КОВАНЫЕ ПОРШНИ - КЛАССИКА ТЮНИНГА ДВИГАТЕЛЕЙ. ИХ УСПЕШНО РАЗРАБАТЫВАЮТ В ОДНОМ ИЗ ВЕДУЩИХ СТОЛИЧНЫХ ВУЗОВ.

В двигателях большинства серийных автомобилей трудятся литые алюминиевые поршни. Они вполне удовлетворяют современным требованиям, однако этим "продуктам" массового производства присущи принципиально неустранимые недостатки. Более дорогие кованые поршни (их иногда называют штампованными) имеют перед литыми неоспоримые преимущества: стойкость к тепловым и ударным нагрузкам, твёрдость, долговечность, надёжность. Однако изготовлять их сложно - далеко не каждому специализированному заводу это по силам. И здесь важны не столько оборудование, сколько глубокие знания материаловедения и технологий машиностроения.

Неудивительно, что такая задача оказалась по плечу специалистам Московского автомеханического института (Государственный технический университет МАМИ). Здесь под руководством профессора И.Л. Федоренко были разработаны технологии и оборудование для производства разнообразных типов поршней. Такие детали, полученные методом изотермической штамповки, применяют многие профессионалы и тюнинг-ателье, занимающиеся форсировкой и доводкой двигателей, спортивными автомобилями и мотоциклами.

МАССОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ.

В мире существует несколько технологий изготовления поршней для двигателей внутреннего сгорания. Самая распространенная — литьё в специальную металлическую форму, кокиль. Её основной недостаток— высокая пористость материала изделия, связанная с выходом газов при остывании расплава металла. Однако это самый дешёвый и приемлемый для крупносерийного производства метод.
Существует и более дорогой вариант — литьё под давлением. Качество поршней, получаемых этим методом, несколько выше, но не кардинально. Ещё одна технология, похожая на литьё под давлением, называется жидкой штамповкой. Прессовка здесь проводится несколько позже. Это делается в процессе кристаллизации, застывания расплава, когда часть металла уже стала твёрдой. Давление устраняет микрополости, улучшает структуру материала поршня, а значит и свойства изделия.
Жидкая штамповка удобна тем, что позволяет "заливать" различные вставки и металлические детали. Она легко обеспечивает соединение тела поршня с другими металлами, например, с нерезистными вставками под верхнее компрессионное кольцо. Такие поршни в основном используются для дизельных двигателей, они более долговечны, выдерживают большие нагрузки. Лазерным наплавлением наносят дополнительные покрытия, которые в основном применяют при изготовлении поршней для спортивных и тюнингованных моторов. Массовое же производство этого не требует: зачем делать поршень, который прослужит дольше самого автомобиля?

КОВКА ЭКСКЛЮЗИВА.

Альтернатива методам литья — изотермическая штамповка твёрдой заготовки. В этом процессе заготовку поршня получают не отливкой расплавленного металла в кокиль, а формовкой под давлением не расплавленной, но сильно нагретой, легко деформируемой заготовки. В МАМИ реализованы все этапы этой технологии.

Такие поршни в основном используют для тюнинга за рубежом. К примеру, именно по этой дорогой технологии делает свои эксклюзивные поршни известная фирма Mahle.
Исходным материалом служат алюминиевые сплавы с большим содержанием кремния АК12Д и АК18Д, для дизелей применяют гранулированный сплав 1379П. Первый из них, разработанный для моторов военного назначения, сейчас широко применяют в гражданских двигателях. В этом доэвтектическом, как говорят специалисты, сплаве кремний растворён в металле равномерно, что улучшает качество изделия.
Состав сплава сильно влияет на характеристики поршней, его подбор для разных типов двигателей — отдельная исследовательская задача. К сожалению, наша цветная металлургия не может сегодня обеспечить такого широкого выбора специальных сплавов, как хотелось бы специалистам. Однако из имеющихся сплавов методом ковки удаётся сделать поршни, твёрдость которых в полтора-два раза выше, чем литых.
Заготовки для штамповки вырезают из алюминиевого прутка, изготовленного особым способом. Металл для него был отлит в форму высотой чуть больше метра и диаметром 40 см, а наружный слой с литьевыми микродефектами ободран на несколько сантиметров. После этого отливку продавили через отверстие-фильеру диаметром 8-8,5 см, то есть подвергли экструзии (выдавливанию) с десятикратным уменьшением площади поперечного сечения. При этом изначально дендритная (подобная ветвям деревьев) кристаллическая микроструктура отливки сильно изменяется. Она разрушается при продавливании, вместо неё образуется мелкозернистая волокнистая структура, зёрна которой вытянуты вдоль оси прутка. При этом все литьевые поры металла сильно уплотнены, сжаты.
После резки куски прутка помещают в специальную матрицу и прессуют пуансоном. Это делают при повышенной температуре, когда заготовка становится достаточно мягкой и легко меняет форму под давлением. Штамповка происходит изотермически, то есть при фиксированной температуре 480-490°С, что примерно на 100 градусов ниже температуры плавления алюминия.
Затем заготовку охлаждают, проводят термообработку и закалку. Один из важных этапов термообработки называется старением. Здесь для снятия внутренних напряжений и придания ему нужной твёрдости заготовка выдерживается при заданной температуре в печи 8-10 часов.