CN104353814A - 氧化铝纤维氧化钛颗粒增强内冷镶圈活塞毛坯制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氧化铝纤维氧化钛颗粒增强内冷镶圈活塞毛坯制造方法，包括：1）.制成两体式氧化铝陶瓷纤维氧化钛颗粒的上预制件和下预制件，其中氧化铝陶瓷纤维体积分数为8-25%，氧化钛颗粒体积分数为1-9%，其余为空隙；2）.以食盐和钛酸铝陶瓷为原料制成可溶芯；3）.将渗铝处理后的耐磨铸铁镶圈放入铸造模具内并固定；4）.将两体氧化铝陶瓷纤维氧化钛颗粒上预制件和下预制件预热；5）.将可溶芯预热后，取出两体氧化铝陶瓷纤维氧化钛颗粒上预制件和下预制件，将可溶芯装入氧化铝陶瓷纤维氧化钛颗粒的下预制件，再将氧化铝陶瓷纤维氧化钛颗粒上预制件与下预制件组合，迅速放入模具中；6）.向铸造模具内倒入铝合金溶液，加压成型。
Description
技术领域
本发明涉及一种活塞毛坯的制造方法，尤其是一种氧化铝纤维氧化钛颗粒增强内冷镶圈活塞毛坯制造方法。
背景技术
目前，载重汽车、工程机械、铁路机车以及船用的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。在发动机的活塞的头部增加氧化铝陶瓷纤维氧化钛颗粒增强可大幅度提高活塞喉口的热疲劳性能，内冷通道结构可有效降低活塞头部的温度，提高发动机的性能。采用液态模锻铸造工艺可使活塞组织更加致密，机械性能更高。因此，将三项结合起来，将大大提高活塞的使用性能。内冷通道是将可溶芯铸造在活塞毛坯头部，铸成后再讲可溶芯冲溶出去而形成的。但是，受挤压铸造工艺方式的限制，通过模具本身无法实现可溶芯的定位。
目前为止，用于形成内冷通道的可溶芯为食盐制成的盐芯或添加了石英等氧化物。铸造过程中，铝合金溶液在高温、高压下可浸入可溶芯内部，活塞毛坯铸造成后可溶芯不能冲溶干净，影响将来的内冷效果。因此，以液态模锻方式生产带有氧化铝陶瓷纤维氧化钛颗粒增强内冷通道结构镶圈活塞的工艺一直没有实现。只能通过以液态模锻铸造方式铸造带有氧化铝陶瓷纤维氧化钛颗粒增强但不带有内冷通道的活塞毛坯，或是采用普通铸造方式铸造只带有内冷通道的活塞毛坯。
中国专利申请CN1943915A公开了一种以液态挤压铸造工艺铸造带有内冷通道的活塞毛坯的方法，但是：其一CN1943915A技术仅采用了氧化铝纤维增强燃烧室喉口，活塞在高温时的稳定性较差。其二CN1943915A技术采用食盐加刚玉的技术，但其强度、稳定性均较差。其三CN1943915A技术采用镶圈固定，固定效果差。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种氧化铝纤维氧化钛颗粒增强内冷镶圈活塞毛坯制造方法，以实现在利用液态模锻铸造氧化铝陶瓷纤维氧化钛颗粒增强提高燃烧室喉口的高温疲劳强度和活塞组织致密性的同时，制出内冷通道结构。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种氧化铝纤维氧化钛颗粒增强内冷镶圈活塞毛坯制造方法，包括以下步骤：
1）. 制成两体式氧化铝陶瓷纤维氧化钛颗粒的上预制件和下预制件，其中氧化铝陶瓷纤维体积分数为8-25%，氧化钛颗粒体积分数为1-9%，其余为空隙；
上预制件和下预制件的制作方法：
a1.将氧化铝陶瓷纤维粉碎至10-100μm；
a2.按体积分数分别称量氧化铝陶瓷纤维和氧化钛颗粒，将两者混合后，加入混料机，充分混合均匀；
a3.将混合后的料分别放入上预制件和下预制件的模具，压制成型；
a4. 加热至1050~1350℃，时间1-3小时，即刻成型；
2）.以食盐和钛酸铝陶瓷为原料制成可溶芯；
3）.将渗铝处理后的耐磨铸铁镶圈放入铸造模具内并固定；
4）.将两体氧化铝陶瓷纤维氧化钛颗粒上预制件和下预制件预热；
5）.将可溶芯预热后，取出两体氧化铝陶瓷纤维氧化钛颗粒上预制件和下预制件，将可溶芯装入氧化铝陶瓷纤维氧化钛颗粒的下预制件，再将氧化铝陶瓷纤维氧化钛颗粒上预制件与下预制件组合，迅速放入模具中；
6）.向铸造模具内倒入铝合金溶液，加压成型。
所述的可溶芯是通过下列方法制成的：
a、将食盐和钛酸铝陶瓷粉碎至80~120目筛后，分别加热至450~550℃以除去其中所含有的水分和其他挥发性杂质；
b、按钛酸铝为20~40重量份、食盐为60~80重量份的配比配料，再进行混合；
c、将混合后的原料放入模具内，挤压成型；
d、对成型后的可溶芯外形进行车制加工；
e、将车制加工后的可溶芯送入焙烧炉内进行烧结，然后取出。
所述的钛酸铝陶瓷也可以为钛酸锆或其他类似材料。
本发明中的钛酸铝陶瓷用于活塞盐芯的制造，这与钛酸铝陶瓷用于柱塞活塞是完全不同的，钛酸铝陶瓷柱塞活塞是整体采用钛酸铝陶瓷，是纯陶瓷材料。而陶瓷盐芯，是以食盐为主，而以钛酸铝陶瓷粉作为添加剂加入，其形成的是制作活塞用的盐芯，而不是活塞本身。
本发明与中国专利申请CN1943915A相比较：
其一是：CN1943915A技术仅采用了氧化铝纤维增强燃烧室喉口，活塞在高温时的稳定性较差。本发明采用氧化铝陶瓷纤维加氧化钛颗粒复合增强提高了燃烧室喉口的技术，在提高燃烧室喉口高温疲劳强度同时，氧化钛颗粒具有较小的膨胀系数，进一步提高了复合材料的稳定性，使活塞体积稳定性提高，其体积变化率降低约5%。氧化铝陶瓷纤维加氧化钛颗粒复合增强，具有较大难度，尤其是颗粒的均匀性问题，通过添加颗粒有机物较好地解决了该难题；
其二是CN1943915A技术采用食盐加刚玉的技术，但其强度、稳定性均较差。本发明采用了食盐和钛酸铝陶瓷，这在盐芯中使用是独一无二的。
其三盐芯的固定方式是完全不同的，CN1943915A技术采用镶圈固定。而本发明使用上预制件与下预制件固定，这在复合材料活塞生产中也是独一无二的。内冷质量由原来50%的成品率，提高到80%以上。
本发明以液态模锻工艺铸造带有氧化铝陶瓷纤维氧化钛颗粒增强内冷通道镶圈活塞毛坯的方法，可通过组合氧化铝陶瓷纤维氧化钛颗粒预制件实现可溶芯在铸造模具内的固定，定位准确。食盐和钛酸铝为原料制成的可溶芯，具有目前其他可溶芯材料无法相比的热膨胀系数低、尺寸稳定性好的优点，强度高，密度大，具有与熔融铝液不浸润的特性，在高温、高压下铝合金溶液也不会浸入可溶芯内部，更有利于将来形成内冷通道时的清除，耐激冷、激热能力强，工艺适应性好，冲溶时食盐溶解更迅速。将这种方法制成的活塞毛坯进一步加工成活塞后，氧化铝陶瓷纤维氧化钛颗粒增强提高了燃烧室喉口的高温疲劳强度，氧化钛颗粒具有较小的膨胀系数，进一步提高了复合材料的稳定性，使活塞体积稳定性提高，其体积变化率降低约5%。同时液态模锻铸造工艺制成的活塞组织致密，机械性能高，再加上内冷通道的存在，降低了头部燃烧室及环槽的温度，大大提高了活塞的承载能力，适应了大功率、高负荷发动机对或的性能要求。同时，这种铸造方法也具有良好的铸造工艺性。
附图说明
图1是以液态模锻铸造工艺铸造的带有内冷通道的活塞毛坯结构示意图；
图2是氧化铝陶瓷纤维氧化钛颗粒增强内冷通道镶圈活塞成品图；
图3是活塞耐磨铸铁镶圈图；
图4是可溶芯（陶瓷盐芯）图；
图5是上预制件、下预制件与可溶芯在底模上的组合图；
图6是上预制件、下预制件与可溶芯及所有活塞模具组合图。
其中1.燃烧室，2.头部，3.上预制件，4.下预制件，5.耐磨铸铁镶圈，6.可溶芯，7. 环岸部，8.销孔，9.裙部，10. 凸模，11.外模，12.底模。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
氧化铝纤维氧化钛颗粒增强内冷镶圈活塞毛坯制造方法，包括以下步骤：
1）. 制成两体式能上下组合的氧化铝陶瓷纤维氧化钛颗粒的上预制件3和下预制件4，其中氧化铝陶瓷纤维体积分数为8-25%，氧化钛颗粒体积分数为1-9%，其余为空隙。上预制件3和下预制件4的制作方法：
a.将氧化铝陶瓷纤维粉碎至10-100μm。
b.按体积分数分别称量氧化铝陶瓷纤维和氧化钛颗粒，将两者混合后，加入混料机，充分混合均匀。
c.将混合后的料分别放入上预制件3和下预制件4的模具，压制成型。
d. 加热至1050~1350℃，时间1-3小时，上预制件3和下预制件4即刻成型。
氧化铝陶瓷纤维氧化钛颗粒预制件组合后中间形状恰为可溶芯形状。两体组合可有效固定可溶芯。
2）.以食盐和钛酸铝陶瓷为原料制成可溶芯；
可溶芯6是通过下列方法制成的：
a、将食盐和钛酸铝粉碎至80~120目筛后，分别加热至450~550℃以除去其中所含有的水分和其他挥发性杂质；
b、按钛酸铝为20~40重量份、食盐为60~80重量份的配比配料，再混合均匀；
c、将混合均匀后的原料放入模具内，挤压成型；
d、对成型后的可溶芯外形进行车制加工；
e、将车制加工后的可溶芯送入焙烧炉内进行烧结，然后取出。
3）.将渗铝处理后的耐磨铸铁镶圈放入铸造模具内并固定；
4）.将两体氧化铝陶瓷纤维氧化钛颗粒上预制件和下预制件预热；
5）.将可溶芯预热后，取出两体氧化铝陶瓷纤维氧化钛颗粒上预制件和下预制件，将可溶芯装入氧化铝陶瓷纤维氧化钛颗粒的下预制件，再将氧化铝陶瓷纤维氧化钛颗粒上预制件与下预制件组合，迅速放入模具中；
6）.向铸造模具内倒入铝合金溶液，加压成型。
通过以上方法即可制成以食盐为粘结剂、钛酸铝颗粒为基体的可溶芯。活塞毛坯制成后，在活塞毛坯内的可溶芯的下部钻出与活塞内腔相通的进出油孔，向孔内注水，就可将食盐溶化，并将钛酸铝颗粒冲出，形成内冷通道。将可溶芯送入焙烧炉内进行烧制时，其烧制温度稍高于现有的盐芯的烧制温度。
钛酸铝也可以为钛酸锆或其它类似材料。
加压成型工艺与现有的液态模锻铸造工艺中的加压成型工艺相同。耐磨铸铁镶圈的渗铝处理与现有的处理工艺相同。
如图1所示，以液态模锻铸造工艺铸造的带有内冷通道的活塞毛坯，由头部2、环岸部7、裙部9组成，裙部有销孔8，头部有燃烧室1、环岸的第一环槽由耐磨铸铁镶圈5制成。如图2所示，可溶芯6经孔内注水，就可将食盐溶化，并将钛酸铝颗粒冲出，形成内冷通道。如图5未浇注铝液，仅为示意活塞毛坯内的可溶芯6通过陶瓷纤维上预制件3和下预制件4固定于底模12的情况，组合的结果使内冷通道的位置得到保证。
如图6所示，铸造模具由凸模10、外模11、底模12组成。该模具为现有技术，不再赘述。
采用本发明之方法制成的活塞毛坯，经常规的T6热处理后，进一步通过机械加工等，制成如图2所示的活塞。
本发明仅仅描述和表示了其代表性的形式，除此之外，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出多种变化和修改。如可利用本发明之方法，制成既具有内冷通道和耐磨铸铁镶圈、又具有燃烧室局部氧化铝陶瓷纤维氧化钛颗粒增强的高性能活塞。
Claims (3)
1.一种氧化铝纤维氧化钛颗粒增强内冷镶圈活塞毛坯制造方法，其特征是，包括以下步骤：
1）. 制成两体式氧化铝陶瓷纤维氧化钛颗粒的上预制件和下预制件，其中氧化铝陶瓷纤维体积分数为8-25%，氧化钛颗粒体积分数为1-9%，其余为空隙；
上预制件和下预制件的制作方法：
a1.将氧化铝陶瓷纤维粉碎至10-100μm；
a2.按体积分数分别称量氧化铝陶瓷纤维和氧化钛颗粒，将两者混合后，加入混料机，充分混合均匀；
a3.将混合后的料分别放入上预制件和下预制件的模具，压制成型；
a4. 加热至1050~1350℃，时间1-3小时，即刻成型；
2）.以食盐和钛酸铝陶瓷为原料制成可溶芯；
3）.将渗铝处理后的耐磨铸铁镶圈放入铸造模具内并固定；
4）.将两体氧化铝陶瓷纤维氧化钛颗粒上预制件和下预制件预热；
5）.将可溶芯预热后，取出两体氧化铝陶瓷纤维氧化钛颗粒上预制件和下预制件，将可溶芯装入氧化铝陶瓷纤维氧化钛颗粒的下预制件，再将氧化铝陶瓷纤维氧化钛颗粒上预制件与下预制件组合，迅速放入模具中；
6）.向铸造模具内倒入铝合金溶液，加压成型。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述的可溶芯是通过下列方法制成的：
a、将食盐和钛酸铝陶瓷粉碎至80~120目筛后，分别加热至450~550℃以除去其中所含有的水分和其他挥发性杂质；
b、按钛酸铝为20~40重量份、食盐为60~80重量份的配比配料，再进行混合；
c、将混合后的原料放入模具内，挤压成型；
d、对成型后的可溶芯外形进行车制加工；
e、将车制加工后的可溶芯送入焙烧炉内进行烧结，然后取出。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述的钛酸铝陶瓷替换为钛酸锆。
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