CN109268495A - 一种钢活塞与活塞销的组合及其加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于发动机活塞及活塞销加工领域，特别涉及一种钢活塞与活塞销的组合及其加工工艺，包括钢活塞和活塞销，所述钢活塞销孔和活塞销外圆面去除了刀纹波峰，钢活塞销孔和活塞销外圆面只存在刀纹波谷；所述钢活塞的销孔在去除刀纹波峰后表面粗糙度在Ra0.2（μm）以上，活塞销的外圆面在去除刀纹波峰后表面粗糙度在Ra0.1（μm）以上。本发明在钢活塞销孔及活塞销表面粗糙度较高的情况下，去除其刀纹波峰，可有效避免润滑油膜被接触面的高点切断，进而在活塞销与钢活塞销孔间形成完整的润滑油膜，避免钢活塞销孔与活塞销直接摩擦，大大降低了咬合风险。

Description

一种钢活塞与活塞销的组合及其加工工艺

技术领域

本发明属于发动机活塞及活塞销加工领域，特别涉及一种钢活塞与活塞销的组合及其加工工艺。

背景技术

随着人们对环境问题重视程度的不断提升，对内燃机性能要求、排放要求均不断提高。在性能方面，尤其是载重汽车、工程机械都在向大功率、高负荷方向发展，强化程度不断提高，普通铝合金活塞已经越来越不能满足发动机发展的需求。钢活塞由于强度高、耐高温、韧性好、导热性好和抗疲劳性好等优点已经成为活塞发展的重要方向，也在高端重型发动机上使用得越来越普遍。

在发动机工作过程中，活塞销与活塞销孔间存在相互间的旋转运动，但运动速度较低，不易形成润滑油膜，即使形成了润滑油膜，厚度也非常低。这样就会造成活塞销和活塞销孔直接摩擦。而钢活塞和活塞销均为钢质材料，其硬度非常接近，由于反复的摩擦，极易产生同质胶合，造成活塞和活塞销咬合抱死，进而造成发动机无法运行。如何降低钢活塞销孔和活塞销之间的摩擦就成为一个极为迫切的技术难题。

目前，国内应对降低钢活塞和活塞销之间的摩擦主要有两种技术方案：一种是在钢活塞销孔内镶嵌钢背衬套；另一种是提高钢活塞销孔及活塞销的表面粗糙度，尤其是提高钢活塞销孔的表面粗糙度。由于钢背衬套具有摩擦系数小、耐磨、抗腐蚀性好、无油润滑等特点，在钢活塞销孔内镶嵌钢背衬套，虽然有效地降低了钢活塞销孔与活塞销之间的摩擦，但也相应增加了加工工序，提高了加工成本。由于汽车行业不断激烈的竞争环境，该技术方案已经基本不再采用。另一种方案提高钢活塞销孔的表面粗糙度，可以有效降低活塞与活塞销之间的摩擦。但由于钢活塞硬度较高，刀具磨损太快，在实际生产过程中即使频繁更换刀具，产品表面粗糙度的一致性也不能得到很好保证，进而不能很好地避免活塞与活塞销咬合。同时，由于频繁换刀，还会造成加工成本高，生产连续性差。

发明内容

本发明要解决的问题是克服背景技术的不足，提供一种钢活塞与活塞销的组合及其加工工艺。

本发明钢活塞与活塞销的组合是通过以下技术方案来实现的：

一种钢活塞与活塞销的组合，包括钢活塞和活塞销，所述钢活塞销孔和活塞销外圆面去除了刀纹波峰，钢活塞销孔和活塞销外圆面只存在刀纹波谷；所述钢活塞的销孔在去除刀纹波峰后表面粗糙度在Ra0.2（μm）以上，活塞销的外圆面在去除刀纹波峰后表面粗糙度在Ra0.1（μm）以上。

优选的，所述钢活塞的销孔在去除刀纹波峰前表面粗糙度在Ra0.8（μm）以上，活塞销的外圆面在去除刀纹波峰前表面粗糙度在Ra0.2（μm）以上。

优选的，所述钢活塞为锻钢活塞。

优选的，所述钢活塞设有密封型冷却油腔或底部敞开的敞开型冷却油腔。

优选的，所述钢活塞可在销座设有与销孔连通的注油小孔。

优选的，所述钢活塞一侧销孔加装卡簧。

优选的，所述单侧销座注油小孔个数为1-2个。

本发明钢活塞与活塞销的组合加工工艺，包括以下步骤：

（一）钢活塞完成尺寸加工；加工完成后，销孔表面粗糙度在Ra0.8（μm）以上；

（二）对钢活塞销孔进行刀纹波峰去除加工，去除步骤（一）加工形成的刀纹波峰；采用频率16-30kHz的超声波振动去除刀纹波峰；在去除刀纹波峰后，销孔表面粗糙度在Ra0.2（μm）以上；

（三）对钢活塞进行去尖角毛刺处理；

（四）对钢活塞进行清洗；

（五）对钢活塞进行表面处理，使其表面形成一种亲油性的磷化层；

（六）对钢活塞进行涂油防锈处理；

（七）活塞销完成尺寸加工，加工完成后，其外圆面表面粗糙度在Ra0.2（μm）以上；

（八）对活塞销进行刀纹波峰去除加工；去除步骤（七）加工形成的刀纹波峰；采用频率16-30kHz的超声波振动去除刀纹波峰；在去除刀纹波峰后，活塞销的外圆面表面粗糙度在Ra0.1（μm）以上；

（九）对活塞销进行清洗；

（十）对活塞销进行涂油防锈处理；

（十一）将活塞销与活塞装配在一起。

优选的，所述步骤（二）中，超声波振动去除刀纹波峰加工过程中，选择润滑油、防锈油、防锈水或防锈液体进行冷却。

本发明涉及一种钢活塞与活塞销的组合及其加工工艺，在钢活塞销孔及活塞销表面粗糙度较高的情况下，去除其刀纹波峰，可有效避免润滑油膜被接触面的高点切断，进而在活塞销与钢活塞销孔间形成完整的润滑油膜，避免钢活塞销孔与活塞销直接摩擦，大大降低了咬合风险。

附图说明

图1为本发明的微观结构示意图。

图2为本发明的结构示意图。

图中，1钢活塞，2活塞销，3销孔，5亲油性的磷化层，6刀纹波谷， 9销座，10注油小孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明包括钢活塞1和活塞销2，特点在于钢活塞1的销孔3和活塞销2外圆面去除了刀纹波峰，钢活塞1销孔3和活塞销2外圆面都只存在刀纹波谷6，如附图1所示。所谓的刀纹波峰即在加工的过程中，在微观观察下，比如在扫描电子显微镜下，在加工表面形成的刀纹向上的凸起，就像一个个波峰；而本发明所形成的刀纹波谷6是指在去除了刀纹波峰后，加工表面存在一个个的向内的凹陷，就像附图1中所示的一个个的波谷。

本发明的特点还在于钢活塞1的销孔3在去除刀纹波峰前表面粗糙度在Ra0.8（μm）以上，钢活塞1的销孔3在去除刀纹波峰后表面粗糙度在Ra0.2（μm）以上；活塞销2的外圆面在去除刀纹波峰前表面粗糙度在Ra0.2（μm）以上，活塞销2的外圆面在去除刀纹波峰后表面粗糙度在Ra0.1（μm）以上。

优选的，所述的钢活塞1为高性能高强度锻钢活塞，其基体材料为38MnVS6或42CrMoA或42CrMo4。钢活塞1可为一体式锻造钢活塞，也可为两体组合式钢活塞。其中，一体式锻造钢活塞，配合铝活塞裙部使用，两体组合式活塞使用摩擦焊接、钎焊、激光焊接等方式形成一个整体。优选的，所述钢活塞1设有密封型冷却油腔或底部敞开的敞开型冷却油腔，所述的钢活塞1密封型冷却油腔，由钢活塞1上部块体与下部块体采用摩擦焊接或者激光焊接形成，也可使用弹性钢片封闭敞开型冷却油腔的底部敞口形成。密封型冷却油腔有一个进口和至少一个出口与之相连，进口和出口朝向钢活塞1裙部。优选的，所述的钢活塞1销孔3形状为标准圆柱形，也可以为异形销孔。优选的，所述的钢活塞1与活塞销2可装配在一起，并仅在钢活塞1一侧销孔3加装卡簧，以方便与连杆等装配在一起。优选的，所述的钢活塞1在裙部销座9设有与销孔3连通的注油小孔10，在与活塞销2、连杆、卡簧装配成套后，可从注油小孔10加入润滑油脂，以加强润滑，降低咬合风险。所述单侧销座9注油小孔10个数优选为1个或2个。

本发明钢活塞与活塞销的组合加工工艺，包括以下步骤：

（一）钢活塞1完成尺寸加工；加工完成的钢活塞1的销孔3表面粗糙度在Ra0.8（μm）以上，尺寸加工过程中钢活塞1的销孔3表面粗糙度的控制和形成为现有工艺，这里不再具体介绍。

（二）对钢活塞1销孔3进行刀纹波峰去除加工，去除步骤（一）加工形成的刀纹波峰。去除刀纹波峰采用频率16-30kHz的超声波驱动加工头在加工面振动实现去除刀纹波峰，加工过程中，可选择润滑油、防锈油、防锈水等油类或防锈液体来冷却加工刀具及加工工件。钢活塞1的销孔3在去除刀纹波峰后表面粗糙度在Ra0.2（μm）以上，表面粗糙度值可通过现有的测试手段进行监测。

（三）对钢活塞1进行去尖角毛刺处理，尖角毛刺处理为现有成熟的处理工艺，这里不再赘述。

（四）对钢活塞1进行清洗。

（五）对钢活塞1进行表面处理，使其表面形成一种亲油性的磷化层5，以增加润滑油脂附着能力，同时降低锈蚀风险。活塞销2也可进行表面处理，使其表面形成一层致密的类金刚石涂层，进而提高其表面硬度及耐磨性。表面处理为现有成熟工艺，这里不再赘述。

（六）对钢活塞1进行涂油防锈处理；

（七）活塞销2完成尺寸加工，加工完成的活塞销2的外圆面表面粗糙度在Ra0.2（μm）以上，同样，尺寸加工过程中活塞销2的外圆面表面粗糙度的控制和形成为现有工艺，这里不再具体介绍。

（八）对活塞销2进行刀纹波峰去除加工；去除步骤（七）加工形成的刀纹波峰；去除刀纹波峰采用频率16-30kHz的超声波驱动加工头在加工面振动实现去除刀纹波峰，加工过程中，可选择润滑油、防锈油、防锈水等油类或防锈液体来冷却加工刀具及加工工件；活塞销2的外圆面在去除刀纹波峰后表面粗糙度在Ra0.1（μm）以上。表面粗糙度值通过现有的测试手段进行监测。

（九）对活塞销2进行清洗；

（十）对活塞销2进行涂油防锈处理；

（十一）将活塞销2与活塞装配在一起，完成。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种钢活塞与活塞销的组合，包括钢活塞（1）和活塞销（2），其特征在于：所述钢活塞（1）销孔（3）和活塞销（2）外圆面去除了刀纹波峰，钢活塞（1）销孔（3）和活塞销（2）外圆面都只存在刀纹波谷（6）；所述钢活塞（1）的销孔（3）在去除刀纹波峰后表面粗糙度在Ra0.2（μm）以上，活塞销（2）的外圆面在去除刀纹波峰后表面粗糙度在Ra0.1（μm）以上。

2.根据权利要求1所述的钢活塞与活塞销的组合，其特征在于：所述钢活塞（1）为锻钢活塞。

3.根据权利要求1所述的钢活塞与活塞销的组合，其特征在于：所述钢活塞（1）的销孔（3）在去除刀纹波峰前表面粗糙度在Ra0.8（μm）以上，活塞销（2）的外圆面在去除刀纹波峰前表面粗糙度在Ra0.2（μm）以上。

4.根据权利要求1所述的钢活塞与活塞销的组合，其特征在于：所述钢活塞（1）设有密封型冷却油腔或底部敞开的敞开型冷却油腔。

5.根据权利要求1所述的钢活塞与活塞销的组合，其特征在于：所述钢活塞（1）在销座（9）设有与销孔（3）连通的注油小孔（10）。

6.根据权利要求1所述的钢活塞与活塞销的组合，其特征在于：所述钢活塞（1）一侧销孔（3）加装卡簧。

7.根据权利要求5所述的钢活塞与活塞销的组合，其特征在于：所述销座（9）单侧注油小孔（10）个数为1-2个。

8.一种钢活塞与活塞销的组合加工工艺，包括以下步骤：

（一）钢活塞（1）完成尺寸加工；加工完成的钢活塞（1）的销孔（3）表面粗糙度在Ra0.8（μm）以上；

（二）对钢活塞（1）销孔（3）进行刀纹波峰去除加工，去除步骤（一）加工形成的刀纹波峰；采用频率16-30kHz的超声波振动去除刀纹波峰；钢活塞（1）的销孔（3）在去除刀纹波峰后表面粗糙度在Ra0.2（μm）以上；

（三）对钢活塞（1）进行去尖角毛刺处理；

（四）对钢活塞（1）进行清洗；

（五）对钢活塞（1）进行表面处理，使其表面形成一种亲油性的磷化层（5）；

（六）对钢活塞（1）进行涂油防锈处理；

（七）活塞销（2）完成尺寸加工，加工完成的活塞销（2）的外圆面表面粗糙度在Ra0.2（μm）以上；

（八）对活塞销（2）进行刀纹波峰去除加工；去除步骤（七）加工形成的刀纹波峰；采用频率16-30kHz的超声波振动去除刀纹波峰；活塞销（2）的外圆面在去除刀纹波峰后表面粗糙度在Ra0.1（μm）以上；

（九）对活塞销（2）进行清洗；

（十）对活塞销（2）进行涂油防锈处理；

（十一）将活塞销（2）与活塞装配在一起。

9.根据权利要求8所述的钢活塞与活塞销的组合加工工艺，其特征在于：所述步骤（二）中，超声波振动去除刀纹波峰加工过程中，选择润滑油、防锈油、防锈水或防锈液体进行冷却。