專利名稱：焊接式鍛鋼整體活塞及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明提供了一種發(fā)動機用活塞，尤其是一種鍛鋼活塞及其制造方法。
背景技術：
目前，載重汽車、工程機械、鐵路機車以及船用的發(fā)動機都在向大功率、高負荷方向發(fā)展，強化程度不斷提高，排放要求越來越嚴格。鋁質(zhì)活塞雖然有重量輕的優(yōu)點，但已逐漸不能滿足發(fā)動機高功率、高強化、低排放的要求。為滿足這一要求，有人設計出一種鉸接擺體式結(jié)構(gòu)的活塞，即活塞頭部與裙部分開加工制造，再通過活塞銷連接起來，活塞頭部采用鑄鐵或鍛鋼材料，裙部采用鋁材料制造。這種活塞因為頭部與裙部分開制造，增加了加工成本，并且難以形成封閉的冷卻油腔，活塞冷卻效果差。因為需要更長的活塞銷進行連接，總體重量也有所增加。公開號為CN1610601A的中國專利申請公開了一種制造一體式活塞的方法。該方法將活塞毛坯一體式鍛造，內(nèi)冷油腔用一個環(huán)蓋與頭部加工出的環(huán)形腔槽組成封閉油腔?；钊鞯腻懺?、封閉油腔的形成工藝復雜，活塞的結(jié)構(gòu)強度較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種焊接式鍛鋼整體活塞及其制造方法，以簡化活塞毛坯加工工藝，提高活塞整體結(jié)構(gòu)的強度。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，焊接式鍛鋼整體活塞，它有鍛造成的頭部和鍛造成的裙部，頭部與裙部焊接固定成活塞本體，環(huán)槽與燃燒室之間的活塞本體上有冷卻油腔，冷卻油腔通過進出油孔與活塞本體內(nèi)腔相通，環(huán)槽下方的裙部上有環(huán)形槽，環(huán)形槽在長軸方向上與活塞本體內(nèi)腔相通。
所述的制造方法包括下列步驟a、分別鍛造出頭部及裙部毛坯；b、分別對頭部及裙部毛坯進行熱處理；
c、分別對頭部毛坯及裙部毛坯進行粗加工，加工出內(nèi)腔、內(nèi)冷油腔及摩擦焊接端面，頭部兩相鄰環(huán)槽中間的焊接面高于燃燒室下方的焊接面；d、將頭部與裙部通過摩擦焊接在一起；e、分別加工出活塞的環(huán)形槽、燃燒室、環(huán)槽、銷孔、外圓及進出油孔；f、對活塞表面進行磷化或石墨化處理。
采用上述結(jié)構(gòu)及制造方法的焊接式鍛鋼整體活塞，由于活塞的頭部與裙部是分別鍛造后焊接在一起的，與整體鍛造的活塞相比工藝性好，尤其是活塞毛坯的鍛造、封閉冷卻油腔的形成工藝簡化，加工簡單，毛坯的殘余應力小。由于通過焊接形成封閉冷卻油腔，使活塞整體結(jié)構(gòu)剛度增加，特別是環(huán)槽部位熱態(tài)下變形較小。在活塞裙部上方加工出環(huán)形槽，在長軸方向上與活塞內(nèi)腔相通，不僅減輕了活塞本體的重量，而且有利于油環(huán)槽部位機油回油，同時增加了裙部柔性，有利于配缸間隙的減小和機油油耗的降低。這種活塞能代替鋁質(zhì)活塞以及鉸接結(jié)構(gòu)的活塞，在具有較輕的重量的同時，又具有更高的強度，滿足了高負荷發(fā)動機的強化要求。


圖1是本發(fā)明之焊接式鍛鋼整體活塞結(jié)構(gòu)的主視剖面圖。
圖2是圖1的左視剖面圖。
圖3是本發(fā)明之焊接式鍛鋼整體活塞結(jié)構(gòu)的立體示意4是頭部毛坯粗加工后的結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖5是裙部毛坯粗加工后的結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖中，1-頭部，2-燃燒室，3-冷卻油腔，4-焊接面，5-銷孔，6-裙部，7-環(huán)形槽，8-進出油孔，9-環(huán)槽，10-焊接面，11-頭部毛坯，12-裙部毛坯。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖給出的實施例進一步說明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)和制造方法。
如附圖所示，本發(fā)明之焊接式鍛鋼整體活塞，它有鍛造成的頭部(1)和鍛造成的裙部(6)，頭部與裙部焊接固定成活塞本體，環(huán)槽(9)與燃燒室(2)之間的活塞本體上有冷卻油腔(3)，冷卻油腔通過進出油孔(8)與活塞本體內(nèi)腔相通，環(huán)槽下方的裙部上有環(huán)形槽(7)，環(huán)形槽在長軸方向上與活塞本體內(nèi)腔相通。
所述的頭部(1)與裙部(6)通過燃燒室下方的焊接面(4)、兩相鄰環(huán)槽中間的焊接面(10)焊接在一起，兩相鄰環(huán)槽中間的焊接面高于燃燒室下方的焊接面。這樣，兩相鄰環(huán)槽中間的焊接面位于第一環(huán)槽與第二環(huán)槽之間，此處的活塞本體與環(huán)槽的其他部位相比，厚度較大，便于摩擦焊接的實施。
在頭部毛坯的下側(cè)有用來形成冷卻油腔的上一部分的凹槽，在裙部毛坯的上側(cè)有用來形成冷卻油腔的下一部分的凹槽，頭部、裙部毛坯焊接在一起后，形成完整的冷卻油腔。冷卻油腔通過兩個或三個進出油孔與活塞內(nèi)腔相通。當活塞在發(fā)動機內(nèi)工作時，機油從其中的一個進出油孔進入，在環(huán)形的冷卻油腔內(nèi)震蕩，再從另外的進出油孔流出，帶走活塞本體尤其是燃燒室附近的熱量，降低了活塞本體的工作溫度，保證了活塞及活塞環(huán)的工作可靠性。
環(huán)槽下方的裙部上加工出的環(huán)形槽，在長軸方向上與活塞內(nèi)腔相通，不僅減輕了活塞整體的重量，而且有利于油環(huán)槽部位機油回油，同時增加了裙部柔性，有利于配缸間隙的減小和機油油耗的降低。
如需避讓發(fā)動機機體上安裝的噴油嘴，在活塞裙部下端，可設計一缺口，以防止活塞運動到下止點時與噴油嘴干涉。
頭部、裙部毛坯的材質(zhì)為可鍛造的調(diào)質(zhì)鋼或非調(diào)質(zhì)鋼。在分別對頭部毛坯及裙部毛坯進行熱處理時，調(diào)質(zhì)鋼熱處理規(guī)范為在800-850℃下保溫1-2小時，然后油冷，回火溫度600℃±10℃，保溫1.5-2.5小時；非調(diào)質(zhì)鋼處理規(guī)范為直接空冷至室溫，但應保證在3-4分鐘內(nèi)溫度由約1100℃左右(鍛后)冷卻至500℃。
權(quán)利要求
1.焊接式鍛鋼整體活塞，其特征在于，它有鍛造成的頭部(1)和鍛造成的裙部(6)，頭部與裙部焊接固定成活塞本體，環(huán)槽(9)與燃燒室(2)之間的活塞本體上有冷卻油腔(3)，冷卻油腔通過進出油孔(8)與活塞本體內(nèi)腔相通，環(huán)槽下方的裙部上有環(huán)形槽(7)，環(huán)形槽在長軸方向上與活塞本體內(nèi)腔相通。
2.如權(quán)利要求1所述的焊接式鍛鋼整體活塞，其特征在于，所述的頭部(1)與裙部(6)通過燃燒室下方的焊接面(4)、兩相鄰環(huán)槽中間的焊接面(10)焊接在一起，兩相鄰環(huán)槽中間的焊接面高于燃燒室下方的焊接面。
3.一種焊接式鍛鋼整體活塞的制造方法，其特征在于，所述的制造方法包括下列步驟a、分別鍛造出頭部及裙部毛坯；b、分別對頭部及裙部毛坯進行熱處理。c、分別對頭部毛坯及裙部毛坯進行粗加工，加工出內(nèi)腔、內(nèi)冷油腔及摩擦焊接端面，兩相鄰環(huán)槽中間的焊接面高于燃燒室下方的焊接面；d、將頭部毛坯與裙部毛坯通過摩擦焊接在一起；e、分別加工出活塞的環(huán)形槽(7)、燃燒室(2)、環(huán)槽(9)、銷孔(5)、外圓及進出油孔(8)；f、對活塞表面進行磷化或石墨化處理。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種焊接式鍛鋼整體活塞及其制造方法，制造方法是分別鍛造出頭部及裙部毛坯；分別對頭部及裙部毛坯進行熱處理；分別對頭部毛坯及裙部毛坯進行粗加工，頭部兩相鄰環(huán)槽中間的焊接面高于燃燒室下方的焊接面；將頭部與裙部通過摩擦焊接在一起；分別加工出活塞的環(huán)形槽、燃燒室、環(huán)槽、銷孔、外圓及進出油孔；對活塞表面進行磷化或石墨化處理。由于活塞的頭部與裙部是分別鍛造后焊接在一起的，與整體鍛造的活塞相比工藝性好，由于通過焊接形成封閉冷卻油腔，使活塞整體結(jié)構(gòu)剛度增加，特別是環(huán)槽部位熱態(tài)下變形較小，在活塞裙部上方加工出環(huán)形槽，減輕了活塞本體的重量，有利于油環(huán)槽部位機油回油、配缸間隙的減小和機油油耗的降低。
文檔編號F02F3/16GK1944994SQ200510044840
公開日2007年4月11日 申請日期2005年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月8日
發(fā)明者林風華, 馬學軍, 張國華, 王洪民, 朱俊奎, 王麗霞, 高占雨, 張樹山 申請人:山東濱州渤?；钊煞萦邢薰?