CN111151737A - 一种活塞的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种活塞的制作方法，包括以下步骤：将宝珠砂采用3D打印设备打印出活塞内冷油道、油孔和活塞内腔三者一体的砂模内芯，且砂模内芯的外表面涂有涂料层；采用树脂砂形成活塞的外模砂型，且外模砂型的内表面涂有用于脱模的涂料，烘干；将的砂模内芯与外模砂型组成活塞铸造模型，而后合箱；将熔炼后的铸造原料从浇口倒入活塞铸造模型中，即完成活塞的铸造。本发明采用3D打印技术与铸造工艺相结合，使活塞内冷油道结构3D打印成型，该制作方法工艺简单、材料利用率高、效果好、成本低，制备活塞的形状和大小不受限制，满足活塞结构整体化的要求。本发明克服了传统工艺制造活塞内冷油道成型困难、密闭缺陷多的问题。

Description

一种活塞的制作方法
技术领域
本发明涉及汽车零部件加工技术领域，尤其涉及到一种活塞的制作方法。
背景技术
发动机是汽车、机车车辆和船舶的动力来源，而活塞是各种发动机的心脏部件，活塞在工作过程中承受着高温、高压、复杂摩擦和热机耦合载荷的作用，工作环境十分恶劣。近二十年来内燃机技术的快速发展，发动机升功率和爆发压力不断提升，伴随着活塞承受的工作负荷越来越高，对活塞的性能提出了更高的要求，尤其是高温性能。
如图1所示，活塞内冷油道11与活塞壳体12之间的加工，主要通过焊接、摩擦焊和激光重熔等加工成型方式，这些方式都存在一定缺点，如都存在加工困难、易变形、加工余量大、加工周期长、加工质量和精度很难控制等因素，难以满足活塞内冷油道结构整体化要求。因此，必须寻求一种新的制备含内冷油道活塞的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足之处而提供一种方法工艺简单、材料利用率高、效果好、成本低、生产效率高，制备活塞的形状和大小不受限制，满足活塞结构整体化的要求，特别是活塞内冷油道的活塞的制作方法。
本发明是通过如下方式实现的：
一种活塞的制作方法，包括以下步骤：
步骤1)：将宝珠砂采用3D打印设备打印出活塞内冷油道、油孔和活塞内腔三者一体的砂模内芯，且砂模内芯的外表面涂有涂料层；涂料层的原料和厚度为本领域常用技术，在此不进行详细说明。
步骤2)：采用树脂砂形成活塞的外模砂型，且外模砂型的内表面涂有用于脱模的涂料，烘干；
步骤3)：将步骤1)的砂模内芯与步骤2)的外模砂型组成活塞铸造模型，而后合箱；
步骤4)：将熔炼后的铸造原料从浇口倒入活塞铸造模型中，即完成活塞的铸造。
进一步地，所述的铸造原料的化学成分的质量百分含量为：C：0.20-0.45％，Si：0.25-0.65％，Mn：0.85-1.60％，P：0.03-0.05％，S：0.03-0.05％，Cr：0.25-0.95％，Ni：1.50-2.10％，Mo：0.10-0.45％，Cu：0.25-0.5％，V：0.25-0.25％，余量为Fe。
进一步地，铸造原料的熔化浇注过程为：将纯废钢加入中频感应电炉中进行融化，升温至1400℃-1450℃；而后加入锰铁、钼铁和硅铁进行融化，融化后再加入纯铜进行融化，融化后测定融溶液的成分和含量，融溶液的成分和含量达到规定的范围内时，升温至1440℃-1460℃；而后将融溶液倒入活塞铸造模型中进行浇注。
本发明的有益效果在于：采用3D打印技术与铸造工艺相结合，使活塞内冷油道结构3D打印成型，该制作方法工艺简单、材料利用率高、效果好、成本低，制备活塞的形状和大小不受限制，满足活塞结构整体化的要求。本发明克服了传统工艺制造活塞内冷油道成型困难、密闭缺陷多的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1现有活塞结构剖视图；
图2本发明结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通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方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通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方式，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“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例：
一种活塞的制作方法，如图2所示，包括以下步骤：
步骤1)：将宝珠砂采用3D打印设备打印出活塞内冷油道1、油孔2和活塞内腔3三者一体的砂模内芯4，且砂模内芯4的外表面涂有涂料层；涂料层的原料和厚度为本领域常用技术，在此不进行详细说明；
步骤2)：采用树脂砂形成活塞的外模砂型5，且外模砂型5的内表面涂有用于脱模的涂料，烘干；
步骤3)：将步骤1)的砂模内芯与步骤2)的外模砂型组成活塞铸造模型，而后合箱；
步骤4)：将熔炼后的铸造原料从浇口倒入活塞铸造模型中，即完成活塞的铸造。
进一步地，所述步骤2)的外模砂型5的制作为：采用射芯机将树脂砂均匀地射入砂箱预紧实，然后再施加压力进行压实形成外模砂型5，烤干。
进一步地，所述的铸造原料的化学成分的质量百分含量为：C：0.20-0.45％，Si：0.25-0.65％，Mn：0.85-1.60％，P：0.03-0.05％，S：0.03-0.05％，Cr：0.25-0.95％，Ni：1.50-2.10％，Mo：0.10-0.45％，Cu：0.25-0.5％，V：0.25-0.25％，余量为Fe。
进一步地，铸造原料的熔化浇注过程为：将纯废钢加入中频感应电炉中进行融化，升温至1400℃-1450℃；而后加入锰铁、钼铁和硅铁进行融化，融化后再加入纯铜进行融化，融化后测定融溶液的成分和含量，融溶液的成分和含量达到规定的范围内(此处规定的范围为上述的铸造原料的化学成分的质量百分含量)时，升温至1440℃-1460℃；而后将融溶液倒入活塞铸造模型中进行浇注。
进一步地，铸造原料在融化过程中，对融溶液的成分和含量的测定为本领域常用测定方式，当融溶液的成分和含量低于或高于规定的范围内，要加入相应的原料进行调配，使之达到规定的范围值内(此处规定的范围为上述的铸造原料的化学成分的质量百分含量),调配方式为本领域常用方式。
本发明所铸造出来的活塞的硬度为240-310HV。
本发明所铸造出来的活塞的抗拉强度在20℃时能达到920-980MPa，在130℃时能达到870-960MPa，在300℃时能达到850-930MPa，在450℃时能达到630-690MPa。
本发明所铸造出来的活塞的屈服强度在20℃时能达到740-860MPa，在130℃时能达到700-800MPa，在300℃时能达到680-750MPa，在450℃时能达到520-580MPa。
本发明所铸造出来的活塞的延伸率在20℃时能达到12-15(％)，在130℃时能达到8-13(％)，在300℃时能达到10-13(％)，在450℃时能达到15-16(％)。
本发明的3D打印设备和铸造工艺均为现有常规的设备和工艺，本发明的创造之处在于：采用3D打印技术与铸造工艺相结合，使活塞内冷油道结构3D打印成型，该制作方法工艺简单、材料利用率高、效果好、成本低，制备活塞的形状和大小不受限制，满足活塞结构整体化的要求。本发明克服了传统工艺制造活塞内冷油道成型困难、密闭缺陷多的问题。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种活塞的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1)：将宝珠砂采用3D打印设备打印出活塞内冷油道(1)、油孔(2)和活塞内腔(3)三者一体的砂模内芯(4)，且砂模内芯(4)的外表面涂有涂料层；
步骤2)：采用树脂砂形成活塞的外模砂型(5)，且外模砂型(5)的内表面涂有用于脱模的涂料，烘干；
步骤3)：将步骤1)的砂模内芯与步骤2)的外模砂型组成活塞铸造模型，而后合箱；
步骤4)：将熔炼后的铸造原料从浇口倒入活塞铸造模型中，即完成活塞的铸造。
2.根据权利要求1所述的一种活塞的制作方法，其特征在于：所述的铸造原料的化学成分的质量百分含量为：C：0.20-0.45％，Si：0.25-0.65％，Mn：0.85-1.60％，P：0.03-0.05％，S：0.03-0.05％，Cr：0.25-0.95％，Ni：1.50-2.10％，Mo：0.10-0.45％，Cu：0.25-0.5％，V：0.25-0.25％，余量为Fe。
3.根据权利要求2所述的一种活塞的制作方法，其特征在于：铸造原料的熔化浇注过程为：将纯废钢加入中频感应电炉中进行融化，升温至1400℃-1450℃；而后加入锰铁、钼铁和硅铁进行融化，融化后再加入纯铜进行融化，融化后测定融溶液的成分和含量，融溶液的成分和含量达到规定的范围内时，升温至1440℃-1460℃；而后将融溶液倒入活塞铸造模型中进行浇注。
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