CN113482794B - 一种内燃机钢活塞的成型方法及挡渣芯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内燃机钢活塞的挡渣芯，用于钢活塞的活塞头部和活塞裙部的焊接，所述活塞头部套设于所述活塞裙部的顶端外并形成冷却油腔；包括用于设置在所述冷却油腔内的挡渣芯本体，所述挡渣芯本体上对应焊缝的位置设置有集渣槽，所述挡渣芯本体为可清洗材料。本发明公开了一种内燃机钢活塞的成型方法，包括：清洗所述活塞头部和所述活塞裙部；将所述挡渣芯本体装配于所述活塞裙部和所述活塞头部围成的冷却油腔内；焊接；清洗所述挡渣芯本体。本发明提供的内燃机钢活塞的挡渣芯及成型方法，保证了冷却油腔原始设计光滑的表面和冷却油腔的干净整洁，进而保证了内燃机整机的使用效果，降低了熔渣附着在冷却油腔内壁造成内燃机失效风险。

Description

一种内燃机钢活塞的成型方法及挡渣芯

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，更具体地说，涉及一种内燃机钢活塞的成型方法及挡渣芯。

背景技术

目前，随着国家国Ⅵ排放的升级，内燃机活塞的燃爆压力不断提高，已经由传统铝合金活塞转为更经久耐用的全钢活塞，但受制于活塞的冷却油腔，活塞需经焊接封闭油腔，通常采用穿透焊接的方式，如图1。

然而该种焊接方式会由于根部能量的不稳定形成大量的熔珠附着在油腔内壁上如图2所示。同时，该种焊接方式易击穿油腔对侧，即使后期通过高压油清洗，也只能清除部分熔渣，且不能修复已损伤油腔，附着在油腔内侧的熔珠一旦在内燃机长期的运行过程中掉落，势必会对活塞与活塞环、活塞与缸套等配合件造成影响，进而造成内燃机产生窜气、拉缸等失效的风险。

综上所述，如何有效地解决穿透焊的熔渣附着在冷却油腔内壁造成内燃机失效的风险等问题，是目前本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种内燃机钢活塞的成型方法及挡渣芯，可以有效地解决穿透焊的熔渣附着在冷却油腔内壁造成内燃机失效的风险的问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种内燃机钢活塞的挡渣芯，用于钢活塞的活塞头部和活塞裙部的焊接，所述活塞头部套设于所述活塞裙部的顶端外并形成冷却油腔；包括用于设置在所述冷却油腔内的挡渣芯本体，所述挡渣芯本体上对应焊缝的位置设置有集渣槽，所述挡渣芯本体为可清洗材料。

优选的，上述内燃机钢活塞的挡渣芯中，所述集渣槽包括位于所述挡渣芯本体的顶部对应顶部焊缝位置设置的顶端集渣槽，及对应所述挡渣芯本体的外侧对应环部焊缝位置设置的外侧集渣槽。

优选的，上述内燃机钢活塞的挡渣芯中，所述挡渣芯本体为水溶性材料、油溶性材料或能够由压缩气体清洗的材料。

优选的，上述内燃机钢活塞的挡渣芯中，所述挡渣芯本体为树脂砂或盐经压制成型。

优选的，上述内燃机钢活塞的挡渣芯中，所述集渣槽包括紧贴所述焊缝设置的颈部和连接于所述颈部底端的壶部，所述壶部的尺寸大于所述颈部的尺寸，所述颈部的尺寸大于所述焊缝的宽度。

优选的，上述内燃机钢活塞的挡渣芯中，所述挡渣芯本体为一体式结构；或者，所述挡渣芯本体为分体式结构，包括挡渣芯裙部和用于套设于所述挡渣芯裙部外的挡渣芯头部，所述挡渣芯裙部和所述挡渣芯头部上分别设置有裙部凹槽和头部凹槽以配合形成所述集渣槽。

优选的，上述内燃机钢活塞的挡渣芯中，所述挡渣芯本体的尺寸小于所述冷却油腔的容积。

优选的，上述内燃机钢活塞的挡渣芯中，所述挡渣芯本体充满于所述冷却油腔。

优选的，上述内燃机钢活塞的挡渣芯中，所述挡渣芯本体包括沿周向分段设置的若干挡渣芯分体，各所述挡渣芯分体首尾依次连接形成环状的所述挡渣芯本体。

本发明提供的内燃机钢活塞的挡渣芯用于钢活塞的活塞头部和活塞裙部的焊接，活塞头部套设于活塞裙部的顶端外并形成冷却油腔。该挡渣芯包括用于设置在冷却油腔内的挡渣芯本体，挡渣芯本体上对应焊缝的位置设置有集渣槽，挡渣芯本体为可清洗材料。

应用本发明提供的内燃机钢活塞的挡渣芯，在钢活塞焊接时将挡渣芯装配于活塞头部与活塞裙部形成的冷却油腔内，穿透焊接成型过程中形成的击穿对面的能量和散落的熔珠可以通过挡渣芯和集渣槽吸收，冷却后的熔珠夹杂在挡渣芯的集渣槽中，焊接完成后通过清洗将挡渣芯和熔珠从钢活塞的进出油孔带出。通过上述设置，保证了冷却油腔原始设计光滑的表面和冷却油腔的干净整洁，进而保证了内燃机整机的使用效果，降低了熔渣附着在冷却油腔内壁造成内燃机失效的风险。

本发明还提供了一种内燃机钢活塞的成型方法，该成型方法设置上述任一种挡渣芯，且包括：清洗所述活塞头部和所述活塞裙部；

将所述挡渣芯本体装配于所述活塞裙部和所述活塞头部围成的冷却油腔内；

焊接；

清洗所述挡渣芯本体。

采用上述的内燃机钢活塞的成型方法，焊接成型过程中形成的击穿对面的能量和散落的熔珠可以通过挡渣芯和集渣槽吸收，冷却后的熔珠夹杂在挡渣芯的集渣槽中，焊接完成后通过清洗将挡渣芯和熔珠从钢活塞的进出油孔带出。该成型方法成型的内燃机钢活塞保证了冷却油腔原始设计光滑的表面和冷却油腔的干净整洁，进而保证了内燃机整机的使用效果，降低了熔渣附着在冷却油腔内壁造成内燃机失效的风险。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中钢活塞的焊接位置的示意图；

图2为钢活塞上熔珠附着情况图；

图3为本发明第一种具体实施方式的挡渣芯装配状体的三维结构示意图；

图4为图3对应的截面示意图；

图5为挡渣芯头部的截面示意图；

图6为挡渣芯裙部的截面示意图；

图7为本发明第二种具体实施方式的挡渣芯装配状体的三维结构示意图；

图8为图7对应的截面示意图；

图9为图7中挡渣芯本体的截面示意图；

图10为集渣槽的结构示意图；

图11为挡渣芯分体拼接俯视示意图；

图12为挡渣芯分体的结构示意图；

图13为活塞头部的结构示意图；

图14为活塞裙部的结构示意图；

图15为钢活塞进出油孔的结构示意图。

附图中标记如下：

活塞头部01，活塞裙部02，冷却油腔03，顶部焊缝04，环部焊缝05，进出油孔06；

挡渣芯本体1，集渣槽2，挡渣芯裙部11，挡渣芯头部12，裙部凹槽13，头部凹槽14，挡渣芯分体15。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种内燃机钢活塞的挡渣芯及成型方法，以降低穿透焊的熔渣附着在冷却油腔内壁造成内燃机失效的风险。

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。

本发明提供的内燃机钢活塞的挡渣芯用于钢活塞的活塞头部01和活塞裙部02的焊接，活塞头部01套设于活塞裙部02的顶端外并形成冷却油腔03。其中，活塞头部01和活塞裙部02的具体结构可参考图1。二者焊接成整体，并在内部形成冷却油腔03。

该挡渣芯包括用于设置在冷却油腔03内的挡渣芯本体1，挡渣芯本体1上对应焊缝的位置设置有集渣槽2，挡渣芯本体1为可清洗材料。挡渣芯本体1的形状根据冷却油腔03的形状相应设置，以能够放置于冷却油腔03中。其具体可以充满于冷却油腔03，也可以部分填充冷却油腔03。集渣槽2的位置根据焊缝的位置相应设置，以收集焊接过程中散落的熔珠。需要说明的是，此处的可清洗材料，指水溶性、油溶性或者能够被压缩气体冲击散落的材料，也就是挡渣芯本体1为水溶性材料、油溶性材料或能够由压缩气体清洗的材料，从而在焊接完成后，能够将挡渣芯本体1清洗，将其连带熔珠一并带出，具体可通过钢活塞的进出油孔06带出，如图15所示。具体挡渣芯本体1为树脂砂或盐经压制成型，如通过模具液压压制成型。树脂砂为油溶性材料，盐为水溶性材料，可相应的通过油或水进行清洗。

挡渣芯本体11具体为与冷却油腔03的至少局部仿形的环状。如在挡渣芯本体1充满冷却油腔03的情况下，即挡渣芯本体1为与冷却油腔03的整体采用仿形设计；在挡渣芯本体1填充部分冷却油腔03的情况下，即挡渣芯本体1为与冷却油腔03的部分仿形设计。

应用本发明提供的内燃机钢活塞的挡渣芯，在钢活塞焊接时将挡渣芯装配于活塞头部01与活塞裙部02形成的冷却油腔03内，穿透焊接如高能束穿透焊接成型过程中形成的击穿对面的能量和散落的熔珠可以通过挡渣芯和集渣槽2吸收，冷却后的熔珠夹杂在挡渣芯的集渣槽2中，焊接完成后通过清洗将挡渣芯和熔珠从钢活塞的进出油孔06带出。通过上述设置，保证了冷却油腔03原始设计光滑的表面和冷却油腔03的干净整洁，进而保证了内燃机整机的使用效果，降低了熔渣附着在冷却油腔03内壁造成内燃机失效的风险。

具体的，集渣槽2包括位于挡渣芯本体1的顶部对应顶部焊缝04位置设置的顶端集渣槽，及对应挡渣芯本体1的外侧对应环部焊缝05位置设置的外侧集渣槽。如图1所示，活塞头部01和活塞裙部02通过顶部和环部焊接以连接，挡渣芯本体1上对应顶部焊缝04的位置设置顶端集渣槽，对应环部焊缝05的位置设置外侧集渣槽，从而在焊接时，焊接成型过程中形成的击穿对面的能量和散落的熔珠能够被挡渣芯本体1及集渣槽2吸收。

进一步地，集渣槽2包括紧贴焊缝设置的颈部和连接于颈部底端的壶部，壶部的尺寸大于颈部的尺寸，颈部的尺寸大于焊缝的宽度。如图10所示，集渣槽2采用类似温度计的仿形结构，当焊接所产生高温熔珠通过颈部的直通道时，会在其侧壁吸附，未完全吸附和冷却后的熔珠会最终掉落进壶部形成的收集腔内，壶部可聚集大部分的熔珠，最终一次性清理。具体壶部的外轮廓可以呈弧形。

挡渣芯本体1既可以为一体式结构也可以为分体式结构。

在第一种具体实施方式中，请参阅图3-图6，该实施方式中挡渣芯本体采用一体式结构设置，一体式结构通过一次即可成型，加工方便。

在第二种具体实施方式中，请参阅图7-图9，该实施方式中挡渣芯本体1为分体式结构，包括挡渣芯裙部11和用于套设于挡渣芯裙部11外的挡渣芯头部12，挡渣芯裙部11和挡渣芯头部12上分别设置有裙部凹槽13和头部凹槽14以配合形成集渣槽2。采用分体式的结构设计，便于焊接时挡渣芯本体1的装配。需要说明的是，该实施例中挡渣芯本体1的分体式设计，是将挡渣芯本体1分隔为挡渣芯裙部11和挡渣芯头部12，且集渣槽2也划分为位于挡渣芯裙部11的部分和位于挡渣芯头部12的部分，挡渣芯裙部11与挡渣芯头部12紧密贴合形成整体的挡渣芯本体1。

具体的，挡渣芯本体1的尺寸小于冷却油腔03的容积。也就是挡渣芯本体1未完全填充冷却油腔03的容积，如第一种实施方式，采用非整油腔的结构便于将挡渣芯装配进冷却油腔03当中。当然，挡渣芯本体1的形状并不局限于图示形状。

根据需要，挡渣芯本体1也可以设置为充满于冷却油腔03，即采用整油腔设计，如上述第二种实施方式，则挡渣芯本体1能够充分吸收焊接成型过程中形成的击穿对面的能量和散落的熔珠。当然，挡渣芯本体1的形状并不局限于图示形状。

在上述各实施例的基础上，挡渣芯本体1包括沿周向分段设置的若干挡渣芯分体15，各挡渣芯分体15首尾依次连接形成环状的挡渣芯本体1。通过分体式的设计，降低了挡渣芯本体1的装配难度，因而对于整体式挡渣芯本体1不利于装配进冷却油腔03的情况，也能够通过分体式设计满足装配需求。具体挡渣芯分体15的数量可根据需要设置，并不局限于图11所示的四段。

综上，挡渣芯本体1既可以采用充满冷却油腔03的结构，也可以采用部分填充冷却油腔03的结构。且对于整体充满或部分填充的情况，挡渣芯本体1均可以设置为整圈结构，也可以设置为包括若干挡渣芯分体15的分段式结构。因而能够适用于不同形状和种类的钢活塞的油腔形状和焊接方式。

通过挡渣芯的设置，在焊接过程中，能够吸收穿透焊接多余的能量，防止击伤油腔对侧，保护油腔表面光滑、整洁，满足产品设计要求；集渣槽2用以吸附和收集穿透焊接产生的熔珠，避免其存在进而掉落在内燃机缸套内对活塞与缸套、活塞与活塞环等配合运动件产生恶劣影响的风险。

本发明还提供了一种内燃机钢活塞的成型方法，该成型方法设置上述任一种挡渣芯，且包括以下步骤：

S1：清洗活塞头部和活塞裙部；

S2：将挡渣芯本体装配于活塞裙部和活塞头部围成的冷却油腔内；

S3：焊接；

S4：清洗挡渣芯本体。

即清洗后将挡渣芯本体及活塞裙部和活塞头部进行装配，而后进行焊接，一般采用高能束穿透焊接成型，最后进行清洗，带出挡渣芯和熔珠。清洗的方式具体可根据挡渣芯的材料相应设置，如挡渣芯采用水溶性材料时，则相应的可以采用水溶方式清洗；当挡渣芯采用油溶性材料时，则相应的采用油溶方式清洗，当挡渣芯采用能够由压缩气体清洗的材料时，则相应的采用压缩气体的方式清洗。

由于上述的内燃机钢活塞的成型方法，焊接成型过程中形成的击穿对面的能量和散落的熔珠可以通过挡渣芯和集渣槽吸收，冷却后的熔珠夹杂在挡渣芯的集渣槽中，焊接完成后通过清洗将挡渣芯和熔珠从钢活塞的进出油孔带出。该成型方法成型的内燃机钢活塞保证了冷却油腔原始设计光滑的表面和冷却油腔的干净整洁，进而保证了内燃机整机的使用效果，降低了熔渣附着在冷却油腔内壁造成内燃机失效的风险。

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 (9)

1.一种内燃机钢活塞的挡渣芯，用于钢活塞的活塞头部(01)和活塞裙部(02)的焊接，所述活塞头部(01)套设于所述活塞裙部(02)的顶端外并形成冷却油腔(03)；其特征在于，包括用于设置在所述冷却油腔(03)内的挡渣芯本体(1)，所述挡渣芯本体(1)上对应焊缝的位置设置有集渣槽(2)，所述挡渣芯本体(1)为可清洗材料；

所述集渣槽(2)包括紧贴所述焊缝设置的颈部和连接于所述颈部底端的壶部，所述壶部的尺寸大于所述颈部的尺寸，所述颈部的尺寸大于所述焊缝的宽度。

2.根据权利要求1所述的内燃机钢活塞的挡渣芯，其特征在于，所述集渣槽(2)包括位于所述挡渣芯本体(1)的顶部对应顶部焊缝(04)位置设置的顶端集渣槽，及对应所述挡渣芯本体(1)的外侧对应环部焊缝(05)位置设置的外侧集渣槽。

3.根据权利要求1所述的内燃机钢活塞的挡渣芯，其特征在于，所述挡渣芯本体(1)为水溶性材料、油溶性材料或能够由压缩气体清洗的材料。

4.根据权利要求3所述的内燃机钢活塞的挡渣芯，其特征在于，所述挡渣芯本体(1)为树脂砂或盐经压制成型。

5.根据权利要求1所述的内燃机钢活塞的挡渣芯，其特征在于，所述挡渣芯本体(1)为一体式结构；或者，所述挡渣芯本体(1)为分体式结构，包括挡渣芯裙部(11)和用于套设于所述挡渣芯裙部(11)外的挡渣芯头部(12)，所述挡渣芯裙部(11)和所述挡渣芯头部(12)上分别设置有裙部凹槽(13)和头部凹槽(14)以配合形成所述集渣槽(2)。

6.根据权利要求1所述的内燃机钢活塞的挡渣芯，其特征在于，所述挡渣芯本体(1)的尺寸小于所述冷却油腔(03)的容积。

7.根据权利要求1所述的内燃机钢活塞的挡渣芯，其特征在于，所述挡渣芯本体(1)充满于所述冷却油腔(03)。

8.根据权利要求1-7任一项所述的内燃机钢活塞的挡渣芯，其特征在于，所述挡渣芯本体(1)包括沿周向分段设置的若干挡渣芯分体(15)，各所述挡渣芯分体(15)首尾依次连接形成环状的所述挡渣芯本体(1)。

9.一种内燃机钢活塞的成型方法，设置权利要求1-8任一项所述的挡渣芯，其特征在于，包括：

清洗所述活塞头部和所述活塞裙部；

将所述挡渣芯本体装配于所述活塞裙部和所述活塞头部围成的冷却油腔内；

焊接；

清洗所述挡渣芯本体。

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