CN104005876A - 一种螺纹焊接式整体锻钢活塞 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种发动机活塞，包括锻造成的活塞头部和锻造成的活塞裙部，活塞头部和活塞裙部固定连接在一起，活塞头部和活塞裙部之间形成封闭的冷却油腔，冷却油腔通过进、出油孔与外部相通，活塞的环槽全部设在活塞裙部上，包括设在上方的两个气环槽和设在下方的一个油环槽；销座设在活塞裙部上，销座上端与活塞头部的下端通过螺纹连接在一起；活塞头部上端外圆部分或全部与活塞裙部火力岸上端内腔形成过盈配合；在活塞外圆表面或顶面有单面焊缝。

Description

一种螺纹焊接式整体锻钢活塞
技术领域
本发明涉及一种活塞，特别是一种螺纹焊接式整体锻钢活塞。
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，并通过活塞销轴传给连杆驱使曲轴旋转。
近十几年来，发动机设计、制造技术得以迅速提高，特别是柴油发动机都在向大功率、高负荷方向发展，强化程度不断提高，爆发力已经超过20MPa，同时排放要求越来越严格，原铝制活塞虽然有重量轻的优点，但是铝合金材料只能在350℃下稳定工作，虽然采取了多种强化措施，如：第一环槽镶高镍奥氏体环座、第一环槽进行激光淬火，以提高环槽抗磨损能力，燃烧室喉口镶陶瓷复合材料、燃烧室喉口进行激光重熔细化。以提高燃烧室抗裂能力，但铝活塞仍然难以满足欧Ⅳ、欧Ⅴ标准的发动机要求。所以现在很多公司都在选用钢铁材料替代铝合金材料，特别是锻钢活塞材料的开发带表了当前活塞发展的方向，所以铝材质已逐渐不能满足发动机高功率、高强度、的排放的要求。为此国内外活塞设计制造商致力于设计开发既具有高可靠性又能满足经济型及排放要求的新型活塞，如液态模锻陶瓷纤维结构活塞、钢顶铝裙结构的摆体式铰接活塞、铸铁活塞等，以上结构都存在一定的缺点，如液态模锻陶纤维结构铝活塞对毛坯成型工艺要求高，特别是陶瓷纤维结构，必须在高压下才能成型；摆体式铰接结构活塞其活塞头与活塞裙分开加工制造，活塞裙由于壁厚差太大，铸造废品率较高，增加了成本，并且难以形成封闭的油腔，活塞冷却效果较差，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，铸铁活塞在制造过程中对环境造成污染，内冷油腔结构难以实现，活塞的重量难以控制。
现有技术采用将锻造成的活塞头部和锻造成的活塞裙部通过摩擦焊焊接在一起的方式制造活塞，这种制造方式导致封闭油腔内侧的焊缝不能清理，在冷却机油震荡中会有硬质颗粒脱落，增加了造成发动机拉缸的风险。在对活塞头部和活塞裙部进行摩擦焊接时容易出现焊接缺陷，进而导致使用过程中活塞头部和活塞裙部分离，造成发动机损坏甚至整台机车的报废。此外，摩擦焊投入巨大，浪费能源。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，提供一种结构合理，安全可靠的组合式锻钢结构活塞。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现。
一种螺纹焊接式整体锻钢活塞，包括锻造成的活塞头部和锻造成的活塞裙部，活塞头部和活塞裙部固定连接在一起，活塞头部和活塞裙部之间形成封闭的冷却油腔，冷却油腔通过进、出油孔与外部相通，活塞的环槽全部设在活塞裙部上，包括设在上方的两个气环槽和设在下方的一个油环槽；销座设在活塞裙部上，销座上端与活塞头部的下端通过螺纹连接在一起；活塞头部上端外圆部分或全部与活塞裙部火力岸（第一环槽到活塞顶的部分）上端内腔形成过盈配合；在活塞外圆表面或顶面有单面焊缝。
采用上述技术方案后，主要有以下有益效果。
1、活塞头部和活塞裙部通过螺纹连接后更加牢固，而且活塞头部上端外圆部分或全部与活塞裙部火力岸上端内腔形成过盈配合也增加了活塞头部与活塞裙部连接的牢固性，因此对连接面处的焊接要求降低，用普通焊或者氩弧焊对活塞外圆表面或者顶面上的接缝进行焊接即可，不但焊接工艺简单，成本低，而且不会在冷却油腔内形成焊缝，发动机工作过程中冷却油腔内不会出现硬质颗粒，降低了拉缸的几率。
2、活塞在缸体中工作时，可能会出现卡死现象，如果此时正好处于做工冲程，飞轮在惯性作用下带动活塞杆拉动活塞裙部向下运动，活塞环对环槽上侧面形成很大的拉力，可能会出现“脱顶”（活塞头部与活塞裙部分离）现象，造成发动机损坏。本发明将所有环槽设置在活塞裙部，降低了上述现象发生的几率。
3、活塞工作过程中销座上方承受巨大的压力，因活塞销座部位疲劳开裂导致活塞失效的比例占到整个活塞失效原因的30%。本发明采用的螺纹连接的活塞销座部位可以吸收一部分活塞销座的变形量，减少活塞销座处疲劳开裂的几率。
作为优选，在油环槽下方设有环形槽，环形槽与油环槽之间形成一环带，环带直径比缸孔直径小1~3mm，环带上设有若干连通油环槽与环形槽的回油孔，或者在油环槽下表面上设置水平回油盲孔。通过回油孔使油环槽与环形槽贯通，不仅减轻了重量，增加了裙部柔性，而且有利于油环槽部位的机油回油，特别是油环槽底部的机油，通过回油孔直接回流到环形槽中，或通过油环槽侧面的回油盲孔，经过油环槽下侧面直径较小的环带回流到环形槽中，防止由于机油压力高导致机油上窜，有利于降低机油耗，减少发动机的有害排放。
所述回油孔设置在靠近活塞短轴的位置。
所述水平回油盲孔设置在靠近活塞长轴的位置。
所述回油孔与活塞轴线平行。
作为优选，所述环形槽与活塞内腔在活塞长轴方向相通。采用此技术方案一是可以减轻活塞的重量，减少发动机工作时活塞往复运动的惯性力对发动机造成的破坏，二是减少活塞头部对活塞裙部的热传递，降低活塞裙部热疲劳失效的几率。
为减少销轴的磨损，在所述销座上的销孔中镶入销轴套。
作为优选，销轴套的材料选用铸造青铜。
作为优选，所述销座上的销孔纵截面为双曲线形。活塞在工作过程中，活塞销因受活塞杆压力作用而向上弯曲，销孔会受到活塞销的作用力，如果销孔为直线形，很容易导致销座疲劳开裂，此方案将销孔设计为双曲线形，可以降低应力集中，有效防止因过高的压力造成 的销孔开裂。
附图说明
图1为本发明的正面剖视图。
图2为本发明侧面剖视图。
图3为本发明的仰视图。
图4为本发明的结构示意图。
图5为双曲线形销孔剖视图。
图中：1、活塞头部，2、活塞裙部，3、冷却油腔，4、进、出油孔，5、气环槽，6、油环槽，7、销座，8、螺纹，9、单面焊缝，10、环形槽，11、环带，12、回油孔，13、销孔。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面根据附图对本发明具体实施方式作进一步说明。
一种螺纹焊接式整体锻钢活塞，包括锻造成的活塞头部1和锻造成的活塞裙部2，活塞的环槽全部设在活塞裙部2上，包括设在上方的两个气环槽5和设在下方的一个油环槽6；销座7设在活塞裙部2上，销座7上端与活塞头部1的下端通过螺纹8连接在一起；活塞头部1上端外圆部分或全部与活塞裙部2火力岸上端内腔形成过盈配合；在活塞外圆表面或顶面有单面焊缝9；活塞头部1和活塞裙部2之间形成封闭的冷却油腔3，冷却油腔通过进、出油孔4与外部相通。
在油环槽6下方设有环形槽10，环形槽10与油环槽6之间形成一环带11，环带11直径小于缸孔直径，环带11上设有若干连通油环槽6与环形槽10的回油孔12，回油孔12设置在靠近活塞短轴的位置。

Claims (9)

1.一种螺纹焊接式整体锻钢活塞，包括锻造成的活塞头部和锻造成的活塞裙部，活塞头部和活塞裙部固定连接在一起，活塞头部和活塞裙部之间形成封闭的冷却油腔，冷却油腔通过进、出油孔与外部相通，其特征在于：活塞的环槽全部设在活塞裙部上，包括设在上方的两个气环槽和设在下方的一个油环槽；销座设在活塞裙部上，销座上端与活塞头部的下端通过螺纹连接在一起；活塞头部上端外圆部分或全部与活塞裙部火力岸上端内腔形成过盈配合；在活塞外圆表面或顶面有单面焊缝。
2.如权利要求1所述的螺纹焊接式整体锻钢活塞，其特征在于：在油环槽下方设有环形槽，环形槽与油环槽之间形成一环带，环带直径小于缸孔直径，环带上设有至少一个连通油环槽与环形槽的回油孔，或者在油环槽下表面上设置水平回油盲孔。
3.根据权利要求2所述的螺纹焊接式整体锻钢活塞，其特征在于：所述回油孔设置在靠近活塞短轴的位置。
4.根据权利要求2所述的螺纹焊接式整体锻钢活塞，其特征在于：所述水平回油盲孔设置在靠近活塞长轴的位置。
5.根据权利要求2所述的螺纹焊接式整体锻钢活塞，其特征在于：所述回油孔与活塞轴线平行。
6.如权利要求2所述的螺纹焊接式整体锻钢活塞，其特征在于：所述环形槽与活塞内腔在活塞长轴方向相通。
7.如权利要求1-6任一所述的螺纹焊接式整体锻钢活塞，其特征在于：在所述销座上设有销孔，在销孔中镶入销轴套。
8.如权利要求7所述的螺纹焊接式整体锻钢活塞，其特征在于：所述销轴套的材料为铸造青铜。
9.如权利要求1-6任一所述的螺纹焊接式整体锻钢活塞，其特征在于：在所述销座上设有销孔，销孔纵截面为双曲线形。
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