CN103016194A - 双冷却油腔焊接式整体锻钢内燃机活塞及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双冷却油腔焊接式整体锻钢内燃机活塞及其制造方法，包括活塞上部、活塞下部，活塞上部与活塞下部焊接而成，所述燃烧室下部的活塞头部内部中间设有环形冷却油腔、沿环槽的内部设有盆形冷却油腔，环形冷却油腔与盆形冷却油腔通过油孔连接，活塞下部的上部中心设有与盆形冷却油腔连接的出油孔，出油孔下部与活塞内腔连接，环形冷却油腔通过进油孔与活塞内腔连接；活塞上部与活塞下部分别锻造，冷却油腔是在活塞上部与活塞下部分别加工后通过焊接形成，使活塞毛坯的锻造、封闭油腔的形成工艺减化，活塞的结构强度更高，布置两个冷却油腔，更有利于降低活塞的工作温度，提高可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及内燃机活塞技术领域，尤其涉及一种双冷却油腔焊接式整体锻钢内燃机活塞及其制造方法。
背景技术
随着市场的需求及技术的进步，用于载重汽车、工程机械及船舶等发动机都在向大功率、高负荷方向发展，强化程度不断提高，排放要求越来越严格。原有常规铝合金活塞的结构强度以及承受高热负荷、高机械负荷的能力逐渐不能满足发动机高功率、高强化及低排放的要求。也有采用制造一体式锻钢结构活塞，这种活塞毛坯一体式锻造，从环槽下方进刀加工出环形腔，然后用一个环盖与头部加工出的环形腔组成封闭油腔，这种活塞由于采用了油腔环盖设计，导致工艺性相对较复杂，制造成本较高，同时油腔的封闭性较差，而且只能布置一个环形冷却油腔，冷却效果相对较差。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术存在的上述问题和不足；提供一种双冷却油腔焊接式整体锻钢内燃机活塞；活塞上部与活塞下部分别锻造，冷却油腔是在活塞上部与活塞下部分别加工后通过焊接形成，使活塞毛坯的锻造、封闭油腔的形成工艺减化，活塞的结构强度更高，布置两个冷却油腔，更有利于降低活塞的工作温度，提高可靠性。
本发明还提供一种双冷却油腔焊接式整体锻钢内燃机活塞的制造方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种双冷却油腔焊接式整体锻钢内燃机活塞，包括活塞上部、活塞下部，活塞上部与活塞下部焊接而成，所述燃烧室下部的活塞头部内部中间设有环形冷却油腔、沿环槽的内部设有盆形冷却油腔，环形冷却油腔与盆形冷却油腔通过油孔连接，活塞下部的上部中心设有与盆形冷却油腔连接的出油孔，出油孔下部与活塞内腔连接，环形冷却油腔通过进油孔与活塞内腔连接。
活塞头部与裙部之间设有环形槽，环形槽在活塞长轴方向与内腔相通。
活塞上部与活塞下部分别锻造，经粗加工后焊接在一起。
活塞上部与活塞下部通过摩擦焊、或激光焊焊接在一起，焊缝位置设在活塞头部的环槽之间的外圆位置。
一种双冷却油腔焊接式整体锻钢内燃机活塞的制造方法，包括以下步骤：
①、分别锻造出活塞上部与活塞下部的毛坯，活塞上部中的连通油孔一同锻造成形；
②、分别对活塞上部毛坯及活塞下部毛坯热处理；
③、分别对活塞上部及活塞下部的毛坯首次加工，加工出环形冷却油腔、盆形冷却油腔、以及活塞上部与活塞下部的焊接区域的形状；
④、活塞上部与活塞下部通过摩擦焊、或激光焊方式焊接在一起，焊缝的位置需避开环槽的加工位置；
⑤、分别加工出环形槽、燃烧室、环槽、销孔、卡簧槽、进油孔、出油孔；
⑥、对活塞表面进行磷化或石墨化处理，完成成品制造。
步骤②采用调质钢，热处理步骤是：在800-850℃保温1-2小时然后油冷，回火温度600℃±10℃，保温1.5-2.5小时。
步骤②采用非调质钢，保证在3-4分钟内锻后温度由约1100℃左右冷却至500℃，然后直接空冷至室温。
本发明工作的原理：本发明的活塞上部与下部分别锻造，经粗加工后焊接在一起，在活塞头部内形成环形冷却油腔和盆形冷却油腔，两个封闭的油腔之间通过连通油孔相连通。同时，两个冷却油腔通过进油孔、出油孔与活塞内腔相通。活塞在发动机中工作时，冷却机油通过进油孔喷入环形冷却油腔内，并且通过连通油孔进入到盆形冷却油腔内，机油同时在两个油腔内震荡，最后从出油孔流出，带走活塞本体的热量。其中，环形冷却油腔主要起降低活塞顶面、环槽及燃烧室边缘位置热负荷的作用；盆形冷却油腔主要降低燃烧室中间位置的热负荷。这种双冷却油腔结构可以更加有效的降低活塞的工作温度，保证活塞及活塞环的工作可靠性。活塞头部与裙部之间可根据具体设计要求加工出环形槽，在活塞长轴方向与内腔相通，有利于油环槽部位机油回流，同时减轻产品重量。
本发明的有益效果：
1.本发明带有两个冷却油腔的焊接式整体锻钢活塞，能代替原铝合金活塞以及一体式锻钢活塞，具有重量轻、强度高、冷却效果好的优点，满足发动机的强化和排放要求；
2.双冷却油腔结构有效的降低活塞的工作温度，保证活塞及活塞环的工作可靠性；
3.活塞头部与裙部之间可根据具体设计要求加工出环形槽，在活塞长轴方向与内腔相通，有利于油环槽部位机油回流，同时减轻产品重量。
4.活塞上部与下部分别锻造的制造方法较毛坯整体锻造成型的方法工艺性好，毛坯残余应力小，通过焊接形成封闭的冷却油腔，增加活塞整体结构刚度，特别是环槽部位热态下变形小。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为活塞上部毛坯粗加工后结构示意图；
图4为活塞下部毛坯粗加工后结构示意图；
其中，1活塞，2活塞上部，3活塞下部，4活塞头部，5活塞裙部，6燃烧室，7环形冷却油腔，8盆形冷却油腔，9进油孔，10出油孔，11连通油孔，12焊接区域，13销孔，14销座，15卡簧槽，16内腔，17环槽，18环形槽。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
实施例1，一种双冷却油腔焊接式整体锻钢内燃机活塞，结合图1至图4，活塞1包括活塞上部2、活塞下部3，活塞上部2与活塞下部3焊接而成，所述燃烧室6下部的活塞头部4内部中间设有环形冷却油腔7、沿环槽的内部设有盆形冷却油腔8，环形冷却油腔7与盆形冷却油腔8通过连通油孔11连接，活塞下部3的上部中心设有与盆形冷却油腔8连接的出油孔10，出油孔10下部与活塞内腔16连接，环形冷却油腔7通过进油孔9与活塞内腔16连接，活塞上部2与活塞下部3分别锻造，经粗加工后通过摩擦焊、或激光焊焊接在一起，焊缝区域12位置设在活塞头部4的环槽17之间的外圆位置。
实施例2，结合图1，一种双冷却油腔焊接式整体锻钢内燃机活塞，包括活塞上部2、活塞下部3，活塞上部2与活塞下部3焊接而成，所述燃烧室6下部的活塞头部4内部中间设有环形冷却油腔7、沿环槽的内部设有盆形冷却油腔8，环形冷却油腔7与盆形冷却油腔8通过连通油孔11连接，活塞下部3的上部中心设有与盆形冷却油腔8连接的出油孔10，出油孔10下部与活塞内腔16连接，环形冷却油腔7通过进油孔9与活塞内腔16连接，活塞上部2与活塞下部3分别锻造，经粗加工后通过摩擦焊、或激光焊焊接在一起，焊缝区域12位置设在活塞头部4的环槽17之间的外圆位置。活塞头部4与活塞裙部5之间设有环形槽18，环形槽18在活塞长轴方向与内腔相通，有利于油环槽部位机油回流，同时减轻产品重量。
双冷却油腔焊接式整体锻钢内燃机活塞的制造方法，包括以下步骤：
①、分别锻造出活塞上部2与活塞下部3的毛坯，活塞上部2中的连通油孔11一同锻造成形；
②、分别对活塞上部2毛坯及活塞下部3毛坯进行热处理；
③、分别对活塞上部2及活塞下部3的毛坯进行首次加工，加工出环形冷却油腔7、盆形冷却油腔8、以及活塞上部2与活塞下部3的焊接区域12的形状；
④、活塞上部2与活塞下部3通过摩擦焊、或激光焊方式焊接在一起，焊缝区域12的位置需避开环槽17的加工位置；
⑤、分别加工出环形槽18、燃烧室6、环槽17、销座14上的销孔13、卡簧槽15、进油孔9、出油孔10以及外形尺寸；
⑥、对活塞表面进行磷化或石墨化处理，完成成品制造。
步骤②采用调质钢，热处理步骤是：在800-850℃保温1-2小时然后油冷，回火温度600℃±10℃，保温1.5-2.5小时。
步骤②采用非调质钢，保证在3-4分钟内锻后温度由约1100℃左右冷却至500℃，然后直接空冷至室温。
上述虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (7)
1.一种双冷却油腔焊接式整体锻钢内燃机活塞，包括活塞上部、活塞下部，其特征是，所述活塞上部与活塞下部焊接而成，所述燃烧室下部的活塞头部内部中间设有环形冷却油腔、沿环槽的内部设有盆形冷却油腔，环形冷却油腔与盆形冷却油腔通过油孔连接，活塞下部的上部中心设有与盆形冷却油腔连接的出油孔，出油孔下部与活塞内腔连接，环形冷却油腔通过进油孔与活塞内腔连接。
2.如权利要求1所述的一种双冷却油腔焊接式整体锻钢内燃机活塞，其特征是，所述活塞头部与活塞裙部之间设有环形槽，环形槽在活塞长轴方向与内腔相通。
3.如权利要求1所述的一种双冷却油腔焊接式整体锻钢内燃机活塞，其特征是，所述活塞上部与活塞下部分别锻造，经粗加工后焊接在一起。
4.如权利要求1所述的一种双冷却油腔焊接式整体锻钢内燃机活塞，其特征是，所述活塞上部与活塞下部通过摩擦焊、或激光焊焊接在一起，焊缝位置设在活塞头部的环槽之间的外圆位置。
5.如权利要求1至4所述任意一项双冷却油腔焊接式整体锻钢内燃机活塞的制造方法，其特征是，包括下列步骤：
①、分别锻造出活塞上部与活塞下部的毛坯，活塞上部中的连通油孔一同锻造成形；
②、分别对活塞上部毛坯及活塞下部毛坯热处理；
③、分别对活塞上部及活塞下部的毛坯首次加工，加工出环形冷却油腔、盆形冷却油腔、以及活塞上部与活塞下部的焊接区域的形状；
④、活塞上部与活塞下部通过摩擦焊、或激光焊方式焊接在一起，焊缝的位置需避开环槽的加工位置；
⑤、分别加工出环形槽、燃烧室、环槽、销孔、卡簧槽、进油孔、出油孔；
⑥、对活塞表面进行磷化或石墨化处理，完成成品制造。
6.如权利要求5所述双冷却油腔焊接式整体锻钢内燃机活塞的制造方法，其特征是，所述步骤②采用调质钢，热处理步骤是：在800-850℃保温1-2小时然后油冷，回火温度600℃±10℃，保温1.5-2.5小时。
7.如权利要求5所述双冷却油腔焊接式整体锻钢内燃机活塞的制造方法，其特征是，所述步骤②采用非调质钢，保证在3-4分钟内锻后温度由约1100℃左右冷却至500℃，然后直接空冷至室温。
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