CN102261291A - 一种活塞及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活塞，包括活塞本体及覆盖在活塞本体的裙部表面上的石墨层。本发明还公开了一种活塞的制作工艺，包括步骤：将石墨印刷在活塞本体的裙部表面。本发明所提供的活塞，在现有活塞的基础上，在其裙部设置石墨层，能够起到高温隔离层的作用，不会使缸体和活塞粘结，能够提高发动机的可靠性，因为石墨粉本身较软，并具有润滑性，所以当发动机在起动，或因为其他意外情况造成润滑困难时，设置在活塞裙部表面上的石墨层，能在短时间内起到润滑作用，使活塞安全地度过紧急状态。

Description

一种活塞及其生产工艺

技术领域

本发明涉及活塞技术领域，特别涉及一种活塞及其生产工艺。

背景技术

活塞是汽车发动机的“心脏”，承受交变的机械负荷和热负荷，是发动机中工作条件最恶劣的关键零部件之一。活塞的功用是承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转，活塞顶部还是燃烧室的组成部分。一般活塞都是圆柱形体，根据不同发动机的工作条件和要求，活塞本身的构造有各种各样，一般将活塞分为头部、裙部和活塞销座三个部分。

随着发动机的轻量化发展，所以目前发动机的很多部件都采用铝合金材质，发动机缸体采用高硅铝合金缸套，此类缸套具有铸造性好、耐磨性好、线膨胀系数小的特性，采用此类缸套，与采用铸铁缸套相比，减轻了发动机的重量并减少了汽车油耗。

但铝活塞和高硅铝合金缸体在受高温高压的恶劣环境中发生粘连，产生拉缸现象。活塞、活塞环与气缸壁摩擦副丧失密封性，从而导致气缸压缩压力降低，动力性丧失；可燃混合气下窜使曲轴箱压力增大，严重时会引起曲轴箱爆炸；润滑油上窜到气缸内引起烧机油现象发生；排气管冒烟严重；发动机噪声异常；发动机不能正常工作甚至熄火。

因此，如何降低拉缸现象的发生次数，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种活塞，以解决铝合金的活塞和铝合金的缸体在高温高压的恶劣环境中发生粘连，产生的拉缸现象。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种活塞，包括活塞本体，还包括覆盖在活塞本体的裙部表面上的石墨层。

优选的，上述活塞中，所述石墨层为含有铁质粉或铁基合金粉的石墨层。

优选的，上述活塞中，所述石墨层的厚度范围为0.01～0.02毫米。

本发明还提供了一种活塞的制作工艺，包括如下步骤：

印刷石墨将石墨印刷在活塞本体的裙部表面。

优选的上述制作工艺中，通过丝网印刷机将石墨印刷在活塞本体的裙部表面；

所述石墨为含有铁质粉或铁基合金粉的石墨。

优选的上述制作工艺中，所述石墨层的厚度范围为0.01～0.02毫米；

所述丝网印刷机的网板目数为90～110目。

优选的上述制作工艺中，所述印刷石墨时的温度为20～30℃，相对湿度为40％～50％。

优选的上述制作工艺中，在印刷石墨之前还包括步骤：

表面处理，所述表面处理具体包括：将活塞本体放入酸性溶液中酸洗，该酸性溶液的PH值为4.5～5.5；

将酸洗后的活塞本体放入碱性溶液中中和，该碱性溶液的PH值为9.0～10.5。

优选的上述制作工艺中，在所述表面处理前还包括步骤：

前处理对活塞本体进行除油和清洗。

优选的上述制作工艺中，在所述表面处理后还包括步骤：

对活塞本体进行清洗并烘干。

优选的上述制作工艺中，在所述印刷石墨步骤后还包括步骤：

电磁处理对活塞本体通电，进行电磁处理，通电时间为40～50秒。

优选的上述制作工艺中，在步骤电磁处理后还包括步骤：

干燥处理对活塞本体进行烘干。

本发明所提供的活塞，在现有活塞的基础上，在其裙部设置石墨层，能够起到高温隔离层的作用，不会使缸体和活塞粘结，能够提高发动机的可靠性，因为石墨粉本身较软，并具有润滑性，所以当发动机在起动，或因为其他意外情况造成润滑困难时，设置在活塞裙部表面上的石墨层，能在短时间内起到润滑作用，使活塞安全地度过紧急状态。另外，通过在石墨层中添加铁质粉，铁基自融合金粉具有优良的耐磨性和坚韧性，与石墨能够很好的融合在一起，能使铝合金活塞在运行过程中起减磨作用和对汽缸套起保护作用。

附图说明

图1为本发明实施例提供的活塞制作工艺的流程示意图；

图2为本发明所提供的活塞清洗处理具体工艺的流程示意图；

图3为本发明所提供的表面印刷处理具体工艺的流程示意图。

具体实施方式

本发明核心是提供一种活塞的制作工艺，通过该工艺能够显著提高发动机的可靠性，降低拉缸现象的发生次数。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1-3，图1为本发明实施例提供的活塞制作工艺的流程示意图；图2为本发明所提供的活塞清洗处理具体工艺的流程示意图；图3为本发明所提供的表面印刷处理具体工艺的流程示意图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的活塞的制作工艺包括如下步骤：

步骤1：活塞清洗处理，对活塞做清洗等一系列的处理，为印刷石墨做好准备。

步骤2：表面印刷处理，在活塞的裙部表面印刷石墨和印刷后的处理。

如图2所示，步骤1具体包括：

步骤101：除油；

由于碱性水液出油效果较好，所以本发明实施例通过在中性水中添加碱性药液得到除油溶液，并将除油溶液的PH值调节至9.5-11。将活塞放置该除油溶液中进行除油处理。

也可以在中性水中添加除油剂得到除油溶液，其中除油剂可以为上海产的粉末状除油剂，也可以采用韩国产的POCL2082液体状的除油剂，关于液体状的除油剂的调配比例为每升除油溶液含有50毫升液体状除油剂。

在清洗过4-5万个活塞时需更换一次除油溶液，或除油过程中对除油溶液进行PH值检测，低于要求值时更换除油溶液。

步骤102：清洗；

用中性水对除油后的活塞进行清洗，洗掉其表面的除油溶液。

步骤103：酸洗；

活塞表面在后续处理中有印刷、喷涂石墨等处理方式，因为活塞裙部越是光亮，石墨就越不好印刷，而且印刷完后的贴合力也差，为了便于后续印刷及提高附着力，所以本工序采用酸洗处理，即将活塞放在酸性溶液中进行酸洗，其中酸性溶液的PH值为4.5-5.5。

通过酸洗能使得光亮的活塞表面形成粗擦面，使得活塞表面粗糙度低的情况下更加容易印刷，而且提高印刷后的附着力。

步骤104：中和；

未了避免酸洗后的活塞被酸腐蚀，将酸洗后的活塞放置在碱性溶液中对附着在活塞上的酸性溶液进行中和。其中，碱性溶液的PH值控制在9.0～10.5之间。

步骤105：清洗；

用中性水对中和处理后的活塞进行清洗，洗掉其表面的碱性溶液。

步骤106：一次干燥；

对清洗后的活塞进行干燥处理，可以通过先对活塞表面吹温度为80-90℃的热风，然后吹40-50℃的冷风，热风和冷风的时间控制在400秒左右。

如图3所示，步骤2具体包括：

步骤201：二次干燥；

对通过一次干燥后的活塞在进行表面印刷之前还要进行二次干燥处理。因为活塞表面存在凹凸不平的点，在凹凸处仅靠清洗线上的烘干工序时去除不净残留的水分的，所以需要增加二次干燥工序。完全除掉活塞表面的水分有助于提高石墨的附着力。

二次干燥在干燥室内完成，干燥室的温度控制在50℃左右，干燥时间1小时。其中温度和时间不作为本发明的限制范围，甚至在一次干燥中能够将水分去除，也可以不必进行二次干燥处理。

如果建立一个干燥室比较麻烦的话，也可以在一次干燥后直接放入120度的高温里放置10分钟。

步骤202：温度、湿度处理；

在二次干燥后印刷石墨之前还需进行控制温度湿度处理，因为二次干燥后的活塞表面温度较高，温度高时活塞印刷后石墨干燥快，但附着力差。通过反复实现得知，温度控制在20～30℃之间，相对湿度在40％～50％之间时，印刷后石墨附着力最强，尤其是相对湿度在45％时。

将二次干燥后的活塞运送至印刷室中，并保持30分钟左右，印刷室内的温度控制在20～30℃之间，相对湿度在40％～50％之间。

步骤203：印刷石墨；

用丝网印刷机装上网板把把石墨印刷在活塞裙部表面，也可以通过其他装置将石墨喷涂在活塞裙部表面，本发明不限于丝网印刷机一种方式。

丝网印刷机上的网板可以根据要求的石墨厚度和活塞的型号规格对网板进行定制。对于较大型号的活塞可以选用网孔较大，较厚的网板，同理，对于较小型号的活塞可以选用网孔较小、较薄的网板。石墨的厚度应控制在0.01～0.02毫米之间，网板目数应控制在90-110目左右，优选为100目。

其中，通过在石墨中添加铁质粉或铁基合金粉，铁质粉和铁基合金粉均具有优良的耐磨性和坚韧性，与石墨能够很好的融合在一起，能使铝合金活塞在运行过程中起减磨作用和对汽缸套起保护作用。

步骤204：电磁处理；

由于石墨层中的铁元素分布杂乱无章，所以需要在印刷完石墨后的活塞进行电磁处理。对活塞通电，通过电磁的作用使铁元素或铁合金元素分布均匀。电磁处理时间一般在40-50秒即可。

步骤205：三次干燥；

干燥温度为200-220℃，干燥时间为1小时，干燥时间是指由印刷后的温度25℃升温至210℃左右，维持210℃约10-12分钟后冷却到25℃的时间为1小时，但急于冷却或急于加热对附着力的影响不是太大，所以直接加热180℃15分钟左右也是可以的。

本发明还提供了三种检验方法，用于检查石墨层的贴合力是否合格。

(1)用与发动机相同的润滑油(油压2000Pa)，喷嘴距离工件(活塞)75mm，工件转速1400转每分钟，对准石墨喷1分钟，喷射后活塞裙部出现2mm的脱落点为不合格；1mm的脱落点5个以上也视为不合格。

(2)活塞在100℃的热水中煮10分钟后，用高度尺侧尖在石墨层表面划线(横竖各10条)，强力胶粘上，然后揭下强力胶，石墨层剥落少于25％为合格。

(3)把活塞直接防砸热水里煮220℃，两小时后用冷水击，然后用强力胶粘接活塞裙部表面来测定，看石墨是否存在脱落现象，不脱落为合格。

石墨层的厚度可以通过检验室圆度仪进行测量。

本发明提供了一种活塞，包括活塞本体及覆盖在活塞本体的裙部表面上的石墨层。其中，石墨层优选为含有铁质粉或铁基合金粉的石墨层。石墨层的厚度范围为0.01～0.02毫米。

综上所述，本发明所提供的活塞，在现有活塞的基础上，在其裙部设置石墨层，能够起到高温隔离层的作用，不会使缸体和活塞粘结，能够提高发动机的可靠性，因为石墨粉本身较软，并具有润滑性，所以当发动机在起动，或因为其他意外情况造成润滑困难时，设置在活塞裙部表面上的石墨层，能在短时间内起到润滑作用，使活塞安全地度过紧急状态。另外，通过在石墨层中添加铁质粉，铁基自融合金粉具有优良的耐磨性和坚韧性，与石墨能够很好的融合在一起，能使铝合金活塞在运行过程中起减磨作用和对汽缸套起保护作用。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (12)

1.一种活塞，包括活塞本体，其特征在于，还包括覆盖在活塞本体的裙部表面上的石墨层。

2.如权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述石墨层为含有铁质粉或铁基合金粉的石墨层。

3.如权利要求1或2所述的活塞，其特征在于，所述石墨层的厚度范围为0.01～0.02毫米。

4.一种活塞的制作工艺，其特征在于，包括如下步骤：

印刷石墨将石墨印刷在活塞本体的裙部表面。

5.如权利要求4所述的制作工艺，其特征在于，通过丝网印刷机将石墨印刷在活塞本体的裙部表面；

所述石墨为含有铁质粉或铁基合金粉的石墨。

6.如权利要求5所述的制作工艺，其特征在于，所述石墨层的厚度范围为0.01～0.02毫米；

所述丝网印刷机的网板目数为90～110目。

7.如权利要求4-6任一项所述的制作工艺，其特征在于，所述印刷石墨时的温度为20～30℃，相对湿度为40％～50％。

8.如权利要求4所述的制作工艺，其特征在于，在印刷石墨之前还包括步骤：

表面处理，所述表面处理具体包括：将活塞本体放入酸性溶液中酸洗，该酸性溶液的PH值为4.5～5.5；

将酸洗后的活塞本体放入碱性溶液中中和，该碱性溶液的PH值为9.0～10.5。

9.如权利要求8所述的制作工艺，其特征在于，在所述表面处理前还包括步骤：

前处理对活塞本体进行除油和清洗。

10.如权利要求8或9所述的制作工艺，其特征在于，在所述表面处理后还包括步骤：

对活塞本体进行清洗并烘干。

11.如权利要求5或6所述的制作工艺，其特征在于，在所述印刷石墨步骤后还包括步骤：

电磁处理对活塞本体通电，进行电磁处理，通电时间为40～50秒。

12.如权利要求11所述的制作工艺，其特征在于，在步骤电磁处理后还包括步骤：

干燥处理 对活塞本体进行烘干。

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