أنواع المكابس، كيف تُصنع المكابس؟

تستخدم محركات السيارات أنواعاً مختلفة من المكابس. تقدم هذه الأنواع مزايا وعيوب على حد سواء اعتمادًا على التطبيق. عند اختيار أحدها لمركبتك، تلعب عدة عوامل دورًا مثل القدرة على تحمل التآكل والحرارة والصدمات. هذا ما سأتناوله في هذا الفصل: أنواع المكابس المختلفة وخصائصها. لأولئك الذين يتطلعون لمعرفة كيفية وضع المكابس، هناك قسم لذلك في نهاية الفصل.

أنواع مكابس المحرك الشائعة

أنواع المكابس اليوم كثيرة ومتنوعة. تتعلق اختلافاتها في الغالب باختلافات التصميم والمواد وطريقة التصنيع. بناءً على هذه الاعتبارات، لدينا هذه الأنواع من مكابس المحركات وفئاتها.

• بناءً على تصميم الرأس- المكابس مسطحة الرأس، مكابس القبة، مكابس الطبق
• بناءً على طريقة التصنيع- المكابس المطروقة، المكابس المسبوكة، المكابس المصبوبة، المكابس فائقة الانصهار
• استنادًا إلى المادة- الألومنيوم المكابس, طاقم الممثلين الحديد المكابس، المكابس الفولاذية

أنواع المكبس حسب تصميم الرأس

تختلف تكوينات المحرك ومستويات الطاقة. وهذا يعني الحاجة إلى مستويات ضغط مختلفة. وبالتالي، يتم تصميم رؤوس المكابس للتحكم في الاحتراق، وبالتالي في نسبة الضغط. وهذا يعطي الأنواع المختلفة من المكابس بناءً على تصميم الرأس كما هو مذكور أدناه.

مكابس مسطحة الرأس

الرأس مسطح الشكل. ونتيجة لذلك، ينتشر اللهب بشكل منتظم. كما تعزز مساحة السطح المنخفضة عملية الاحتراق. وهذا بدوره يعني تفاعلاً أكثر كفاءة لخليط الهواء والوقود وزيادة نسبة الضغط. لذلك، من المعروف أن المكابس ذات الرؤوس المسطحة تنتج قوى ترددية أعلى.

تشمل المزايا الرئيسية لأنواع المكابس ذات الرؤوس المسطحة التصميم البسيط الذي يجعلها أقل تكلفة في الإنتاج. ونتيجة لذلك، فهي أرخص في الاستخدام في المحرك. الشيء الجيد الآخر في المكابس هو قدرتها على تعزيز عملية الاحتراق لإنتاج المزيد من القوة. وهي تستخدم في الغالب في محركات البنزين.

مكابس القبة

وقد سميت بهذا الاسم بسبب وسطها المرتفع الذي يشكل فقاعات على شكل قبة. يتسبب تصميم المكبس هذا في انتقال غازات الاحتراق لمسافة أطول. وفي الوقت نفسه، تغير مساحة السطح الكبيرة من عملية الاحتراق لتجعلها أقل كفاءة.

المكابس ذات القبة مطلوبة في المحركات التي لا تحتاج إلى إنتاج الكثير من الطاقة. في هذه الاستخدامات، يساعد الضغط المنخفض أيضاً في حماية المحرك من التلف. ومن أمثلة هذه الاستخدامات المحركات ثنائية الشوط من الدراجات النارية.

أطباق المكابس

وكما يوحي الاسم، فإن هذه الأنواع من المكابس على شكل طبق. يتم تجويف مركز الرأس أو التاج وتكون الحواف ملتفة لأعلى. يساعد هذا التصميم على زيادة حجم غرفة الاحتراق، وبالتالي تقليل الضغط.

تمامًا مثل أنواع القبة، تجد المكابس الطبقية عادةً استخدامات حيث يجب أن يظل الضغط والقوة الترددية منخفضة. وتشمل تلك التي تستخدم أنظمة الشاحن التوربيني أو الشاحن الفائق. في هذه المحركات المعززة، يمكن أن تكون مستويات الضغط الأعلى مدمرة.

أنواع المكبس حسب طريقة التصنيع

يتم تصنيف مكابس المحرك أيضًا وفقًا لطريقة تصنيعها أو بعبارة أخرى، عملية التصنيع. وتشمل الطرق التشكيل والصب وإضافة السيليكون لتقوية الحديد. أنواع مكابس المحركات في هذه الفئة موضحة أدناه.

مكابس مزورة

المكابس المطروقة هي من بين الأنواع الأكثر شيوعاً. ولصنعها، يتم كبس قطعة من المعدن بالشكل أو التصميم المطلوب. ويكون الناتج بنية الحبوب يجعل المكبس يمتلك خصائص أعلى من حيث السلامة الهيكلية.

تتناسب قوة المكابس المطروقة مع التطبيقات التي يجب أن يتحمل فيها الجزء أحمالاً أعلى، مثل المركبات عالية الأداء أو المركبات الثقيلة. ومع ذلك، فإن هذه المكابس تتمدد أكثر وتتطلب خلوصًا أكبر لمنع التماسك في درجات الحرارة المرتفعة.

المكابس المصبوبة

وهي بديل للأنواع المطروقة. ويتضمن تصنيعها استخدام معدن منصهر لإنتاج شكل المكبس. يمكن أن تكون هذه الأنواع من المكابس من الألومنيوم أو الحديد، وأحياناً من الفولاذ حسب الخصائص المطلوبة.

إن مكابس المحرك المصنوعة باستخدام طريقة الصب ليست قوية مثل تلك المصنوعة عن طريق تشكيل القطع المعدنية. ومع ذلك، فإنها لا تزال مناسبة للمحركات الخفيفة. في هذه التطبيقات، عادة ما يكون الإجهاد الميكانيكي والحراري منخفضًا بما يكفي لإحداث تلف مبكر.

المكابس فائقة التكثيف

المكابس فائقة الانصهار هي نوع من المكابس المصبوبة. والفرق الوحيد هو أنه يتم إضافة السيليكون أثناء التصنيع. ويتم ذلك عادةً من أجل جعلها أكثر قوة ومقاومة للتآكل، مما يجعلها تناسب الظروف الأكثر قسوة إلى حد ما.

قد لا تكون المكابس فائقة الانصهار قوية مثل تلك المصنوعة باستخدام عملية التشكيل. ومع ذلك، فإنها تتمتع بخصائص أفضل من أنواع الصب القياسية. وتشمل مزاياها على المكابس المصبوبة القدرة على تحمل الإجهاد الحراري والميكانيكي بشكل أفضل.

أنواع المكبس حسب المادة

مادة المكبس هي طريقة أخرى لتصنيف جزء المحرك. وفي هذا الصدد، تشمل أنواع المكابس في هذه الفئة الألومنيوم والحديد والفولاذ. وفيما يلي شرح لمزايا وعيوب كل مادة عند استخدامها.

مكابس الألومنيوم

هذه مصنوعة من سبائك الألومنيوم التي تتكون من النحاس والمنجنيز والزنك وعناصر أخرى. عادةً ما تكون المكابس المصنوعة من سبائك الألومنيوم إما مصبوبة أو مصبوبة من معدن مصهور، حيث يقدم كل نوع خصائص مختلفة من حيث التآكل والمتانة.

توفر المكابس المصنوعة من الألومنيوم ميزة الوزن المنخفض لتناسب المحركات عالية السرعة. كما أنها مناسبة بشكل أفضل للتطبيقات الخفيفة حيث لا يعاني المكبس من الكثير من سوء الاستخدام. على هذا النحو، تستخدم هذه الأنواع من المكابس في الغالب في محركات البنزين.

بالمقارنة مع الأنواع الأخرى، لا تتحمل مكابس الألومنيوم التآكل بشكل جيد. كما أنها أقل متانة وسبب عدم ملاءمتها للمحركات الثقيلة أو محركات الديزل. ومع ذلك، فإن طرق التصنيع الحديثة تنتج سبائك تجعل مكابس الألومنيوم أفضل في تحمل التآكل والإجهاد الميكانيكي أو الحراري.

مكابس الحديد الزهر

كما يوحي الاسم، يتم تصنيع هذه الأنواع من المكابس باستخدام عملية الصب. تمتلك مكابس الحديد الزهر كلاً من الصفات الجيدة والسيئة, مما يجعلها تناسب بعض المحركات دون غيرها.

بدءًا من الصفات الجيدة، تُظهر المكابس مقاومة أفضل للتآكل من الأنواع المطروقة. كما أنها تتمتع بخصائص حرارية أفضل ويمكنها العمل في بيئات عالية الحرارة دون التعرض لخطر التلف.

تشمل سلبيات المكابس المصنوعة من الحديد الزهر ضعف بنيتها التي تجعلها عرضة للتلف بسبب الصدمات أو الإجهاد الميكانيكي. ولذلك، فهي مناسبة في الغالب للمحركات الأخف وزناً من المحركات الحديثة ذات الشاحن التوربيني أو المحرك فائق الشحن.

كيف تُصنع المكابس؟

يتضمن تصنيع المكبس إما عملية التشكيل أو الصب. ويمكن أن تكون المادة أيضًا أو سبائك الألومنيوم، من بين مواد أخرى. عملية التشكيل هي العملية الأكثر استخدامًا اليوم، والألومنيوم هو المادة الأكثر شيوعًا. فيما يلي كيفية تصنيع المكابس باستخدام سبائك الألومنيوم وطريقة التشكيل.

• تبدأ عملية تصنيع المكبس بقضبان كبيرة من الألومنيوم. يصل طول القضبان عادةً إلى 9 أقدام.
• منشار يقطع قضبان الألومنيوم إلى قطع صغيرة في ماكينة آلية.
• يتم نقل القطع المقطوعة التي تسمى الآن الرخويات إلى فرن ويتم تسخينها.
• يتم أيضًا تسخين مكبس التثقيب استعدادًا لاستقبال الرخويات. هذه هي ماكينة التشكيل.
• يتم نقل الرخويات من الفرن إلى المكبس الذي يطبق ضغطًا يصل إلى 2000 طن. وهذا يشكل السبيكة على شكل المكبس المطلوب.
• يتم نقل المكابس فائقة السخونة من المكبس وتبريدها بالهواء لمدة ساعة تقريبًا.
• بعد التبريد، توضع المكابس مرة أخرى في الفرن، وهذه المرة لتقويتها.
• بعد ذلك، يتم نقل المكابس إلى فرن بدرجة حرارة منخفضة. تعمل الحرارة المنخفضة على استقرارها.
• ثم يتم نقل المكابس إلى ماكينة مخرطة وإزالة الأجزاء الزائدة. كما يتم حفر ثقوب زيت صغيرة في مجموعة المكابس في هذه المرحلة.
• تزيل ماكينة المخرطة المواد لإنتاج أخاديد المكبس. كما يتم حفر ثقب كبير عبر المكبس. هذا هو الثقب الذي سيحمل مسمار المكبس.
• يتم نقل المكبس إلى ماكينة تفريز تزيل بعض المواد من الحافة لتقليل الوزن.
• تزيل المخرطة بعض المواد من حواف التاج. يتم ذلك للسماح بتمدد المكبس بدون تجليد.
• تقوم ماكينة أخرى بنقش رقم المكبس وبيانات أخرى.
• وأخيرًا يتم تنعيم المكبس يدويًا ويتم أخذ ثقب المعصم من خلال مخرطة لتصنيعها وفقًا للمواصفات.
• وتتضمن الخطوة الأخيرة في عملية تصنيع المكبس رشه بالماء الساخن ومنزوع الأيونات. ويتم ذلك لإزالة الزيت الذي قد يكون قد تراكم في عمليات المنتجات المختلفة. بعد ذلك يتم تجفيف المكبس استعدادًا للمسات النهائية والتعبئة.

الخاتمة

توفر الأنواع المختلفة من المكابس مستويات من الأداء والمتانة. عند اختيار النوع المراد استخدامه، فإن هذه الخصائص مهمة. يجب أن يساعدك تصميم المكابس وخيارات المواد التي تمت مناقشتها هنا على اتخاذ القرارات الصحيحة. بغض النظر عن النوع، على الرغم من ذلك، فإن المكابس عرضة للتلف بسبب الظروف القاسية لغرفة الاحتراق. اكتشف تأثير ذلك على مكابس المحرك بعد ذلك.