CN101092914A - 带封闭内冷油腔的焊接式锻钢整体活塞及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带封闭内冷油腔的焊接式锻钢整体活塞及其制造方法。它解决了目前铝质活塞不能满足发动机高功率、高强化、低排放的要求的问题，具有结构简单，使用方便，能满足发动机高功率、高强化、低排放的要求等优点。其结构为：它包括活塞本体，所述活塞本体还有通过激光与其焊接为一体的活塞环体，两者间为内冷油腔，冷却油腔通过至少两个进出油孔与活塞内腔连通；活塞本体下部有销孔。

Description

带封闭内冷油腔的焊接式锻钢整体活塞及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种带封闭内冷油腔的焊接式锻钢整体活塞的结构及其制造方法。
背景技术
目前用于载重汽车、工程机械、铁路机车以及船用发动机都在向大功率、高负荷方向发展，强化程度不断提高，排放要求越来越严格，原铝质活塞虽然有重量轻的优点，但铝材质逐渐不能满足发动机高功率、高强化、低排放的要求。
针对大功率、高负荷的柴油机活塞，也有采用铰接摆体式结构活塞，即活塞头与活塞裙分开加工制造，通过活塞销连接起来，活塞头采用铸铁或锻钢材料，活塞裙采用铝材料制造。这种活塞因为活塞头与活塞裙分开制造，增加了加工成本，并且难以形成封闭的冷却油腔，活塞冷却效果差，同时因为需要更长的活塞销进行连接，总体重量也有所增加。
中国专利CN 1610601A  也公开了一种制造一体式活塞的方法，该方法活塞毛坯一体式锻造，内冷油腔用一个环盖与头部加工出的环形腔组成封闭油腔。但其制作工艺复杂，活塞的结构强度有待提高。
发明内容
本发明的目的就是为了解决目前铝质活塞不能满足发动机高功率、高强化、低排放的要求的问题，提供一种具有结构简单，使用方便，能满足发动机高功率、高强化、低排放的要求等优点的带封闭内冷油腔的焊接式锻钢整体活塞及其制造方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种带封闭内冷油腔的焊接式锻钢整体活塞，它包括活塞本体，还有通过激光与其焊接为一体的活塞环体，两者间为内冷油腔，冷却油腔通过至少两个进出油孔与活塞内腔连通；活塞本体下部为销孔。
所述活塞环体上加工有至少一道环槽。
所述活塞本体的裙部设计有环形槽。
所述活塞本体与活塞环体间的激光焊区为上下两个环形区域，焊缝位置根据活塞结构不同允许进行调整。
一种带封闭内冷油腔的焊接式锻钢整体活塞的制造方法，它的方法为，
1)分别锻造活塞本体、活塞环体毛坯；
2)分别对活塞本体毛坯及活塞环体毛坯进行热处理；
3)对活塞本体毛坯及环体毛坯进行粗加工，加工出内腔、内冷油腔及激光焊接面；
4)活塞本体与活塞环体通过激光焊接方式结合在一起；
5)分别加工出活塞环形槽(7)、燃烧室、环槽(8)、销孔(5)、外圆及进出油孔等；
6)对活塞表面进行磷化或石墨化处理。
所述步骤2)中热处理过程为，调质钢热处理为：在800-850℃保温1-2小时然后油冷，回火温度600℃，保温1.5-2.5小时；非调质钢直接空冷至室温，即应在3-4分钟内温度由锻后的1100℃±50℃冷却至500℃±50℃。
本发明活塞本体与环体分别锻造，经粗加工后通过激光焊接工艺结合在一起，在活塞头部环槽与燃烧室之间部位形成一个环形冷却油腔，并且冷却油腔通过两个或三个进、出油孔与活塞内腔相通，当活塞在发动机中工作时，机油从进油孔中喷入，并在环形冷却腔内震荡，从出油孔流出，带走活塞的热量，以降低活塞各部位的工作温度，保证活塞及活塞环的工作可靠性。活塞本体与环体分别锻造，由于通过焊接形成封闭冷却油腔，使活塞整体结构刚度增加，特别是环槽部位热态下变形小。
活塞裙部上方加工出环形槽，不仅减轻了重量，而且有利于油环槽部位机油回油，同时增加了裙部柔性，有利于配缸间隙的减小和机油耗降低。
在活塞销孔方向两侧，锻出凹偏，在满足活塞强度要求前提下，减轻了整个活塞的重量。如需避让发动机机体上安装的喷油嘴，在活塞裙部下端，可以设计一缺口，以防止活塞运动到下止点时与喷油嘴干涉。
激光焊接式结构活塞与摩擦焊接式结构活塞在结构设计上有相似之处，但激光焊接工艺与摩擦焊接工艺相比，焊接余量小，活塞变形小，焊接飞边小，不但节约活塞材料，而且冷却油腔具有更好的冷却效果。
本发明改进了该专利，头部与裙部分别锻造，内冷油腔是在头部与裙部分别加工后通过激光焊接形成，使活塞毛坯的锻造、封闭油腔的形成工艺减化，活塞的结构强度更高。
本发明的有益效果是：既能代替铝质活塞以及铰接结构活塞、摩擦焊接式锻钢结构活塞，又有较轻的重量和更高的强度来满足发动机的强化和排放要求，也具有好的制造工艺性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1.活塞环体，2.活塞本体，3.内冷油腔，4.激光焊区，5.销孔，6.裙部，7.环形槽，8.环槽。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
图1中，活塞本体2与活塞环体1为分别锻造的部件，两者通过激光焊接在一起。活塞环体1上有一道或多道环槽8，它与活塞本体2的激光焊区4为上下两个环形区域，且其与活塞本体2间形成内冷油腔3，该油腔3通过两个或三个进出油孔与活塞内腔连通。活塞本体2的裙部6上有环形槽7，在活塞本体2的下部有销孔5，销孔5的两侧锻出凹偏。
本发明产品的制造方法为：
①、分别锻造活塞本体、活塞环体，材质为可锻造的调质钢或非调质钢。
②、分别对毛坯进行热处理：
调质钢热处理规范：在800-850℃保温1-2小时然后油冷，回火温度600℃±10℃，保温1.5-2.5小时；
非调质钢直接空冷至室温，但应保证在3-4分钟内温度由约1100℃左右(锻后)冷却至500℃左右；
③、对活塞本体及环体毛坯分别进行粗加工，加工出内腔、内冷油腔及激光焊接端面；
④、活塞本体与环体通过激光焊接在一起；
⑤、分别加工出活塞环形槽、燃烧室、环槽、销孔、外圆型面及进出油孔等部位；
⑥、对活塞表面进行磷化或石墨化处理。
本发明所涉及的带内冷油腔的焊接式锻钢整体活塞，本专利的示意图仅显示了其结构形式，具体形状尺寸(包括焊缝位置、数量)可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下，对其结构尺寸作出变化和调整。

Claims (6)

1、一种带封闭内冷油腔的焊接式锻钢整体活塞，它包括活塞本体(2)，其特征是：所述活塞本体(2)还有通过激光与其焊接为一体的活塞环体(1)，两者间为内冷油腔(3)，冷却油腔(3)通过至少两个进出油孔与活塞内腔连通；活塞本体(2)下部有销孔(5)。
2、根据权利要求1所述的带封闭内冷油腔的焊接式锻钢整体活塞，其特征是：所述活塞环体(1)上加工有至少一道环槽(8)。
3、根据权利要求1所述的带封闭内冷油腔的焊接式锻钢整体活塞，其特征是：所述活塞本体(2)的裙部(6)设有环形槽(7)。
4、根据权利要求1所述的带封闭内冷油腔的焊接式锻钢整体活塞，其特征是：所述活塞本体(2)与活塞环体(1)间的激光焊区(4)为上下两个环形区域。
5、一种权利要求1所述的带封闭内冷油腔的焊接式锻钢整体活塞的制造方法，其特征是：它的方法为：
1)分别锻造活塞本体、活塞环体毛坯；
2)分别对活塞本体毛坯及活塞环体毛坯进行热处理；
3)对活塞本体毛坯及环体毛坯进行粗加工，加工出内腔、内冷油腔及激光焊接面；
4)活塞本体与活塞环体通过激光焊接方式结合在一起；
5)分别加工出活塞环形槽(7)、燃烧室、环槽(8)、销孔(5)、外圆及进出油孔等；
6)对活塞表面进行磷化或石墨化处理。
6、根据权利要求5所述的带封闭内冷油腔的焊接式锻钢整体活塞的制造方法，其特征是：所述步骤2)中热处理过程为，调质钢热处理为：在800-850℃保温1-2小时然后油冷，回火温度600℃±10℃，保温1.5-2.5小时；非调质钢直接空冷至室温，即应在3-4分钟内温度由煅后的1100℃±50℃冷却至500℃±50℃。
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