CN106438093A - 一种整体式锻钢活塞的制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种整体式锻钢活塞的制造工艺，对锻造成的活塞头部和活塞裙部粗加工，在活塞头部焊接区域涂抹硼砂钎剂，将活塞头部和活塞裙部装配到一起并进行加热，加热完成后，取出工件使其自然冷却。采用该工艺后，避免了活塞摩擦焊产生的焊缝,及其焊缝被冷却油冲刷而脱落的硬质颗粒容易导致发动机划缸的风险，活塞头部和活塞裙部采用钎焊焊接，工艺简单，设备投资少，还可以一次焊接多件相同或不同的产品，提高了生产效率。

Description

一种整体式锻钢活塞的制造工艺
技术领域
本发明涉及的是一种活塞的制造工艺，尤其是一种整体式锻钢活塞的制造工艺。
背景技术
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，铝活塞已经难以满足发动机要求。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，最早是钢顶铝裙式铰接活塞，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，再就是整体锻钢活塞，它由整块配料锻打而成，毛坯成型困难， 活塞冷却油腔对设备和刀具要求高，冷却油腔与燃烧室的壁厚不够均匀， 造成冷却效果差，再有此种活塞的冷却油腔是通过弹簧钢片密封，钢片有脱落的危险。最先进的整体锻钢活塞就是头裙分开加工，然后通过某种方式形成一个整体，再通过精加工、表面处理等成为成成品。
中国专利 ZL200520087667.6 公开了有一种焊接式锻钢整体活塞，其由锻造的活塞头部与裙部加工后通过焊接固定成为活塞本体；在环槽与燃烧室之间的活塞本体形成封闭冷却油腔，冷却油腔通过进出油孔与外部相通；在环槽下方，裙部上端加工有环形槽。该专利对机油消耗的控制或降低亦未提出明确的结构性方案。
中国专利 ZL201020117911.X 公开了一种摩擦焊整体锻钢活塞， 其有锻造成的活塞头部与裙部通过摩擦焊固定成为活塞本体；在环槽与燃烧室之间的活塞本体形成封闭油腔，冷却油腔通过进出油孔与外部相通；在环槽下方、裙部上方加工环形槽，环形槽与油槽之间形成一环带，环带上设有若干连通油环槽与环形槽的回油孔，或者在油环槽的下侧面设有水平回油盲孔。这种焊接方式封闭油腔中的焊缝不能清理，在冷却机油震荡中回有硬质颗粒脱落，有造成发动机拉缸的危险。此外摩擦焊投资巨大，并且消耗大量的电能，造成能源的浪费。此外，摩擦焊如果头部和裙部不能瞬间停止转动，会造成焊接缺陷，在使用过程中造成头部和裙部脱离，造成发动机的损坏甚至整台机车的报废。
发明内容
本发明要解决的技术问题，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种整体式锻钢活塞的制造工艺，该制造工艺的工艺简化，有效的降低了成本，提高了活塞的可靠性。
本方案是通过如下技术措施来实现的：该整体式锻钢活塞的制造工艺为对锻造成的活塞头部和活塞裙部粗加工，然后对活塞头部和活塞裙部进行硬钎焊。
优选地，对锻造成的活塞头部和活塞裙部粗加工，在活塞头部焊接区域涂抹硼砂钎剂，将活塞头部和活塞裙部装配到一起并进行加热，加热完成后，取出工件使其自然冷却。
该整体式锻钢活塞的制造工艺依次包括如下步骤:
（1）对锻造成的活塞头部与活塞裙部粗加工；
（2）活塞头部的圆柱面和平面进行镀钎料处理；
（3）焊接前用草酸对焊接区域浸洗，再用清水冲洗；
（4）在真空加热炉中将活塞裙部加热；
（5）在活塞头部焊接区域涂抹硼砂钎剂；
（6）将活塞头部和活塞裙部装配到一起，置于一旋转轴上回转进行均匀加热；
（7）加热完成后保温10～15 分钟；
（8）取出工件，在空气中自然冷却。
为了达到更好的焊接效果，优选该整体式锻钢活塞的制造工艺依次包括如下步骤:
（1）对锻造成的活塞头部与活塞裙部粗加工；
（2）活塞头部的圆柱面和平面进行镀钎料处理，镀层厚度为0.15～0.2mm；
（3）焊接前用10%的草酸对焊接区域浸洗12～18分钟，再用清水冲洗；
（4）在真空加热炉中将活塞裙部加热到590℃～605℃；
（5）在活塞头部焊接区域涂抹用无水酒精浸润的100%的硼砂钎剂；
（6）将活塞头部和活塞裙部装配到一起，使活塞头部的圆柱面与活塞裙部的圆柱面的间隙为0.25～0.35mm，活塞头部的平面与活塞裙部的平面的间隙为0.05～0.15 mm，并置于一旋转轴上回转进行均匀加热；
（7）加热到950℃～960℃后保温10~15分钟；
（8）取出工件，在空气中自然冷却。
为了达到更好的焊接效果，优选该整体式锻钢活塞的制造工艺依次包括如下步骤:
（1）对锻造成的活塞头部与活塞裙部粗加工；
（2）活塞头部的圆柱面和平面进行镀钎料处理，镀层厚度为 0.18mm；
（3）焊接前用10%的草酸对焊接区域浸洗10分钟，再用清水冲洗；
（4）在真空加热炉中将活塞裙部加热到600℃；
（5）在活塞头部焊接区域涂抹用无水酒精浸润的100%的硼砂钎剂；
（6）将活塞头部和活塞裙部装配到一起，使活塞头部的圆柱面与活塞裙部的圆柱面的间隙为0.3mm，活塞头部的平面与活塞裙部的平面的间隙为0.1 mm，置于一旋转轴上回转进行均匀加热；
（7）加热到 955℃后保温12分钟；
（8）取出工件，在空气中自然冷却。
上述钎料为铜合金或银合金。
上述钎料为H62 黄铜。
上述活塞头部上设置有两圈台阶式焊接定位肩A，所述活塞裙部上设置有两圈与定位肩A配合的台阶式焊接定位肩B。
上述活塞头部与活塞裙部之间的焊接区包括两个平面、两个平面和一个圆柱面、两个圆柱面和两个平面或一个圆柱面和一个螺纹面。
上述步骤（6）中用到的加热方式为火焰加热、电磁感应加热或加热炉加热。
本发明技术方案的有益效果：
一、相对于现有技术中整体毛坯锻钢活塞来讲：
1、降低了活塞毛坯的锻造难度，减少了设备的投入；
2、降低了活塞冷却油腔的加工难度，对设备、刀具的要求低；
3、冷却油腔的形状可以接近于活塞燃烧室的形状，提高了冷却效果，对活塞头部温度的降低有明显效果；
4、不采用弹性钢片密封冷却油腔，没有钢片脱落的危险，提高了活塞的可靠性。
二、相对于现有技术中的摩擦焊活塞来讲：
1、对焊接设备要求不高，设备投入少；
2、在活塞冷却油腔中没有焊缝，没有硬质颗粒脱落的危险，从而避免了硬质颗粒导致发动机划缸的风险；
3、焊接过程可以一次焊接多件相同或不同的产品，提高了生产效率。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中活塞的主视剖视结构示意图。
图2为本发明具体实施方式中活塞的仰视结构示意图。
图中，1-活塞头部，2-活塞裙部，3-冷却油腔，4-圆柱面，5-平面，6-进出油孔，7-定位肩A，8-定位肩B。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本方案进行阐述。
一种整体式锻钢活塞的制造工艺，对锻造成的活塞头部1和活塞裙部2粗加工，然后对活塞头部1和活塞裙部2进行硬钎焊，具体来说，对锻造成的活塞头部1和活塞裙部2粗加工，在活塞头部1焊接区域涂抹硼砂钎剂，将活塞头部1和活塞裙部2装配到一起并进行加热，加热完成后，取出工件使其自然冷却。
该整体式锻钢活塞的制造工艺依次包括如下步骤:
（1）对锻造成的活塞头部1与活塞裙部2粗加工；
（2）活塞头部1的圆柱面4和平面5进行镀钎料处理；
（3）焊接前用草酸对焊接区域浸洗，再用清水冲洗；
（4）在真空加热炉中将活塞裙部2加热；
（5）在活塞头部1焊接区域涂抹硼砂钎剂；
（6）将活塞头部1和活塞裙部2装配到一起，置于一旋转轴上回转进行均匀加热；
（7）加热完成后保温10～15 分钟；
（8）取出工件，在空气中自然冷却。
为了达到更好的焊接效果，优选该整体式锻钢活塞的制造工艺依次包括如下步骤:
（1）对锻造成的活塞头部1与活塞裙部2粗加工；
（2）活塞头部1的圆柱面4和平面5进行镀钎料处理，镀层厚度为0.15～0.2mm；
（3）焊接前用10%的草酸对焊接区域浸洗12～18分钟，再用清水冲洗；
（4）在真空加热炉中将活塞裙部2加热到590℃～05℃；
（5）在活塞头部1焊接区域涂抹用无水酒精浸润的100%的硼砂钎剂；
（6）将活塞头部1和活塞裙部2装配到一起，使活塞头部1的圆柱面4与活塞裙部2的圆柱面4的间隙为0.25～0.35mm，活塞头部1的平面5与活塞裙部2的平面5的间隙为0.05～0.15mm，并置于一旋转轴上回转进行均匀加热；
（7）加热到950℃～960℃后保温10～15分钟；
（8）取出工件，在空气中自然冷却。
为了达到更好的焊接效果，优选该整体式锻钢活塞的制造工艺依次包括如下步骤:
（1）对锻造成的活塞头部1与活塞裙部2粗加工；
（2）活塞头部1的圆柱面4和平面5进行镀钎料处理，镀层厚度为 0.18mm；
（3）焊接前用10%的草酸对焊接区域浸洗10分钟，再用清水冲洗；
（4）在真空加热炉中将活塞裙部2加热到600℃；
（5）在活塞头部1焊接区域涂抹用无水酒精浸润的100%的硼砂钎剂；
（6）将活塞头部1和活塞裙部2装配到一起，使活塞头部1的圆柱面4与活塞裙部2的圆柱面4的间隙为0.3mm，活塞头部1的平面5与活塞裙部2的平面5的间隙为0.1 mm，置于一旋转轴上回转进行均匀加热；
（7）加热到 955℃后保温12分钟；
（8）取出工件，在空气中自然冷却。
上述钎料为铜合金或银合金，以保证焊接的强度和力学性能，优选钎料为H62 黄铜。
上述活塞头部1上设置有两圈台阶式焊接定位肩A7，所述活塞裙部2上设置有两圈与定位肩A7配合的台阶式焊接定位肩B8。采用这种焊接定位结构后，活塞头部1与活塞裙部2之间的焊接区可以为两个平面5、两个平面5和一个圆柱面4、两个圆柱面4和两个平面5或一个圆柱面4和一个螺纹面，其中，一个圆柱面4和一个螺纹面是指定位肩A7和定位肩B8中，定位肩A7的圆柱面为光面、定位肩B8的圆柱面上加工有螺纹或者定位肩A7的圆柱面加工有螺纹、定位肩B8的圆柱面为光面，这种方式可以增加焊接面积，从而保证焊接强度。
上述步骤（6）中用到的加热方式为火焰加热、电磁感应加热或加热炉加热。
采用该工艺后，避免了活塞摩擦焊产生的焊缝,及其焊缝被冷却油冲刷而脱落的硬质颗粒容易导致发动机划缸的风险，活塞头部1和活塞裙部2采用钎焊焊接，工艺简单，设备投资少，还可以一次焊接多件相同或不同的产品，提高了生产效率。活塞头部1和活塞裙部2可以分开锻造加工，降低了毛坯锻造和活塞加工的难度，并且活塞头部1的加工中可以根据燃烧室形状来改变冷却油腔的形状，改善了冷却效果，还不用考虑刀具的影响，因为活塞头部1和活塞裙部2分开加工，对刀具的要求降低，不用考虑整体毛坯锻钢活塞对刀具的干涉。
本发明中未经描述的技术特征可以通过现有技术实现，在此不再赘述。本发明并不仅限于上述具体实施方式，本领域普通技术人员在本发明的实质范围内做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种整体式锻钢活塞的制造工艺，其特征是：对锻造成的活塞头部和活塞裙部粗加工，然后对活塞头部和活塞裙部进行硬钎焊。
2.根据权利要求1所述的整体式锻钢活塞的制造工艺，其特征是：对锻造成的活塞头部和活塞裙部粗加工，在活塞头部焊接区域涂抹硼砂钎剂，将活塞头部和活塞裙部装配到一起并进行加热，加热完成后，取出工件使其自然冷却。
3.根据权利要求1或2所述的整体式锻钢活塞的制造工艺，其特征是：它依次包括如下步骤:
（1）对锻造成的活塞头部与活塞裙部粗加工；
（2）活塞头部的圆柱面和平面进行镀钎料处理；
（3）焊接前用草酸对焊接区域浸洗，再用清水冲洗；
（4）在真空加热炉中将活塞裙部加热；
（5）在活塞头部焊接区域涂抹硼砂钎剂；
（6）将活塞头部和活塞裙部装配到一起，置于一旋转轴上回转进行均匀加热；
（7）加热完成后保温10～15 分钟；
（8）取出工件，在空气中自然冷却。
4.根据权利要求3所述的整体式锻钢活塞的制造工艺，其特征是：它依次包括如下步骤:
（1）对锻造成的活塞头部与活塞裙部粗加工；
（2）活塞头部的圆柱面和平面进行镀钎料处理，镀层厚度为0.15～0.2mm；
（3）焊接前用10%的草酸对焊接区域浸洗12～18分钟，再用清水冲洗；
（4）在真空加热炉中将活塞裙部加热到590℃～605℃；
（5）在活塞头部焊接区域涂抹用无水酒精浸润的100%的硼砂钎剂；
（6）将活塞头部和活塞裙部装配到一起，使活塞头部的圆柱面与活塞裙部的圆柱面的间隙为0.25～0.35mm，活塞头部的平面与活塞裙部的平面的间隙为0.05～0.15 mm，并置于一旋转轴上回转进行均匀加热；
（7）加热到950℃～960℃后保温10~15分钟；
（8）取出工件，在空气中自然冷却。
5.根据权利要求4所述的整体式锻钢活塞的制造工艺，其特征是：它依次包括如下步骤:
（1）对锻造成的活塞头部与活塞裙部粗加工；
（2）活塞头部的圆柱面和平面进行镀钎料处理，镀层厚度为 0.18mm；
（3）焊接前用10%的草酸对焊接区域浸洗10分钟，再用清水冲洗；
（4）在真空加热炉中将活塞裙部加热到600℃；
（5）在活塞头部焊接区域涂抹用无水酒精浸润的100%的硼砂钎剂；
（6）将活塞头部和活塞裙部装配到一起，使活塞头部的圆柱面与活塞裙部的圆柱面的间隙为0.3mm，活塞头部的平面与活塞裙部的平面的间隙为0.1 mm，置于一旋转轴上回转进行均匀加热；
（7）加热到 955℃后保温12分钟；
（8）取出工件，在空气中自然冷却。
6.根据权利要求3所述的整体式锻钢活塞的制造工艺，其特征是：所述钎料为铜合金或银合金。
7.根据权利要求5所述的整体式锻钢活塞的制造工艺，其特征是：所述钎料为H62 黄铜。
8.根据权利要求6所述的整体式锻钢活塞的制造工艺，其特征是：所述活塞头部上设置有两圈台阶式焊接定位肩A，所述活塞裙部上设置有两圈与定位肩A配合的台阶式焊接定位肩B。
9.根据权利要求8所述的整体式锻钢活塞的制造工艺，其特征是：所述活塞头部与活塞裙部之间的焊接区包括两个平面、两个平面和一个圆柱面、两个圆柱面和两个平面或一个圆柱面和一个螺纹面。
10.根据权利要求9所述的整体式锻钢活塞的制造工艺，其特征是：所述步骤（6）中用到的加热方式为火焰加热、电磁感应加热或加热炉加热。
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