活塞內(nèi)冷油腔潛在失效模式解析

■ 孫淑霞，王劍，王瀟如，夏金寶

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近年來，隨著新材料、新技術(shù)的出現(xiàn)，高爆壓、高負(fù)荷內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用越來越普遍，并且輕量化設(shè)計趨勢明顯加快，這就對作為內(nèi)燃機(jī)核心部件的活塞提出更高的設(shè)計要求，在活塞頂部靠近鑲?cè)Ω浇黾诱袷幚鋮s油腔設(shè)計是一種普遍采用的方式。冷卻油通過主油道一側(cè)的噴嘴噴入活塞冷卻油腔中，在冷卻油腔內(nèi)振蕩吸收活塞熱量后流出，從而降低活塞（特別是活塞頭部）溫度。依據(jù)內(nèi)冷油腔成形工藝的不同，又區(qū)分為水溶鹽芯活塞和焊接活塞。下面主要針對水溶鹽芯活塞（見圖1）在生產(chǎn)或使用中內(nèi)冷油腔常見的幾種潛在失效模式進(jìn)行討論和解析。

圖1 水溶鹽芯活塞

1. 內(nèi)冷油腔幾何尺寸失效

內(nèi)冷油腔幾何尺寸失效（見圖2）是一種最常見失效模式，能占到內(nèi)冷油腔失效數(shù)量的80%以上。內(nèi)冷油腔幾何尺寸失效的直接后果是內(nèi)冷油腔與環(huán)槽和燃燒室的距離變窄，造成環(huán)岸斷裂或燃燒室擊穿。內(nèi)冷油腔幾何尺寸失效存在多種表現(xiàn)形式，總體可歸納為四類（見圖3）：①內(nèi)冷油腔徑向偏移。②內(nèi)冷油腔軸向偏移。③內(nèi)冷油腔翹曲變形。④內(nèi)冷油腔平面失圓。

圖2 內(nèi)冷油腔幾何尺寸失效

圖3 內(nèi)冷油腔幾何尺寸失效表現(xiàn)形式

研究表明，內(nèi)冷油腔徑向偏移失效模式出現(xiàn)的原因包括：①鹽芯本身的定位孔偏離中心位置。②模具上的鹽芯定位支撐在外力作用下發(fā)生傾斜、彎曲或偏移。

內(nèi)冷油腔軸向偏移失效模式出現(xiàn)的原因包括：①鹽芯本身制造尺寸偏大。……