CN114033591A - 铝合金油轨及其成型方法和制造方法、发动机、汽车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发动机零件制造技术领域，公开了铝合金油轨及其成型方法和制造方法、发动机、汽车。铝合金油轨其化学组成包括：锌3～9％、镁0.05～4％、稀土元素0.01～2％以及余量的铝。铝合金油轨的成型方法，包括：将与上述铝合金油轨化学组成相同的铝合金坯料成型为油轨坯。铝合金油轨的制造方法，包括：上述铝合金油轨的成型方法。本申请提供的铝合金油轨具有质轻、强度高、硬度高、生产成本低等特点。发动机，包括上述铝合金油轨或制造方法制得的油轨。汽车，包括上述发动机。

Description

铝合金油轨及其成型方法和制造方法、发动机、汽车

技术领域

本发明涉及发动机零件制造技术领域，具体而言，涉及铝合金油轨、铝合金油轨的成型方法和铝合金油轨的制造方法、发动机、汽车。

背景技术

发动机供油系统的核心零部件之一，即是负责各缸分配燃油的油轨，油轨需要承受高压油压，且具备耐腐蚀和足够的热稳定性，并且能承受内部供油压力的高频压力冲击，是发动机的全寿命零件。

目前常规的油轨结构如图1所示，图中油轨安装座1：穿过螺栓，用于将油轨安装在发动机上；喷油器安装座2：安装喷油器底座，由此提供燃油分配给每个喷油器；压力传感器座3：安装油轨压力传感器，通过检测轨道内燃油压力，控制并监测油轨的正常工作；燃油进油口4：通过此为油轨注入燃油；工艺孔螺堵座：此为油轨钻孔用工艺开孔，在所有机加完成之后，将通过一个螺堵密封油轨。

常规的汽油机油轨，供油压力在4bar-350bar之间，且新一代有500bar-700bar之间的更高工作压力。常规的高压共轨柴油机，供油压力则可超过2000bar，对材料和设计及生产工艺的要求极为苛刻。长期以来，汽油机的高压油轨均采用304不锈钢，柴油机高压共轨均采用强度更高的锻造合金钢，但由于这些材料均具有高熔点、高硬度、重量大以及对应力敏感的特点，其加工成本高，生产工艺能耗大。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供铝合金油轨及其成型方法和制造方法、发动机、汽车。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种铝合金油轨，其化学组成按质量百分比计包括如下成分的组合：锌3～9％、镁0.05～4％、稀土元素0.01～2％以及铝88.33％-96.94％。

在可选的实施方式中，稀土元素包括钪和铒中至少一种。

在可选的实施方式中，稀土元素包括0.01～2％钪和0.01～1％铒。

在可选的实施方式中，铝合金油轨的化学组成还包括铜和/或锰0.3～2.5％，铝作为组分中的余量；更优选地，所述铝合金油轨的化学组成还包括铜0.2～1.8％、锰0.3～1.2％，铝作为组分中的余量。

在可选的实施方式中，铝合金油轨的化学组成按质量百分比计包括如下成分的组合：锌6～9％、镁2～3％、稀土元素0.1～1％、铜0.3～1.8％、锰0.3～1.2％以及作为余量的铝。

在可选的实施方式中，铝合金油轨的化学组成按质量百分比计包括如下成分的组合：锌5.8～6％、镁1.8～2％、稀土元素0.01～0.4％、铜0.3～0.4％、锰0.3～0.5％以及作为余量的铝。

优选地，铝合金油轨的化学组成按质量百分比计还包括0.01～0.1％钛。

第二方面，本发明提供一种铝合金油轨的成型方法，包括：

将与上述铝合金油轨的化学组成相同的铝合金坯料成型为油轨坯；

优选地，得到油轨坯后还包括对油轨坯进行热处理。

在可选的实施方式中，成型方式为模锻。

在可选的实施方式中，成型方式为模压成型，模压成型是：将棒状铝合金坯料置于模具内，在模具外向模具内挤压棒状铝合金坯料直至得到油轨坯。

在可选的实施方式中，模压成型是：将体积与目标油轨坯相同的棒状铝合金坯料置于模具中，将棒状铝合金坯料挤入模具中使棒状铝合金坯料完全变形为油轨坯。

在可选的实施方式中，模压成型是将棒状铝合金坯料加热至400～600℃后进行挤压；

优选地，模压成型是将加热至400～600℃的棒状铝合金坯料置于温度为400～600℃的模具中后进行挤压。

第三方面，本发明提供一种铝合金油轨的制造方法，包括：

按照如前述实施方式任一种的铝合金油轨的成型方法将铝合金坯料成型为油轨坯；

对油轨坯进行开孔；

封堵工艺孔。

第四方面，本发明提供一种发动机，包括上述的铝合金油轨或上述的制造方法制得的铝合金油轨。

第五方面，本发明提供一种汽车，包括上述的发动机。

本发明具有以下有益效果：

本申请提供的铝合金油轨，由于具有特定的化学组成配比，因此该铝合金油轨具有满足油轨耐腐蚀性要求的前提下具有较高的强度和硬度，而铝合金相较于常规的不锈钢质量更轻，可明显减轻油轨重量，进而减轻装备该油轨的发动机的重量，此外，此铝合金还有高延伸率的特点，在加工过程中不易开裂损坏，且在长时间高压冲击下保持良好性能不漏油。因此，本申请提供的铝合金油轨可极大降低生产的工艺成本和能耗，降低系统重量，符合轻量化的设计趋势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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为目前常规的油轨的结构示意图；

图2为成型过程中棒状铝合金坯料放入模具时的示意图；

图3为成型过程模压方向示意图；

图4为模压完成后打开模具的示意图。

图中：1-油轨安装座；2-喷油器安装座；3-压力传感器座；4-燃油进油口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本申请提供的铝合金油轨及其成型方法和制造方法、发动机、汽车进行具体说明。

本申请实施例提供的铝合金油轨，其化学组成按质量百分比计包括如下成分的组合：锌3～9％、镁0.05～4％、稀土元素0.01～2％以及铝88.33％～96.94％。

稀土元素具有细化晶粒，增加合金强度的作用，合适含量的稀土元素与、锌元素以及镁元素添加至铝元素中，形成高强铝合金。本申请提供的铝合金油轨，其化学组成由以上成分构成，由于化学组成的合理配置，使得其具有满足油轨耐腐蚀性要求的前提下具有较高的强度，而铝合金相较于常规的不锈钢质量更轻，减重可超60％，可明显减轻油轨重量，进而减轻装配该油轨的发动机的重量，除此之外，油轨重量轻还能降低生产工艺能耗，降低加工成本，提高企业效益。需要说明的是，为满足油轨的使用要求，铝合金油轨各成分需要在上述规定的范围内，若超出上述规定的范围可能会出现成型过程中无法脱模，成型后的后续开孔或封孔过程开裂等问题。

优选地，为获得强度更好的铝合金油轨，稀土元素包括钪和铒中至少一种。具体地，稀土元素中包括0.01～2％钪和0.01～1％铒，当合适量的钪和铒配合使用时可取得更好的效果。

优选地，为了进一步提高铝合金油轨的强度和硬度，铝合金油轨的化学组成还可以包括铜和/或锰0.3～2.5％，铝作为组分中的余量。具体地，铝合金油轨的化学组成还包括铜0.3～1.8％、锰0.3～1.2％，铝作为组分中的余量。

优选地，为使铝合金油轨满足可承受供油压力超过1000bar的柴油机的使用，铝合金油轨的化学组成按质量百分比计包括如下成分的组合：锌6～9％、镁2～3％、稀土元素0.1～1％、铜0.3～1.8％、锰0.3～1.2％以及作为余量的铝。

优选地，为使铝合金油轨满足可承受供油压力低于1000bar的汽油机的使用，铝合金油轨的化学组成按质量百分比计包括如下成分的组合：锌5.8～6％(例如5.8％或6％)、镁1.8～2％(例如1.8％或2％)、稀土元素0.01～0.4％(例如0.01％、0.05％、0.1％、0.2％或0.4％)、铜0.3～0.4％(例如0.3％或0.4％)、锰0.3～0.5％(例如0.3％、0.4％或0.5％)以及作为余量的铝。

优选地，铝合金油轨的化学组成按质量百分比计还包括0.01～0.1％钛。合适量的钛的添加可起到细化晶粒提高铝合金油轨硬度的作用。

本申请实施例提供的铝合金油轨的成型方法，用于成型上述化学组成的铝合金油轨，包括：将与铝合金油轨化学组成相同的铝合金坯料成型为油轨坯。

成型方式可以是模锻。具体是：首先压铸成型为基本的油轨毛坯形状，以方便后期模锻工艺。然后将压铸毛坯加热到400～600℃，使铝合金变软并易于锻造；将加热后的毛坯放入同样加热过的模具中进行模锻，可得出锻造铝合金油轨毛坯。之后将油轨打孔进行精加工，与锻钢油轨工艺类似，在此不做赘述。

优选地，成型方式还可以是模压：将棒状铝合金坯料置于模具内，在模具外向模具内挤压棒状铝合金坯料直至得到油轨坯。

进一步优选地，模压成型是：将体积与目标油轨坯相同的棒状铝合金坯料置于模具中，将棒状铝合金坯料挤入模具中使棒状铝合金坯料完全变形为油轨坯。

在本申请提供的方案中挤压压力对于成型后油轨的性能影响不大，但压力的高低对于制造效率有影响，压力越高，制造效率越高，生产中可根据工艺条件调整合适的挤压压力。

铝合金相较于不锈钢及锻钢具有更优秀的流动性，而本申请采用铝合金制油轨非常适合采用模压的方式进行；通过将棒状铝合金坯料放入模具内挤压变形至油轨形状，在挤压过程中可排除气孔缺陷及晶间腐蚀缺陷，且可保证得到的铝合金油轨在150摄氏度工作温度内，具有足够的可用强度，充分满足油轨的工作需要。

模压成型具体是：

S1、如图2所示，选取与油轨直径接近、体积相同(此处的相同指在工艺允许的误差范围内基本相同)的棒状铝合金坯料，加热到400～600℃，放入同样加热至400～600℃的模具中。加热具体温度可根据铝合金的具体成分和特性在上述范围内调整。

S2、如图3所示，合上模具后，在锻压机上对棒状铝合金坯料的两个端部施力，向模具内挤压，在恰当的压力和温度下，铝合金将流动充满模具。

S3、如图4所示，打开模具，取出油轨坯，去除毛刺喷丸处理，油轨坯制作完成。

优选地，为使得制得的铝合金油轨具有更优异的性能，成型完成后还需要进行热处理强化，热处理的具体操作方式与现有的铝合金热处理工艺，在此不做过多赘述。

本申请实施例提供的铝合金油轨的制造方法，包括：

按照本申请实施例提供的铝合金油轨的成型方法将铝合金坯料成型为油轨坯。

对油轨坯进行开孔，所开孔包括工艺孔(方便开设其他功能孔而必须开设的孔)、各安装孔和进口孔等；

封堵工艺孔。

通过本申请提供的铝合金油轨的制造方法，可制得耐腐蚀性满足使用要求、强度高、硬度高、延伸率高、质量轻的铝合金油轨。

本申请实施例提供的发动机，包括本申请实施例的铝合金油轨或本申请实施例提供的制造方法制得的铝合金油轨。

本申请实施例提供一种汽车，包括本申请实施例提供的发动机。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例的铝合金油轨的化学组成，按质量百分含量计为：

锌5.6％、镁1.8％、钪0.09％余量为铝。

本实施例提供的铝合金油轨采用模压成型，棒状铝合金坯料加热至450℃后进行模压。

实施例2

本实施例的铝合金油轨的化学组成，按质量百分含量计为：

锌6％、镁2％、钪0.1％、铒0.01％余量为铝。

本实施例提供的铝合金油轨采用模压成型，棒状铝合金坯料加热至470℃后进行模压。

实施例3

本实施例的铝合金油轨的化学组成，按质量百分含量计为：

锌6％、镁2％、钪0.5％、铒0.01％、铜0.3％、锰0.35％余量为铝。

本实施例提供的铝合金油轨采用模压成型，棒状铝合金坯料加热至460℃后进行模压。

实施例4

本实施例的铝合金油轨的化学组成，按质量百分含量计为：

锌6.5％、镁3％、钪0.1％、铒0.1％、铜0.35％、锰0.45％余量为铝。

本实施例提供的铝合金油轨采用模压成型，棒状铝合金坯料加热至440℃后进行模压。

实施例5

本实施例的铝合金油轨的化学组成，按质量百分含量计为：

锌7％、镁2.5％、钪0.4％、铒0.4％、铜0.9％、锰0.8％余量为铝。

本实施例提供的铝合金油轨采用模压成型，棒状铝合金坯料加热至500℃后进行模压。

实施例6

本实施例的铝合金油轨的化学组成，按质量百分含量计为：

锌9％、镁3.2％、钪0.2％、铒0.01％、铜1.5％、锰1.1％余量为铝。

本实施例提供的铝合金油轨采用模压成型，棒状铝合金坯料加热至500℃后进行模压。

实施例7

本实施例的铝合金油轨的化学组成，按质量百分含量计为：

锌8％、镁3％、钪0.5％、铒0.2％、铜0.4％、锰0.5％余量为铝。

本实施例提供的铝合金油轨采用模压成型，棒状铝合金坯料加热至470℃后进行模压。

实施例8

本实施例的铝合金油轨与实施例7基本相同，不同之处仅在于，还包括0.1％钛。

实施例9

本实施例的铝合金油轨与实施例5基本相同，不同之处仅在于，采用模锻的方式成型。

实施例10

本实施例的铝合金油轨与实施例5基本相同，不同之处仅在于，以等量的钪代替铒。

实施例11

本实施例的铝合金油轨与实施例5基本相同，不同之处仅在于，以等量的铒代替钪。

对比例1

常见304L不锈钢油轨。

对比例2

7075铝合金。

实验例

测实施例1-11的铝合金油轨、对比例1的油轨和对比例2的铝合金的性能，将其记录至下表中。

表1各实验组的性能测试结果

通过上表可看出，本申请实施例提供的铝合金油轨，其各项性能都满足油轨的使用需求，而强度和硬度则表现出明显优异的性能；将实施例5与实施例9对比可看出，实施例5的铝合金油轨其强度和性能明显好于实施例9，说明铝合金油轨采用模压的方式成型相较于模锻方式，可得到性能更好的铝合金油轨；将实施例5和实施例10、实施例11对比可看出，实施例5的铝合金油轨性能明显好于实施例10和实施例11，可看出，当抗和铒两者配合使用时能起到协同增效的作用，使铝合金油轨的性能更好；将实施例5和对比例1对比，可看出实施例5的性能好于对比例1，可见本申请实施例制得的铝合金油轨具有优异的性能；将实施例5和对比例2对比，实施例5的各项性能均更高，说明本申请中涉及到的铝合金性能远好于现有的7075航空铝合金。

综上，本申请提供的铝合金油轨，由于具有特定的化学组成配比，因此该铝合金油轨具有满足油轨耐腐蚀性要求的前提下具有较高的强度和硬度，而铝合金相较于常规的不锈钢质量更轻，可明显减轻油轨重量，进而减轻装配该油轨的发动机的重量，此外，铝合金还有抗应力能力强的特点，加工过程不易开裂，且在后续工作中，能承受持续超过上千万次的工作高压冲击。因此，本申请提供的铝合金油轨可极大降低生产的工艺成本和能耗，同时减重最多可超过60％，降低系统重量，节省了制造能耗，并使得搭载铝合金油轨的发动机，减重最多可超过1-5kg，符合轻量化的设计趋势。

本申请提供的铝合金油轨的成型方法，由于采用了特定化学组成配比的铝合金坯料进行成型，因此，可成型得到性能较好的铝合金油轨坯，该油轨坯具有抗应力能力强的特点，可避免后续加工过程出现开裂等问题发生；在较佳的方案中，采用模压成型的方式成型，工艺简单方便，在挤压成型过程中可排除气孔缺陷及晶间腐蚀缺陷，可保证得到的铝合金油轨在150摄氏度工作温度内，具有足够的可用强度，充分满足油轨的工作需要。

本申请提供的铝合金油轨的制造方法，由于包括了本申请提供的铝合金油轨的成型方法，因此，可制造得到相对于现有的油轨质量更轻，但性能不差于现有不锈钢油轨或锻钢油轨的铝合金油轨。

本申请提供的发动机，由于包括了本申请提供的铝合金油轨，因此，其在保证性能的同时具有质轻、成本低的特点。本申请提供的汽车，由于包括了本申请提供的发动机，因此其同样具有上述优点。

以上仅为本发明的优选实施例而已，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 (10)

1.一种铝合金油轨，其特征在于，其化学组成按质量百分比计包括如下成分的组合：锌3～9％、镁0.05～4％、稀土元素0.01～2％以及铝88.33％～96.94％。

2.根据权利要求1所述的铝合金油轨，其特征在于，所述稀土元素包括钪和铒中至少一种；

优选地，所述稀土元素包括0.01～2％钪和0.01～1％铒；

优选地，所述铝合金油轨的化学组成还包括铜和/或锰0.3～2.5％，所述铝作为组分中的余量；更优选地，所述铝合金油轨的化学组成还包括铜0.2～1.8％、锰0.3～1.2％，所述铝作为组分中的余量。

3.根据权利要求1所述的铝合金油轨，其特征在于，所述铝合金油轨的化学组成按质量百分比计包括如下成分的组合：锌6～9％、镁2～3％、稀土元素0.1～1％、铜0.3～1.8％、锰0.3～1.2％以及作为余量的铝。

4.根据权利要求1所述的铝合金油轨，其特征在于，所述铝合金油轨的化学组成按质量百分比计包括如下成分的组合：锌5.8～6％、镁1.8～2％、稀土元素0.01～0.4％、铜0.3～0.4％、锰0.3～0.5％以及作为余量的铝；

优选地，所述铝合金油轨的化学组成按质量百分比计还包括0.01～0.1％钛。

5.一种铝合金油轨的成型方法，其特征在于，包括：

将与如权利要求1～4任一项所述的铝合金油轨的化学组成相同的铝合金坯料成型为油轨坯；

优选地，得到所述油轨坯后还包括对所述油轨坯进行热处理。

6.根据权利要求5所述的铝合金油轨的成型方法，其特征在于，成型方式为模锻。

7.根据权利要求5所述的铝合金油轨的成型方法，其特征在于，成型方式为模压成型，所述模压成型是：将棒状铝合金坯料置于模具内，在所述模具外向所述模具内挤压所述棒状铝合金坯料直至得到所述油轨坯；

优选地，所述模压成型是：将体积与目标油轨坯相同的棒状铝合金坯料置于模具中，将所述棒状铝合金坯料挤入所述模具中使所述棒状铝合金坯料完全变形为所述油轨坯；

优选地，所述模压成型是将所述棒状铝合金坯料加热至400～600℃后进行挤压；

优选地，所述模压成型是将加热至400～600℃的所述棒状铝合金坯料置于温度为400～600℃的模具中后进行挤压。

8.一种铝合金油轨的制造方法，其特征在于，包括：

按照如权利要求5～7任一种所述的铝合金油轨的成型方法将铝合金坯料成型为所述油轨坯；

对所述油轨坯进行开孔；

封堵工艺孔。

9.一种发动机，其特征在于，包括如权利要求1～4任一项所述的铝合金油轨或如权利要求8所述的制造方法制得的铝合金油轨。

10.一种汽车，其特征在于，包括如权利要求9所述的发动机。

Images