活塞環(huán)主要分為氣環(huán)和油環(huán)兩種。

活塞環(huán)的作用

氣環(huán)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(huán)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(huán)還能起到輔助封氣的作用。

活塞環(huán)的工作條件及性能要求

活塞環(huán)工作時受到氣缸中高溫、高壓燃?xì)獾淖饔?，溫度較高（尤其是，溫度可達(dá)600K）?；钊h(huán)在氣缸內(nèi)做高速運動，加上高溫下部分機油出現(xiàn)變質(zhì)，使活塞環(huán)的潤滑條件變差，難以保證液體潤滑，磨損嚴(yán)重。因此，要求活塞環(huán)彈性好，強度高、耐磨損。

活塞環(huán)的間隙

活塞環(huán)會在發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中與高溫氣體接觸發(fā)生熱膨脹現(xiàn)象，而周期性的往復(fù)運動又使其出現(xiàn)徑向脹縮變形。因此，為了保證正常的工作，活塞環(huán)在氣缸內(nèi)應(yīng)該具有以下間隙。

d—活塞環(huán)內(nèi)徑；B—活塞環(huán)寬度

■ 端隙又稱開口間隙，是指活塞環(huán)在冷態(tài)下裝入氣缸后，該環(huán)在上止點時，環(huán)的兩端頭之間的間隙。一般為0.25~0.50mm。

■ 側(cè)隙又稱邊隙，是指活塞環(huán)裝入活塞后，其側(cè)面與活塞環(huán)槽之間的間隙。第道環(huán)因為工作溫度高，間隙較大，一般為0.04~0.10mm；其他環(huán)一般為0.03~0.07mm。油環(huán)側(cè)隙比氣環(huán)小。

■ 背隙是指活塞環(huán)裝入氣缸后，活塞環(huán)內(nèi)圓柱面與活塞環(huán)槽底部間的間隙，一般為0.50~1.00mm。油環(huán)背隙較氣環(huán)大，有利于增大存油間隙，便于減壓泄油。

活塞環(huán)的泵油作用

由于側(cè)隙和背隙的存在，當(dāng)發(fā)動機工作時，活塞環(huán)便產(chǎn)生了泵油作用。其原因是，活塞下行時，活塞環(huán)靠在環(huán)槽的上方，活塞環(huán)從缸壁上刮下來的機油充入環(huán)槽下方；當(dāng)活塞上行時，活塞環(huán)又靠在環(huán)槽的下方，同時將機油擠壓到環(huán)槽上方。如此反復(fù)運動，就將缸壁上的機油泵入燃燒室。由于活塞環(huán)的泵油作用，使機油竄入燃燒室，會使燃燒室內(nèi)形成積炭和增加機油消耗，并且還可能在環(huán)槽（尤其是第道氣環(huán)槽）中形成積炭，使環(huán)卡死，失去密封作用，甚至折斷活塞環(huán)。

氣  環(huán)

■  氣環(huán)的密封機理

活塞環(huán)有一個切口，且在自由狀態(tài)下不是圓環(huán)形，其外形尺寸比氣缸的內(nèi)徑大些，因此，它隨活塞一起裝入氣缸后，便產(chǎn)生彈力而緊貼在氣缸壁上。

活塞環(huán)在燃?xì)鈮毫ψ饔孟拢瑝壕o在環(huán)槽的下端面上，于是燃?xì)獗憷@流到環(huán)的背面，并發(fā)生膨脹，其壓力下降。同時，燃?xì)鈮毫Νh(huán)背的作用力使活塞環(huán)更緊地貼在氣缸壁上。壓力已有所降低的燃?xì)?，從第道氣環(huán)的切口漏到第二道氣環(huán)的上平面時，又把這道氣環(huán)壓貼在第二環(huán)槽的下端面上，于是，燃?xì)庥掷@流到這個環(huán)的背面，再發(fā)生膨脹，其壓力又進(jìn)一步降低。

如此繼續(xù)進(jìn)行下去，從后一道氣環(huán)漏出來的燃?xì)?，其壓力和流速已?jīng)大大減小，因而泄漏的燃?xì)饬恳簿秃苌倭恕Ｒ虼?，為?shù)很少的幾道切口相互錯開的氣環(huán)所構(gòu)成的“迷宮式”封氣裝置，就足以對氣缸中的高壓燃?xì)膺M(jìn)行有效的密封。

氣環(huán)的斷面形狀及各環(huán)間隙處的氣體壓力

■  氣環(huán)的切口

氣缸內(nèi)的燃?xì)饴┤肭S箱的主要通路是活塞環(huán)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?xì)饬坑幸欢ǖ挠绊?，切口間隙過大，則漏氣嚴(yán)重，使發(fā)動機功率減?。婚g隙過小，活塞環(huán)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(huán)的溫度，因而其切口間隙值。

氣環(huán)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(fā)動機活塞環(huán)的帶防轉(zhuǎn)銷釘槽的切口，壓配在活塞環(huán)槽中的銷釘，是用來防止活塞環(huán)在工作中繞活塞中心線轉(zhuǎn)動的。

■   氣環(huán)斷面形狀

氣環(huán)的斷面形狀

■ 矩形環(huán)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)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(huán)的刮油性、磨合性及密封性較差，現(xiàn)代汽車基本不采用。

■ 錐面環(huán)的優(yōu)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(huán)主要應(yīng)用在除第道環(huán)外的其他環(huán)。

■ 扭曲環(huán)是當(dāng)代汽車發(fā)動機廣泛應(yīng)用的一種活塞環(huán)，主要是因為扭曲環(huán)除具有錐面環(huán)的優(yōu)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(huán)時應(yīng)特別注意：內(nèi)圓切槽向上，外圓切槽向下，不能裝反。

■ 梯形環(huán)的主要優(yōu)點是能把沉積在環(huán)槽中的結(jié)焦擠出，從而避免了活塞環(huán)被黏結(jié)而出現(xiàn)折斷，同時其密封性能優(yōu)越，使用壽命長；缺點主要是上下兩端面的精磨工藝較復(fù)雜。梯形環(huán)在熱負(fù)荷較大的柴油發(fā)動機上使用較多。

■ 桶面環(huán)的優(yōu)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(nèi)擺動的適應(yīng)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(fā)動機的第道環(huán)。

油  環(huán)

油環(huán)分為普通油環(huán)和組合油環(huán)兩種。

普通油環(huán)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(huán)上唇的上端面外緣一般均有倒角，可以使油環(huán)向上運動時能夠形成油楔。機油可以把油環(huán)推離氣缸壁，從而易于進(jìn)入油環(huán)的切槽內(nèi)。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(huán)和雙鼻式油環(huán)的刮油能力更強，但加工較困難。

油環(huán)及其刮油作用

油環(huán)的斷面形狀

對于由三個刮油鋼片和兩個彈性襯環(huán)組成的組合式油環(huán)，軸向襯環(huán)夾裝在第二、第三刮油片之間，徑向襯環(huán)使三個刮油片壓緊在氣缸壁上。這種油環(huán)的優(yōu)點是，片環(huán)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(yīng)性好；重量輕；回油通路大。因此，組合油環(huán)在高速發(fā)動機上得到較廣的應(yīng)用。其缺點是制造成本高（片環(huán)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(huán)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(jìn)制造技能的重要共性關(guān)鍵技能，推廣運用高速切削技能將大幅度前進(jìn)出產(chǎn)功率和加工質(zhì)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(jìn)，其間刀具資料的前進(jìn)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(jìn)，切削力減小，切削溫度上升很高，達(dá)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(jié)、化學(xué)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(xué)功能、熱物理功能、抗粘結(jié)功能、化學(xué)穩(wěn)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(jù)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(xiàn)在的技能開展還沒有找到如此優(yōu)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(yōu)先考慮刀具資料的耐性，精加工時優(yōu)先考慮刀具資料的硬度。當(dāng)然人們還期待著以超高切削速度進(jìn)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(guān)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(yè)運用較多，適用的刀具有K10、K20、PCD，切削速度在2000～4000m/min，進(jìn)給量在3～12m/min，刀具前角為12°～18°，后角為10°～18°，刃傾角可達(dá)25°。

1.2 鑄鋁合金

鑄鋁合金根據(jù)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(dāng)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(guān)于Si含量達(dá)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(jìn)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(dāng)切削速度低于750m/min時，可選用涂層硬質(zhì)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(dāng)以鐵素體為主時，由于分散磨損的原因，使刀具磨損嚴(yán)峻，不宜運用CBN，而應(yīng)選用淘瓷刀具。

如粘結(jié)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(jié)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(shù)也增加。

一般鋼

03

切削速度對鋼的表面質(zhì)量有較大的影響，據(jù)研討，其蕞佳切削速度為500～800m/min?，F(xiàn)在，涂層硬質(zhì)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(zhì)合金可用切削液。用PVD涂層辦法出產(chǎn)的TiN涂層刀具其耐磨功能比用CVD涂層法出產(chǎn)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(zhì)量。

金屬淘瓷刀具現(xiàn)在占市場份額較大，以TiC-Ni-Mo為基體的金屬陶瓷化學(xué)穩(wěn)定性好，但抗彎強度及導(dǎo)熱性差，適于切削速度在400～800m/min的小進(jìn)給量、小切深的精加工：用TiCN作為基體、結(jié)合劑中少鉬多鎢的金屬陶瓷將強度和耐磨兩者結(jié)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(dá)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(zhì)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(zhì)合金大致相當(dāng)，而導(dǎo)熱系數(shù)不到硬質(zhì)合金的1/1O，并具有優(yōu)異的耐氧化性、抗粘結(jié)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(dá)63HRC的工件資料，如進(jìn)行工件淬火后再切削，實現(xiàn)“以切代磨”。切削淬火硬度達(dá)48～58HRC的45鋼時，切削速度可取150～18Om/min，進(jìn)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(dāng)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(tài)剪切強度，熱分散系數(shù)較小，切削時易產(chǎn)生加工硬化，這將導(dǎo)致刀具切削區(qū)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(shù)，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(rèn)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(jìn)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(yán)峻，故在切削加工時出現(xiàn)溫度高、刀具磨損嚴(yán)峻的現(xiàn)象。實驗得出，用直徑10mm的硬質(zhì)合金K10兩刃螺旋銑刀（螺旋角為30°）高速銑削鈦合金，可達(dá)到滿意的刀具壽數(shù)，切削速度可高達(dá)628m/min，每齒進(jìn)給量可取O.06～0.12mm/z，連續(xù)高速車削鈦合金的切削速度不宜超越200m/min。

復(fù)合資料

07

航天用的先進(jìn)復(fù)合資料，以往用硬質(zhì)合金和PCD，硬質(zhì)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(zhì)合金或高速剛刀體焊接處熔化，用淘瓷刀具則可實現(xiàn)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(fā)明巨大經(jīng)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(zhì)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(jìn)高速切削技能的開展和運用。

關(guān)于一種特定的鎳基合金，在特定的環(huán)境中存在著多種變量，包含：濃度、溫度、通風(fēng)姿、液(氣)流速度、雜質(zhì)、磨蝕、循環(huán)工藝條件等。這些變量會產(chǎn)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(dá)到熔點之前一直保持著奧氏體，面心立方結(jié)構(gòu)。這就給韌脆轉(zhuǎn)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(xiàn)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(huán)境中，鎳比鐵要耐腐蝕，但沒有銅耐腐蝕。在鎳的基礎(chǔ)上，加上鉻之后，使合金具備了抗癢化功能，由此能夠產(chǎn)生許多種應(yīng)用規(guī)模十分廣泛的合金，使他們能夠?qū)€原性環(huán)境和氧化性環(huán)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(tài)下能夠容納更多的合金元素，而且還能保持很好的冶金穩(wěn)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(yīng)用在千差萬別的腐蝕環(huán)境中。

鎳基合金中常見的元素主要有：

鎳Ni

供給冶金穩(wěn)定性、進(jìn)步熱穩(wěn)定性和可焊性、進(jìn)步對還原性酸和柯性鈉的抗腐蝕性、進(jìn)步尤其是在氯化物和柯性鈉環(huán)境中的抗應(yīng)力腐蝕開裂功能。

鉻Cr

進(jìn)步抗癢化和高溫抗癢化、抗硫化功能、進(jìn)步抗點蝕、間隙腐蝕功能。

鉬Mo

進(jìn)步對還原性酸的抗腐蝕性、進(jìn)步含氯化物水溶液環(huán)境下的抗點蝕、間隙腐蝕的功能、進(jìn)步高溫強度。

鐵Fe

進(jìn)步對高溫滲碳環(huán)境的抵抗性、下降合金成本、操控?zé)崤蛎洝?

銅 CuCu

進(jìn)步對還原性酸（尤其是那些用于空氣不流轉(zhuǎn)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(jìn)步對輕氟酸、磷酸和硫酸的抗腐蝕性。

鋁Al

進(jìn)步高溫抗癢化性、進(jìn)步時效硬化。

鈦Ti

與碳結(jié)合，減少了熱處理時發(fā)作碳化鉻沉積形成的晶間腐蝕、進(jìn)步時效強化。

鈮Nb

與碳結(jié)合，減少了熱處理時發(fā)作碳化鉻沉積形成的晶間腐蝕、進(jìn)步抗點蝕、間隙腐蝕功能、進(jìn)步高溫強度。

鎢W

進(jìn)步抗還原性酸和部分腐蝕的功能、進(jìn)步強度和可焊性。

氮N

進(jìn)步冶金穩(wěn)定性、進(jìn)步抗點蝕、間隙腐蝕功能、進(jìn)步強度。

鈷Co供給增強的高溫強度、進(jìn)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(guī)模內(nèi)結(jié)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(tài)下，也具有杰出的力學(xué)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(jìn)步強度。