CN117086579A - 一种带镶圈的电子束焊接活塞的加工方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种带镶圈的电子束焊接活塞的加工方法，包括如下操作步骤：S1、活塞头部→淬火→时效→粗挖孔→车端面→镗孔→X光探伤→超声波探伤→车低镶圈凸台→超声波探伤→车焊接面；S2、活塞裙部→淬火→时效→粗车外圆→平冒口→车止口→镗销孔→半精车外圆→车台阶面→钻油孔→车焊接面；S3、电子束焊接→退火→粗车外圆→止口定位加工→铣气门坑→环槽加工→精车外圆→车燃烧室→精镗销孔→检验→成品。本申请的加工方法可以减少电子束焊接时的焊接应力带来的质量隐患，减少活塞头部开裂的可能性，提高活塞焊接质量和粘接质量。

Description

一种带镶圈的电子束焊接活塞的加工方法

技术领域

本申请涉及活塞加工方法技术领域，特别是涉及一种带镶圈的电子束焊接活塞的加工方法。

背景技术

镶圈是在活塞头部第一环槽部位镶嵌的一个环形铸铁圆圈。其主要作用是提高活塞头部环槽处的耐磨性、耐热性，从而增强活塞环与内燃机缸套之间的密封性能，提高活塞的使用寿命和内燃机运行的可靠性。电子束焊接是利用在电子束流冲击下产生的高温，在特定的区域将焊接件烧熔而使其连接成一体的一种焊接技术。其主要作用是对不同材料的活塞头部和活塞裙部进行焊接，使其连接成一体，从而提高活塞强度和内燃机的燃爆功率。

电子束焊接活塞是由活塞头部与活塞裙部通过电子束焊接后再经过机械加工而成的。活塞头部与活塞裙部需要通过机械加工，先加工出配合面，再将活塞头部与活塞裙部装配、压紧，然后进行电子束焊接，电子束焊接完成后，需再次对焊接好的活塞进行机械加工，达到产品要求。其中活塞头部毛坯为铸件，活塞裙部毛坯为锻件，活塞头部与活塞裙部在电子束焊接前，必须加工成半成品。由于活塞油道、镶圈、燃烧室都在活塞头部，因此在加工活塞头部时，如果燃烧室底部余量变小，与油道距离就会减小，造成燃烧室与油道之间的壁厚减小，而且电子束焊接时，会产生较大的焊接应力，焊接应力直接作用于薄壁上时，会导致油道与燃烧室之间开裂，同时，由于活塞镶圈与活塞头部材质不同，其连接紧密度主要决定的粘接力的大小，而电子束焊接的应力过大时，也会造成活塞头部与镶圈之间的粘接力不稳定，影响活塞成品的粘接质量。

现有技术存在的技术问题具体为：现有电子束焊接的实际操作过程中，车低镶圈凸台是焊接活塞焊接后机械加工的第一道工序，在加工过程中，对镶圈部位凸台部位加工时，切削应力较大，易造成铝基体撕裂，导致活塞镶圈与活塞头部之间的粘接力不够报废，而且废品不易被发现。现有技术在粗车外圆时，刀具在加工活塞镶圈部位外圆时，由于活塞镶圈与活塞头部的材料不同，切削过程中，会在活塞纵方向上产生剪切力，该剪切力会对活塞镶圈粘接处形成一个撕力，同时在铣气门时，由于加工采用的是一次成型加工技术，在加工完成后，在活塞头部会存在较大的切削应力无法释放，在这些切削应力作用下，活塞镶圈粘接质量进一步恶化。现有技术在整体电子束焊接活塞粗车燃烧室时，由于燃烧室加工余量较大，加工过程中将会产生十分大的切削应力，而燃烧室的底部离镶圈根部比较近，这种纵向切削力将直接作用在镶圈根部，使活塞镶圈背面与铝基体分开，影响粘接质量。现有技术在电子束焊接后，对整体活塞进行淬火时效处理，在热处理过程中，产生的应力影响活塞镶圈与活塞头部的粘接力。上述各种因素引起的活塞镶圈粘接质量问题，在加工过程中都不会轻易发现，往往会随着工序流转至精探伤时才会被检测出，特别是会造成一种现象：由于一些活塞在精探伤时受切削应力的影响，活塞镶圈与活塞头部的粘接已处于临界点，无法检测出粘接质量不合格，直到活塞表面处理后，才会呈现质量缺陷，从而造成重大质量隐患。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种带镶圈的电子束焊接活塞的加工方法，它可以减少电子束焊接时的焊接应力带来的质量隐患，减少活塞头部开裂的可能性，提高活塞焊接质量和粘接质量。

本发明提供的技术方案如下：

一种带镶圈的电子束焊接活塞的加工方法，包括如下操作步骤：

S1、活塞头部的焊前机械加工：活塞头部→淬火→时效→粗挖孔→车端面→镗孔→X光探伤→超声波探伤→车低镶圈凸台→超声波探伤→车焊接面；

S2、活塞裙部的焊前机械加工：活塞裙部→淬火→时效→粗车外圆→平冒口→车止口→镗销孔→半精车外圆→车台阶面→钻油孔→车焊接面；

S3、活塞头部、活塞裙部采用电子束焊接及后续处理：电子束焊接→退火→粗车外圆→止口定位加工→铣气门坑→环槽加工→精车外圆→车燃烧室→精镗销孔→检验→成品。

优选地，所述步骤S3中将活塞头部的焊接面与活塞裙部的焊接面对准后放置于电子束焊机内进行焊接，在关闭机器前，活塞表面温度为160±10℃。

优选地，所述步骤S3中的焊接参数为：射束电流为50-63mA，聚焦电流为2.8-4.05A，收弧角度为30-60°。

优选地，所述步骤S1中通过控制粗挖孔工序的深度和内径，浅车燃烧室凹坑，增加燃烧室凹坑底部距油道及镶圈的距离。

优选地，所述步骤S1中车低镶圈凸台的具体操作为：在加工活塞镶圈部位外圆时，多次分段进行活塞镶圈、活塞头部的不同材料的外圆加工，具体为：首先分多次重点车削活塞头部包含镶圈部位的外圆，然后再车削活塞头部整体外圆，最后再单独对镶圈段切削镶圈凸台，最终镶圈外侧没有凸台结构，镶圈外侧圆柱面低于活塞头部外圆。

优选地，所述步骤S1和S2中的车焊接面形成的平面，作为活塞总成的装配面，装配后活塞由活塞头部和活塞裙部共同形成燃烧室凹坑。

优选地，所述步骤S3中电子束焊接开始前分别对活塞头部、活塞裙部进行预热处理，具体为分别将活塞头部、活塞裙部放置于电热炉内预热，加热温度为：170±15℃，加热时长2～4h。

本申请相对于现有技术存在如下优点：

1、本发明的带镶圈的电子束焊接活塞的加工方法为了提高焊后机加质量，降低员工劳动强度，把车低镶圈凸台提前到头部超声波探伤后加工，镶圈凸台加工后再增加二次超声波探伤，并提高探伤技术要求，保证头部粘接质量；

2、针对活塞头部经过电子束焊接后，背面粘接质量严重下降这一现象，分析认为电子束焊接时的温度对镶圈粘接质量影响较大，因此，本发明的带镶圈的电子束焊接活塞的加工方法在焊接时采取降低焊接温度的方法来减少电子束焊接过程对粘接质量的影响，从而提高焊接质量；

3、本发明的带镶圈的电子束焊接活塞的加工方法通过适当增加和调整工序，减小在加工过程中，各工序的切削应力的作用，从而减少电子束焊接活塞的镶圈粘接质量缺陷和活塞头部开裂缺陷；

4、本发明的带镶圈的电子束焊接活塞的加工方法能有效减小电子束焊接对镶圈粘接的影响及活塞电子束焊接开裂的可能性，尽早发现和减小机械加工所造成的影响，提高产品质量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，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为本发明实施例中带镶圈的电子束焊接活塞的加工方法的工艺流程图；

图2为本发明实施例中电子束焊接完成后所得的活塞结构示意图。

附图标记：

1、活塞头部；2、活塞裙部；3、镶圈；4、活塞油道。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

如图1、2所示，本发明实施例提供一种带镶圈的电子束焊接活塞的加工方法，包括如下操作步骤：

S1、活塞头部1的焊前机械加工：活塞头部1→淬火→时效→粗挖孔→车端面→镗孔→X光探伤→超声波探伤→车低镶圈凸台→超声波探伤→车焊接面；

S2、活塞裙部2的焊前机械加工：活塞裙部2→淬火→时效→粗车外圆→平冒口→车止口→镗销孔→半精车外圆→车台阶面→钻油孔→车焊接面；

S3、活塞头部1、活塞裙部2采用电子束焊接及后续处理：电子束焊接→退火→粗车外圆→止口定位加工→铣气门坑→环槽加工→精车外圆→车燃烧室→精镗销孔→检验→成品。

按现有工艺，在活塞头部1加工时，当燃烧室底部与油道距离太近，焊接时产生的焊接应力，易造成油道与燃烧室之间的薄壁处开裂，通过不断工艺试验，本实施例的带镶圈的电子束焊接活塞的加工方法通过浅车燃烧室凹坑，增加燃烧室凹坑底部距油道及镶圈的距离，提高薄壁处的强度，由于燃烧室凹坑是在电子束焊接完成后形成的，所以，工艺参数的更改应从活塞头部和活塞裙部处更改。

车低镶圈凸台是焊接活塞焊接后机械加工的第一道工序，由于镶圈部位有鼓包，在加工过程中如果进刀数度过快，产生的切削力将有可能将镶圈与铝基体撕裂开，影响粘接质量，从而导致报废。为了提高焊后机加质量，降低员工劳动强度，本实施例的带镶圈的电子束焊接活塞的加工方法把车低镶圈凸台提前到头部超声波探伤后加工，镶圈凸台加工后再增加二次超声波探伤，并提高探伤技术要求，保证头部粘接质量。

针对活塞头部经过电子束焊接后，背面粘接质量严重下降这一现象，分析认为电子束焊接时的温度对镶圈粘接质量影响较大，因此，本实施例的带镶圈的电子束焊接活塞的加工方法在焊接时采取降低焊接温度的方法来减少电子束焊接过程对粘接质量的影响，从而提高焊接质量。

本实施例中，步骤S3中将活塞头部1的焊接面与活塞裙部2的焊接面对准后放置于电子束焊机内进行焊接，在关闭机器前，活塞表面温度为160±10℃。

本实施例中，步骤S3中的焊接参数为：射束电流为50-63mA，聚焦电流为2.8-4.05A，收弧角度为30-60°。

本实施例中，步骤S1中通过控制粗挖孔工序的深度和内径，浅车燃烧室凹坑，增加燃烧室凹坑底部距油道及镶圈的距离。

本实施例中，步骤S1中车低镶圈凸台的具体操作为：在加工活塞镶圈部位外圆时，多次分段进行活塞镶圈、活塞头部1的不同材料的外圆加工，具体为：首先分多次重点车削活塞头部1包含镶圈部位的外圆，然后再车削活塞头部1整体外圆，最后再单独对镶圈段切削镶圈凸台，最终镶圈外侧没有凸台结构，镶圈外侧圆柱面低于活塞头部1外圆。

本实施例中，步骤S1和S2中的车焊接面形成的平面，作为活塞总成的装配面，装配后活塞由活塞头部1和活塞裙部2共同形成燃烧室凹坑。

本实施例中，步骤S3中电子束焊接开始前分别对活塞头部1、活塞裙部2进行预热处理，具体为分别将活塞头部1、活塞裙部2放置于电热炉内预热，加热温度为：170±15℃，加热时长3h。

采用的本实施例的带镶圈的电子束焊接活塞的加工方法得到的活塞结构如图2所示，从图2中可以看出：活塞整体结构中，活塞头部包含镶圈部位的外圆无鼓包，其中镶圈外侧圆柱面低于活塞头部外圆，镶圈外侧没有凸台结构，减少S3过程中粗车外圆的加工余量，降低外圆加工应力。通过步骤S1中粗挖孔工序，控制焊接面(装配面)的深度和直径，步骤S1和步骤S2所形成的活塞头部和活塞裙部，以焊接面(装配面)装配成型后，,活塞头部与活塞裙部组成的燃烧室凹坑，且燃烧室凹坑底面距油道及镶圈的距离增加。

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 (8)

1.一种带镶圈的电子束焊接活塞的加工方法，其特征在于，包括如下操作步骤：

S1、活塞头部(1)的焊前机械加工：活塞头部(1)→淬火→时效→粗挖孔→车端面→镗孔→X光探伤→超声波探伤→车低镶圈凸台→超声波探伤→车焊接面；

S2、活塞裙部(2)的焊前机械加工：活塞裙部(2)→淬火→时效→粗车外圆→平冒口→车止口→镗销孔→半精车外圆→车台阶面→钻油孔→车焊接面；

S3、活塞头部(1)、活塞裙部(2)采用电子束焊接及后续处理：电子束焊接→退火→粗车外圆→止口定位加工→铣气门坑→环槽加工→精车外圆→车燃烧室→精镗销孔→检验→成品。

2.根据权利要求1所述的带镶圈的电子束焊接活塞的加工方法，其特征在于，所述步骤S3中将活塞头部(1)的焊接面与活塞裙部(2)的焊接面对准后放置于电子束焊机内进行焊接，在关闭机器前，活塞表面温度为160±10℃。

3.根据权利要求1所述的带镶圈的电子束焊接活塞的加工方法，其特征在于，所述步骤S3中的焊接参数为：射束电流为50-63mA，聚焦电流为2.8-4.05A，收弧角度为30-60°。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的带镶圈的电子束焊接活塞的加工方法，其特征在于，所述步骤S1中通过控制粗挖孔工序的深度和内径，浅车燃烧室凹坑，增加燃烧室凹坑底部距油道及镶圈的距离。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的带镶圈的电子束焊接活塞的加工方法，其特征在于，所述步骤S1中车低镶圈凸台的具体操作为：在加工活塞镶圈部位外圆时，多次分段进行活塞镶圈、活塞头部(1)的不同材料的外圆加工，具体为：首先分多次重点车削活塞头部(1)包含镶圈部位的外圆，然后再车削活塞头部(1)整体外圆，最后再单独对镶圈段切削镶圈凸台，最终镶圈外侧没有凸台结构，镶圈外侧圆柱面低于活塞头部(1)外圆。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的带镶圈的电子束焊接活塞的加工方法，其特征在于，所述步骤S1和S2中的车焊接面形成的平面，作为活塞总成的装配面，装配后活塞由活塞头部(1)和活塞裙部(2)共同形成燃烧室凹坑。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的带镶圈的电子束焊接活塞的加工方法，其特征在于，所述步骤S3中电子束焊接开始前分别对活塞头部(1)、活塞裙部(2)进行预热处理。

8.根据权利要求7所述的带镶圈的电子束焊接活塞的加工方法，其特征在于，所述步骤S3中活塞头部(1)、活塞裙部(2)放置于电热炉内预热，预热时的加热温度为：170±15℃，加热时长2～4h。