CN111957899A

CN111957899A - 一种活塞轻量化结构的制备方法

Info

Publication number: CN111957899A
Application number: CN202010668231.5A
Authority: CN
Inventors: 杨满盈; 葛超峰; 戴笠; 孙玉香; 白颖晨; 杨洋
Original assignee: Kolbenschmidt Huayu Pistons Co Ltd
Current assignee: Kolbenschmidt Huayu Pistons Co Ltd
Priority date: 2020-07-13
Filing date: 2020-07-13
Publication date: 2020-11-20

Abstract

本发明涉及铝活塞设计及制造工艺领域，具体的讲是一种活塞轻量化结构的制备方法，按如下步骤进行：判断是否需要设计活塞减重槽；确定减重槽的尺寸及位置；确定盐芯的长度L3、盐芯的圆心角A3；确定盐芯针孔的安装位置及尺寸；制作盐芯；在盐芯下平面安装两个盐芯针；将盐芯在700℃下预热20分钟，盐芯针插入盐芯针孔；在完成浇铸后，外镶块退模；去除盐芯，在活塞前端和活塞后端分别形成减重槽。与现有技术相比，在活塞制造过程，避免了外镶块无法退模问题，便于生产；从设计方面，在满足或提升活塞强度的前提下，活塞重量减少约5%‑8%，减少活塞运动过程的惯性力，从而降低了燃油耗。

Description

一种活塞轻量化结构的制备方法

技术领域

本发明涉及铝活塞设计及制造工艺领域，具体的讲是一种活塞轻量化结构的制备方法。

背景技术

随着发动机爆压的不断提高，对活塞的结构强度要求更加严苛，活塞的重量必然会根据严苛的边界条件而增加。

结合图1~2，在目前的活塞设计过程中，原有减重槽5是由外镶块14上三个凸起结构16决定，为了增加销孔的承载能力，销座3设计较长，导致销座3上端加强筋2之间的减重槽较小，甚至可能被迫取消，活塞成品的减重效果降低，从而无法满足客户对活塞的轻量化要求及重量目标。

因此需要一种活塞轻量化结构的制备方法来满足活塞设计的不足，进一步减少活塞重量。

发明内容

本发明突破了现有技术的难题，设计了一种活塞轻量化结构的制备方法。

为了达到上述目的，本发明设计了一种活塞轻量化结构的制备方法，按如下步骤进行：

步骤1，判断是否需要设计减重槽，

步骤2，确定减重槽的尺寸及位置，

步骤3，确定盐芯的长度L3、盐芯的圆心角A3，

步骤4，确定盐芯针孔的安装位置及尺寸，

步骤5，根据减重槽的尺寸及位置，盐芯的长度L3、盐芯的圆心角A3，制作盐芯，

步骤6，根据盐芯针孔的安装位置及尺寸，在盐芯下平面设置两个盐芯针孔，并在减重凸起结构平台上安装两个盐芯针，盐芯针的安装位置及尺寸与盐芯针孔相同，

步骤7，在700℃下，将盐芯进行预热20分钟，在浇铸过程中，预热后的盐芯安装到减重凸起结构上，盐芯针插入盐芯针孔，

步骤8，在完成浇铸后，外镶块退模，盐芯留在销座上方，并位于销座与加强筋之间，

步骤9，采用高压水枪冲洗并去除盐芯，在活塞前端和活塞后端分别形成减重槽。

判断活塞减重槽设计的必要性及可行性，具体如下：销座的外开档尺寸L2与活塞的外圆直径ΦD1的比值为65%~70%，则需要设计活塞减重槽。

减重槽的尺寸及位置：减重槽最大外圆圆边与第一环槽之间的距离S2≥2.8mm，减重槽下部倒角的切线与第二环槽之间的距离S1≥2.8mm，减重槽下平面与卡簧槽之间的距离S4≥3.2mm，减重槽的顶部距位于活塞顶部中心位置的燃烧室的距离S3为0.04倍的活塞外圆直径ΦD1，且S3≥3.5mm，减重槽的内径ΦD3≥活塞销孔长L1，减重槽的外圆倾角A1≥3°，减重槽的内圆倾角A2=90°。

第一环槽为环岸环槽的最下端环槽，第二环槽位于第一环槽的上方。

减重槽的倒圆角R1为0.03倍的活塞外圆直径ΦD1,且R1≥2mm，倒圆角R2为2mm。

盐芯的长度L3等于活塞销孔的直径ΦD4，盐芯的圆心角A3=2*arctan(L3/ΦD2)，盐芯的径向厚度=(ΦD2-ΦD3)/2，且径向厚度≥6mm，盐芯的外径ΦD2、盐芯的内径ΦD3与活塞外圆ΦD1同心。

盐芯针孔的圆心到同心圆圆心的直径ΦD5=(ΦD2+ΦD3)/2，盐芯针孔的圆心角A4=A3/2，盐芯针及盐芯孔的直径为1.5~2mm，盐芯孔的深度为3~5mm。

减重凸起结构位于外镶块中部。

采用机加工的方式去除浇铸形成的毛刺。

本发明与现有技术相比，在活塞制造过程，避免了外镶块无法退模问题，便于生产；从设计方面，在满足或提升活塞强度的前提下，活塞重量减少约5%-8%，减少活塞运动过程的惯性力，从而降低了燃油耗。

附图说明

图1为现有活塞结构剖视图。

图2为现有活塞外镶块结构示意图。

图3为改进后的活塞外镶块结构示意图。

图4为改进后的盐芯结构示意图。

图5为盐芯与外镶块装配图。

图6为含有盐芯活塞毛坯剖视图。

图7为带有新型减重槽的成品活塞剖视图。

图8为新型减重槽的设计示意图。

图9为新型减重槽及盐芯的仰视图。

具体实施方式

结合附图对本发明做进步一描述。

结合图3~9，本发明设计了种活塞轻量化结构的制备方法，按如下步骤进行：

步骤1，判断是否需要设计活塞减重槽，

步骤2，确定减重槽8的尺寸及位置，

步骤3，确定盐芯6的长度L3、盐芯6的圆心角A3，

步骤4，确定盐芯针孔13的安装位置及尺寸，

步骤5，根据减重槽8的尺寸及位置，盐芯6的长度L3、盐芯6的圆心角A3，制作盐芯6，

步骤6，根据盐芯针孔13的安装位置及尺寸，在盐芯6下平面设置两个盐芯针孔13，并在减重凸起结构16平台上安装两个盐芯针15，盐芯针15的安装位置及尺寸与盐芯针孔13相同，

步骤7，在700℃下，将盐芯6进行预热20分钟，在浇铸过程中，预热后的盐芯6安装到减重凸起结构16上，盐芯针15插入盐芯针孔13，

步骤8，在完成浇铸后，外镶块14退模，盐芯6留在销座3上方，并位于销座3与加强筋2之间，

步骤9，采用高压水枪冲洗并去除盐芯，在活塞前端10和活塞后端11分别形成减重槽8。

结合图8~ 9，判断活塞减重槽设计的必要性及可行性，具体如下：销座3的外开档尺寸L2与活塞的外圆直径ΦD1的比值为65%~70%，则需要设计活塞减重槽。

减重槽8的尺寸及位置：第一环槽为环岸环槽1的最下端环槽，第二环槽位于第一环槽的上方，减重槽8最大外圆圆边与第一环槽之间的距离S2≥2.8mm，减重槽8下部倒角的切线与第二环槽之间的距离S1≥2.8mm，减重槽8下平面与卡簧槽18之间的距离S4≥3.2mm，减重槽8的顶部距位于活塞顶部中心位置的燃烧室9的距离S3为0.04倍的活塞外圆直径ΦD1，且S3≥3.5mm，减重槽8的内径ΦD3≥活塞销孔4长L1，减重槽8的外圆倾角A1≥3°，减重槽8的内圆倾角A2=90°。

减重槽8的倒圆角R1为0.03倍的活塞外圆直径ΦD1,且R1≥2mm，倒圆角R2为2mm。

盐芯6的长度L3等于活塞销孔4的直径ΦD4，盐芯6的圆心角A3=2*arctan(L3/ΦD2)，盐芯6的径向厚度=(ΦD2-ΦD3)/2，且径向厚度≥6mm，盐芯6的外径ΦD2、盐芯6的内径ΦD3与活塞外圆ΦD1同心。

盐芯针孔13的圆心到同心圆圆心的直径ΦD5=(ΦD2+ΦD3)/2，盐芯针孔13的圆心角A4=A3/2，盐芯针15及盐芯孔13的直径为1.5~2mm，盐芯孔13的深度为3~5mm。

结合图5，减重凸起结构16位于外镶块14中部。

采用机加工的方式去除浇铸形成的毛刺12。

本发明在现有活塞销座3上端加强筋2之间，增加特殊设计的减重槽8，减重槽8的设计尺寸根据活塞销座3大小、环岸环槽1的位置、燃烧室9的位置、活塞销孔4的尺寸而定；在活塞前端10、活塞后端11各设置一个减重槽8，为对称设计。

减重槽8是通过盐芯6浇铸制造而成，此种新型的活塞轻量化结构，在活塞制造过程，避免了外镶块14无法退模问题，便于生产；从设计方面，在满足或提升活塞强度的前提下，活塞重量减少约5%-8%，减少活塞运动过程的惯性力，从而降低燃油耗，满足客户对排放的需求，提升了产品竞争力。

Claims

1.一种活塞轻量化结构的制备方法，其特征在于：按如下步骤进行：

步骤1，判断是否需要设计减重槽，

步骤2，确定减重槽（8）的尺寸及位置，

步骤3，确定盐芯（6）的长度L3、盐芯（6）的圆心角A3，

步骤4，确定盐芯针孔（13）的安装位置及尺寸，

步骤5，根据减重槽（8）的尺寸及位置，盐芯（6）的长度L3、盐芯（6）的圆心角A3，制作盐芯（6），

步骤6，根据盐芯针孔（13）的安装位置及尺寸，在盐芯（6）下平面设置两个盐芯针孔（13），并在减重凸起结构（16）平台上安装两个盐芯针（15），盐芯针（15）的安装位置及尺寸与盐芯针孔（13）相同，

步骤7，在700℃下，将盐芯（6）进行预热20分钟，在浇铸过程中，预热后的盐芯（6）安装到减重凸起结构（16）上，盐芯针（15）插入盐芯针孔（13），

步骤8，在完成浇铸后，外镶块（14）退模，盐芯（6）留在销座（3）上方，并位于销座（3）与加强筋（2）之间，

步骤9，采用高压水枪冲洗并去除盐芯，在活塞前端（10）和活塞后端（11）分别形成减重槽（8）。

2.根据权利要求1所述的一种活塞轻量化结构的制备方法，其特征在于：所述的判断减重槽设计的必要性及可行性，具体如下：销座（3）的外开档尺寸L2与活塞外圆直径ΦD1的比值为65%~70%，则需要设计活塞减重槽。

3.根据权利要求1所述的一种活塞轻量化结构的制备方法，其特征在于：所述的减重槽（8）的尺寸及位置：减重槽（8）最大外圆圆边与第一环槽之间的距离S2≥2.8mm，减重槽（8）下部倒角的切线与第二环槽之间的距离S1≥2.8mm，减重槽（8）下平面与卡簧槽（18）之间的距离S4≥3.2mm，减重槽（8）的顶部距位于活塞顶部中心位置的燃烧室（9）的距离S3为0.04倍的活塞外圆直径ΦD1，且S3≥3.5mm，减重槽（8）的内径ΦD3≥活塞销孔（4）长L1，减重槽（8）的外圆倾角A1≥3°，减重槽（8）的内圆倾角A2=90°。

4.根据权利要求3所述的一种活塞轻量化结构的制备方法，其特征在于：所述的第一环槽为环岸环槽（1）的最下端环槽，第二环槽位于第一环槽的上方。

5.根据权利要求3所述的一种活塞轻量化结构的制备方法，其特征在于：所述的减重槽（8）的倒圆角R1为0.03倍的活塞外圆直径ΦD1,且R1≥2mm，倒圆角R2为2mm。

6.根据权利要求1所述的一种活塞轻量化结构的制备方法，其特征在于：所述盐芯（6）的长度L3等于活塞销孔（4）的直径ΦD4，盐芯（6）的圆心角A3=2*arctan(L3/ΦD2)，盐芯（6）的径向厚度=(ΦD2-ΦD3)/2，且径向厚度≥6mm，盐芯（6）的外径ΦD2、盐芯（6）的内径ΦD3与活塞外圆直径ΦD1同心。

7.根据权利要求1所述的一种活塞轻量化结构的制备方法，其特征在于：所述的盐芯针孔（13）的圆心到同心圆圆心的直径ΦD5=(ΦD2+ΦD3)/2，盐芯针孔（13）的圆心角A4=A3/2，盐芯针（15）及盐芯孔（13）的直径为1.5~2mm，盐芯孔（13）的深度为3~5mm。

8.根据权利要求1所述的一种活塞轻量化结构的制备方法，其特征在于：所述的减重凸起结构（16）位于外镶块（14）中部。

9.根据权利要求1所述的一种活塞轻量化结构的制备方法，其特征在于：还包括步骤9，采用机加工的方式去除浇铸形成的毛刺（12）。