CN102979641B - 整体式铸钢活塞及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种整体式铸钢活塞，在活塞裙部设有面窗式减重区，整体式铸钢活塞减轻重量15%～20%以上，使整体铸钢活塞重量接近同类型铝合金活塞的重量，满足发动机轻量化的要求。本发明还公开了一种整体式铸钢活塞的制造方法，该方法主要包括以下步骤：铸造活塞毛坯，铸造出面窗式减重区、销孔、封闭冷却腔、冷却油出口和冷却油进口；对所述活塞毛坯进行热处理；在经过热处理的活塞毛坯上加工出燃烧室凹坑、活塞头部、活塞裙部以及环槽区；对活塞进行整体磷化处理。本发明提供的方法简化了整体式铸钢活塞的生产工艺，提高了生产效率同时降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明属于活塞制造领域，特别涉及一种整体式铸钢活塞及其制造方法。
背景技术
活塞是发动机的关键零件,长期在高温、高负荷和润滑不良的情况下工作,承受着周期交变的机械负荷与热负荷,是柴油机中故障发生最多的零部件之一,长期以来一直是重型柴油机设计研究关注的重点。活塞设计是否合理，直接影响到发动机的动力性、经济性、可靠性和使用寿命。
目前，现有制造整体式活塞的方法是活塞毛坯整体锻造，机械加工出的环形腔，用两片冲压成型的环盖将环形腔封闭形成封闭内冷却油腔。该活塞的制造过程分别采用锻造、冲压、特殊机械加工环形腔、专用设备进行环盖安装，其制造工艺复杂、制造工序较多、能耗高、成本过高。
现有的另一种制造整体式活塞的方法为活塞本体、活塞环体毛坯分别锻造，通过激光焊接形成带封闭内冷油腔的焊接式锻钢整体活塞，激光焊接成套设备昂贵，同时对焊缝的无损检查目前也只能采用工业CT进行，工业CT设备也很昂贵，该结构活塞制造工艺复杂、成本太高、生产效率及合格率低等问题，不适合大规模生产。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种整体式铸钢活塞，本发明提供的整体式铸钢活塞减轻重量15%～20%以上，使整体铸钢活塞重量接近同类型铝合金活塞的重量，满足发动机轻量化的要求。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种整体式铸钢活塞，包括活塞裙部和活塞头部，所述活塞裙部设有销孔，所述活塞头部设有环槽区、封闭冷却腔、冷却油进口和冷却油出口，所述冷却油进口与所述冷却油出口分别与所述封闭冷却腔连通，所述环槽区与所述活塞裙部之间设有环形减空腔，其特征在于，所述活塞裙部设有面窗式减重区。
优选的，所述环槽区包括至少一道气环槽和至少一道油环槽。
优选的，所述活塞头部的顶部设有燃烧室凹坑。
优选的，所述冷却油进口为一个，所述冷却油出口为至少一个。
本发明还提供了一种整体式铸钢活塞的制造方法，本方法直接铸造出了封闭冷却腔和面窗式减重区，其制造工艺简单，降低了活塞的制造成本。
本发明所提供的一种整体式铸钢活塞的制造方法，包括以下步骤：
s1、铸造活塞毛坯，铸造出面窗式减重区、销孔、封闭冷却腔、冷却油出口和冷却油进口；
s2、对所述活塞毛坯进行热处理；
s3、在所述经过热处理的活塞毛坯上加工出燃烧室凹坑、活塞头部、活塞裙部以及环槽区；
s4、对经过s3步骤加工的活塞进行整体磷化处理。
其中，步骤s1中铸造活塞毛坯，还包括铸造出环形减重空腔。
其中，步骤s3中还包括在所述经过热处理的活塞毛坯上加工出环形减重空腔的步骤。
其中，s2步骤中所述的热处理过程包括以下步骤：
s21、退火，加热温度860℃±10℃，保温2小时～3小时，炉内冷却至200℃再出炉空气冷却；
s22、淬火：加热温度850℃±10℃，保温2小时～3小时然后油冷；
s23、回火：加热温度580℃±20℃，保温3小时～4小时然后水冷；
s24、去应力时效：加热温度250℃±10℃，保温3小时～4小时然后空冷。
其中，s4步骤中磷化处理的温度为78℃～88℃，时间为12分钟～15分钟。
本发明所提供的整体式铸钢活塞，与现有技术相比，由于活塞裙部设有面窗式减重区，减轻重量15%～20%以上，使整体铸钢活塞重量接近同类型铝合金活塞的重量，满足发动机轻量化的要求。
本发明所提供的一种整体式铸钢活塞的制造方法，在铸造活塞毛坯的同时铸造出了面窗式减重区、封闭冷却腔、冷却油出口和冷却油进口与现有技术相比，简化了整体式铸钢活塞的生产工艺，提高了生产效率同时降低了生产成本。
附图说明
图1是本发明活塞成品结构主视图；
图2是本发明活塞毛坯结构的主视图；
图3是本发明活塞毛坯结构的仰视图；
图4是本发明活塞毛坯结构进出油口剖视图。
其中，
1、活塞裙部；2、活塞头部；3、销孔；4、环槽区；5、封闭冷却腔；6、冷却油进口；7、冷却油出口；8、环形减重空腔；9、面窗式减重区；10、燃烧室凹坑。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
如图1～4所示，本发明一种整体式铸钢活塞，包括活塞裙部1和活塞头部2，活塞裙部设有销孔3，活塞头部设有封闭冷却腔5、冷却油进口6和冷却油出口7，冷却油进口6与冷却油出口7分别与封闭冷却腔5连通，冷却油进口6设有一个，冷却油出口7设有一个，冷却油出口7也可以设多个，在活塞头部2还设有环槽区4，环槽区4设有气环槽和油环槽，气环槽和油环槽的个数至少为一个，也可以设置多个，在活塞头部2的顶部，设置有燃烧室凹坑10，在保证活塞裙部1有适当的导向长度的情况下，在环槽区4与活塞裙部1之间设有环形减重空腔8，在活塞裙部2上销孔3的方向设有面窗式减重区9，面窗式减重区9的设置能够大大减轻整体式铸钢活塞的重量，减轻重量15%～20%以上，使整体铸钢活塞重量接近同类型铝合金活塞的重量，满足发动机轻量化的要求。
方法实施例一
本发明还提供一种整体式铸钢活塞的铸造方法，该方法包括一下步骤：
s1、铸造活塞毛坯，铸造出环形减重空腔、面窗式减重区、销孔、封闭冷却腔、冷却油出口和冷却油进口；
s2、对所述活塞毛坯进行热处理，其热处理的过程包括以下步骤：
s21、退火，加热温度860℃±10℃，保温2小时～3小时，炉内冷却至200℃再出炉空气冷却；
s22、淬火：加热温度850℃±10℃，保温2小时～3小时然后油冷；
s23、回火：加热温度580℃±20℃，保温3小时～4小时然后水冷；
s24、去应力时效：加热温度250℃±10℃，保温3小时～4小时然后空冷。
s3、在所述经过热处理的活塞毛坯上加工出燃烧室凹坑、活塞头部、活塞裙部以及环槽区；
s4、对经过s3步骤加工的活塞进行整体磷化处理，磷化处理的温度为78℃～88℃，时间为12分钟～15分钟。
方法实施例二
一种整体式铸钢活塞的铸造方法，该方法包括一下步骤：
s1、铸造活塞毛坯，铸造出环形减重空腔、面窗式减重区、销孔、封闭冷却腔、冷却油出口和冷却油进口；
s2、对所述活塞毛坯进行热处理，其热处理的过程包括以下步骤：
s21、退火，加热温度865℃，保温2小时30分钟，炉内冷却至200℃再出炉空气冷却；
s22、淬火：加热温度855℃，保温2小时30分钟然后油冷；
s23、回火：加热温度590℃，保温3小时30分钟然后水冷；
s24、去应力时效：加热温度255℃，保温3小时30分钟然后空冷。
s3、在所述经过热处理的活塞毛坯上加工出燃烧室凹坑、活塞头部、活塞裙部以及环槽区；
s4、对经过s3步骤加工的活塞进行整体磷化处理，磷化处理的温度为80℃，时间为13分钟。
方法实施例三
一种整体式铸钢活塞的铸造方法，其步骤包括：
s1、铸造活塞毛坯，铸造出面窗式减重区、销孔、封闭冷却腔、冷却油出口和冷却油进口；
s2、对所述活塞毛坯进行热处理，其热处理的过程包括以下步骤：
s21、退火，加热温度860℃±10℃，保温2小时～3小时，炉内冷却至200℃再出炉空气冷却；
s22、淬火：加热温度850℃±10℃，保温2小时～3小时然后油冷；
s23、回火：加热温度580℃±20℃，保温3小时～4小时然后水冷；
s24、去应力时效：加热温度250℃±10℃，保温3小时～4小时然后空冷。
s3、在所述经过热处理的活塞毛坯上加工出燃烧室凹坑、活塞头部、活塞裙部以及环槽区，环形减重空腔；
s4、对经过s3步骤加工的活塞进行整体磷化处理，磷化处理的温度为78℃～88℃，时间为12分钟～15分钟。
方法实施例四
一种整体式铸钢活塞的铸造方法，该方法包括一下步骤：
s1、铸造活塞毛坯，铸造出面窗式减重区、销孔、封闭冷却腔、冷却油出口和冷却油进口；
s2、对所述活塞毛坯进行热处理，其热处理的过程包括以下步骤：
s21、退火，加热温度865℃，保温2小时30分钟，炉内冷却至200℃再出炉空气冷却；
s22、淬火：加热温度855℃，保温2小时30分钟然后油冷；
s23、回火：加热温度590℃，保温3小时30分钟然后水冷；
s24、去应力时效：加热温度255℃，保温3小时30分钟然后空冷。
s3、在所述经过热处理的活塞毛坯上加工出燃烧室凹坑、活塞头部、活塞裙部以及环槽区，环形减重空腔；
s4、对经过s3步骤加工的活塞进行整体磷化处理，磷化处理的温度为80℃，时间为13分钟。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种整体式铸钢活塞，包括活塞裙部和活塞头部，所述活塞裙部设有销孔，所述活塞头部设有环槽区、封闭冷却腔、冷却油进口和冷却油出口，所述冷却油进口与所述冷却油出口分别与所述封闭冷却腔连通，所述环槽区与所述活塞裙部之间设有环形减空腔，其特征在于，所述活塞裙部设有面窗式减重区，所述环槽区包括至少一道气环槽和至少一道油环槽，所述活塞头部的顶部设有燃烧室凹坑，所述冷却油进口为一个，所述冷却油出口为至少一个，所述活塞材料为可铸造的调制钢或铸铁类材料。
2.一种整体式铸钢活塞的制造方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
s1、铸造活塞毛坯，铸造出面窗式减重区、销孔、封闭冷却腔、冷却油出口和冷却油进口；
s2、对所述活塞毛坯进行热处理；
s3、在经过热处理的所述活塞毛坯上加工出燃烧室凹坑、活塞头部、活塞裙部以及环槽区；
s4、对经过s3步骤加工的活塞进行整体磷化处理，步骤s1中铸造活塞毛坯，还包括铸造出环形减重空腔。
3.根据权利要求2所述的整体式铸钢活塞的制造方法，其特征在于，步骤s3中还包括在所述经过热处理的活塞毛坯上加工出环形减重空腔的步骤。
4.根据权利要求2所述的整体式铸钢活塞的制造方法，其特征在于，步骤s2中所述的热处理过程包括以下步骤：
s21、退火，加热温度860℃±10℃，保温2小时～3小时，炉内冷却至200℃再出炉空气冷却；
s22、淬火：加热温度850℃±10℃，保温2小时～3小时然后油冷；
s23、回火：加热温度580℃±20℃，保温3小时～4小时然后水冷；
s24、去应力时效：加热温度250℃±10℃，保温3小时～4小时然后空冷。
5.根据权利要求2所述的整体式铸钢活塞的制造方法，其特征在于，步骤s4中磷化处理的温度为78℃～88℃，时间为12分钟～15分钟。
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