步降低了銷座應(yīng)力峰靠性。材料為性能優(yōu)良的共晶硅鋁合金材料BH135+。以上活塞新技術(shù)的應(yīng)用使發(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、油耗低、噪音小，可靠性高，完全適合當前重型載貨車、工程機械發(fā)動機的需求，市場前景十分廣闊。二、技術(shù)方案論證項目前期調(diào)研項目可行性分析設(shè)計標準活塞方案設(shè)計發(fā)動機參數(shù)有限元分析鹽芯模具研究結(jié)構(gòu)強度分析鑄造毛坯工藝研究引進鑄淬工藝模具改進引

3、進超聲波探傷技術(shù)加工工藝研究使用全自動生產(chǎn)線加工活塞表面處理工藝研究全自動檢驗設(shè)備使用全自動生產(chǎn)線加工活塞試驗驗證溫度場測量溫度批量生產(chǎn)三、技術(shù)特征1.1WP7-35活塞方案設(shè)計WP7系列柴油機驗，我公司在活塞的結(jié)構(gòu)優(yōu)化及型面設(shè)計方面進行了全新設(shè)計。WP7發(fā)動機性能參數(shù)：型式：直列、增壓水冷、四沖程、六缸、高壓共軌缸徑X沖程：108X130活塞總排量：7.14L壓縮比：16:1標定功率/轉(zhuǎn)速：220(KW)/2300(r/min)最大扭矩/轉(zhuǎn)速：1100/1700(r/min)活塞主要技術(shù)參數(shù)活塞總高：110.1mm壓縮高：0.03mm裙部外圓橢圓長軸最大尺寸：0.009mm銷孔直徑：44（+

4、，材料：BH135+1.2WP7-35活塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計：燃燒室形狀的設(shè)計：根據(jù)發(fā)動機歐排放要求，為保證燃油與空氣的充分混合與燃率?；钊鋮s方式的設(shè)計：隨著強化程度的提高，活塞的冷卻也需要不斷的增強。目前，當單位面積功率Pcm時，采用內(nèi)腔噴油冷卻，當Pcm時,主要采活塞的單位面積功率為Kw/cm選用內(nèi)冷油腔振蕩冷卻方式。吸收的熱量，有效降低了活塞的熱負荷。潤滑油導流方式：普通柴油機活塞油環(huán)刮下的潤滑油一般經(jīng)由與內(nèi)腔相通的回油孔泄油，對于WP7-35高強化柴油機活塞，考慮到冷卻油量的增加，鑄造有凹面面窗，此結(jié)構(gòu)可以使油環(huán)掛下的潤滑油迅速回流油底殼，也有減輕活塞重量的作用?；钊牧系难兄崎_發(fā)利用高性能

5、的鋁硅合金材料，在高溫條件下具有更高疲勞強度，的25%左右?；钊^部截面形狀WP7-35熱流通路，采用大圓弧過渡，以增加從頂部到裙部的傳熱截面，從而將頭部熱流迅速傳出，使活塞的頭部溫度得到降低。異性銷孔結(jié)構(gòu)設(shè)計WP7-35活塞裙部表面處理石墨處理，石墨層厚度?；钊共靠v向型線的設(shè)計分開，實現(xiàn)流體動力潤滑效果，從而降低摩擦損失，并且活塞在下行好的穩(wěn)定導向作用。裙部型線活塞裙部橫向截面設(shè)計活塞裙部橢圓度與發(fā)動機缸徑、側(cè)壓力、強化程度、活塞材料和裙部壁厚等有關(guān)。WP7-35設(shè)計為橢圓度為的橫向變橢圓形面，通過力均勻分布。裙部橫向截面活塞結(jié)構(gòu)強度分析在研制階段確定活塞壽命的方法主要有兩種：臺架試驗和計

6、算。要通過臺架試驗結(jié)果總結(jié)在各種條件下受熱件的壽命及其分布規(guī)律，真分析軟件的應(yīng)用越來越受到產(chǎn)品設(shè)計人員的關(guān)注。(1)有限元計算：通過有限元計算，確定活塞的溫度場、熱-機耦合的應(yīng)力場、活塞各部位的變形量，再應(yīng)用后處理程序，計算出的時間、提高產(chǎn)品可靠性、降低活塞研發(fā)費用。(2)活塞在氣缸內(nèi)的動力學分析：通過活塞動力模擬計算分析，擬計算出發(fā)動機的機油消耗和漏氣量。鑄造毛坯工藝研究原材料進廠液態(tài)鋁配制鋁合金熔煉成分檢測精煉處理毛坯澆注鹽芯生產(chǎn)鹽芯沖洗液體鋁合金配制外購合金鋁液經(jīng)過成分調(diào)整后直接用于活塞生產(chǎn)，避免二次熔化，既可保證鋁水質(zhì)量的穩(wěn)定，又能達到良好的節(jié)能效果?；钊辖痄X液熔煉成分調(diào)整、合金液變

7、質(zhì)使用工頻爐，通過電-磁實現(xiàn)升溫和攪拌，材料均勻，變質(zhì)充分，年生產(chǎn)合格鋁液萬噸以上。活塞合金鋁液精煉鋁液精煉采用氮氣-氯氣旋轉(zhuǎn)除氣法，氮氣、氯氣流量壓力可控，除氣、除渣徹底干凈，保證鋁液清潔。毛坯澆注公司自制的QZ130A、QZ130B、QZ110等系列澆注機均可用于柴油機活塞毛坯的生產(chǎn)。其中，QZ130A為半自動澆注機，是公司生產(chǎn)柴油機活塞毛坯的主要設(shè)備；QZ110為我公司自行研制的一機兩模、點機型；QZ130B為QZ130A的改進型，主要用于壓力鑄造活塞毛坯的生產(chǎn)。內(nèi)冷油道沖洗自動6工位鹽芯沖洗設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)水沖洗、清水沖洗、高鋼球檢驗，保證每只活塞內(nèi)冷通道暢通?；钊麩崽幚砗捅貢r間P

8、LC穩(wěn)定性?；钊麢C加工生產(chǎn)生產(chǎn)線為2010年整體新上線，人員均長期從事小批高精活塞加工。環(huán)槽、燃燒室、頂面、外圓、銷孔的精加工均采用超硬材料刀具，確保嚴格的公差要求與高精的表面質(zhì)量。本活塞機加工工序：鉆銷孔粗車止口粗車外圓及頂面內(nèi)冷通道探傷精車止口粗鏜銷孔鉆內(nèi)冷通道孔精車環(huán)槽及半精車外圓半精鏜銷孔車擋圈槽及外口車銷孔內(nèi)倒角精車頂面、精車燃燒室精鏜銷孔精車外圓去毛刺活塞質(zhì)量控制點-精鏜銷孔該工序為關(guān)鍵工序，主要控制點：銷孔直徑、圓柱度、偏移、壓縮高、對外圓垂直度、異形銷孔型線?；钊|(zhì)量控制點-精車外圓該工序為關(guān)鍵工序，主要控制點：外圓基準尺寸，橢圓長軸相對銷孔中心線的最大偏移、外圓型線及橢圓；一

9、槽下側(cè)面倒角?；钊|(zhì)量控制點-內(nèi)冷油道探傷用于檢測活塞內(nèi)冷油道缺陷檢測，也可用于鑲環(huán)內(nèi)側(cè)面與與鋁基體結(jié)合缺陷的檢測。表面處理生產(chǎn)用全自動高壓清洗機對活塞表面進行清潔，清潔活塞粘附的鋁屑或油跡。應(yīng)用最先進的自動印刷機對活塞裙部進行石墨化處理。對印刷完石墨的活塞加溫固化，以保證石墨層與活塞本體的粘結(jié)強度。成品最終檢測印刷層、表面質(zhì)量進行100%檢驗，確?；钊母哔|(zhì)量交付。溫度場試驗把裝入硬度塞的活塞裝入發(fā)動機，參照規(guī)范制定磨合步驟。拆檢4結(jié)果。通過測試WP7發(fā)動機穩(wěn)定工況下WP7-35活塞表面溫度分布，為活塞改進設(shè)計、數(shù)值模擬分析提供依據(jù)。四、總體性能指標與國內(nèi)外同類先進技術(shù)的比較1、活塞新材料研

10、制WP7-35活塞用國內(nèi)獨有的與普通材料相比可提高25%左右。2、歐燃燒室結(jié)構(gòu)設(shè)計燃燒室形狀由普通的縮口形改為國際先進的歐排放燃燒室結(jié)構(gòu)，并且燃燒室中間部分凸起，使空氣與油束混合更加合理，提高了空氣的利用率。3、應(yīng)用內(nèi)冷油腔冷卻活塞頭部傳遞活塞所吸收的熱量，有效降低了活塞的熱負荷。4、活塞內(nèi)冷探傷技術(shù)的檢測快速有效。5、主要技術(shù)指標A、活塞主要技術(shù)參數(shù)活塞總高：110.1mm壓縮高：0.03mm裙部外圓橢圓長軸最大尺寸：0.009mm銷孔直徑：44（+，材料：BH135+B、BH135+材料性能硬度：105-135HBW體積穩(wěn)定性：%D常溫抗拉強度：200MPa（20）高溫抗拉強度：83MPa（300）活塞的單位面積功率為Kw/cm，所以，選用內(nèi)冷油腔振蕩冷卻方式。部到裙部的傳熱截面，使活塞的頭部溫度得到降低。作快速有效，保證活塞內(nèi)冷油道的暢通?；钊阅艿姆€(wěn)定性。G、引進超聲波探傷技術(shù)，研究出內(nèi)冷油道位置標樣和缺陷標樣，對活塞內(nèi)冷油道的安全性嚴格把關(guān)。五、技術(shù)成熟程度、本項目實施開始，通過在原有技術(shù)基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計活塞結(jié)構(gòu)，應(yīng)用最新的活塞鑄造工藝、合理的機加工工藝、先進的表面處理技術(shù)、已在公司其它