CN107387253A - 一种活塞及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活塞及其制造方法，将燃烧室和活塞体分开加工，组装后再焊接连接为一体形成活塞，结构强度较高，且组装后自然形成相互连通的油腔，整体制作工艺简单，且工作时冷却液在油腔内流动，油腔冷却效果好，温度阻隔能力强，使得活塞环槽和销孔部位温度低，活塞没有局部高温点，活塞热应力小，热变形小；另外，在将燃烧室与活塞体顶腔焊接连接后，再对燃烧室进行精加工，能够保证燃烧室的加工精度，去除焊接时产生的热变形带来的加工误差。

Description

一种活塞及其制造方法

技术领域

本发明涉及活塞设计制造技术领域，特别是涉及一种活塞及其制造方法。

背景技术

随着柴油机强化程度不断提高，其爆发压力最大可超过25MPa，而传统铝合金材料活塞最高只能承受18MPa爆发压力，不能满足使用需求，因此铝合金活塞逐渐被承压强度更高的铰接活塞、锻钢活塞取代。

铰接活塞采用头部和裙部分开加工，然后以活塞销进行连接，组成分体式活塞，其中活塞头部一般采用铸铁或者锻钢材料，活塞裙部采用铝合金材料制造，这种活塞运行平稳性差，且活塞总体重量较重。

制造锻钢活塞的方法有多种，锻钢活塞的内冷中空油腔只能通过预加工、焊接、盖板密封等方式形成油腔，目前，有一种制造锻钢活塞的方法，活塞头部与裙部采用独自锻造而成，并预先加工好内冷油道，初加工后组合一起并用摩擦焊接而成，这种活塞油道加工成型操作简单，但摩擦焊接时在油道内会形成大的飞边，影响油道冷却液填充效果，且焊接精度低，同批次活塞重量波动大；还有另一种制造锻钢活塞的方法，活塞毛坯整体成型，在头部和裙部之间加工有一条大的沟槽，沟槽的宽度大于油腔的深度，沟槽必需能容纳下加工油腔的勾形刀具，并且加工时不产生干涉，然后以2片钢片密封油腔形成冷却用内冷油道，这种活塞锻造成型简单，但加工油腔工艺复杂，不容易大批量生产。

因此如何使活塞结构强度高、制作工艺简单且油腔冷却效果好，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及其制造方法，使活塞结构强度高，制作工艺简单，且油腔冷却效果好。

为解决上述技术问题，本发明提供一种活塞，包括具有顶腔的活塞体和安装在所述顶腔内的燃烧室，所述燃烧室的顶部与所述顶腔的顶部焊接连接，且所述燃烧室的外壁与所述顶腔的内壁形成与所述燃烧室内腔隔绝的油腔。

优选地，所述燃烧室的横截面为ω形，所述燃烧室的外部中间设有外凹槽，周边设有支撑外凸起，所述燃烧室的外侧顶壁与所述顶腔的内侧顶壁紧密配合，所述支撑外凸起底部与所述顶腔的底面紧密接触，所述燃烧室的外侧壁与所述顶腔的内侧壁形成环形的第一油腔，所述外凹槽与所述顶腔底面中部形成第二油腔，所述油腔包括所述第一油腔和所述第二油腔，所述顶腔的底面上开有用于连通第一油腔和第二油腔的油槽，所述顶腔的底面中心上开有与所述活塞体的内腔连通且用于冷却液流出的油孔。

优选地，所述顶腔的内侧顶壁为锥形孔面，所述燃烧室的外侧顶壁为与所述锥形孔面匹配连接的锥形面，所述燃烧室的外侧顶壁与所述顶腔的内侧顶壁锥度配合连接。

优选地，所述顶腔的底面上设有多个所述油槽，多个所述油槽在所述顶腔的顶面上以所述油孔为中心呈放射状分布。

优选地，所述支撑外凸起为圆弧形支撑外凸起，所述顶腔的底面具有与所述支撑外凸起相匹配的弧形槽。

本发明还提供一种活塞的制造方法，包括步骤，

分别预加工活塞体和燃烧室，在所述活塞体上加工出顶腔、油槽和油孔，在所述燃烧室的外部中间加工出外凹槽，在所述外凹槽周边加工出支撑外凸起；

将所述燃烧室装配在所述活塞体的所述顶腔内，使所述支撑外凸起与所述顶腔的底面紧密接触，所述燃烧室的外侧顶壁与所述顶腔的内侧顶壁紧密配合，且所述燃烧室的外侧壁与所述顶腔的内侧壁形成环形的第一油腔，所述外凹槽与所述顶腔底面中部形成第二油腔；

焊接所述燃烧室的顶部与所述顶腔的顶部；

精加工所述燃烧室，在所述燃烧室内加工出中心内凸起和环绕中心内凸起的内凹槽，使所述燃烧室的横截面为ω形。

本发明提供的活塞及其制造方法，将燃烧室和活塞体分开加工，组装后再焊接连接为一体形成活塞，结构强度较高，且组装后自然形成油腔，整体制作工艺简单，且工作时冷却液在油腔内流动，油腔冷却效果好，温度阻隔能力强，使得活塞环槽和销孔部位温度低，活塞没有局部高温点，活塞热应力小，热变形小；另外，在将燃烧室与活塞体顶腔焊接连接后，再对燃烧室进行精加工，能够保证燃烧室的加工精度，去除焊接时产生的热变形带来的加工误差。

附图说明

图1为本发明所提供的活塞的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本发明所提供的活塞体的一种具体实施方式的结构示意图；

图3为本发明所提供的活塞体的一种具体实施方式的俯视图；

图4为本发明所提供的燃烧室的一种具体实施方式的结构示意图；

图5为本发明所提供的粗加工后的燃烧室的一种具体实施方式的结构示意图；

图6为本发明所提供的装配活塞体和燃烧室的一种具体实施方式的结构示意图；

图7为本发明所提供的焊接连接的活塞体和燃烧室的一种具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种活塞及其制造方法，使活塞结构强度高，制作工艺简单，且油腔冷却效果好。

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

请参考图1至图4，图1为本发明所提供的活塞的一种具体实施方式的结构示意图；图2为本发明所提供的活塞体的一种具体实施方式的结构示意图；图3为本发明所提供的活塞体的一种具体实施方式的俯视图；图4为本发明所提供的燃烧室的一种具体实施方式的结构示意图。

本发明具体实施方式提供的活塞，包括活塞体1和燃烧室3，活塞体1具有顶腔2，燃烧室3安装在顶腔2内，燃烧室3的顶部与顶腔2的顶部焊接连接，使燃烧室3与活塞体1成为一体，且燃烧室3的外壁与顶腔2的内壁22形成环形的油腔，油腔与燃烧室3的内腔隔绝。

活塞由分开加工的活塞体1与燃烧室3组装且焊接连接而成，结构强度较高，并自然形成油腔，整体制作工艺简单，且工作时冷却液在油腔内流动，油腔冷却效果好，温度阻隔能力强，使得活塞环槽和销孔部位温度低，活塞没有局部高温点，活塞热应力小，热变形小。

其中，在组装燃烧室3和顶腔2时，具体可以在将燃烧室3装入顶腔2内，且将燃烧室3的外侧顶壁与顶腔2的内侧顶壁21紧密配合好后，在两者轴向加一定的预紧力，然后将燃烧室3的顶部与顶腔2的顶部焊接一圈，密封性较好，结构更稳定可靠。

在上述具体实施方式的基础上，本发明具体实施方式提供的活塞，燃烧室3的横截面可以为ω形，即在燃烧室3的外部中间可以设有外凹槽31，周边设有支撑外凸起32，安装时，燃烧室3的外侧顶壁可以与顶腔2的内侧顶壁21紧密配合，支撑外凸起32底部与顶腔2的底面紧密接触，使燃烧室3的外侧壁与顶腔2的内侧壁形成环形的第一油腔4，外凹槽31与顶腔2底面中部形成第二油腔5，即将油腔分成第一油腔4和第二油腔5，另外，在顶腔2的底面上可以开有用于连通第一油腔4和第二油腔5的油槽6，在顶腔2的底面中部上开有与活塞体1的内腔连通且用于冷却液流出的油孔7。

将燃烧室3加工为ω形，使其与活塞体1组装后自然形成第一油腔4和第二油腔5，制作工艺简单，且工作时冷却液通过油槽6从第一油腔4流入第二油腔5，再从油孔7流出，油腔冷却效果更好，温度阻隔能力更强，而使燃烧室3的外侧顶壁与顶腔2的内侧顶壁21紧密配合，具有较好的隔绝密封性，能够有效防止第一油腔4和第二油腔5内的冷却液进入燃烧室3内腔，同时也防止高温高压燃气窜入活塞内腔，达到更好的冷却效果，

进一步地，本发明具体实施方式提供的活塞，顶腔2的内侧顶壁21可以为锥形面，燃烧室3的外侧顶壁可以为与锥形孔面匹配连接的锥形面，使得燃烧室3的外侧顶壁与顶腔2的内侧顶壁21锥度配合连接；锥度配合连接密封性更好，能够防止第一油腔4和第二油腔5内的冷却液进入燃烧室3，同时也防止高温高压燃气窜入活塞内腔，达到更好的冷却效果，另外，锥形孔面还能为燃烧室3的安装起到导向作用，使燃烧室3能够轻易装入顶腔2内并自动对正定位。顶腔2顶部与燃烧室3顶部也可以不采用锥度连接，只要保证两者之间的连接密封性，均在本发明的保护范围之内。

进一步地，本发明具体实施方式提供的活塞，在顶腔2的底面上可以设有多个油槽6，多个油槽6在顶腔2的顶面上可以以油孔7为中心呈放射状分布，使得第一油腔4与第二油腔5之间具有多个贯通油道，冷却液流动性更好，能够达到更好的冷却效果。油槽6的具体设置数量和方式并不限于此，可以根据实际情况自行调整。

在上述各具体实施方式的基础上，本发明具体实施方式提供的活塞，支撑外凸起32具体可以为圆弧形支撑外凸起32，顶腔2的底面上可以具有与支撑外凸起32相匹配的弧形槽，即燃烧室3的被支撑部位采用圆弧设计，使得燃烧室3结构强度高，活塞体1顶腔2与燃烧室3的接触面积更大，燃烧室3的被支撑部位面积更大，活塞结构更稳定，另外还能减少部件的内应力。当然，支撑外凸起32与顶腔2底面也可以平面接触，也在本发明的保护范围之内。

请参考图5至图7，图5为本发明所提供的粗加工后的燃烧室的一种具体实施方式的结构示意图；图6为本发明所提供的装配活塞体和燃烧室的一种具体实施方式的结构示意图；图7为本发明所提供的焊接连接的活塞体和燃烧室的一种具体实施方式的结构示意图。

本发明的具体实施方式还提供一种制造上述活塞的方法，具体包括步骤：

分别预加工活塞体1和燃烧室3，在活塞体1上加工出顶腔2，在顶腔2的底面上加工出油槽6，在顶腔2的底面中部加工出油孔7，在燃烧室3的外部中间加工出外凹槽31，在外凹槽31周边加工出支撑外凸起32；

将燃烧室3装配在活塞体1的顶腔2内，使支撑外凸起32与顶腔2的底面紧密接触，燃烧室3的外侧顶壁与顶腔2的内侧顶壁21紧密配合，使燃烧室3的外侧壁与顶腔2的内侧壁22形成环形的第一油腔4，外凹槽31与顶腔2底面中部形成第二油腔5，且此时第一油腔4和第二油腔5通过油槽6连通；

焊接燃烧室3的顶部与顶腔2的顶部，将燃烧室3与顶腔2固定连接为一体；具体地，可以在将燃烧室3装入顶腔2内，且将燃烧室3的外侧顶壁与顶腔2的内侧顶壁21紧密配合好后，在两者轴向加一定的预紧力，然后将燃烧室3的顶部与顶腔2的顶部焊接一圈，焊接简单，且连接稳定可靠；

精加工燃烧室3，在燃烧室3内加工出中心内凸起33和环绕中心内凸起33的内凹槽34，使燃烧室3的横截面为ω形。

本发明提供的制造活塞的方法，将燃烧室3和活塞体1分开加工，组装后再焊接连接为一体，并自然形成相互连通的第一油腔4和第二油腔5，整体制作工艺简单，且工作时各油腔冷却效果好，温度阻隔能力强，使得活塞环槽和销孔部位温度低，活塞没有局部高温点，活塞热应力小，热变形小；另外，在将燃烧室3与活塞体1顶腔2焊接连接后，再对燃烧室3进行精加工，能够保证燃烧室3的加工精度，去除焊接时产生的热变形带来的加工误差。

以上对本发明所提供的活塞及其制造方法进行了详细介绍。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 (6)

1.一种活塞，其特征在于，包括具有顶腔的活塞体和安装在所述顶腔内的燃烧室，所述燃烧室的顶部与所述顶腔的顶部焊接连接，且所述燃烧室的外壁与所述顶腔的内壁形成与所述燃烧室内腔隔绝的油腔。

2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述燃烧室的横截面为ω形，所述燃烧室的外部中间设有外凹槽，周边设有支撑外凸起，所述燃烧室的外侧顶壁与所述顶腔的内侧顶壁紧密配合，所述支撑外凸起底部与所述顶腔的底面紧密接触，所述燃烧室的外侧壁与所述顶腔的内侧壁形成环形的第一油腔，所述外凹槽与所述顶腔底面中部形成第二油腔，所述油腔包括所述第一油腔和所述第二油腔，所述顶腔的底面上开有用于连通第一油腔和第二油腔的油槽，所述顶腔的底面中心上开有与所述活塞体的内腔连通且用于冷却液流出的油孔。

3.根据权利要求2所述的活塞，其特征在于，所述顶腔的内侧顶壁为锥形孔面，所述燃烧室的外侧顶壁为与所述锥形孔面匹配连接的锥形面，所述燃烧室的外侧顶壁与所述顶腔的内侧顶壁锥度配合连接。

4.根据权利要求3所述的活塞，其特征在于，所述顶腔的底面上设有多个所述油槽，多个所述油槽在所述顶腔的顶面上以所述油孔为中心呈放射状分布。

5.根据权利要求4所述的活塞，其特征在于，所述支撑外凸起为圆弧形支撑外凸起，所述顶腔的底面具有与所述支撑外凸起相匹配的弧形槽。

6.一种活塞的制造方法，其特征在于，包括步骤，

分别预加工活塞体和燃烧室，在所述活塞体上加工出顶腔、油槽和油孔，在所述燃烧室的外部中间加工出外凹槽，在所述外凹槽周边加工出支撑外凸起；

将所述燃烧室装配在所述活塞体的所述顶腔内，使所述支撑外凸起与所述顶腔的底面紧密接触，所述燃烧室的外侧顶壁与所述顶腔的内侧顶壁紧密配合，且所述燃烧室的外侧壁与所述顶腔的内侧壁形成环形的第一油腔，所述外凹槽与所述顶腔底面中部形成第二油腔；

焊接所述燃烧室的顶部与所述顶腔的顶部；

精加工所述燃烧室，在所述燃烧室内加工出中心内凸起和环绕中心内凸起的内凹槽，使所述燃烧室的横截面为ω形。