CN110788335B - 一种复合活塞销的成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合活塞销的成型方法，包括筒状包套和环形包盖，筒状包套设有环形腔，包盖与环形腔腔口匹配，包括以下步骤：S1：加工成型钢质基体并对其进行表面改性；S2：加工轻质填充体；S3：将钢质基体套于环形腔内；S4：将轻质填充体置于环形腔内，确保轻质填充体位于钢质基体内侧；S5：将包盖置于环形腔腔口，在真空条件下采用电子束焊接包盖与环形腔腔口，使环形腔形成真空密封腔体；S6：将密封的筒状包套和环形包盖置于热等静压设备中进行热等静压处理；S7：去除筒状包套和环形包盖；S8：进行机械加工得到复合活塞销。该方法具有操作方便、能保证强度、可降低结合失效风险、能提高韧性的优点。

Description

一种复合活塞销的成型方法
技术领域
本发明主要涉及内燃机活塞销成型技术，尤其涉及一种复合活塞销的成型方法。
背景技术
活塞销安装在活塞内，活塞、连杆通过活塞销连接构成运动副组合，是内燃机重要的动力转化和输出机构，承担着将热能转化为机械功的主要功能，活塞、连杆、活塞销内在缸套内高速运动惯性力较大，随着内燃机强化程度及轻量化要求的不断提高，对活塞销的重量也提出了更高的要求，目前、工程技术人员致力于开发出重量轻、强度高的新型活塞销结构，最主要的方法是减薄壁厚，强化材料及热处理以改善材料的综合机械性能等。
而通过双金属复合达到降低重量这一工艺及结构方法也是适应新要求的重要手段，如：中国专利CN104165101B公开了一种双金属内燃机用复合活塞销，是较为可靠的成型工艺和方法，它采用在黑色金属基体内孔中置入轻合金金属填充体，通过锻压的方式使轻合金金属填充体外表面与基体内表面形成过盈配合，达到双金属复合的目的，活塞销整体重量较传统结构降低10％～20％。
现有技术的双金属复合活塞销在保证了刚度与强度的基础上，能够有效的降低活塞销重量，方法简单，但也存在如下问题：
1、基体的内孔与置入的轻合金金属填充体外表面是机械结合，活塞销运动过程中处于交变应力的冲击，基体与填充体的表面因接触疲劳，存在较大的失效风险。
2、填充体压入基体内孔时不同截面承受的锻压力不同，填充体的变形并不均匀，因此、复合结构活塞销不同截面的刚度并不一致，相对薄弱截面失效的风险较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种工艺可靠、能保证强度、可降低结合失效风险、能提高韧性的复合活塞销的成型方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种复合活塞销的成型方法，包括筒状包套和环形包盖，所述筒状包套设有环形腔，所述包盖与环形腔腔口匹配，包括以下步骤：
S1：加工成型钢质基体并对其进行表面改性；
S2：加工轻质填充体；
S3：将钢质基体套于环形腔内；
S4：将轻质填充体置于环形腔内，确保轻质填充体位于钢质基体内侧；
S5：将包盖置于环形腔腔口，在真空条件下采用电子束焊接包盖与环形腔腔口，使环形腔形成真空密封腔体；
S6：将密封的筒状包套和环形包盖置于热等静压设备中进行热等静压处理；
S7：去除筒状包套和环形包盖；
S8：进行机械加工得到复合活塞销。
作为上述技术方案的进一步改进：
在步骤S1中，对钢质基体的外圆表面进行渗碳处理。
在步骤S1中，对钢质基体的内圆表面进行镀层以形成一层中间层。
在步骤S1中，对钢质基体进行调质热处理。
在步骤S1中，钢质基体采用中碳合金钢。
在步骤S6中，热等静压处理的工艺温度在500℃-600℃之间。
在步骤S7中，去除筒状包套和环形包盖后对钢质基体外圆表面进行淬火。
在步骤S7中，淬火后对整体进行时效处理。
在步骤S2中，轻质填充体为轻质铝合金管，加工成型轻质铝合金管后对其进行深冷处理。
在步骤S2中，轻质填充体为铝基粉末，在步骤S4中，将铝基粉末填充至环形腔内，并与筒状包套和环形包盖一起振动密实。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明复合活塞销的成型方法，采用该方法，钢质基体与轻质填充体通过热等静压工艺，成型工艺温度在填充体熔点的50-80％之间或共晶点温度的90％以上，经高温高压产生原子互扩散，从而实现钢质基体和轻质填充体的冶金结合；钢质基体内表面在热等静压工艺前表面改性，能提高钢质基体和轻质填充体的冶金结合强度，有利于消钢质基体和轻质填充体因机械结合存在的失效风险；钢质基体外表面在热等静压工艺前表面改性，为钢质基体表面强化、提高表面耐磨性创造条件；热等静压时的高温处理类似于对基体的二次回火，有利于钢质基体韧性的提高。
附图说明
图1是本发明实施例1的流程示意图。
图2是本发明实施例1的结构示意图。
图3是本发明实施例1中复合活塞销的结构示意图。
图4是本发明实施例2的结构示意图。
图5是本发明实施例2中复合活塞销的结构示意图。
图中各标号表示：
1、筒状包套；11、环形腔；2、包盖；3、钢质基体；31、中间层；4、轻质填充体；5、复合活塞销。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1：
图1至图3示出了本发明复合活塞销的成型方法的第一种实施例，包括筒状包套1和环形包盖2，筒状包套1设有环形腔11，包盖2与环形腔11腔口匹配，包括以下步骤：
S1：加工成型钢质基体3并对其进行表面改性；
S2：加工轻质填充体4；
S3：将钢质基体3套于环形腔11内；
S4：将轻质填充体4置于环形腔11内，确保轻质填充体4位于钢质基体3内侧；
S5：将包盖2置于环形腔11腔口，在真空条件下采用电子束焊接包盖2与环形腔11腔口，使环形腔11形成真空密封腔体；
S6：将密封的筒状包套1和环形包盖2置于热等静压设备中进行热等静压处理；
S7：去除筒状包套1和环形包盖2；
S8：进行机械加工得到复合活塞销5。
采用该方法，钢质基体3与轻质填充体4通过热等静压工艺，成型工艺温度在填充体熔点的50-80％之间或共晶点温度的90％以上，经高温高压产生原子互扩散，从而实现钢质基体3和轻质填充体4的冶金结合；钢质基体3的内表面在热等静压工艺前表面改性，能提高基体与填充体的冶金结合强度，有利于消除钢质基体3和轻质填充体4因机械结合存在的失效风险；钢质基体3外表面在热等静压工艺前表面改性，为钢质基体表面强化、提高表面耐磨性创造条件；热等静压时的高温处理类似于对钢质基体3的二次回火，有利于钢质基体3韧性的提高。
本实施例中，在步骤S1中，对钢质基体3的外圆表面进行渗碳处理。对外圆表面渗碳能够获得有效的表面含碳层，为钢质基体3表面强化、提高表面耐磨性创造条件。
本实施例中，在步骤S1中，对钢质基体3的内圆表面进行镀层以形成一层中间层31。中间层31为镀覆银、铜、金的一种或几种复合镀层，厚度为10～100μm。这样设置使得与热等静压处理工艺温度相适应，能够确保钢质基体3与轻质填充体4间的结合层获得更好的结合强度，并节约工艺时间、提高生产效率；避免或减少结合界面形成脆性很高及硬度很大的中间相，显著增加了钢质基体3与轻质填充体4的连接强度，实现高强度的冶金结合。
本实施例中，在步骤S1中，对钢质基体3进行调质热处理。对钢质基体3进行淬火和高温回火，回火温度与热等静压处理的温度相同或稍高。调质热处理满足活塞销对钢质基体3的机械性能要求，并有利于表面淬火强化。
本实施例中，在步骤S1中，钢质基体3采用中碳合金钢。热等静压处理是对钢质基体3与轻质填充体4的强化处理手段，选用中碳合金钢为钢质基体3，有利于提高钢质基体3韧性。
本实施例中，在步骤S6中，热等静压处理的工艺温度在500℃-600℃之间。具体为520℃
本实施例中，在步骤S7中，去除筒状包套1和环形包盖2后对钢质基体3外圆表面进行淬火。表面淬火能充分满足活塞销表面硬度要求。
本实施例中，在步骤S7中，淬火后对整体进行时效处理。时效温度在150℃-220℃之间，具体为200℃，能够消除热等静压和表面淬火处理后在轻质填充体4、冶金结合部、淬硬层存在的内应力，提高基体、填充体的韧性。
本实施例中，在步骤S2中，轻质填充体4为轻质铝合金管，加工成型轻质铝合金管后对其进行深冷处理。深冷处理后轻质填充体4外圆直径比钢质基体3内孔小，径向间隙小于0.05mm。
实施例2：
图1、图4和图5示出了本发明复合活塞销的成型方法的第二种实施例，该成型方法与实施例1基本相同，区别仅在于：本实施例中，在步骤S2中，轻质填充体4为铝基粉末，在步骤S4中，将铝基粉末填充至环形腔11内，并与筒状包套1和环形包盖2一起振动密实。轻质填充体4采用铝基粉末并经过热等静压成型，进一步保证了轻质填充体4与钢质基体3的结合面贴合率，提高了结合可靠性。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种复合活塞销的成型方法，包括筒状包套（1）和环形包盖（2），所述筒状包套（1）设有环形腔（11），所述包盖（2）与环形腔（11）腔口匹配，其特征在于，包括以下步骤：
S1：加工成型钢质基体（3）并对其进行表面改性；
S2：加工轻质填充体（4）；
S3：将钢质基体（3）套于环形腔（11）内；
S4：将轻质填充体（4）置于环形腔（11）内，确保轻质填充体（4）位于钢质基体（3）内侧；
S5：将包盖（2）置于环形腔（11）腔口，在真空条件下采用电子束焊接包盖（2）与环形腔（11）腔口，使环形腔（11）形成真空密封腔体；
S6：将密封的筒状包套（1）和环形包盖（2）置于热等静压设备中进行热等静压处理；
S7：去除筒状包套（1）和环形包盖（2）；
S8：进行机械加工得到复合活塞销（5）；
在步骤S2中，轻质填充体（4）为轻质铝合金管，加工成型轻质铝合金管后对其进行深冷处理。
2.一种复合活塞销的成型方法，包括筒状包套（1）和环形包盖（2），所述筒状包套（1）设有环形腔（11），所述包盖（2）与环形腔（11）腔口匹配，其特征在于，包括以下步骤：
S1：加工成型钢质基体（3）并对其进行表面改性；
S2：加工轻质填充体（4）；
S3：将钢质基体（3）套于环形腔（11）内；
S4：将轻质填充体（4）置于环形腔（11）内，确保轻质填充体（4）位于钢质基体（3）内侧；
S5：将包盖（2）置于环形腔（11）腔口，在真空条件下采用电子束焊接包盖（2）与环形腔（11）腔口，使环形腔（11）形成真空密封腔体；
S6：将密封的筒状包套（1）和环形包盖（2）置于热等静压设备中进行热等静压处理；
S7：去除筒状包套（1）和环形包盖（2）；
S8：进行机械加工得到复合活塞销（5）；
在步骤S2中，轻质填充体（4）为铝基粉末，在步骤S4中，将铝基粉末填充至环形腔（11）内，并与筒状包套（1）和环形包盖（2）一起振动密实。
3.根据权利要求1或2所述的复合活塞销的成型方法，其特征在于：在步骤S1中，对钢质基体（3）的外圆表面进行渗碳处理。
4.根据权利要求3所述的复合活塞销的成型方法，其特征在于：在步骤S1中，对钢质基体（3）的内圆表面进行镀层以形成一层中间层（31）。
5.根据权利要求4所述的复合活塞销的成型方法，其特征在于：在步骤S1中，对钢质基体（3）进行调质热处理。
6.根据权利要求5所述的复合活塞销的成型方法，其特征在于：在步骤S1中，钢质基体（3）采用中碳合金钢。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的复合活塞销的成型方法，其特征在于：在步骤S6中，热等静压处理的工艺温度在500℃-600℃之间。
8.根据权利要求3至6中任一项所述的复合活塞销的成型方法，其特征在于：在步骤S7中，去除筒状包套（1）和环形包盖（2）后对钢质基体（3）外圆表面进行淬火。
9.根据权利要求8所述的复合活塞销的成型方法，其特征在于：在步骤S7中，淬火后对整体进行时效处理。
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