CN111663088B - 适用于发动机活塞的空气淬火方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种适用于发动机活塞的空气淬火方法及装置，该方法包括如下步骤：步骤一：将待淬火的发动机活塞夹持在上下两个夹持杆之间，夹持杆分别包括夹持头和轴承；步骤二：在发动机活塞的周边设置相对于发动机活塞的轴线左右偏心的压缩空气喷嘴，通过压缩空气喷嘴向发动机活塞喷射压缩空气，使得发动机活塞在压缩空气的作用下绕自身轴线旋转，其中发动机活塞由铝合金或铝基复合材料铸造而成。本发明利用了在生产现场一般都具备的压缩空气作为发动机活塞空气淬火的气源，压缩空气自压缩状态自喷嘴喷射而出形成的高速气流，本身具有膨胀吸热的降温效应，同时高流速可以迅速带走热量。

Description

适用于发动机活塞的空气淬火方法及装置
技术领域
本发明涉及发动机活塞的制造，具体地，涉及一种适用于发动机活塞的空气淬火方法及装置。
背景技术
发动机的活塞一般采用铝合金或铝基复合材料铸造而成，为保证其机械性能，需要对铸造后的活塞进行淬火处理。为了节约成本和时间，可利用铸造余热对活塞进行即时淬火。在现有技术中，一般采用将活塞铸模中取出后直接放入冷水中的淬火方式。然而这种水冷的淬火方式，存在造成活塞镶圈与基体粘结处因水分渗入而开裂的风险，同时还有水污染严重、活塞表面色泽不一、水温需控制、水槽需定期清洗等问题。现有技术中也有采用风冷淬火的方式，然而也存在冷却速度却不够快，冷却不够均匀，活塞淬火后性能难以达到要求。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何在保证淬火性能的前提下，充分利用铸造余热对发动机活塞进行淬火，本发明的目的是提供一种适用于发动机活塞的空气淬火方法及装置。
根据本发明的一个方面，提供的一种适用于发动机活塞的空气淬火方法，包括如下步骤：
步骤一：将待淬火的发动机活塞夹持在上下两个夹持杆之间，所述夹持杆分别包括夹持头和轴承；
步骤二：在所述发动机活塞的周边设置相对于所述发动机活塞的轴线左右偏心的压缩空气喷嘴，通过所述压缩空气喷嘴向所述发动机活塞喷射压缩空气，使得所述发动机活塞在压缩空气的作用下绕自身轴线旋转，所述的发动机活塞由铝合金或铝基复合材料铸造而成。
进一步地，所述轴承为圆锥滚子轴承。
进一步地，所述的压缩空气喷嘴包括在所述发动机活塞的周向上相互间隔90°的两对高低错开的压缩空气喷嘴，一对所述的压缩空气喷嘴与所述发动机活塞的上半部分相对应，另一对所述的压缩空气喷嘴与所述发动机活塞的下半部分相对应。
进一步地，还包括至少一个压缩气体喷嘴，以与所述发动机活塞的轴线对齐的方向向所述发动机活塞喷射压缩气体。
进一步地，所述上夹持杆的夹持头被设置为中空的，以容纳所述发动机活塞的浇冒口。
根据本发明的另一个方面，提供一种适用于发动机活塞的空气淬火装置，包括活塞夹持装置和压缩空气喷射装置，所述活塞夹持装置包括上夹持杆和下夹持杆，所述上夹持杆和下夹持杆上分别设置有夹持头和轴承，所述压缩空气喷射装置包括设置在所述发动机活塞周边的相对于所述发动机活塞的轴线左右偏心的压缩空气喷嘴，所述活塞夹持装置和压缩空气喷射装置被设置为使得当所述发动机活塞被夹持在所述上夹持杆和下夹持杆之间，所述压缩空气喷嘴喷射压缩空气时，所述发动机活塞可在压缩空气的作用下绕自身轴线旋转。
进一步地，所述轴承为圆锥滚子轴承。
进一步地，所述的压缩空气喷嘴包括在所述发动机活塞的周向上相互间隔90°的高低错开的两对压缩空气喷嘴，一对所述的压缩空气喷嘴与所述发动机活塞的上半部分相对应，另一对所述的压缩空气喷嘴与所述发动机活塞的下半部分相对应。
进一步地，还包括至少一个气流喷射方向与所述发动机活塞的轴线对齐的压缩气体喷嘴。
进一步地，所述上夹持杆的夹持头被设置为中空的，以容纳所述发动机活塞的浇冒头口。
与现有技术相比，本发明利用了在生产现场一般都具备的压缩空气作为发动机活塞空气淬火的气源，压缩空气自压缩状态自喷嘴喷射而出形成的高速气流，本身具有膨胀吸热的降温效应，同时高流速可以迅速带走热量。偏心设置在发动机活塞周侧的喷嘴无需额外动力，仅靠压缩空气可以带动发动机活塞快速旋转，旋转的发动机活塞受热更加均匀，热交换更为充分迅速，冷却效率大幅提升，因此可快速冷却，达到空气淬火的目的。
直射喷嘴(气流喷射方向与所述发动机活塞的轴线对齐的压缩气体喷嘴)射出的直射气流则可以突破驱动气流(偏心设置的压缩空气喷嘴喷射的气流)在活塞表面形成的低速边界层，进一步改善低温气流与高温活塞之间的换热条件。
通过夹持杆和高低错开且左右偏心设置的两对喷嘴的配合可以使得发动机活塞的转动更加稳定，达到更高的转速。圆锥滚子轴承可以承担更大的轴向负载，保证夹持杆可对发动机活塞施加足够的夹持力，以确保安全。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一个实施例中发动机活塞上半部分对应偏心压缩空气喷嘴设置的正面结构示意图。
图2为本发明一个实施例中发动机活塞上半部分对应偏心压缩空气喷嘴设置的俯视结构示意图。
图3为本发明一个实施例中发动机活塞下半部分对应偏心压缩空气喷嘴设置的侧面结构示意图。
图4为本发明一个实施例中发动机活塞下半部分对应偏心压缩空气喷嘴设置的俯视结构示意图。
图5为本发明另一个实施例中发动机活塞与正心压缩空气喷嘴、偏心压缩空气喷嘴设置的示意图。
图6为本发明另一个实施例中直射气流(压缩气体喷嘴喷出射向发动机活塞轴线的气流)突破驱动气流(偏心压缩空气喷嘴喷出的气流)的边界层的示意图。
图中示出：
发动机活塞1 第四偏心压缩空气喷嘴8
夹持杆2 压缩气体喷嘴9
轴承3 驱动气流10
夹持头4 直射气流11
第一偏心压缩空气喷嘴5 边界层气流12
第二偏心压缩空气喷嘴6 浇冒口13
第三偏心压缩空气喷嘴7
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。
如图1所示，在本实施例中，待淬火的发动机活塞1被夹持在上下夹持杆2之间，夹持杆2上设置有夹持头4和轴承3，夹持头4用于夹持发动机活塞1，轴承3可以使得发动机活塞1在夹持状态下仍可绕自身轴线旋转。上部的夹持头4是中空的，以容纳浇铸的活塞1上的浇冒口13。
如图1和2所示，在发动机活塞1的上半部分的周边设置有两个压缩空气喷嘴，即第一偏心压缩空气喷嘴5、第二偏心压缩空气喷嘴6，其中第一偏心压缩空气喷嘴5、第二偏心压缩空气喷嘴6喷射的压缩空气的方向相对于发动机活塞1的轴线是偏心的且方向相反，这样在压缩空气的带动下，发动机活塞1会绕其轴线快速转动。压缩空气自喷嘴喷射而出的时，会膨胀降温，使得喷射到发动机活塞1上的为低温气体，而发动机活塞1的转动则使得热交换更加迅速和均匀。这样仅靠压缩空气就达到了给发动机活塞1快速降温并能保证降温均匀。
图3、4示出了另一对压缩空气的喷嘴，即第三偏心压缩空气喷嘴7、第四偏心压缩空气喷嘴8的布置示意图，其中第三偏心压缩空气喷嘴7、第四偏心压缩空气喷嘴8与发动机活塞1的下半部分相对应，即设置在发动机活塞1的下半部分的周边。
在一个实施例中，可以同时布置第一偏心压缩空气喷嘴5、第二偏心压缩空气喷嘴6、第三偏心压缩空气喷嘴7、第四偏心压缩空气喷嘴8，各个压缩空气喷嘴间隔90°，且两两成对，方向相反，即第一偏心压缩空气喷嘴5、第二偏心压缩空气喷嘴6成一对位于发动机活塞1上半部分，第三偏心压缩空气喷嘴7、第四偏心压缩空气喷嘴8成一对位于发动机活塞下半部分；成对的压缩空气喷嘴相对于发动机活塞1的轴线左右偏心设置，喷射方向相反但均朝向发动机活塞1。
在一个实施例中，压缩空气的流量被调整为使得发动机活塞1的转速为60-120转/分钟。
如图5和6所示，在另一个实施例中，一对压缩空气喷嘴偏心设置，使得活塞转动，而另一个或多个压缩气体喷嘴9的喷射方向与对齐发动机活塞1的转动轴线形成直射气流11，这样布置可以突破偏心压缩空气喷嘴射出的驱动活塞转动的驱动气流10在活塞表面形成的相对低速的边界层气流12，进一步改善发动机活塞1与低温气流之间的换热条件。
在另一个实施例中，压缩空气的喷射时间被控制在3-5分钟。
在进一步的实施例中，轴承3为圆锥滚子轴承，从而可以承担更大的轴向载荷，从而在无影响发动机活塞1的转动的情况下，使得夹持杆2可对发动机活塞1施加足够的夹持力，以确保安全。
在另一个实施例中，在对发动机活塞1进行空气冷却之前，可以先对其进行水冷淬火，为避免水冷淬火时在活塞表面形成水渍线，还提供了一种发动机活塞的水冷淬火装置，包括水冷槽，还包括振动盘和框架底座，水冷槽被设置在振动盘之上，振动盘通过弹簧弹性地设置在框架底座之上，振动盘通过传动板与振动电机相连，可在振动电机的带动下直线式来回振动。
根据本发明提供的一种适用于发动机活塞的空气淬火装置，如图1-5所示，包括夹持杆2、轴承3、夹持头4以及压缩空气喷嘴组，所述夹持杆2包括第一夹持杆、第二夹持杆，夹持头4包括第一夹持头、第二夹持头；所述第一夹持杆、第二夹持杆同轴设置，第一夹持杆、第二夹持杆之间形成夹持位置，发动机活塞1被夹持在第一夹持杆与第二夹持杆之间，发动机活塞1被夹持后与第一夹持杆、第二夹持杆同轴；所述第一夹持杆的夹持端通过轴承3连接第一夹持头，第二夹持杆的夹持端通过轴承3连接第二夹持头；夹持位置的周向上设置有压缩空气喷嘴组。所述的发动机活塞1采用铝合金或铝基复合材料铸造而成。本发明不仅适用于发动机活塞1，也适用于类似发动机活塞1的圆柱形状工件的空气淬火。优选地，第一夹持杆、第二夹持杆上下布置，即第一夹持杆为上夹持杆，第二夹持杆为下夹持杆。
所述第一夹持头内部中空形成罩形夹持结构，以容纳发动机活塞1上的浇冒头口13。所述轴承3为圆锥滚子轴承。圆锥滚子轴承可以承担更大的轴向负载，保证夹持杆2可对发动机活塞1施加足够的夹持力，以确保安全。轴承3和夹持头4的设置使得夹持杆2在夹紧发动机活塞1的同时不妨碍发动机活塞1在压缩空气喷嘴喷出气流的作用下旋转。压缩空气自喷嘴喷射而出的时，会膨胀降温，使得喷射到发动机活塞1上的为低温气体，而发动机活塞1的转动则使得热交换更加迅速和均匀，这样仅靠压缩空气就达到了给发动机活塞1快速降温并能保证降温均匀的效果。
如图1-4所示，所述压缩空气喷嘴组为一组或多组，一组包括一个或多个压缩空气喷嘴，一组内的压缩空气喷嘴沿着发动机活塞1周向设置并位于发动机活塞1轴向的同一位置，不同组的压缩空气喷嘴位于发动机活塞1轴向的不同位置，也即是说同一组的压缩空气喷嘴沿着发动机活塞1周向设置且在发动机活塞1轴向上的高度相同，不同组的压缩空气喷嘴位于发动机活塞1轴向上的高度不同。所述压缩空气喷嘴组相邻两组之间在发动机活塞1周向上的位置相互错开。在一个实施例中，所述一组压缩空气喷嘴组包括一个偏心压缩空气喷嘴，所述偏心压缩空气喷嘴朝向发动机活塞1并偏离发动机活塞1的轴向，发动机活塞1能够在偏心压缩空气喷嘴喷出的气流作用下绕自身轴向旋转。在另一个实施例中，所述一组压缩空气喷嘴组包括两个偏心压缩空气喷嘴，所述两个偏心压缩空气喷嘴朝向发动机活塞1并分别偏离向发动机活塞1的轴向的两侧，两个偏心压缩空气喷嘴相互平行且喷出的气流对发动机活塞1的作用力方向相反，发动机活塞1能够在偏心压缩空气喷嘴喷出的气流作用下绕自身轴向旋转。所述一组压缩空气喷嘴组还包括一个或多个正心压缩空气喷嘴(所述正心压缩空气喷嘴即压缩气体喷嘴9)，所述正心压缩空气喷嘴朝向发动机活塞1的轴向。
在一个实施例中，如图1-4所示，所述压缩空气喷嘴组为两组，分别设置在发动机活塞1的上半部分和下半部分，上半部分的压缩空气喷嘴组包括第一偏心压缩空气喷嘴5、第二偏心压缩空气喷嘴6，下半部分的压缩空气喷嘴组包括第三偏心压缩空气喷嘴7、第四偏心压缩空气喷嘴8，第一偏心压缩空气喷嘴5、第二偏心压缩空气喷嘴6、第三偏心压缩空气喷嘴7、第四偏心压缩空气喷嘴8在发动机活塞1的周向上间隔90度设置。通过在发动机活塞1轴向上高低错开且偏心设置的两组压缩空气喷嘴的配合可以使得活塞的转动更加稳定。
在另一个实施例中，如图5-6所示，所述压缩空气喷嘴组包括一个正心压缩空气喷嘴(压缩气体喷嘴9)，记正心压缩气体喷嘴9喷出的气流为直射气流11，记偏心压缩空气喷嘴喷出的气流为驱动气流10，偏心压缩空气喷嘴喷出驱动气流10使得发动机活塞1绕自身轴向旋转，正心压缩空气喷嘴9喷出的直射气流11能够突破驱动气流10在发动机活塞1表面形成的相对低速的边界层气流12，进一步改善发动机活塞1与低温气流之间的换热条件。
根据本发明提供的一种适用于发动机活塞的空气淬火方法，利用所述适用于发动机活塞的空气淬火装置进行空气淬火，包括如下步骤：
步骤一：将待淬火的发动机活塞1夹持在第一夹持杆、第二夹持杆之间，并使得发动机活塞1与第一夹持杆、第二夹持杆同轴；
步骤二：打开夹持位置周向上的压缩空气喷嘴组，对夹持位置上的发动机活塞1喷出气流，使得发动机活塞1在压缩空气喷嘴组的作用下绕自身轴向旋转，实现对发动机活塞1的空气淬火。
本发明结构简单合理，通过设置压缩空气喷嘴，压缩空气从压缩空气喷嘴喷射出形成高速气流，压缩空气本身具有膨胀吸热的降温效应，同时高流速可以迅速带走热量，实现淬火。本发明通过偏心压缩空气喷嘴偏离发动机活塞轴向设置，无需额外动力，仅靠压缩空气即可带动发动机活塞快速旋转，旋转的发动机活塞受热(或降温)更加均匀，热交换更为充分迅速，冷却效率大幅提升，因此可快速冷却，达到空气淬火的目的。本发明通过正心压缩空气喷嘴对准发动机活塞轴向，直射发动机活塞轴向的气流则能够突破驱动气流(偏心压缩空气喷嘴喷出的气流)在活塞表面形成的低速边界层，进一步改善低温气流与高温发动机活塞之间的换热条件。本发明通过在发动机活塞轴向上不同位置设置多组压缩空气喷嘴，相邻两组压缩空气喷嘴在发动机活塞周向上相互错开，使得活塞的转动更加稳定，达到更高的转速。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种适用于发动机活塞的空气淬火方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：将待淬火的发动机活塞夹持在上下两个夹持杆之间，所述夹持杆分别包括夹持头和轴承；
步骤二：在所述发动机活塞的周边设置相对于所述发动机活塞的轴线左右偏心的压缩空气喷嘴，通过所述压缩空气喷嘴向所述发动机活塞喷射压缩空气，使得所述发动机活塞在压缩空气的作用下绕自身轴线旋转，所述的发动机活塞由铝合金或铝基复合材料铸造而成；
所述轴承为圆锥滚子轴承；
所述的压缩空气喷嘴包括在所述发动机活塞的周向上相互间隔90°的两对高低错开的压缩空气喷嘴，一对所述的压缩空气喷嘴与所述发动机活塞的上半部分相对应，另一对所述的压缩空气喷嘴与所述发动机活塞的下半部分相对应；
成对的压缩空气喷嘴相对于发动机活塞的轴线左右偏心设置，喷射方向相反但均朝向发动机活塞。
2.根据权利要求1所述的适用于发动机活塞的空气淬火方法，其特征在于，还包括至少一个压缩气体喷嘴，以与所述发动机活塞的轴线对齐的方向向所述发动机活塞喷射压缩气体。
3.根据权利要求1所述的适用于发动机活塞的空气淬火方法，其特征在于，所述上夹持杆的夹持头被设置为中空的，以容纳所述发动机活塞的浇冒口。
4.一种适用于发动机活塞的空气淬火装置，其特征在于，包括活塞夹持装置和压缩空气喷射装置，所述活塞夹持装置包括上夹持杆和下夹持杆，所述上夹持杆和下夹持杆上分别设置有夹持头和轴承，所述压缩空气喷射装置包括设置在所述发动机活塞周边的相对于所述发动机活塞的轴线左右偏心的压缩空气喷嘴，所述活塞夹持装置和所述压缩空气喷射装置被设置为使得当所述发动机活塞被夹持在所述上夹持杆和下夹持杆之间，所述压缩空气喷嘴喷射压缩空气时，所述发动机活塞可在压缩空气的作用下绕自身轴线旋转；
所述轴承为圆锥滚子轴承；
所述压缩空气喷嘴包括在所述发动机活塞的周向上相互间隔90°的高低错开的两对压缩空气喷嘴，一对所述的压缩空气喷嘴与所述发动机活塞的上半部分相对应，另一对所述的压缩空气喷嘴与所述发动机活塞的下半部分相对应；
成对的压缩空气喷嘴相对于发动机活塞的轴线左右偏心设置，喷射方向相反但均朝向发动机活塞。
5.根据权利要求4所述的适用于发动机活塞的空气淬火装置，其特征在于，还包括至少一个气流喷射方向与所述发动机活塞的轴线对齐的压缩气体喷嘴。
6.根据权利要求4所述的适用于发动机活塞的空气淬火装置，其特征在于，所述上夹持杆的夹持头被设置为中空的，以容纳所述发动机活塞的浇冒头口。
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