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發布時間：2020-12-24 18:57
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活塞環主要分為氣環和油環兩種。
活塞環的作用
氣環的作用是保證氣缸與活塞間的密封性，防止漏氣，并且要把活塞頂部吸收的大部分熱量傳給氣缸壁，由冷卻水帶走；油環起布油和刮油的作用，下行時刮除氣缸壁上多余的機油，上行時在氣缸壁上鋪涂一層均勻的油膜。這樣既可以防止機油竄入氣缸中燃燒掉，又可以減少活塞與氣缸壁的摩擦阻力。此外，油環還能起到輔助封氣的作用。
活塞環的工作條件及性能要求
活塞環工作時受到氣缸中高溫、高壓燃氣的作用，溫度較高（尤其是，溫度可達600K）。活塞環在氣缸內做高速運動，加上高溫下部分機油出現變質，使活塞環的潤滑條件變差，難以保證液體潤滑，磨損嚴重。因此，要求活塞環彈性好，強度高、耐磨損。
活塞環的間隙
活塞環會在發動機運轉過程中與高溫氣體接觸發生熱膨脹現象，而周期性的往復運動又使其出現徑向脹縮變形。因此，為了保證正常的工作，活塞環在氣缸內應該具有以下間隙。
d—活塞環內徑；B—活塞環寬度
■ 端隙又稱開口間隙，是指活塞環在冷態下裝入氣缸后，該環在上止點時，環的兩端頭之間的間隙。一般為0.25~0.50mm。
■ 側隙又稱邊隙，是指活塞環裝入活塞后，其側面與活塞環槽之間的間隙。第道環因為工作溫度高，間隙較大，一般為0.04~0.10mm；其他環一般為0.03~0.07mm。油環側隙比氣環小。
■ 背隙是指活塞環裝入氣缸后，活塞環內圓柱面與活塞環槽底部間的間隙，一般為0.50~1.00mm。油環背隙較氣環大，有利于增大存油間隙，便于減壓泄油。
活塞環的泵油作用
由于側隙和背隙的存在，當發動機工作時，活塞環便產生了泵油作用。其原因是，活塞下行時，活塞環靠在環槽的上方，活塞環從缸壁上刮下來的機油充入環槽下方；當活塞上行時，活塞環又靠在環槽的下方，同時將機油擠壓到環槽上方。如此反復運動，就將缸壁上的機油泵入燃燒室。由于活塞環的泵油作用，使機油竄入燃燒室，會使燃燒室內形成積炭和增加機油消耗，并且還可能在環槽（尤其是第道氣環槽）中形成積炭，使環卡死，失去密封作用，甚至折斷活塞環。
氣 環
■ 氣環的密封機理
活塞環有一個切口，且在自由狀態下不是圓環形，其外形尺寸比氣缸的內徑大些，因此，它隨活塞一起裝入氣缸后，便產生彈力而緊貼在氣缸壁上。
活塞環在燃氣壓力作用下，壓緊在環槽的下端面上，于是燃氣便繞流到環的背面，并發生膨脹，其壓力下降。同時，燃氣壓力對環背的作用力使活塞環更緊地貼在氣缸壁上。壓力已有所降低的燃氣，從第道氣環的切口漏到第二道氣環的上平面時，又把這道氣環壓貼在第二環槽的下端面上，于是，燃氣又繞流到這個環的背面，再發生膨脹，其壓力又進一步降低。
如此繼續進行下去，從后一道氣環漏出來的燃氣，其壓力和流速已經大大減小，因而泄漏的燃氣量也就很少了。因此，為數很少的幾道切口相互錯開的氣環所構成的“迷宮式”封氣裝置，就足以對氣缸中的高壓燃氣進行有效的密封。
氣環的斷面形狀及各環間隙處的氣體壓力
■ 氣環的切口
氣缸內的燃氣漏入曲軸箱的主要通路是活塞環的切口，因此，切口的形狀和裝入氣缸后的間隙大小對于漏入曲軸箱的燃氣量有一定的影響，切口間隙過大，則漏氣嚴重，使發動機功率減小；間隙過小，活塞環受熱膨脹后就有可能卡死或折斷。切口間隙值一般為0.25~0.8mm。第道氣環的溫度，因而其切口間隙值。
氣環的切口形狀
直角形切口工藝性好；階梯形切口的密封性好，但工藝性較差；斜口形切口，斜角一般為30°或45°，其密封作用和工藝性均介于前兩種之間，但其銳角部位在套裝入活塞時容易折損；圖中(d)為二沖程發動機活塞環的帶防轉銷釘槽的切口，壓配在活塞環槽中的銷釘，是用來防止活塞環在工作中繞活塞中心線轉動的。
■ 氣環斷面形狀
氣環的斷面形狀
■ 矩形環的優點是結構簡單、制造方便、散熱性好、廢品率低；缺點主要是有泵油作用，容易造成機油消耗量過大并有可能形成燃燒室積炭。另外，矩形環的刮油性、磨合性及密封性較差，現代汽車基本不采用。
■ 錐面環的優點是與氣缸壁的接觸為線接觸，密封和磨合性能較好，刮油作用明顯，容易形成油膜以改善潤滑；缺點是傳熱性能較差。錐面環主要應用在除第道環外的其他環。
■ 扭曲環是當代汽車發動機廣泛應用的一種活塞環，主要是因為扭曲環除具有錐面環的優點之外，還能減小泵油作用，減輕磨損、提高散熱性能。安裝扭曲環時應特別注意：內圓切槽向上，外圓切槽向下，不能裝反。
■ 梯形環的主要優點是能把沉積在環槽中的結焦擠出，從而避免了活塞環被黏結而出現折斷，同時其密封性能優越，使用壽命長；缺點主要是上下兩端面的精磨工藝較復雜。梯形環在熱負荷較大的柴油發動機上使用較多。
■ 桶面環的優點是活塞的上下行程都可以形成楔形油膜以改善潤滑，對活塞在氣缸內擺動的適應性好，接觸面積小，有利于密封；缺點是凸圓弧面加工困難，多用于強化柴油發動機的第道環。
油 環
油環分為普通油環和組合油環兩種。
普通油環是用合金鑄鐵制造的。其外圓面的中間切有一道凹槽，在凹槽底部加工出很多穿通的排油小孔或狹縫。油環上唇的上端面外緣一般均有倒角，可以使油環向上運動時能夠形成油楔。機油可以把油環推離氣缸壁，從而易于進入油環的切槽內。下唇的下端面外緣不倒角，這樣向下刮油能力較強。鼻式油環和雙鼻式油環的刮油能力更強，但加工較困難。
油環及其刮油作用
油環的斷面形狀
對于由三個刮油鋼片和兩個彈性襯環組成的組合式油環，軸向襯環夾裝在第二、第三刮油片之間，徑向襯環使三個刮油片壓緊在氣缸壁上。這種油環的優點是，片環薄，對氣缸壁的比壓（單位面積上的壓力）大，因而刮油作用強；三個刮油片是各自獨立的，故對氣缸的適應性好；重量輕；回油通路大。因此，組合油環在高速發動機上得到較廣的應用。其缺點是制造成本高（片環的外表面必須鍍鉻，否則滑動性不好）。
機械加工開展的總趨勢是高功率、、高柔性和強化環境意識。在機械加工范疇，切（磨）削加工是運用廣泛的加工辦法。
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高速切削是切削加工的開展方向，已成為切削加工的干流。它是先進制造技能的重要共性關鍵技能，推廣運用高速切削技能將大幅度前進出產功率和加工質量并降低成本。
高速切削技能的開展和運用決定于機床和刀具技能的前進，其間刀具資料的前進起決定性的效果。研討表明，高速切削時，跟著切削速度的前進，切削力減小，切削溫度上升很高，達到必定值后上升逐步趨緩。
造成刀具損壞主要的原因是切削力和切削溫度效果下的機械摩擦、粘結、化學磨損、崩刃、破碎以及塑性變形等磨損和破損，因而高速切削刀具資料主要的要求是高溫時的力學功能、熱物理功能、抗粘結功能、化學穩定性（氧化性、分散性、溶解度等）和抗熱震功能以及抗涂層決裂功能等。
根據這一要求，近20多年來，開展了一批適于高速切削的刀具資料，可在不同切削條件下，切削加工各種工件資料。雖然咱們總是期望得到既有高的硬度以確保刀具的耐磨性，又有高的耐性來防止刀具的碎裂，但現在的技能開展還沒有找到如此優越功能的刀具資料，魚于熊掌無法兼得。
因而，咱們會在實踐中按照需求選用更合適的刀具材科，粗加工時優先考慮刀具資料的耐性，精加工時優先考慮刀具資料的硬度。當然人們還期待著以超高切削速度進行加工而取得更好的效果。下面僅就常見的工件資料及刀具的相關情況做如下簡單介紹。
鋁合金
01
1.1 易切削鋁合金
該資料在航空航天工業運用較多，適用的刀具有K10、K20、PCD，切削速度在2000～4000m/min，進給量在3～12m/min，刀具前角為12°～18°，后角為10°～18°，刃傾角可達25°。
1.2 鑄鋁合金
鑄鋁合金根據其Si含量的不同，選用的刀具也不同。
對Si含量小于12%的鑄鋁合金可選用K10、Si3N4刀具，當Si含量大于12%時，可選用PKD（人造金剛石）、PCD（聚晶金剛石）及CVD金剛石涂層刀具。
關于Si含量達16%～18%的過硅呂合金，蕞好選用PCD或CVD金剛石涂層刀具，其切削速度可在1100m/min，進給量為0.125mm/r。
鑄 鐵
02
對鑄件，切削速度大于350m/min時，稱為高速加工，切削速度對刀具的選用有較大影響。當切削速度低于750m/min時，可選用涂層硬質合金、金屬陶瓷；切削速度在510～2000m/min時，可選用Si3N4淘瓷刀具；切削速度在2000～4500m/min時，可運用CBN刀具。鑄件的金相組織對高速切削刀具的選用有必定影響，加工以珠光體為主的鑄件在切削速度大于500m/min時，可運用CBN或Si3N4，當以鐵素體為主時，由于分散磨損的原因，使刀具磨損嚴峻，不宜運用CBN，而應選用淘瓷刀具。
如粘結相為金屬Co，晶粒尺度平均為3?m，CBN含量大于90%～95%的BZN6000在V=700m/min時，宜加工高鐵素體含量的灰鑄鐵。粘結相為陶瓷（AlN AlB2）、晶粒尺度平均為10?m、CBN含量為90%～95%的Amborite刀片，在加工高珠光體含量的灰鑄鐵時，在切削速度小于1100m/min時，隨切削速度的增加，刀具壽數也增加。
一般鋼
03
切削速度對鋼的表面質量有較大的影響，據研討，其蕞佳切削速度為500～800m/min。現在，涂層硬質合金、金屬陶瓷、非金屬陶瓷、CBN刀具均可作為高速切削鋼件的刀具資料。其間涂層硬質合金可用切削液。用PVD涂層辦法出產的TiN涂層刀具其耐磨功能比用CVD涂層法出產的涂層刀具要好，因為前者可很好地堅持刃口形狀，使加工零件取得較高的精度和表面質量。
金屬淘瓷刀具現在占市場份額較大，以TiC-Ni-Mo為基體的金屬陶瓷化學穩定性好，但抗彎強度及導熱性差，適于切削速度在400～800m/min的小進給量、小切深的精加工：用TiCN作為基體、結合劑中少鉬多鎢的金屬陶瓷將強度和耐磨兩者結合起來，用TiN來增加金屬陶瓷的耐性，其加工鋼或鑄鐵的切深可達2～3mm。
高硬度鋼
04
高硬度鋼（HRC40～70）的高速切削刀具可用金屬陶瓷、陶瓷、TiC涂層硬質合金、PCBN等。金屬陶瓷可用基本成分為TiC增加TiN的金屬陶瓷，其硬度和斷裂耐性與硬質合金大致相當，而導熱系數不到硬質合金的1/1O，并具有優異的耐氧化性、抗粘結性和耐磨性。
別的其高溫下機械功能好，與鋼的親和力小，適合于中高速（在200m/min左右）的模具鋼SKD加工。金屬陶瓷尤其適合于切槽加工。選用淘瓷刀具可切削硬度達63HRC的工件資料，如進行工件淬火后再切削，實現“以切代磨”。切削淬火硬度達48～58HRC的45鋼時，切削速度可取150～18Om/min，進給量在O.3～0.4min/r，切深可取2～4mm。粒度在1?m，TiC含量在20%～30%的Al203-TiC淘瓷刀具，在切削速度為100m/min左右時，可用于加工具有較高抗剝落功能的高硬度鋼。當切削速度高于1000m/min時，PCBN是蕞佳刀具資料，CBN含量大于90%的PCBN刀具適合加工淬硬工具鋼（如55HRC的H13工具鋼）。
高溫鎳基合金
05
Inconel 718鎳基合金是典型的難加工資料，具有較高的高溫強度、動態剪切強度，熱分散系數較小，切削時易產生加工硬化，這將導致刀具切削區溫度高、磨損速度加快。高速切削該合金時，主要運用陶瓷和CBN刀具。碳化硅晶須增強氧化鋁陶瓷在100～300m/min時可取得較長的刀具壽數，切削速度高于500m/min時，增加TiC氧化鋁淘瓷刀具磨損較小，而在100～300m/min時其缺口磨損較大。氮化硅陶瓷（Si3N4）也可用于Inconel 718合金的加工。一般認為，SiC晶須增強陶瓷加工Inconel 718的蕞佳切削條件為：切削速度700m/min，切深為1～2mm，進給量為O.1～0.18mm/z。氦氧化硅呂（Sialon）陶瓷耐性很高，適合于切削過固溶處理的Inconel718（45HRC）合金，Al203-SiC晶須增強陶瓷適合于加工硬度低的鎳基合金。
鈦合金
06
鈦合金強度、沖擊耐性大，硬度稍低于Inconel 718，但其加工硬化十分嚴峻，故在切削加工時出現溫度高、刀具磨損嚴峻的現象。實驗得出，用直徑10mm的硬質合金K10兩刃螺旋銑刀（螺旋角為30°）高速銑削鈦合金，可達到滿意的刀具壽數，切削速度可高達628m/min，每齒進給量可取O.06～0.12mm/z，連續高速車削鈦合金的切削速度不宜超越200m/min。
復合資料
07
航天用的先進復合資料，以往用硬質合金和PCD，硬質合金的切削速度受到限制，而在900℃以上高溫下PCD刀片與硬質合金或高速剛刀體焊接處熔化，用淘瓷刀具則可實現300m/min左右的高速切削。
高速切削技能已成為切削加工的干流，加快其推廣運用，將會發明巨大經濟效益。高速切削刀具資料對開展和運用高速切削技能具有決定性效果。超硬刀具資料（PCD與CBN）、淘瓷刀具、TiC（N）基硬質合金刀具（金屬陶瓷）和涂層刀具等四大類高速切削刀具資料各有其特性和運用范圍，它們相互配合，彼此競爭，推進高速切削技能的開展和運用。
關于一種特定的鎳基合金，在特定的環境中存在著多種變量，包含：濃度、溫度、通風姿、液(氣)流速度、雜質、磨蝕、循環工藝條件等。這些變量會產生各種各樣的腐蝕問題。這些問題都能在鎳及其他合金元素中找到答案。
金屬鎳直到達到熔點之前一直保持著奧氏體，面心立方結構。這就給韌脆轉變供給了自由度，同時也大大減小了因其他金屬一起并存而呈現的制作問題。在電化序上，鎳比鐵慵懶而比銅活波。因而，在還原性環境中，鎳比鐵要耐腐蝕，但沒有銅耐腐蝕。在鎳的基礎上，加上鉻之后，使合金具備了抗癢化功能，由此能夠產生許多種應用規模十分廣泛的合金，使他們能夠對還原性環境和氧化性環境都有蕞佳的抵抗力。
鎳基合金與不銹鋼和其他鐵基合金比較，在固溶狀態下能夠容納更多的合金元素，而且還能保持很好的冶金穩定性。這些要素允許增加多種多樣的合金元素，使鎳基合金大量的應用在千差萬別的腐蝕環境中。
鎳基合金中常見的元素主要有：
鎳Ni
供給冶金穩定性、進步熱穩定性和可焊性、進步對還原性酸和柯性鈉的抗腐蝕性、進步尤其是在氯化物和柯性鈉環境中的抗應力腐蝕開裂功能。
鉻Cr
進步抗癢化和高溫抗癢化、抗硫化功能、進步抗點蝕、間隙腐蝕功能。
鉬Mo
進步對還原性酸的抗腐蝕性、進步含氯化物水溶液環境下的抗點蝕、間隙腐蝕的功能、進步高溫強度。
鐵Fe
進步對高溫滲碳環境的抵抗性、下降合金成本、操控熱膨脹。
銅 CuCu
進步對還原性酸（尤其是那些用于空氣不流轉場合的硫酸和輕氟酸）和鹽類的抗腐蝕性、銅增加到鎳-鉻-鉬-鐵合金中有助于進步對輕氟酸、磷酸和硫酸的抗腐蝕性。
鋁Al
進步高溫抗癢化性、進步時效硬化。
鈦Ti
與碳結合，減少了熱處理時發作碳化鉻沉積形成的晶間腐蝕、進步時效強化。
鈮Nb
與碳結合，減少了熱處理時發作碳化鉻沉積形成的晶間腐蝕、進步抗點蝕、間隙腐蝕功能、進步高溫強度。
鎢W
進步抗還原性酸和部分腐蝕的功能、進步強度和可焊性。
氮N
進步冶金穩定性、進步抗點蝕、間隙腐蝕功能、進步強度。
鈷Co供給增強的高溫強度、進步抗碳化、抗硫化功能。
這些合金元素中許多都能夠與鎳在很寬的成分規模內結合形成單相固溶體，保證合金在許多腐蝕條件下都具有杰出的抗腐蝕性。合金在完全退火的狀態下，也具有杰出的力學功能，而無需憂慮制作加工或熱加工中帶來的有害的冶金改變。許多高鎳合金能夠通過固溶硬化、碳化物沉積、沉積（時效）硬化和彌散強化等方式進步強度。
