姚淑霞
山东滨州渤海活塞有限公司 26600
摘要：活塞是现代汽车发动机中的核心部件之一，直接接触汽缸内的爆燃反应，所以经常处于高温高压的工作环境下，这就会使得活塞发生热变形，而为了减少热变形下的活塞阻塞，需要将活塞的裙部进行形式改变，逐渐使用中凸变椭圆活塞代替传统的圆柱体活塞。本文从活塞的结构分析出发，研究了活塞加工存在的问题，并且提出了活塞加工的技术要点。
关键词：活塞；热变形；加工技术
引言
现代汽车的发展已经逐渐进入到一个瓶颈期，在较长的一段时间内，汽车工艺和技术已经没有出现过革命性的进步。而随着技术的进步，汽车行业的进步都只是体现在优化原有的零部件组成，以提高汽车的经济性、稳定性和安全性，汽车活塞的变化发展正符合这个特点。从内燃机汽车诞生以来，活塞就是汽车发动机的核心组件之一，在汽车内燃机工作的过程中，活塞提供了压缩油气，混合油气的重要作用，直接决定了内燃机的燃烧效果。而当前使用的主流汽车活塞为圆柱体活塞裙设计，容易在汽车内燃机中的高温高压环境下产生热变形，从而导致裙部在与汽缸内壁接触的时候发生阻塞，进而使得发动机出现故障，影响汽车的动力和安全。活塞作为汽车发动机的“心脏”，直接影响着汽车燃油利用的效率，是确保汽车燃油系统经济、稳定和污染形成的重要保障，所以对活塞的加工技术和外形设计进行研究，有利于增强汽车活塞设计的科学性，提高活塞工作的稳定性，并且提高汽车的燃油工作效率。
1.活塞结构分析
汽车活塞主要由三个部分组成，分别是活塞头部、活塞裙部和活塞销座。其中，决定活塞是否发生阻塞的核心部位是活塞裙部，因此活塞裙部的外形设计是活塞设计的重点。
活塞头部分为活塞顶端和环槽两个部分，活塞顶端直接和内燃机的燃烧气体接触，在发生爆燃反应时，活塞顶部需要参与油气混合物的压缩和混合过程，并且直接面对高温高压的爆燃火力冲击，因此活塞顶端需要采用高强度的金属材质制作，并且在长时间工作过后，需要更换活塞，在当前的汽车活塞设计中，逐渐采用了凹凸不平的活塞顶端设计来代替以往的纯平面型顶端设计，以增强活塞对油气的混合和压缩能力，并且减少活塞顶端横截面与高温高压气体的接触，以减少活塞顶端的变形。活塞头部的环槽主要用于安装活塞环，作用是防止汽缸发生漏气，气体进入活塞，从而导致燃烧效率受损，另一方面则是为了防止活塞内的机油进入燃烧室。
活塞销座是活塞通过活塞销与连杆连接的支承部分，位于活塞裙部的上方。高速发动机活塞销座孔不一定与活塞在同一中心线平面上，可向作功行程时活塞接触缸壁的一侧偏移，以减少活塞到上止点变换方向后敲击缸壁时发出的噪声。
活塞裙部位于活塞整体的下部，在活塞中占据的比例很大，也是活塞的主要构成部分。活塞裙在工作的时候同样会接触高温高压的气体，而且由于活塞裙的功能需求，不能制成实心的，只能做成中空的设计，所以在高温高压气体下，会很容易发生热形变。在活塞工作的过程中，活塞裙受到气体侧压力的作用，还会和汽缸内壁直接接触，在热形变的情况下，这种冲击接触会导致活塞裙进一步发生形变，在当前使用较多的活塞裙设计为圆柱体设计，这种形状设计会使得活塞裙在发生形变时，会很容易被压成椭圆或者类似椭圆的形状，导致活塞发生阻塞，进而造成汽车的燃烧故障。为了减少这种影响，在进行活塞裙的设计时，可以采用中凸变椭圆的设计，以抵消高温高压工作环境导致的活塞裙形变，因为相比起圆形截面的活塞裙，椭圆截面的活塞裙能够承受各个方向不同的受力情况，中凸变椭圆形活塞裙的纵截面为中凸形、横截面为椭圆且在不同裙高处椭圆逐渐变化的复杂空间曲面。中凸变椭圆形活塞裙在当前的汽车活塞设计中具有重要的作用，在今后的汽车活塞设计中，会逐渐成为主流的设计方式。
2.活塞加工存在的问题
在当前的汽车活塞加工过程中，由于国内的汽车零部件加工各企业并没有统一的加工技术标准，并且不同厂家采用的加工技术和机床设备不同，所以会导致活塞加工存在着一些问题。
2.1活塞加工的精度不足
活塞加工的关键就在于活塞精度的控制，由于汽车发动机燃烧室在工作时处于高温高压的状态，因此活塞的精度不够高的话，很容易发生燃烧室漏气或者活塞机油进入燃烧室的情况，影响活塞的工作效率。但是当前国内的活塞加工技术中， 尤其是对于大规模生产线上的活塞加工，仍旧普遍采用数控模床加工立体靠模，这种靠模技术的精度难以保障，普遍精度偏低，且加工效率低下，使得活塞加工的精度不足。在活塞加工过程中，由于活塞本身的成本和价格不高，所以利润空间不大， 很多企业在生产活塞时，为了增加利润，节约成本而选用的加工模具和技术都不够先进，这就使得加工出来的活塞精度得不到保证，只能满足基本的国家标准，没有更高的水平。
2.2活塞加工水平存在差异
在国内目前的活塞加工中，不同企业、不同车型的活塞加工水平存在着明显的差异，因为活塞是汽车发动机的心脏，所以对于追求发动机性能和高端汽车企业来讲，活塞的加工技术和水平显得非常重要，所以活塞加工的精度和水平较高，而对于中低端价位的汽车制造企业和车型，为了节约生产的成本，往往会选择使用价格更低，加工精度同样较低的活塞加工生产线。在这样的背景下，不同企业和不同车型之间的活塞精度和质量差异就更大。事实上，不同品牌的汽车对于活塞加工的质量追求也不一样，部分车企不论是生产高端车型还是中低端车型，都会注重活塞的生产加工水平，采用先进的生产线和活塞设计方案，因为活塞加工的成本并不是很高，而活塞的质量对汽车的安全性和稳定性具有重要影响，提高活塞加工的质量也是保障汽车驾驶员和乘客安全的措施。
3.活塞加工技术分析
当前的活塞加工普遍采用两种加工方法。
3. 1 机械运动合成法
机械运动合成法通过机构的运动合成产生异形外圆的车削运动轨迹，根据机构运动合成特点的不同，又分为套车法、偏心法、周转轮系法等。套车法原理很简单: 圆柱体的非正交截面是椭圆形。车刀绕工件高速回转形成主切削运动，工件与刀具的回转平面形成一定的交角，并沿工件轴线方向进给。套车法只能加工标准椭圆截面零件。偏心法利用曲柄连杆机构、凸轮机构等偏心运动机构驱动刀具进给或工件偏心运动，以改变刀具到工件中心的距离，获得需要的型面。周转轮系法采用行星轮机构，工件与行星轮同轴旋转，便可加工出活塞异形外圆。
3.2靠模仿形法
靠模仿形法利用靠模控制车刀和工件的相对运动轨迹，形成所需的表面形状。根据靠模的形状，又分为平面靠模仿形法和立体靠模仿形法。仿形机床的工作原理有直接作用式( 如机械仿形) 和随动作用式( 如液压仿形、电仿形、电液仿形和光电仿形等) 两种。靠模仿形法利用工件的旋转运动，刀具随小刀架沿靠模在两转动体之间的往复运动和沿床鞍方向的直线运动的合成运动，完成椭圆柱面的加工。当刀具沿轴向进给时，按照靠模的外部形状来控制活塞裙部椭圆度的变化，即控制刀具和杠杆的相对运动，改变刀具径向往复运动行程的大小，以形成活塞裙部的变椭圆截面，而且是中凸型线。保持刀具的径向往复直线运动轨迹和靠模的外形形状完全一致，形成活塞的椭圆截面。
4.小结
汽车的活塞加工是现代化汽车发动机组件制造的重要内容，活塞作为发动机的“心脏”，在汽车内燃机的工作中起着压缩油气，混合油气的作用，也正是因为汽车活塞的功能作用，使得活塞容易因为发动机中的高压高温环境产生热形变，造成活塞的阻塞。在当前的活塞加工中存在着精度不足的问题，因此需要采用更高精度的加工技术和中凸变椭圆形的活塞裙部设计，提高活塞的抗形变能力，减少活塞的阻塞。
参考文献
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