Призначення, умови роботи, конструктивні особливості.

Поршневе кільце, за всієї його уявної простоти — одна з найважливіших деталей у машинобудуванні. Адже для роботи двигуна внутрішнього згоряння, поршневого компресора або турбокомпресора  потрібне надійне ущільнення робочої камери від прориву газів, якісний знім і відведення мастила з робочої зони. Для цього використовують поршневі кільця. 

За своїм призначенням поршневі кільця ділять на компресійні (малюнок 1) та оливознімні (малюнок 2). Компресійні кільця можуть обладнуватися додатковою проточкою — скребком, який слугує для посилення ефекту видалення оливи зі стінок циліндра.

Типи, основні параметри та розміри поршневих кілець регламентовані ГОСТ 621-87 «Кільця поршневі двигуни внутрішнього згоряння. Загальні технічні умови»

Поршневі кільця розрізняються за конструкцією замків (малюнок 3).

Матеріал і способи отримання заготівок.

Завод поршневих кілець  виготовляє поршневі та ущільнювальні кільця зі спеціального легованого чавуну різних марок:

- Чавун ПВГ (аналог СЧ36) — чавун перлітного класу з рівномірно-розподіленим пластинчасто-вермікулярним графітом,  має високі механічні властивості, гарну пружність і зносостійкість. З такого матеріалу виготовляємо поршневі кільця для компресорів, ущільнювальні кільця для трансмісій і гідравлічних машин.

- Чавун ВЧШГ (аналог ВЧ80-ВЧ100) — високоякісний високоміцний чавун із кулястим графітом перлітного класу,  , який має близьку до сталей пластичність, високу пружність і зносостійкість. З такого матеріалу вироблено поршневі кільця для локомотивних і суднових двигунів, турбокомпресорів, двотактних двигунів. Завдяки кулястому графіту, рівномірно розподіленому по всьому перерізу кільця, кільця з такого чавуну не поступаються за зносостійкістю хромованим аналогам.

До якості вилиць через складні умови роботи поршневих кілець пред'являються вищі вимоги, ніж до більшості інших відливок із чавуну аналогічних марок. Литі заготовки отримуємо новим унікальним методом лиття наморожування, завдяки чому досягаємо високого  якість матеріалу поршневих кілець.

Завдяки високим швидкостям кристалізації й односпрямованому тепловідведенню (малюнок 4) у виливанні утворюється високодисперсна, орієнтована перпендикулярно поверхні тепловідведення мікроструктура (малюнок 5). Водночас, у готовому поршневому кільці, дендрити — кристали (малюнок 6 а, б), найбільш сильно протистоять зносу, розташовуються в площині, перпендикулярній поверхні тертя (малюнок 6 в). Така будова злитка характерна тільки для лиття наморожуванням і оптимально для протистояння зносу деталей типу тіл обертання. Унаслідок зносостійкості поршневих кілець, отриманим методом лиття наморожування мінімум на 30-40% вище, ніж у кілець одержуваних іншими методами лиття.  

Малюнок 4. Принцип формування виливання під час лиття наморожування

Рисунок 5. Загальна схема областей і зон у затверділому злитці під час лиття наморажуванням

Малюнок 6. Дендрити  – схематично; фото; у поршневому кільці

Виготовлення поршневих кілець.

Попри уявну простоту, технологія виготовлення поршневих кілець є однією з найскладніших завдань машинобудування. Високі вимоги до точності розмірів, форми та взаємного розташування поверхонь поршневих кілець покликані забезпечити бездоганне прилягання кільця до стінки циліндра, а також встановлення канаку поршня з потрібними мінімальними проміжками. Додатковою складністю для металообробки є нежорсткість конструкції кільця.

Точність розмірів на основні поверхні витримується за квалітетом 7. Вовна зовнішньої циліндричної поверхні кільця Ra — 2,5 мкм. Така шорсткість забезпечує гарне прибирання  до дзеркала циліндра.

Шорсткість торцевих поверхонь кільця Ra  = 0,63 мкм. Така шорсткість забезпечує легке переміщення кілець у канавках поршня, а також запобігає зносу торців кілець і стінок канавок. Висока точність відстані між торцями покращує умови ущільнення поршня.

Виготовлення поршневих кілець вироблене на нових токарних центрах  MAZAK, DMG, Victor  та ін., з використанням інструменту провідних світових виробників.  Водночас забезпечуємо високу точність обробки та 100% прилягання кільця до дзеркала циліндра.

Найважливішим показником для поршневого кільця є сила, з якою кільце надає  тиск на дзеркало циліндра. Ця величина розраховується для кожного типу кілець, і залежить від безлічі чинників: матеріалу кілець, матеріалу гільзи, умов роботи тощо. Водночас пружність кільця має бути достатньою для забезпечення ущільнення робочої камери, знімання та відведення мастила, але водночас не викликати підвищений знос кільця й гільзи.