CN207261119U - 一种分体式活塞 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分体式活塞,包括活塞基体和燃烧部，活塞基体上设有销孔，活塞基体顶端设有与燃烧部相配合的安装腔，燃烧部固定设置于安装腔内，燃烧部设有燃烧室，制成燃烧部所采用的材料的高温抗拉强度高于制成活塞基体所采用的材料的高温抗拉强度。本实用新型通过将燃烧部与活塞基体分体设计，活塞基体采用铝合金材料制成，铝合金材料密度小、质量轻、热传导性好、热膨胀系数小；并具有足够的耐磨和耐蚀性能、尺寸稳定性好。燃烧部采用高温抗拉强度高于铝合金高温抗拉强度的材料制成，能够承受较大的爆发力，可根据不同的各种大功率发动机承受高温高压的需要选择不同的耐高温材料制成的燃烧部，很好的满足使用需求。

Description

一种分体式活塞

技术领域

本实用新型涉及活塞技术领域，特别涉及一种分体式活塞。

背景技术

活塞被称为发动机的心脏，它是发动机中最重要的零件之一。其功用是承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转。在发动机工作时活塞直接与瞬时温度2200℃的高温气体接触，其顶部温度达300℃－400℃，且温度分布不均匀，在做功行程时活塞顶部承受着很大的爆发压力，汽油机达到4－6MPa，柴油机高达10－26MPa。随着柴油发动机轻量化、高功率、高爆压化的发展，发动机各关键零部件承受越来越苛刻的机械、热负荷，这对发动机关键零部件活塞的材料性能提出了更高的要求：密度小、质量轻、热传导性好、热膨胀系数小；并具有足够的高温抗拉强度、耐磨和耐蚀性能、尺寸稳定性好，另外还应具有容易制造、成本低廉的特点。现有的铝合金材料活塞在高功率发动机中，温度达350℃－400℃时，顶部特别是在燃烧室部位，已无法承受18MPa以上的爆发压力。国内外各大院校、科研所、知名活塞专业厂家都在加大投入在攻克难题。

当前国内外主流运用方案：

1、 研发和运用高强度新材料，采取铝合金纤维强化技术、球墨铸铁、全钢等新型材料方案 。

铝合金纤维强化

优点：铝合金纤维强化材料，可提高铝合金活塞高温性能10－20%，

缺点：因纤维可塑性不好、铸造成品率低、尤其是纤维材料的价格昂贵，在活塞中没有得到推广运用。

球墨铸铁、全钢材料

优点：可提高活塞高温性能100－200%，甚至更高，满足了高功率、高爆压、高强度的要求，材料成本也不高。

缺点：导热性、抗蚀性差、对缸套磨损大、成型难度大，不能做结构复杂的活塞，工艺复杂，加工成本高，生产效率低下，不适合量产且质量较大的特点，只是在一定的领域得到少量运用。

2、采取钢顶铝裙螺杆连接、钢顶铝裙绞结连接、全钢摩擦焊接等新型结构方案。

钢顶铝裙螺杆连接、钢顶铝裙绞结连接

优点：铝裙螺杆连接、钢顶铝裙绞结连接方式，在性能上结合铝合金和全钢两种材料的优点，重量上也进行了折中减轻，在结构上也可以满足较复杂设计。

缺点：工艺更复杂、加工更难度大、加工成本高、生产效率低下，因而也没有得到广泛运用，但这是目前较为成熟的方案之一。

全钢摩擦焊接

优点：把活塞头部和裙部分开加工，克服了全钢材料不能做结构复杂的活塞的不足。

缺点：摩擦焊接这种方式存在的缺陷，大幅降低了活塞结构强度，存在脱焊的风险，现已被淘汰。

3、采取铸铝重熔新工艺方案。

铸铝重熔新工艺

优点：这是铝合金成型后在燃烧室喉口处的一种局部强化处理技术，重熔区的初晶硅尺寸是非重熔区的尺寸的14%，可有效改善活塞承受热负荷能力，减少因热疲劳产生裂纹。这种技术工艺与加工相对以上两种方案简单些，成本也不算高。

缺点：这种喉口处局部强化，只能对活塞燃烧室局部提高10%左右的高温性能，对燃烧室部位整体高温强度提高不大。

发明内容

针对现有技术的不足和缺陷，提供一种分体式活塞，通过将燃烧部与活塞基体分体设计，制成燃烧部所采用的材料的高温抗拉强度高于制成活塞基体所采用的材料的高温抗拉强度，使得燃烧部能够很好的满足使用需求，而且加工制造容易。

为实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案。

一种分体式活塞,包括活塞基体和燃烧部，活塞基体上设有销孔，活塞基体顶端设有与燃烧部相配合的安装腔，燃烧部固定设置于安装腔内，燃烧部设有燃烧室，制成燃烧部所采用的材料的高温抗拉强度高于制成活塞基体所采用的材料的高温抗拉强度。

进一步的，燃烧部与活塞基体通过机械配合固定或浇铸或3D打印的方式形成完整活塞结构。

进一步的，燃烧部上设有螺杆, 燃烧部和活塞基体上分别设有与螺杆配合的通孔，螺杆穿过通孔连接于螺帽以将燃烧部和活塞基体固定。

进一步的，螺杆顶部与燃烧室内壁相齐平，活塞基体上设有与螺帽相配合的沉头孔。

进一步的，通孔为螺纹孔。

进一步的，燃烧部底部向内凹陷形成凹部，安装腔内设有与凹部相配合的凸部。

进一步的，活塞基体通过铝合金材料制成，燃烧部通过铜或铜合金材料或铝合金强化材料制成。

进一步的，活塞基体通过铝合金材料制成，燃烧部通过镍或镍合金材料制成。

进一步的，活塞基体通过铝合金材料制成，燃烧部通过钛或钛合金材料制成。

进一步的，活塞基体通过铝合金材料制成，燃烧部通过铸铁或合金钢材料制成。

本实用新型的有益效果为：一种分体式活塞,包括活塞基体和燃烧部，活塞基体上设有销孔，活塞基体顶端设有与燃烧部相配合的安装腔，燃烧部固定设置于安装腔内，燃烧部设有燃烧室，制成燃烧部所采用的材料的高温抗拉强度高于制成活塞基体所采用的材料的高温抗拉强度。本实用新型通过将燃烧部与活塞基体分体设计，活塞基体采用铝合金材料制成，铝合金材料密度小、质量轻、热传导性好、热膨胀系数小；并具有足够的耐磨和耐蚀性能、尺寸稳定性好。燃烧部采用高温抗拉强度高于铝合金高温抗拉强度的材料制成，如铜或铜合金、镍或镍合金、钛或钛合金、铸铁、合金钢、铝合金强化材料等制成，这些材料具有运用普及的材料，容易制造、成本低廉的特点，而且这些材料具有良好的高温抗拉强度，使得燃烧部能够很好的满足使用需求，而且加工制造容易。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图。

图2是本实用新型的分解结构示意图。

图中，1.活塞基体；2.燃烧部；3.安装腔；4.燃烧室；5.螺杆；6.通孔；7.螺帽；8.沉头孔；9.冷却通道。

具体实施方式

结合附图对本实用新型进一步阐释。

参见图1、图2所示的一种分体式活塞,包括活塞基体1和燃烧部2，活塞基体1上设有销孔，活塞通过活塞销穿过销孔与连杆连接，活塞基体1顶端设有与燃烧部2形状相配合的安装腔3。燃烧部2通过机械配合如过盈配合的方式与活塞基体1的安装腔3紧密相抵以形成完整活塞结构，此外燃烧部2还可通过浇铸与活塞基体1的安装腔3固定连接形成完整活塞结构，燃烧部2与活塞基体1通过3D打印的方式形成完整活塞结构。燃烧部2底部向内凹陷形成凹部，安装腔1内设有与凹部相配合的凸部，燃烧部2安装于安装腔3内时通过凹部与凸部进行配合定位，燃烧部2上设有螺杆5, 燃烧部2和活塞基体1上分别设有与螺杆5配合的通孔6，螺杆5穿过通孔6连接于螺帽7以将燃烧部2和活塞基体1固定，以保证燃烧部2和活塞基体1之间连接牢靠，通孔6为螺纹孔，螺杆5与螺纹孔配合使得连接更加牢靠，不易松动。而且螺杆5顶部经车削后与燃烧室4内壁相齐平，活塞基体1底部设有与螺帽7相配合的沉头孔8，螺帽7设置于沉头孔8内，螺帽7底部经车削后与活塞基体1底部相齐平，使得燃烧部2和活塞基体1通过螺杆5和螺帽7固定后，不改活塞原有的形状，从而不会影响活塞的使用效果。活塞基体1上还设有环形冷却通道9，活塞在工作时，通过向环形冷却通道9注油以对活塞进行降温。

制成燃烧部2所采用的材料的高温抗拉强度高于制成活塞基体1所采用的材料的高温抗拉强度。活塞基体1通过铝合金材料制成，燃烧部2通过铜、铜合金材料、镍、镍合金、钛或钛合金材料、铸铁、合金钢、铝合金强化材料等其中一种或多种材料制成。

本实用新型通过将燃烧部2与活塞基体1分体设计，活塞基体1采用铝合金材料制成，铝合金材料密度小、质量轻、热传导性好、热膨胀系数小；并具有足够的耐磨和耐蚀性能、尺寸稳定性好。燃烧部2采用高温抗拉强度高于铝合金高温抗拉强度的材料制成，如铜或铜合金、镍或镍合金、钛或钛合金、铸铁、合金钢、铝合金强化材料等制成，铝合金的熔点为660摄氏度，铜或铜合金的熔点为1050摄氏度，镍或镍合金的熔点为1450摄氏度，钛或钛合金的熔点为1660摄氏度，铸铁的熔点为1300摄氏度，合金钢的熔点为1550摄氏度，这些材料熔点均远远大于铝合金的熔点，使得这些材料制成的燃烧部2在高温的工作环境下不易熔化，高温抗拉强度大于铝合金的高温抗拉强度，能够承受较大的爆发力，可根据不同的各种大功率发动机承受高温高压的需要选择不同的耐高温材料制成的燃烧部2，很好的满足使用需求，优选的为铜或铜合金，由于铜或铜合金的膨胀系数与铝合金相近，使得活塞在高温的工作环境下，活塞基体1和燃烧部2的膨胀度相接近，活塞基体1和燃烧部2之间不易产生间隙。而且这些材料具有运用普及的材料，容易制造、成本低廉的特点，加工制造容易，容易推广运用，可广泛的运用于汽车、陆军装甲装备等大功率发动机活塞。

以上所述仅是本实用新型的较佳实施方式，故凡依本实用新型专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本实用新型专利申请范围内。

Claims (10)

1.一种分体式活塞,其特征在于：包括活塞基体（1）和燃烧部（2），活塞基体（1）上设有销孔，活塞基体（1）顶端设有与燃烧部（2）相配合的安装腔（3），燃烧部（2）固定设置于安装腔（3）内，燃烧部（2）设有燃烧室（4），制成燃烧部（2）所采用的材料的高温抗拉强度高于制成活塞基体（1）所采用的材料的高温抗拉强度。

2.根据权利要求1所述的一种分体式活塞，其特征在于：燃烧部（2）与活塞基体（1）通过机械配合固定或浇铸或3D打印的方式形成完整活塞结构。

3.根据权利要求2所述的一种分体式活塞，其特征在于：燃烧部（2）上设有螺杆（5）, 燃烧部（2）和活塞基体（1）上分别设有与螺杆（5）配合的通孔（6），螺杆（5）穿过通孔（6）连接于螺帽（7）以将燃烧部（2）和活塞基体（1）固定。

4.根据权利要求3所述的一种分体式活塞，其特征在于：螺杆（5）顶部与燃烧室（4）内壁相齐平，活塞基体（1）上设有与螺帽（7）相配合的沉头孔（8）。

5.根据权利要求3所述的一种分体式活塞，其特征在于：通孔（6）为螺纹孔。

6.根据权利要求1所述的一种分体式活塞，其特征在于：燃烧部（2）底部向内凹陷形成凹部，安装腔（3）内设有与凹部相配合的凸部。

7.根据权利要求1所述的一种分体式活塞，其特征在于：活塞基体（1）通过铝合金材料制成，燃烧部（2）通过铜或铜合金材料或铝合金强化材料制成。

8.根据权利要求1所述的一种分体式活塞，其特征在于：活塞基体（1）通过铝合金材料制成，燃烧部（2）通过镍或镍合金材料制成。

9.根据权利要求1所述的一种分体式活塞，其特征在于：活塞基体（1）通过铝合金材料制成，燃烧部（2）通过钛或钛合金材料制成。

10.根据权利要求1所述的一种分体式活塞，其特征在于：活塞基体（1）通过铝合金材料制成，燃烧部（2）通过铸铁或合金钢材料制成。