CN113202654A - 一种组合式发动机活塞及其锻造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种活塞，旨在提供一种组合式发动机活塞及其锻造工艺，其技术方案要点是一种组合式发动机活塞，包括活塞顶、活塞头和活塞裙，所述活塞头与活塞裙一体成型，所述活塞顶与活塞头可拆卸连接，所述活塞顶与活塞头之间设有膨胀结构,所述活塞顶的锻造工艺包括以下步骤：S1:选料；S2:加热；S3:下料；S4:预热；S5:二次加热；S6:粗加工；S7:冷却；S8:精加工；S9:清洗；S10:表面处理；S11:检验入库，通过高温时切断，可以做到无污水排放，无锯沫损耗，具有降本增效的优点，并且在镦粗锻造加热前，通过提前对钢材进行预热处理，能够减少钢材内外的应力差，以防止在高温炉锻造是产生表面裂痕，从而影响产品质量，本发明适用于活塞技术领域。
Description
技术领域
本发明属于活塞技术领域，特指一种组合式发动机活塞及其锻造工艺。
背景技术
汽车活塞好比汽车发动机的中枢部位，在发动机启动时候占了极其重要的地位，汽车活塞是用来承受气体压力，并通过活塞销让连杆驱使曲轴旋转，活塞顶部还是燃烧室的组成部分。
目前传统的活塞大都采用铝合金材质，然而随着人们对发动机性能要求不断提高，从而都在向大功率，高负荷的方向发展，强化程度也不断提高，普通铝合金活塞已经越来越不能满足发动机发展的需求，钢活塞由于强度高、耐高温、韧性好、导热性好和抗疲劳性好等优点已经成为活塞发展的重要方向，也在高端重型发动机上使用的越来越普遍。
而活塞要求要有足够的强度、刚度、质量小，以保证最小惯性力，导热性好、耐高温、高压、腐蚀，有充分的散热能力，为了减少钢材质活塞的质量，来保证最小惯性力，从而提高活塞的工作可靠性，现有技术中采用钢顶铝裙活塞，该钢顶铝裙活塞的钢顶与铝裙加工完成后，大都采用普通的螺栓方式进行连接，其连接可靠性差，在使用过程中容易导致螺栓连接失效，造成钢顶脱落。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种连接可靠性高，且强度、刚度高、质量小的组合式发动机活塞。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种组合式发动机活塞，包括活塞顶、活塞头和活塞裙，所述活塞头与活塞裙一体成型，所述活塞顶与活塞头可拆卸连接，所述活塞顶与活塞头之间设有膨胀结构。
本发明进一步设置为：所述膨胀结构包括连接部和锁紧件，所述连接部内设有圆孔，所述连接部一端与活塞头固定连接，另一端圆周等间距分布设有若干开槽，所述圆孔靠近活塞头的一端的内壁上设有内螺纹，所述锁紧件一端设有与内螺纹相适配的外螺纹，另一端沿远离活塞头的方向依次增大，且呈圆锥形。
本发明进一步设置为：所述活塞顶中间设有通孔，所述通孔靠近活塞头的一侧与连接部相适配，另一侧设有环形斜面，所述环形斜面呈圆锥形。
本发明进一步设置为：所述连接部的外表面，且位于两两相邻所述开槽之间固定设有圆周等间距分布的卡条，所述通孔内设有与卡条相适配的卡槽。
本发明进一步设置为：所述锁紧件远离外螺纹的一端表面设有沉头孔，所述沉头孔呈正六边形。
本发明进一步设置为：所述活塞顶的锻造工艺包括以下步骤：
S1:选料，选择0Cr23Ni13不锈钢进行锻造处理；
S2:加热，利用加热炉，将钢材加热至1100～1400℃；
S3:下料，将烧红的钢材从加热炉伸出，并根据尺寸要求进行切断，随后对钢材进行水冷却，尺寸检验合格后入库；
S4:预热，将S3中尺寸检验合成的钢材放置在低温炉中进行慢火预热，当达到550-600℃时，将钢材进行保温1-2h；
S5:二次加热，将进行预热后的钢材放置到高温加热炉中进行始锻加热，且始锻温度设定为1100-1150℃，当加热到所要求的温度时，对加热完成后的钢件进行恒温保温处理1-1.5h；
S6:粗加工，将高温加热完成后的钢材放置到锻造机上进行镦粗锻造；
S7:冷却，将锻造完成后的钢材进行冷水水冷处理；
S8:精加工，将锻造完成后的钢材进行打孔和铣槽，并对其尺寸加工，而后对钢材进行去毛刺处理；
S9:清洗，对钢材进行清洗，除去表面残屑；
S10:表面处理，使其表面形成一种亲油性的磷化层，并进行涂油防锈处理；
S11:检验入库，储存在仓库中，并对仓库进行防潮处理。
本发明进一步设置为：所述S5中钢件加热时采用的是燃气加热，在燃气加热时，燃料和空气的比率设为1:8。
本发明进一步设置为：所述S6中钢件的温度降温至920℃时，即立即停止锻造，并且再次放回高温炉中进行加热，直至达到始锻温度时，再次对钢件进行镦粗锻造，如此循环锻造，至达到工艺要求。
本发明进一步设置为：所述S8中去毛刺处理，采用频率16-30kHz的超声波振动去除精加工过程中形成的刀纹波峰。
本发明进一步设置为：所述S9中对钢材还进行除油处理，具体的，在清洗槽内加入50-70g/L的除油粉，并将清洗槽内的温度加热至60℃-70℃，而后将钢材完全浸泡在清洗槽内3-8min。
本发明的有益效果为：
1.通过采用可拆卸式连接，方便只对磨损较大的活塞顶进行更换，有效降低维修成本，同时通过膨胀结构进行连接，相比普通的螺栓方式进行连接，连接可靠性更高，有效的避免活塞顶脱落；
2.通过将活塞头上的连接部插入通孔中，并采用锁紧件进行固定，装配的难度小，精度高，有效提高装配效率，同时便于维护时的更换；并且在连接部的外表面设置卡条，可以有效防止活塞顶与活塞头之间发生相对转动，提高活塞使用时的稳定性；
附图说明
图1是本发明的爆炸视图；
图2是本发明的剖视图；
图3是本发明的俯视图；
附图中：1、活塞顶；10、通孔；100、环形斜面；2、活塞头；3、活塞裙；4、膨胀结构；40、连接部；400、圆孔；401、开槽；402、内螺纹；403、卡条；41、锁紧件；410、外螺纹；411、卡槽；412、沉头孔。
具体实施方式
下面结合图1至图3以具体实施例对本发明作进一步描述：
一种组合式发动机活塞，包括活塞顶、活塞头和活塞裙，所述活塞头与活塞裙一体成型，所述活塞顶与活塞头可拆卸连接，所述活塞顶与活塞头之间设有膨胀结构，上述活塞顶优选采用0Cr23Ni13不锈钢材质，所述活塞头与活塞裙优选采用铝合金材质，所述活塞头与活塞裙的锻造为现有成熟锻造工艺，这里不再赘述。
由上述结构可以看出，通过采用可拆卸式连接，方便只对磨损较大的活塞顶进行更换，有效降低维修成本，同时通过膨胀结构进行连接，相比普通的螺栓方式进行连接，连接可靠性更高，有效的避免活塞顶脱落。
作为可选的实施方式，所述膨胀结构包括连接部和锁紧件，所述连接部内设有圆孔，所述连接部一端与活塞头固定连接，另一端圆周等间距分布设有若干开槽，所述圆孔靠近活塞头的一端的内壁上设有内螺纹，所述锁紧件一端设有与内螺纹相适配的外螺纹，另一端沿远离活塞头的方向依次增大，且呈圆锥形，上述连接部与活塞头之间优选采用一体成型，所述锁紧件远离活塞头的一端锥度为1：4。
由上述结构可以看出，通过将活塞头上的连接部插入通孔中，并采用锁紧件进行固定，装配的难度小，精度高，有效提高装配效率。
作为可选的实施方式，所述活塞顶中间设有通孔，所述通孔靠近活塞头的一侧与连接部相适配，另一侧设有环形斜面，所述环形斜面呈圆锥形，所述环形斜面与锁紧件远离活塞头的一端相适配，且锥度为1:4。
由上述结构可以看出，通过在活塞顶上设置环形斜面，使得锁紧件能够更好贴合，同时将活塞顶上表面受到的压力转换成锁紧件对连接部远离活塞头一端的压力，从而使得活塞顶在连接部的作用下牢牢的固定在活塞头上，即活塞顶与活塞头之间的连接强度更高。
作为可选的实施方式，所述连接部的外表面，且位于两两相邻所述开槽之间固定设有圆周等间距分布的卡条，所述通孔内设有与卡条相适配的卡槽，上述卡条与连接部之间优选采用一体成型。
由上述结构可以看出，在连接部的外表面设置卡条，可以有效防止活塞顶与活塞头之间发生相对转动，提高活塞使用时的稳定性。
作为可选的实施方式，所述锁紧件远离外螺纹的一端表面设有沉头孔，所述沉头孔呈正六边形。
由上述结构可以看出，通过在锁紧件上设置正六边形的沉头孔，方便使用内六角扳手对锁紧件的安装和拆卸，便于维护更换。
作为可选的实施方式，所述活塞顶的锻造工艺包括以下步骤：
S1:选料，选择0Cr23Ni13不锈钢进行锻造处理；
S2:加热，利用加热炉，将钢材加热至1100～1400℃；
S3:下料，将烧红的钢材从加热炉伸出，并根据尺寸要求进行切断，随后对钢材进行水冷却，尺寸检验合格后入库；
S4:预热，将S3中尺寸检验合成的钢材放置在低温炉中进行慢火预热，当达到550-600℃时，将钢材进行保温1-2h；
S5:二次加热，将进行预热后的钢材放置到高温加热炉中进行始锻加热，且始锻温度设定为1100-1150℃，当加热到所要求的温度时，对加热完成后的钢件进行恒温保温处理1-1.5h；
S6:粗加工，将高温加热完成后的钢材放置到锻造机上进行镦粗锻造；
S7:冷却，将锻造完成后的钢材进行冷水水冷处理；
S8:精加工，将锻造完成后的钢材进行打孔和铣槽，并对其尺寸加工，而后对钢材进行去毛刺处理；
S9:清洗，对钢材进行清洗，除去表面残屑；
S10:表面处理，使其表面形成一种亲油性的磷化层，并进行涂油防锈处理；
S11:检验入库，储存在仓库中，并对仓库进行防潮处理。
由上述结构可以看出，采用高温时切断，可以做到无污水排放，无锯沫损耗，具有降本增效的优点；并且在镦粗锻造加热前，通过提前对钢材进行预热处理，能够减少钢材内外的应力差，以防止在高温炉锻造是产生表面裂痕，从而影响产品质量；同时通过长时间的加热以及保温，能够更充分的对钢材内部进行升温，使其内外温度一致，提高钢材的可塑性，降低锻造难度。
作为可选的实施方式，所述S5中钢件加热时采用的是燃气加热，在燃气加热时，燃料和空气的比率设为1:8。
由上述结构可以看出，能够使燃气燃烧时将空气中的氧气完全消耗，使空气中的氧气含量较低，以防止在加热锻造时，防止钢材表面受到氧化。
作为可选的实施方式，所述S6中钢件的温度降温至920℃时，即立即停止锻造，并且再次放回高温炉中进行加热，直至达到始锻温度时，再次对钢件进行镦粗锻造，如此循环锻造，至达到工艺要求。
由上述结构可以看出，通过循环锻造，使锻件的形状逐渐成型，以防单次过高锻造造成端面裂痕的产生。
作为可选的实施方式，所述S8中去毛刺处理，采用频率16-30kHz的超声波振动去除精加工过程中形成的刀纹波峰。
由上述结构可以看出，通过采用频率16-30kHz的超声波振动去除刀纹波峰，有效降低钢材的表面粗糙度，提高加工效果。
作为可选的实施方式，所述S9中对钢材还进行除油处理，具体的，在清洗槽内加入50-70g/L的除油粉，并将清洗槽内的温度加热至60℃-70℃，而后将钢材完全浸泡在清洗槽内3-8min。
由上述结构可以看出，通过对钢材进行除油处理，避免对后续的表面处理造成影响，从而有效提高表面处理的加工效率和加工效果。
上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种组合式发动机活塞，包括活塞顶(1)、活塞头(2)和活塞裙(3)，其特征是：所述活塞头(2)与活塞裙(3)一体成型，所述活塞顶(1)与活塞头(2)可拆卸连接，所述活塞顶(1)与活塞头(2)之间设有膨胀结构(4)。
2.根据权利要求1所述的组合式发动机活塞，其特征是：所述膨胀结构(4)包括连接部(40)和锁紧件(41)，所述连接部(40)内设有圆孔(400)，所述连接部(40)一端与活塞头(2)固定连接，另一端圆周等间距分布设有若干开槽(401)，所述圆孔(400)靠近活塞头(2)的一端的内壁上设有内螺纹(402)，所述锁紧件(41)一端设有与内螺纹(402)相适配的外螺纹(410)，另一端沿远离活塞头(2)的方向依次增大，且呈圆锥形。
3.根据权利要求2所述的组合式发动机活塞，其特征是：所述活塞顶(1)中间设有通孔(10)，所述通孔(10)靠近活塞头(2)的一侧与连接部(40)相适配，另一侧设有环形斜面(100)，所述环形斜面(100)呈圆锥形。
4.根据权利要求3所述的组合式发动机活塞，其特征是：所述连接部(40)的外表面，且位于两两相邻所述开槽(401)之间固定设有圆周等间距分布的卡条(403)，所述通孔(10)内设有与卡条(403)相适配的卡槽(411)。
5.根据权利要求4所述的组合式发动机活塞，其特征是：所述锁紧件(41)远离外螺纹(410)的一端表面设有沉头孔(412)，所述沉头孔(412)呈正六边形。
6.根据权利要求5所述的组合式发动机活塞，其特征是：所述活塞顶(1)的锻造工艺包括以下步骤：
S1:选料，选择0Cr23Ni13不锈钢进行锻造处理；
S2:加热，利用加热炉，将钢材加热至1100～1400℃；
S3:下料，将烧红的钢材从加热炉伸出，并根据尺寸要求进行切断，随后对钢材进行水冷却，尺寸检验合格后入库；
S4:预热，将S3中尺寸检验合成的钢材放置在低温炉中进行慢火预热，当达到550-600℃时，将钢材进行保温1-2h；
S5:二次加热，将进行预热后的钢材放置到高温加热炉中进行始锻加热，且始锻温度设定为1100-1150℃，当加热到所要求的温度时，对加热完成后的钢件进行恒温保温处理1-1.5h；
S6:粗加工，将高温加热完成后的钢材放置到锻造机上进行镦粗锻造；
S7:冷却，将锻造完成后的钢材进行冷水水冷处理；
S8:精加工，将锻造完成后的钢材进行打孔和铣槽，并对其尺寸加工，而后对钢材进行去毛刺处理；
S9:清洗，对钢材进行清洗，除去表面残屑；
S10:表面处理，使其表面形成一种亲油性的磷化层，并进行涂油防锈处理；
S11:检验入库，储存在仓库中，并对仓库进行防潮处理。
7.根据权利要求6所述的组合式发动机活塞，其特征是：所述S5中钢件加热时采用的是燃气加热，在燃气加热时，燃料和空气的比率设为1:8。
8.根据权利要求7所述的组合式发动机活塞，其特征是：所述S6中钢件的温度降温至920℃时，即立即停止锻造，并且再次放回高温炉中进行加热，直至达到始锻温度时，再次对钢件进行镦粗锻造，如此循环锻造，至达到工艺要求。
9.根据权利要求8所述的组合式发动机活塞，其特征是：所述S8中去毛刺处理，采用频率16-30kHz的超声波振动去除精加工过程中形成的刀纹波峰。
10.根据权利要求9所述的组合式发动机活塞，其特征是：所述S9中对钢材还进行除油处理，具体的，在清洗槽内加入50-70g/L的除油粉，并将清洗槽内的温度加热至60℃-70℃，而后将钢材完全浸泡在清洗槽内3-8min。
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN202110540837.5A Pending CN113202654A (zh) | 2021-05-18 | 2021-05-18 | 一种组合式发动机活塞及其锻造工艺 |
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| CN (1) | CN113202654A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114227181A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-03-25 | 桐乡顺士达精密机械有限公司 | 一种汽车空调压缩机活塞的加工方法 |
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| CN107524542A (zh) * | 2017-09-04 | 2017-12-29 | 常州中车柴油机零部件有限公司 | 一种柴油机组合活塞 |
-
2021
- 2021-05-18 CN CN202110540837.5A patent/CN113202654A/zh active Pending
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