Как это делают. Поршни.

Не так давно студенты кафедры ТММ и САПР посетили один из заводов. Как очевидец, хочу поделиться с Вами впечатлениями, информацией, полученной на заводе и фотографиями, сделанными легально ;)

Завод, который мы посетили, называется  «АВТРАМАТ» (Харьковский завод «Поршень»). Он является ведущим предприятием Украины по производству поршней автомобильных, и поршней к тракторно-комбайновым двигателям. Это единственный специализированный завод СНГ, который владеет полным циклом производства поршней. Начиная от проектирования конструкций и заканчивая серийным изготовлением.

Поршень - одна из важнейших деталей двигателя внутреннего сгорания. Он передает энергию сгорания топлива через палец и шатун коленчатому валу. Он вместе с кольцами уплотняет цилиндр от попадания продуктов сгорания в картер. Во время работы на поршень действуют высокие механические и тепловые нагрузки.

Виды поршней:

• для дизельных двигателей
• для бензиновых двигателей
• тепловозной и судовой тематики
• для компрессоров

Типы поршней можете посмотреть тут .

Основные элементы конструкции поршня см. тут.

Технология проектирования.

С 2000 года и по сей день на заводе реализована система сквозного проектирования. Суть: технологический процесс изготовления тесно связан с разработкой конструкции, которая одновременно проходит с разработкой технологий. Система проектирования разделена на такие этапы:

• изучение прототипов;
• геометрическое 3-D моделирование;
• 3-D моделирование заготовки (отливки) и оснастки для ее получения;
• минимизация массы по критерию «не хуже чем прототип»;
• численное моделирование системы теплового и силового воздействия на основании граничных условий работы прототипов и моделей этого воздействия;  
• расчет внешнего профиля поршня;
• 3-D моделирование критических операций получения изделия;
• оптимизация технологии получения заготовки;
• оптимизация технологии базирования и обработки.

Процесс производства поршней включает в себя получение заготовки, термообработку, механообработку, нанесение покрытий. Получить заготовку поршня можно 2-мя способами: горячей штамповкой и литьем. 1-й метод обычно используют для изготовления поршней, к которым предъявляются особые требования по прочности. Они используются в авиации и автоспорте. Материал очень плотный по структуре, не имеет пор.

В ОАО "АВТРАМАТ" применяется литье в кокиль - гравитационное или под низким давлением. Для литья с помощью кокиля нужна программа выпуска, размеры поршня, материал и т.д. Гравитационный метод используется в большинстве автомобильных и легких промышленных поршней. Благодаря одной и той же литейной оснастке можно произвести большое количество отливок.

Внутренняя поверхность поршня формируется стержнем, который может быть цельным (моноклин) или состоять из 3-7 частей (клиньев). Наружная поверхность поршня формируется матрицей, образованной несколькими частями (обычно двумя). Иногда используется стержень, формирующий днище с камерой сгорания. Собранные вместе компоненты образуют литьевую форму - кокиль.  

Думаю, что каждому инженеру, а может и не только инженеру, когда-то хотелось посмотреть сам процесс изготовления.

На заводе было очень интересно. По предприятию с группой ходил гид и рассказывал этапы изготовления поршней.

Сначала мы побывали в плавельном цеху. Используются собственные сплавы из алюминия, хрома, железа, магния, никеля и многих других элементов. Студентам открыли люк и разрешили заглянуть на раскаленный сплав с очень большой температурой. После того как становишься над сплавом, то становится очень жарко и абсолютно нечем дышать.

Лительный цех.

Через один цех мы вышли в другой, где уже идет отливка поршней. В кокиль заливается раскаленный метал и оставляется на охлаждение на 10-15 минут.

После остывания лишнее удаляется, т.е. литники и выпоры. Отрезанные детали отправляются на плавильный участок для того, чтобы вновь использовать при изготовлении сплава.

Термический цех.

После литья и кристаллизации материал не обладает достаточной твердостью, прочностью, а так же стабильностью при высоких температурах. Для улучшения его структуры заготовку закаливают в кипящей воде, которая их быстро охлаждает и замораживает в алюминии магний и медь.

Отправили в камеру искусственного старения, т.е. на термообработку. Это необходимо для предания необходимых механических свойств. Конечным результатом является твердый раствор меди и магния в алюминии.  

Мы увидели токарные полуавтоматы на которых обрабатывается заготовка поршня после термообработки. «Обдирка» делается по наружным поверхностям: боковой поверхности и днищу.

Следующая серия операций – предварительное расширение отверстия под поршневой палец, а так же сверление маслосливных отверстий. Все это происходит на автоматической линии.

Механический цех.

Самая ответственная операция происходит на токарных станках с ЧПУ. Производится проточка канавок под поршневые кольца, окончательная обработка днища поршня.

После этого идет окончательное обрабатывание камеры сгорания в нище поршня и делается чистовая обработка отверстия под поршневой палец. Выполняется на отделочно-расточных станках.

Потом группе показали инструментальный цех, завершающий производство поршня.

К сожалению, в это время на заводе был обед и в цехе никого не было, но гид нам рассказал что в этом цеху делают.

Итак,  на дне поршня с помощью полуавтоматического механизма наносится маркировка, знак ОТК, размерная группа наружного диаметра, размерная группа отверстия под поршневой палец.

Заканчивается производство поршня его упаковкой. Этот цех нам не показали, т.к. особенного там ничего нет. Поршни упаковывают в коробки со специальной антикоррозионной бумагой. Упакованные изделия отправляются на склад и/или к покупателю. 

Все фотографии невозможно поместить в статью, но если вам понравилась моя статья и вы хотите увидеть больше, то остальные фото см. тут.

Финальная фотография тех, кто был на экскурсии ;)

В дополнение, хочу показать видео на котором мужчина рассказывает о харьковских поршнях.