CN113958420A - 新型内燃机活塞及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及新型内燃机活塞及其加工方法，新型内燃机活塞，包括一体铸造成型的活塞头部以及活塞裙部，活塞头部内部设有内冷油腔。内冷油腔外部下方设有内冷油腔附属结构，所有的内冷油腔附属结构均在同一个平面的一个圆上，该圆为内冷油腔外侧面或内冷油腔内侧面沿竖直方向向下在任意水平面上的投影构成。本发明可以保证活塞成品内冷油腔到顶面、环岸及燃烧室的壁厚，从而保证活塞头部、环岸等关键部位的强度，降低活塞失效风险、延长活塞使用寿命，提高内燃机可靠性，满足内燃机高强化的使用要求。

Description

新型内燃机活塞及其加工方法

技术领域

本发明属于内燃机活塞技术领域，具体涉及为一种新型内燃机活塞及其加工方法。

背景技术

内燃机是一种传统的移动动力源，其原理是将燃料在机体内部燃烧产生的化学能转化为机械能。随着国六、T4乃至更高排放标准的实施，内燃机的爆发压力、升功率等强化指标越来越高，活塞作为内燃机的核心零部件，其在汽缸内承受越来越高的机械负荷和热负荷，尤其是活塞头部，更容易出现开裂、穿孔等失效风险，严重影响活塞的使用寿命，导致内燃机可靠性下降。为保证活塞的疲劳寿命及可靠性，必须保证活塞头部、环岸等部位的强度。

对于现有整体活塞（包括铸铁活塞和铸造铝活塞等）来说，内冷油腔采用铸造成型的方式，受现有活塞结构的制约，毛坯通常采用内腔作为基准进行定位加工。内腔定位是采用定位杆保证内腔顶面到活塞止口的距离，从而进一步保证活塞内腔尺寸的一致性，采用内腔定位主要是为了保证活塞止口到活塞内腔顶面的距离。

采用内腔作为基准定位加工的活塞成品，受铸造精度的影响，无法保证活塞内冷油腔与燃烧室中心线及活塞环岸的同轴度的要求，以及内冷油腔到活塞顶面距离的公差要求，因此活塞头部、环岸等关键部位的强度就无法保证，活塞在承受较高的机械负荷和热负荷时，更容易出现燃烧室穿孔、喉口开裂、环岸断裂及顶面开裂等失效现象，严重影响内燃机的可靠性。

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，提供一种新型内燃机活塞及其加工方法，本发明可以保证活塞成品内冷油腔到顶面、环岸及燃烧室的壁厚，从而保证活塞头部、环岸等关键部位的强度，降低活塞失效风险、延长活塞使用寿命，提高内燃机可靠性，满足内燃机高强化的使用要求。

本发明解决现有技术存在的问题所采用的技术方案是：

新型内燃机活塞，包括一体铸造成型的活塞头部以及活塞裙部，活塞头部内部设有内冷油腔。

内冷油腔外部下方设有内冷油腔附属结构，所有的内冷油腔附属结构均在同一个平面的一个圆上，该圆为内冷油腔外侧面或内冷油腔内侧面沿竖直方向向下在任意水平面上的投影构成。

优选的，所述的内冷油腔附属结构为若干个定位凸台，或一条连续的弧形台面。

优选的，所述的内冷油腔附属结构为定位凸台、且数量大于等于三个。

优选的，所述的内冷油腔附属结构位于内冷油腔外侧面下方，所有内冷油腔附属结构的定位凸台外侧面所组成的圆形与内冷油腔外侧面所在圆的投影重合。

优选的，内冷油腔外侧面设有直线段，用于间接定位向下形成内冷油腔附属结构；内冷油腔上侧面设有直线段，用于进行定位加工活塞。

优选的，所述的内冷油腔附属结构位于内冷油腔内侧面下方。

所有内冷油腔附属结构的定位凸台外侧面所组成的圆形与内冷油腔内侧面所在圆的投影重合。

优选的，内冷油腔内侧面设有直线段，用于间接定位向下形成内冷油腔附属结构。

内冷油腔下侧面设有直线段，用于工装进行定位加工活塞。

优选的，活塞裙部的销座下方设有定位块，两侧销座下方的定位块长度不一致。

优选的，活塞裙部的销孔的形状可以为圆柱形、单曲线、双曲线、不对称曲线、椭圆形、不对称椭圆形。

新型内燃机活塞的加工方法，包括以下步骤：

步骤一、铸造出活塞本体；

步骤二、以内冷油腔上侧面或内冷油腔下侧面定位，加工活塞顶面和环岸外圆，保证内冷油腔到活塞顶面的距离，同时为下一步工序加工出装夹定位基准；

步骤三、利用三爪夹持上一步的定位基准，通过内冷油腔附属结构来获取内冷油腔的中心，并以此为基准加工出活塞止口内圆面和止口端面，保证了内冷油腔与止口内圆面的同轴度要求；

步骤四、利用加工后的止口内圆面和止口端面，分别加工活塞环岸外圆和裙部外圆面、顶面、燃烧室、第一环槽、第二环槽、油环槽及销孔等，最终保证了活塞成品中内冷油腔与燃烧室中心线及活塞环岸外圆的同轴度φD的要求，保证了内冷油腔到活塞顶面的距离公差±E的厚度要求；

步骤五、加工完成后，进行清洗、表面处理、检验等。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果：

活塞头部设有内腔和/或内冷油腔及其附属结构，进出油口与内冷油腔贯通，内冷油腔附属结构设有定位结构，通过此定位结构，活塞加工时可以改变定位方式，实现以内冷油腔表面作为基准进行定位加工，可以保证活塞成品中内冷油腔与燃烧室中心线及活塞环岸外圆的同轴度φD的要求，保证内冷油腔到活塞顶面的距离公差±E的厚度要求，进而保证活塞头部、环岸等关键部位的强度，从而延长活塞使用寿命，提高内燃机的可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明新型内燃机活塞第一剖视图，

图2为本发明新型内燃机活塞底部向视图，

图3为本发明新型内燃机活塞第二剖视图，

图4为本发明新型内燃机活塞加工方法中步骤二的加工示意图，

图5为本发明新型内燃机活塞加工方法中步骤三的加工示意图。

图中：1-活塞头部、11-燃烧室、12-内冷油腔、121-内冷油腔外侧面、122-内冷油腔上侧面、123-内冷油腔内侧面、124-内冷油腔下侧面、13-第一环槽、131-第一环槽下侧面、14-第二环槽、141-第二环槽下侧面、15-油环槽、16-油带、17-顶面、18-环岸外圆；

2-活塞裙部、21-活塞裙、22-销座、23-销孔、24-内冷油腔附属结构、25-裙部外圆面、26-止口内圆面、27-止口端面、28-进油口、29-出油口、210-定位块。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。 “大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、 “下”、 “前”、 “后”、 “左”、 “右”、水平”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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、 “相连”、 “连接”、 “固定”等术语应做广义理解，例如，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明新型内燃机活塞及其加工方法作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。

新型内燃机活塞，活塞本体包括活塞头部1、活塞裙部2，活塞头部1以及活塞裙部2一体铸造成型，活塞本体材料可以采用铸铁或者铝合金。

活塞头部1包括有：燃烧室11、 环槽以及内冷油腔12。

活塞头部1顶面中间向内内凹有燃烧室11，活塞头部1圆周面上由上到下依次内凹有三个环形槽，三个环形槽分别为第一环槽13、第二环槽14以及油环槽15。第一环槽下侧面131和第二环槽下侧面141设置成仿碟形，工作过程中可以补偿活塞的变形，对机油耗和漏气量起到有益效果。油环槽15下方设有油带16，有利于机油回流，对机油耗起到有益效果。

活塞裙部2包括有：活塞裙21、销座22、销孔23、内冷油腔附属结构24以及进油口28和进油口29。

内冷油腔附属结构24与活塞本体一起铸造成型，内冷油腔附属结构24采用定位凸台或点状凸起结构或连续性的弧形台，本实施例中，内冷油腔附属结构24采用定位凸台。定位凸台可以锁定内冷油腔12的位置，通过定位凸台，利用工装，可以实现活塞以内冷油腔12作为基准进行定位加工。

本实施例中，为保证加工定位，定位凸台至少设置三个，定位凸台位于内冷油腔外侧面121或内冷油腔内侧面123的下方。

当内冷油腔附属结构24位于内冷油腔外侧面121下方时，定位凸台外侧面241均与内冷油腔外侧面121所在圆的直径和位置一致，即所有内冷油腔附属结构24的定位凸台外侧面241所组成的圆形与内冷油腔外侧面121所在圆的投影重合。

当内冷油腔附属结构24位于内冷油腔内侧面123下方时，定位凸台外侧面241与内冷油腔内侧面123所在圆的直径和位置一致，即所有内冷油腔附属结构24的定位凸台外侧面241所组成的圆形与内冷油腔内侧面123所在圆的投影重合。

内冷油腔附属结构24设置一定长度直线段，用于工装进行定位加工活塞。内冷油腔附属结构24的形状不限于长方形，可以为正方形、圆形等。

当内冷油腔附属结构24位于内冷油腔外侧面121下方时，内冷油腔外侧面121需设置一定长度直线段，用于间接定位向下延伸或间断形成内冷油腔附属结构24；内冷油腔上侧面122需设置一定长度的直线段，用于进行定位加工活塞；

当内冷油腔附属结构24位于内冷油腔内侧面123下方时，内冷油腔内侧面123需设置一定长度直线段，用于间接定位向下延伸或间断形成内冷油腔附属结构24；内冷油腔下侧面124需设置一定长度的直线段，用于工装进行定位加工活塞。

内冷油腔内侧面123可以根据燃烧室11的形状进行随形设计，有利于降低活塞温度和整体重量。

活塞裙部2上至少设置一个进油口28和至少二个进油口29，进油口28与进油口29布置在活塞靠外侧，均与内冷油腔12贯通连接，实现活塞的进油和出油功能。

销孔23的形状可以为圆柱形、单曲线、双曲线、不对称曲线、椭圆形、不对称椭圆形中的一种。

销座22下方设有定位块210，用于活塞的加工定位，两侧销座22下方的定位块210设成长度不一致，便于活塞的加工防错。

一种新型内燃机活塞的加工方法，包括下列步骤：

步骤一、铸造出活塞本体；

步骤二、以内冷油腔上侧面122或内冷油腔下侧面124定位，加工活塞顶面17和环岸外圆18，保证内冷油腔12到活塞顶面17的距离，同时为下一步工序加工出装夹定位基准；

步骤三、利用三爪夹持上一步的定位基准，通过内冷油腔附属结构24来获取内冷油腔12的中心，并以此为基准加工出活塞止口内圆面26和止口端面27，保证了内冷油腔12与止口内圆面26的同轴度要求；

步骤四、利用加工后的止口内圆面26和止口端面27，分别加工活塞环岸外圆18和裙部外圆面25、顶面17、燃烧室11、第一环槽13、第二环槽14、油环槽15及销孔23等，最终保证了活塞成品中内冷油腔12与燃烧室11中心线及活塞环岸外圆18的同轴度φD的要求，保证了内冷油腔12到活塞顶面17的距离公差±E的厚度要求；

步骤五、加工完成后，进行清洗、表面处理、检验等。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.新型内燃机活塞，包括一体铸造成型的活塞头部（1）以及活塞裙部（2），活塞头部（1）内部设有内冷油腔（12），其特征在于：

内冷油腔（12）外部下方设有内冷油腔附属结构（24），

所有的内冷油腔附属结构（24）均在同一个平面的一个圆上，该圆为内冷油腔外侧面（121）或内冷油腔内侧面（123）沿竖直方向向下在任意水平面上的投影构成。

2.根据权利要求1所述的新型内燃机活塞，其特征在于：

所述的内冷油腔附属结构（24）为若干个定位凸台，或一条连续的弧形台面。

3.根据权利要求2所述的新型内燃机活塞，其特征在于：

所述的内冷油腔附属结构（24）为定位凸台、且数量大于等于三个。

4.根据权利要求3所述的新型内燃机活塞，其特征在于：

所述的内冷油腔附属结构（24）位于内冷油腔外侧面（121）下方，

所有内冷油腔附属结构（24）的定位凸台外侧面（241）所组成的圆形与内冷油腔外侧面（121）所在圆的投影重合。

5.根据权利要求4所述的新型内燃机活塞，其特征在于：

内冷油腔外侧面（121）设有直线段，用于间接定位向下形成的内冷油腔附属结构（24）；

内冷油腔上侧面（122）设有直线段，用于进行定位加工活塞。

6.根据权利要求3所述的新型内燃机活塞，其特征在于：

所述的内冷油腔附属结构（24）位于内冷油腔内侧面（123）下方，

所有内冷油腔附属结构（24）的定位凸台外侧面（241）所组成的圆形与内冷油腔内侧面（123）所在圆的投影重合。

7.根据权利要求6所述的新型内燃机活塞，其特征在于：

内冷油腔内侧面（123）设有直线段，用于间接定位向下形成的内冷油腔附属结构（24）；

内冷油腔下侧面（124）设有直线段，用于工装进行定位加工活塞。

8.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的新型内燃机活塞，其特征在于：

活塞裙部（2）的销座（22）下方设有定位块（210），两侧销座（22）下方的定位块（210）长度不一致。

9.根据权利要求8所述的新型内燃机活塞，其特征在于：

活塞裙部（2）的销孔（23）的形状为圆柱形或单曲线或双曲线或不对称曲线或椭圆形或不对称椭圆形。

10.根据权利要求9所述的新型内燃机活塞的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、铸造出活塞本体；

步骤二、以内冷油腔上侧面（122）或内冷油腔下侧面（124）定位，加工活塞顶面（17）和环岸外圆（18），保证内冷油腔（12）到活塞顶面（17）的距离，同时为下一步工序加工出装夹定位基准；

步骤三、利用三爪夹持上一步的定位基准，通过内冷油腔附属结构（24）来获取内冷油腔（12）的中心，并以此为基准加工出活塞止口内圆面（26）和止口端面（27），保证了内冷油腔（12）与止口内圆面（26）的同轴度要求；

步骤四、利用加工后的止口内圆面（26）和止口端面（27），分别加工活塞环岸外圆（18）和裙部外圆面（25）、顶面（17）、燃烧室（11）、第一环槽（13）、第二环槽（14）、油环槽（15）及销孔（23）等，最终保证了活塞成品中内冷油腔（12）与燃烧室（11）中心线及活塞环岸外圆（18）的同轴度φD的要求，保证了内冷油腔（12）到活塞顶面（17）的距离公差±E的厚度要求；

步骤五、加工完成后，进行清洗、表面处理、检验等。

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