CN109915277A - 一种隔热活塞及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种隔热活塞，包括：活塞本体，活塞本体为锻钢制成，其顶部为活塞头部，活塞头部上具有凹槽；隔热件，隔热件安装于凹槽内；及固定件，固定件抵接于隔热件上，且通过旋压加工或二次锻造与隔热件和凹槽成一个整体。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种隔热活塞，由于隔热件安装于凹槽中，固定件固定于隔热件上，且通过旋压加工或二次锻造与隔热件和凹槽成一个整体；其中，由于增加了隔热件，增加了活塞头部的隔热性能，并且隔热件通过固定件与凹槽形成一体，有效防止了现有技术中隔热涂层因承受不住高温出现裂纹、烧蚀等现象，同时解决了隔热件与活塞本体粘结强度不够的问题；本发明结构简单，工作可靠性高。

Description

一种隔热活塞及其加工方法

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，更具体的说是涉及一种隔热活塞及其加工方法。

背景技术

随着发动机排放标准的升级，发动机的爆发压力越来越高，活塞燃烧室、顶面的温度、压力随之增大，为了保证环槽、销孔、裙部温度不会太高，现在常用锻钢活塞一般具有大的冷却油腔，使得活塞燃烧室、顶面与冷却油腔的热交换显著；但同时导致燃烧室、顶面热损失较大，发动机的热效率较低，据统计活塞燃烧室燃烧产生能量有大约25％通过缸套、冷却油道散失；并且燃烧室表面的高温与冷却油道的温差巨大，造成活塞燃烧室部位热应力大，增加了开裂风险。

目前为了解决上述问题，许多活塞生产商在燃烧室、顶面使用隔热涂层，但因为涂层的厚度只有0.03-0.3mm，这种相对较薄的涂层，对温度向活塞环、裙部传递阻隔作用不大。而专利文献CN201610539558中公开的一种隔热活塞主要应用于铝活塞，由于隔热层对燃烧室热量的阻断，活塞燃烧室温度特别是燃烧室喉口的温度会急剧上升，其0.1-0.5mm的喷涂密封层会因承受不住高温出现裂纹、烧蚀等现象，同时其隔热层直接浇注在基体上，容易出现隔热层与活塞本体粘结强度不够的问题。

因此，如何提供一种隔热效果好、且使用安全性高的活塞是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种隔热活塞，解决了现有技术中活塞隔热涂层隔热性不好，隔热层直接喷涂在活塞本体上，高温容易出现裂纹、损坏的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种隔热活塞，包括：

活塞本体，活塞本体为锻钢制成，其顶部为活塞头部，活塞头部上具有凹槽；

隔热件，隔热件安装于凹槽内；

及固定件，固定件抵接于隔热件上，且通过旋压加工或二次锻造与隔热件和凹槽成一个整体。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种隔热活塞，由于隔热件安装于凹槽中，固定件固定于隔热件上，且通过旋压加工或二次锻造与隔热件和凹槽成一个整体；其中，由于增加了隔热件，增加了活塞头部的隔热性能，并且隔热件通过固定件与凹槽形成一体，有效防止了现有技术中隔热涂层因承受不住高温出现裂纹、烧蚀等现象，同时解决了隔热件与活塞本体粘结强度不够的问题；本发明结构简单，工作可靠性高。

优选地，隔热件为导热系数小于20W/mk的材料通过加工或铸造成形；厚度为1-5mm；以增加隔热效果。

优选地，隔热件材料为陶瓷纤维制成。

优选地，活塞本体和活塞头部为一体连接或分体焊接而成；通用性强，可以同时适用于分体活塞和整体式活塞。

优选地，活塞头部顶部外圆面上开设有用于固定固定件的环形固定台，有利于固定固定件，保证活塞运行中的使用安全性。

优选地，固定件边缘弯折延伸形成固定套；固定套内壁与活塞本体或活塞头部外壁过盈配合；且固定套底部端面与环形固定台顶面焊接；采用此方案增加了通过固定件固定隔热件的强度，保证隔热活塞的正常工作的安全性。

优选地，固定件为塑性金属材料制成，厚度为3-6mm；采用此方案，保证固定件具有一定的延展性，通过其形变，将隔热件与活塞头部紧密固定在一起。

上述隔热件的具体形状与结构尺寸根据不同型号的活塞选择；固定件的具体形状和结构尺寸可根据对应的隔热件进行选择设计；但凡是涉及本申请上述构思的技术方案均应当落入本发明的保护范围内。

本发明还提供了一种隔热活塞的加工方法，包括以下步骤：

S1、提供活塞头部具有凹槽的活塞本体，及与其同等规格的隔热件和固定件；

S2、将隔热件放置于凹槽内；和/或固定件加热；

S3、将S2中放置隔热件后的活塞本体作为锻造模具的下模，模具上模内固定加热后的固定件；启动模具，模具上模下压，使固定件产生形变，挤压隔热件且与活塞本体形成一个整体；焊接固定件与活塞本体的连接端面；

或将S2中隔热件上放入固定件，初步固定隔热件，在固定件与活塞本体的连接端面焊接；焊接后在旋压机上进行旋压，使固定件发生形变，与隔热件和活塞本体形成一个整体。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种隔热活塞的加工方法，采用此方法，将固定件通过旋压加工或二次锻造与活塞本体结合与一体，隔热件处于两者之间，通过固定件的形变压迫二次固定，进而保证了隔热件固定的牢固性，进而保证活塞使用的安全性。

优选地，S3中，在旋压加工时温度为200℃-400℃。在锻造时温度为1100℃-1200℃。上述温度控制保证固定件与活塞本体的结合。

上述方法中的具体的工艺参数根据不同规格尺寸的活塞进行选择设计，但凡是涉及到通过上述方法构思的技术方案均应当落入本发明的保护范围内。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的一种隔热活塞的一个实施例的结构示意图；

图2附图为本发明提供的一种隔热活塞的另一个实施例的结构示意图；

图3附图为本发明提供的图中实施例中的活塞头部的实施例的结构示意图；

图4附图为本发明提供的一种隔热活塞的隔热件的一个实施例的结构示意图；

图5附图为本发明提供的一种隔热活塞的的固定件的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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，本领域普通技术人员在没有做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。

本发明实施例公开了一种隔热活塞，解决了现有技术中活塞隔热涂层隔热性不好，隔热层直接喷涂在活塞本体上，高温容易出现裂纹、损坏的问题。

参见附图1和2，本发明提供了一种隔热活塞，包括：

活塞本体1，活塞本体1为锻钢制成，其顶部为活塞头部2，活塞头部2上具有凹槽21；

隔热件3，隔热件3安装于凹槽21内；

及固定件4，固定件4抵接于隔热件3上，且通过旋压加工或二次锻造与隔热件3和凹槽21成一个整体。

本发明公开提供了一种隔热活塞，由于隔热件3安装于凹槽21中，固定件4固定于隔热件3上，且通过旋压加工或二次锻造与隔热件3和凹槽21成一个整体；其中，由于增加了隔热件3，增加了活塞头部2的隔热性能，并且隔热件3通过固定件4与凹槽21形成一体，有效防止了现有技术中隔热涂层因承受不住高温出现裂纹、烧蚀等现象，同时解决了隔热件3与活塞本体1粘结强度不够的问题；本发明结构简单，工作可靠性高。

有利的是，参见附图4，隔热件3为导热系数小于20W/mk的材料通过加工或铸造成形；厚度为1-5mm；以增加隔热效果。

更有利的是，隔热件3材料为陶瓷纤维制成。

其中，参见附图1和2，活塞本体1和活塞头部2为一体连接或分体焊接而成；通用性强，可以同时适用于分体活塞和整体式活塞。

在本发明的一个实施例中，活塞头部2顶部外圆面上开设有用于固定固定件4的环形固定台，有利于固定固定件4，保证活塞运行中的使用安全性。

在本发明的另一个实施例中，参见附图5，固定件4边缘弯折延伸形成固定套41；固定套41内壁与活塞本体1或活塞头部2外壁过盈配合；且固定套41底部端面与环形固定台顶面焊接(附图1和附图2中标号为5的焊接处)；采用此方案增加了通过固定件4固定隔热件3的强度，保证隔热活塞的正常工作的安全性。

上述各实施例中，固定件4为塑性金属材料制成，厚度为3-6mm；采用此方案，保证固定件4具有一定的延展性，通过其形变，将隔热件3与活塞头部2紧密固定在一起。

上述隔热件3的具体形状与结构尺寸根据不同型号的活塞选择；固定件4的具体形状和结构尺寸可根据对应的隔热件3进行选择设计；但凡是涉及本申请上述构思的技术方案均应当落入本发明的保护范围内。

本发明还提供了一种隔热活塞的加工方法，包括以下步骤：

S1、提供活塞头部具有凹槽的活塞本体，及与其同等规格的隔热件和固定件；

S2、将隔热件放置于凹槽内；和/或固定件加热；

S3、将S2中放置隔热件后的活塞本体作为锻造模具的下模，模具上模内固定加热后的固定件；启动模具，模具上模下压，使固定件产生形变，挤压隔热件且与活塞本体形成一个整体；焊接固定件与活塞本体的连接端面；

或将S2中隔热件上放入固定件，初步固定隔热件，在固定件与活塞本体的连接端面焊接；焊接后在旋压机上进行旋压，使固定件发生形变，与隔热件和活塞本体形成一个整体。

本发明公开提供了一种隔热活塞的加工方法，采用此方法，将固定件通过旋压加工或二次锻造与活塞本体结合与一体，隔热件处于两者之间，通过固定件的形变压迫二次固定，进而保证了隔热件固定的牢固性，进而保证活塞使用的安全性。

优选地，S3中，在旋压加工时温度为200℃-400℃。在锻造时温度为1100℃-1200℃。上述温度控制保证固定件与活塞本体的结合。

上述方法中的具体的工艺参数根据不同规格尺寸的活塞进行选择设计，但凡是涉及到通过上述方法构思的技术方案均应当落入本发明的保护范围内。

具体的应用实施例例1

参见附图1，所示本发明包括活塞本体，在活塞本体的活塞头部加工出和隔热件下表面相适配的凹槽并进行抛丸处理，隔热件按照不同活塞本体燃烧室的形状进行缩放设计隔热件尺寸，并经过加工或铸造成型隔热件。固定件用塑性金属材料加工，其中固定套直径比环形固定台上部的活塞本体直径小0.05-0.10mm，以保证两者之间装配的过盈量。把加工后的隔热件放置在凹槽中，然后把固定件扣合在活塞头部上，使得隔热件初步固定。在固定套的底端面和环形定位台顶面处进行焊接，焊接后通过旋压加工将固定件与活塞本体、隔热件挤压成一个整体，然后活塞顶面、燃烧室经过精加工到成品形状、尺寸。

其中旋压加工是将平板或空心坯料固定在旋压机的模具上，在坯料随机床主轴转动的同时，用旋轮或赶棒加压于坯料，使之产生局部的塑性变形。旋压是一种特殊的成形方法。用旋压方法可以完成各种形状旋转体的拉深、翻边、缩口、胀形和卷边等。

具体的应用实施例例2

参见附图2，所示本发明包括分别锻造的活塞本体的裙部，活塞头部，活塞本体的裙部通过机加工后备用，活塞头部上部加工出和隔热件下表面相符的形状，隔热件根据燃烧室形状进行铸造或加工成型，然后将隔热件和活塞头部作为二次锻造的下模，模具的上模上放置加热后的固定件，用模具挤压，使活塞头部、隔热件及固定件紧密结合到一起，在活塞头部底部与活塞本体的裙部焊接；在固定套的底端面和环形定位台顶面处进行焊接。其中活塞头部和活塞本体裙部的焊接面通过摩擦焊焊接(此焊接面为附图2中附图标记8指示的焊接处)，焊接上述接触面后，焊接固定套的底端面和环形定位台顶面处，使活塞本体的裙部、活塞头部、隔热件、固定件为一个整体，后续经过热处理、精加工成活塞成品。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种隔热活塞，其特征在于，包括：

活塞本体(1)，所述活塞本体(1)为锻钢制成，其顶部为活塞头部(2)，所述活塞头部(2)上具有凹槽(21)；

隔热件(3)，所述隔热件(3)安装于所述凹槽(21)内；

及固定件(4)，所述固定件(4)抵接于所述隔热件(3)上，且通过旋压加工或二次锻造与所述隔热件(3)和所述凹槽(21)成为一个整体。

2.根据权利要求1所述的一种隔热活塞，其特征在于，所述隔热件(3)为导热系数小于20W/mk的材料通过加工或铸造成形；厚度为1-5mm。

3.根据权利要求3所述的一种隔热活塞，其特征在于，所述隔热件(3)材料为陶瓷纤维制成。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种隔热活塞，其特征在于，所述活塞本体(1)和所述活塞头部(2)为一体连接或分体焊接而成。

5.根据权利要求4所述的一种隔热活塞，其特征在于，所述活塞头部(2)顶部外圆面上开设有用于固定所述固定件(4)的环形固定台。

6.根据权利要求5所述的一种隔热活塞，其特征在于，所述固定件(4)边缘弯折延伸形成固定套(41)；所述固定套(41)内壁与所述活塞本体(1)或活塞头部(2)外壁过盈配合；且所述固定套(41)底部端面与所述环形固定台顶面焊接。

7.根据权利要求6所述的一种隔热活塞，其特征在于，所述固定件(4)为塑性金属材料制成，厚度为3-6mm。

8.一种隔热活塞的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、提供活塞头部具有凹槽的活塞本体，及与其同等规格的隔热件和固定件；

S2、将隔热件放置于凹槽内；和/或固定件加热；

S3、将S2中放置隔热件后的活塞本体作为锻造模具的下模，模具上模内固定加热后的固定件；启动模具，模具上模下压，使固定件产生形变，挤压隔热件且与活塞本体形成一个整体；焊接固定件与活塞本体的连接端面；

或将S2中隔热件上放入固定件，初步固定隔热件，在固定件与活塞本体的连接端面焊接；焊接后在旋压机上进行旋压，使固定件发生形变，与隔热件和活塞本体形成一个整体。

9.根据权利要求8所述的一种隔热活塞的加工方法，其特征在于，S3中，在旋压加工时温度为200℃-400℃。

10.根据权利要求8所述的一种隔热活塞的加工方法，其特征在于，S3中，在锻造时温度为1100℃-1200℃。