CN117028053A - 一种钢活塞及制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钢活塞及制造工艺，涉及内燃机活塞技术领域。本发明使焊缝避开了活塞的顶面和燃烧室等高负荷区域，焊缝中存在的焊接缺欠对活塞的影响降低，极大地延长了活塞的使用寿命，提高了活塞运行的可靠性、安全性；采用激光束焊接工艺或电子束焊接工艺焊接焊缝，焊缝小、表面成形好、焊缝质量优良，使焊缝不会在冷却通道中存在飞边，使冷却油顺利到达冷却通道顶部，利于活塞头部冷却；焊缝采用横竖交错布置能承受裙部受到的外力，内活塞体和外活塞体的连接强度更高，以延长活塞的使用寿命；内活塞体的活塞头部和销座为由上向下贯通一体结构，在活塞长时间使用过程中，减少销座与活塞头部之间发生疲劳断裂的几率，以延长活塞的使用寿命。

Description

一种钢活塞及制造工艺

技术领域

本发明涉及内燃机活塞技术领域，具体地说是涉及一种钢活塞及制造工艺。

背景技术

在内燃机活塞领域，钢活塞已经成为活塞发展的重要方向，并使用得越来越普遍。为降低钢活塞头部温度，钢活塞头部都设置有冷却通道。目前的钢活塞，常用摩擦焊接方式形成密闭的冷却通道。由于摩擦焊接时不可避免地在冷却通道中存在飞边，不利于冷却油顺利到达冷却通道顶部，进而不利于活塞头部冷却。此外，在焊接实施过程中，焊缝呈一个封闭的环形，其起点与终点就存在重合区域，在该区域就容易且不可避免地存在一些焊接缺欠，焊接缺欠的存在使焊缝质量下降。焊缝布置在活塞顶面或燃烧室等高温高压高负荷区域，焊缝中存在的焊接缺欠将降低活塞的使用寿命，影响发动机的可靠安全运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢活塞及制造工艺，优化焊接成形工艺及布置，以延长钢活塞的使用寿命。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术解决方案如下：

一种钢活塞，包括由钢材料制成的内活塞体和外活塞体；

所述内活塞体包括由上向下一体成形的活塞头部和销座，所述活塞头部的上端面向内凹陷形成燃烧室，所述活塞头部侧面的圆周边沿开设环形的内冷槽，所述活塞头部侧面的圆周边沿于内冷槽的外侧偏上位置设置为上环槽部，所述内冷槽的上侧边沿端面沿着横向延伸，所述内冷槽的下侧边沿端面沿着竖向延伸；

所述外活塞体包括由上向下一体成形的下环槽部和裙部，所述下环槽部的上端面沿着横向延伸，所述下环槽部的内侧凸起形成支撑部，所述支撑部的端面沿着竖向延伸；

所述销座穿过所述下环槽部以内嵌于所述裙部的内部，所述内冷槽的上侧边沿端面贴合所述下环槽部的上端面形成第一焊缝且对第一焊缝焊接，所述内冷槽的下侧边沿端面贴合所述支撑部的端面形成第二焊缝且对第二焊缝焊接，所述上环槽部对接所述下环槽部形成环槽部，所述内冷槽被封闭形成内冷通道。

优选的，所述销座沿着水平方向开设活塞销孔，所述裙部对应活塞销孔的位置开设活塞销装配孔。

优选的，所述裙部的正投影为圆形。

优选的，所述环槽部的圆周边沿设置若干个环岸及环槽，所述第一焊缝穿过环岸，或者环槽，或者最下方环槽的下方位置。

优选的，所述第一焊缝和/或第二焊缝由激光束焊接工艺或电子束焊接工艺焊接。

优选的，所述销座与所述外活塞体之间留有间隙。

优选的，所述裙部的外径大于上环槽部及下环槽部的外径。

优选的，用于制造外活塞体的材料强度不超过用于制造内活塞体的材料强度。

优选的，制造内活塞体的材料采用38MnVS6合金钢、42CrMoA合金钢和42CrMo4合金钢三者中的任意一种；

制造外活塞体的材料采用38MnVS6合金钢、42CrMoA合金钢和42CrMo4合金钢三者中的任意一种，或者，制造外活塞体的材料采用20CrNiMo合金钢和20CrNi3MoTi合金钢二者中的任意一种。

一种钢活塞制造工艺，用于制造上述的钢活塞，包括如下步骤：

步骤1、内活塞体和外活塞体分别制造成形；

步骤2、将内活塞体的销座穿过外活塞体的下环槽部，将内活塞体的销座内嵌于外活塞体的裙部的内部，将内活塞体的内冷槽的上侧边沿端面贴合外活塞体的下环槽部的上端面形成第一焊缝，将内活塞体的内冷槽的下侧边沿端面贴合外活塞体的支撑部的端面形成第二焊缝；

步骤3、采用激光束焊接工艺或电子束焊接工艺对第一焊缝和第二焊缝焊接，使内活塞体的上环槽部对接外活塞体的下环槽部形成环槽部，使内冷槽被封闭形成内冷通道。

本发明的有益技术效果是：

本发明的钢活塞及制造工艺，将第一焊缝布置于环槽部的侧面，将第二焊缝布置于环槽部内冷槽的下侧，使第一焊缝、第二焊缝避开了活塞的顶面和燃烧室等高负荷区域，焊缝中存在的焊接缺欠对活塞的影响降低，极大地延长了活塞的使用寿命，提高了活塞运行的可靠性、安全性；采用激光束焊接工艺或电子束焊接工艺焊接第一焊缝、第二焊缝，焊缝小、表面成形好、焊缝质量优良，使焊缝不会在冷却通道中存在飞边，使冷却油顺利到达冷却通道顶部，利于活塞头部冷却；裙部受到连杆的侧向推力、气缸内壁的压力及摩擦力，第一焊缝沿着横向延伸布置，第二焊缝沿着竖向延伸布置，第一焊缝与第二焊缝分别焊接后，第一焊缝和第二焊缝采用横竖交错布置能承受裙部受到的外力，内活塞体和外活塞体的连接强度更高，以延长活塞的使用寿命；内活塞体的活塞头部和销座为由上向下贯通一体结构，在活塞长时间使用过程中，减少销座与活塞头部之间发生疲劳断裂的几率，以延长活塞的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例钢活塞中内活塞体的立体图；

图2为本发明实施例钢活塞中外活塞体的立体图；

图3为本发明实施例钢活塞的第一焊缝穿过第二环岸的主剖视图；

图4为图3中A-A剖视图；

图5为本发明实施例钢活塞的第一焊缝穿过第二环槽的主剖视图；

图6为本发明实施例钢活塞的第一焊缝穿过第三环岸的主剖视图；

图7为本发明实施例钢活塞的第一焊缝穿过第三环槽的主剖视图；

图8为本发明实施例钢活塞的第一焊缝穿过第三环槽的下方位置的主剖视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。本发明某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本发明的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本发明满足适用的法律要求。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例中，提供一种钢活塞及制造工艺，请参考图1至图8所示。

一种钢活塞，包括由钢材料制成的内活塞体和外活塞体。

内活塞体包括由上向下一体成形的活塞头部11和销座12，活塞头部11的上端面向内凹陷形成燃烧室2，活塞头部11的圆周边沿开设环形的内冷槽3，活塞头部11侧面的圆周边沿于内冷槽3的外侧偏上位置设置为上环槽部41，内冷槽的上侧边沿端面31沿着横向延伸，内冷槽的下侧边沿端面32沿着竖向延伸。

外活塞体包括由上向下一体成形的下环槽部42和裙部5，下环槽部的上端面421沿着横向延伸，下环槽部42的内侧凸起形成支撑部，支撑部的端面422沿着竖向延伸。

销座12穿过下环槽部42以内嵌于裙部5的内部，内冷槽的上侧边沿端面31贴合下环槽部的上端面421形成第一焊缝61且对第一焊缝61焊接，内冷槽的下侧边沿端面32贴合支撑部的端面422形成第二焊缝62且对第二焊缝62焊接，上环槽部41对接下环槽部42形成环槽部，内冷槽3被封闭形成内冷通道。其中，第一焊缝61和第二焊缝62由激光束焊接工艺或电子束焊接工艺焊接。

销座12沿着水平方向开设活塞销孔121，裙部5对应活塞销孔121的位置开设活塞销装配孔51。在活塞与连杆装配时，将活塞销穿过活塞销装配孔51以装配至活塞销孔121。

裙部5的正投影为圆形，以使裙部5的外轮廓贴合气缸内壁。

环槽部(上环槽部41和下环槽部42)的圆周边沿设置若干个环岸及环槽，第一焊缝61穿过环岸，或者环槽，或者最下方环槽的下方位置。具体的，环槽部的圆周边沿从上到下依次设置第一环岸71、第一环槽81、第二环岸72、第二环槽82、第三环岸73和第三环槽83。本实施例中的第一焊缝61穿过第二环岸72、第二环槽82、第三环岸73、第三环槽83和第三环槽83的下方位置中的的任意位置。

销座12与外活塞体之间留有间隙，以便于通过间隙实现对第二焊缝62的激光或电子束焊接。

裙部5的外径大于上环槽部41及下环槽部42的外径，以使裙部5接触气缸内壁，而使上环槽部41及下环槽部42不接触气缸内壁。

本实施例中，内活塞体的活塞头部11和销座12为由上向下贯通一体结构，使得用于制造外活塞体的材料强度不超过用于制造内活塞体的材料强度。

其中，制造内活塞体的材料采用38MnVS6合金钢、42CrMoA合金钢和42CrMo4合金钢等超高强度合金钢三者中的任意一种。制造外活塞体的材料采用38MnVS6合金钢、42CrMoA合金钢和42CrMo4合金钢等超高强度合金钢三者中的任意一种。或者，制造外活塞体的材料采用20CrNiMo合金钢和20CrNi3MoTi合金钢等较低强度合金钢二者中的任意一种，以降低材料成本。

一种钢活塞制造工艺，用于制造本实施例上述的钢活塞，包括如下步骤：

步骤1、内活塞体和外活塞体分别锻造成形；

步骤2、将内活塞体的销座12穿过外活塞体的下环槽部42，将内活塞体的销座12内嵌于外活塞体的裙部5的内部，将内活塞体的内冷槽的上侧边沿端面31贴合外活塞体的下环槽部的上端面421形成第一焊缝61，将内活塞体的内冷槽的下侧边沿端面32贴合外活塞体的支撑部的端面422形成第二焊缝62；

步骤3、采用激光束焊接工艺或电子束焊接工艺对第一焊缝61和第二焊缝62焊接，使内活塞体的上环槽部41对接外活塞体的下环槽部42形成环槽部，使内冷槽3被封闭形成内冷通道。

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明钢活塞及制造工艺有了清楚的认识。本发明的钢活塞及制造工艺，将第一焊缝61布置于环槽部的侧面，将第二焊缝62布置于环槽部内冷槽3的下侧，使第一焊缝61、第二焊缝62避开了活塞的顶面和燃烧室2等高负荷区域，焊缝中存在的焊接缺欠对活塞的影响降低，极大地延长了活塞的使用寿命，提高了活塞运行的可靠性、安全性；采用激光束焊接工艺或电子束焊接工艺焊接第一焊缝61、第二焊缝62，焊缝小、表面成形好、焊缝质量优良，使焊缝不会在冷却通道中存在飞边，使冷却油顺利到达冷却通道顶部，利于活塞头部11冷却；裙部5受到连杆的侧向推力、气缸内壁的压力及摩擦力，第一焊缝61沿着横向延伸布置，第二焊缝62沿着竖向延伸布置，第一焊缝61与第二焊缝62分别焊接后，第一焊缝61和第二焊缝62采用横竖交错布置能承受裙部5受到的外力，内活塞体和外活塞体的连接强度更高，以延长活塞的使用寿命；内活塞体的活塞头部11和销座12为由上向下贯通一体结构，在活塞长时间使用过程中，减少销座12与活塞头部11之间发生疲劳断裂的几率，以延长活塞的使用寿命。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钢活塞，其特征在于：包括由钢材料制成的内活塞体和外活塞体；

所述内活塞体包括由上向下一体成形的活塞头部和销座，所述活塞头部的上端面向内凹陷形成燃烧室，所述活塞头部侧面的圆周边沿开设环形的内冷槽，所述活塞头部侧面的圆周边沿于内冷槽的外侧偏上位置设置为上环槽部，所述内冷槽的上侧边沿端面沿着横向延伸，所述内冷槽的下侧边沿端面沿着竖向延伸；

所述外活塞体包括由上向下一体成形的下环槽部和裙部，所述下环槽部的上端面沿着横向延伸，所述下环槽部的内侧凸起形成支撑部，所述支撑部的端面沿着竖向延伸；

所述销座穿过所述下环槽部以内嵌于所述裙部的内部，所述内冷槽的上侧边沿端面贴合所述下环槽部的上端面形成第一焊缝且对第一焊缝焊接，所述内冷槽的下侧边沿端面贴合所述支撑部的端面形成第二焊缝且对第二焊缝焊接，所述上环槽部对接所述下环槽部形成环槽部，所述内冷槽被封闭形成内冷通道。

2.根据权利要求1所述的一种钢活塞，其特征在于：

所述销座沿着水平方向开设活塞销孔，所述裙部对应活塞销孔的位置开设活塞销装配孔。

3.根据权利要求2所述的一种钢活塞，其特征在于：

所述裙部的正投影为圆形。

4.根据权利要求1所述的一种钢活塞，其特征在于：

所述环槽部的圆周边沿设置若干个环岸及环槽，所述第一焊缝穿过环岸，或者环槽，或者最下方环槽的下方位置。

5.根据权利要求1所述的一种钢活塞，其特征在于：

所述第一焊缝和/或第二焊缝由激光束焊接工艺或电子束焊接工艺焊接。

6.根据权利要求1所述的一种钢活塞，其特征在于：

所述销座与所述外活塞体之间留有间隙。

7.根据权利要求1所述的一种钢活塞，其特征在于：

所述裙部的外径大于上环槽部及下环槽部的外径。

8.根据权利要求1所述的一种钢活塞，其特征在于：

用于制造外活塞体的材料强度不超过用于制造内活塞体的材料强度。

9.根据权利要求8所述的一种钢活塞，其特征在于：

制造内活塞体的材料采用38MnVS6合金钢、42CrMoA合金钢和42CrMo4合金钢三者中的任意一种；

制造外活塞体的材料采用38MnVS6合金钢、42CrMoA合金钢和42CrMo4合金钢三者中的任意一种，或者，制造外活塞体的材料采用20CrNiMo合金钢和20CrNi3MoTi合金钢二者中的任意一种。

10.一种钢活塞制造工艺，用于制造权利要求1至9任一项所述的钢活塞，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、内活塞体和外活塞体分别制造成形；

步骤2、将内活塞体的销座穿过外活塞体的下环槽部，将内活塞体的销座内嵌于外活塞体的裙部的内部，将内活塞体的内冷槽的上侧边沿端面贴合外活塞体的下环槽部的上端面形成第一焊缝，将内活塞体的内冷槽的下侧边沿端面贴合外活塞体的支撑部的端面形成第二焊缝；

步骤3、采用激光束焊接工艺或电子束焊接工艺对第一焊缝和第二焊缝焊接，使内活塞体的上环槽部对接外活塞体的下环槽部形成环槽部，使内冷槽被封闭形成内冷通道。