專利名稱：一種中型重載柴油機(jī)用活塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種高性能柴油機(jī)活塞，具體講是一種缸徑為110 120_的中型重載柴油機(jī)用帶薄壁不銹鋼內(nèi)冷油道及耐磨鑲?cè)Φ幕钊?br> 背景技術(shù)：
隨著人們對動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性要求的不斷提要，柴油機(jī)向大功率、大扭矩、低油耗、低噪聲、低排放方向發(fā)展已成為趨勢?；钊鳛椴裼蜋C(jī)的核心零部件之一，在氣缸內(nèi)的工作環(huán)境非常惡劣，其性能的優(yōu)劣直接影響到柴油機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，因此對活塞的要求也越來越苛刻。目前，我國國產(chǎn)活塞產(chǎn)品檔次較低，中高端產(chǎn)品基本依靠進(jìn)口。提升活塞的耐高溫、耐磨和耐蝕等綜合性能，已成為業(yè)界共同面臨的問題。 柴油機(jī)工作過程中活塞頭部溫度較高，活塞頂環(huán)槽磨損過快，從而導(dǎo)致活塞環(huán)密封性能下降，使活塞報(bào)廢。同時(shí)，活塞冷卻問題也未能得到有效解決。目前活塞頭部冷卻方式有內(nèi)腔頂噴油、蛇形管、內(nèi)冷油道等，內(nèi)冷油道較內(nèi)腔頂噴油冷卻有著非常明顯的冷卻效果，相同環(huán)境下采用內(nèi)冷油道的活塞頂面比內(nèi)腔頂噴油冷卻活塞頂面能夠降低10°c，熱量散發(fā)的方式也有較大改變。內(nèi)冷油道國內(nèi)大多采用鹽芯方法，鹽芯的放置、定位困難，稍不小心鹽芯就會(huì)斷裂或出現(xiàn)位置偏差問題；有的采用紫銅管作內(nèi)冷油道，但成本高、生產(chǎn)效率低、腐蝕過程中產(chǎn)生的廢水廢氣污染環(huán)境。
發(fā)明內(nèi)容鑒于上述存在的問題，本實(shí)用新型提供一種帶薄壁不銹鋼內(nèi)冷油道及耐磨鑲?cè)Φ母咝阅芑钊?。這種活塞不僅制造成本較低，而且可顯著提高柴油機(jī)壽命及活塞本身的性能。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是，提供一種具有以下結(jié)構(gòu)的活塞，它包括活塞本體，本體上設(shè)有活塞頭部和活塞裙部，活塞頭部上的活塞頂環(huán)槽內(nèi)鑲嵌耐磨鑲?cè)?，活塞頭部內(nèi)設(shè)置薄壁不銹鋼管以形成內(nèi)冷油道，用三根不銹鋼條作支架，把不銹鋼管與耐磨鑲?cè)附釉谝黄?，形成一個(gè)整體，鑄入活塞頭部。所述耐磨鑲?cè)?，降低了活塞頭部的溫度，提高了活塞強(qiáng)度，同時(shí)由于活塞頂環(huán)槽的溫度大幅度降低，可有效防止活塞環(huán)槽-活塞環(huán)摩擦副的粘著，不但使高負(fù)荷柴油機(jī)活塞第一道氣環(huán)可以采用價(jià)格便宜的矩形環(huán)，而且還改善了各氣環(huán)、油環(huán)的工作條件，從而降低了機(jī)油消耗。高鎳奧氏體鑄鐵鑲?cè)γ?000小時(shí)磨損率只為5 25um，顯著提高了活塞的使用性能和使用壽命。同時(shí)所述活塞頭部設(shè)有一環(huán)狀油道，采用薄壁不銹鋼管作內(nèi)冷油道，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是不銹鋼不易變形，也不像鹽芯一樣在鑄造過程中易發(fā)生斷裂，因此實(shí)施起來更便捷有效。

圖I為本發(fā)明活塞的俯視圖；圖2為本發(fā)明活塞的主視A-A剖面圖；圖3為本發(fā)明活塞的鑲?cè)ζ拭鎴D；[0009]圖4為本發(fā)明活塞的薄壁不銹鋼管截面圖；圖中1、活塞本體2、活塞環(huán)槽3、活塞裙部4、鑲?cè)?、內(nèi)冷油道6、薄壁不銹鋼管
具體實(shí)施方式
如圖I和圖2所示,活塞的直徑為110 120mm,活塞包括活塞本體I，本體上設(shè)有活塞頭部和活塞裙部3，活塞頭部內(nèi)設(shè)置薄壁不銹鋼管6以形成環(huán)狀內(nèi)冷油道5，薄壁不銹鋼管6的頂部距活塞頂 v部20 30mm，薄壁不銹鋼管6的截面呈不規(guī)則橢圓形，活塞頭部上的活塞頂環(huán)槽離活塞的頂面距離為11 13_，活塞頂環(huán)槽內(nèi)鑲嵌楔形奧氏體鑄鐵耐磨鑲?cè)?，耐磨鑲?cè)?上具有環(huán)形楔槽，環(huán)形楔槽的截面呈大致梯形，耐磨鑲?cè)?與薄壁不銹鋼管6焊接形成一個(gè)整體。鑲?cè)Σ牧弦x用與鋁基體合金熱膨脹系數(shù)相近的鎳、鉻成份加入到奧氏體鑄鐵材料中，使鑄鐵鑲?cè)Φ呐蛎浵禂?shù)與活塞本體鋁合金膨脹系數(shù)基本相近，最大限度地降低Al-Fin粘結(jié)層的熱膨脹應(yīng)力，同時(shí)鑲?cè)︿X活塞的鑲鑄過程中伴隨兩種金屬材料的擴(kuò)散反應(yīng)，在鑲?cè)ι闲纬梢欢ê穸鹊暮辖鸹瘮U(kuò)散層，使鑲?cè)εc鋁合金基體之間的結(jié)合區(qū)(簡稱Al-Fe結(jié)合區(qū))具有良好的導(dǎo)熱性和足夠的粘結(jié)強(qiáng)度。奧氏體鑄鐵合金的合金組分及其含量C 2. 0-3. O, Mn :0. 5-1. 5，Ni =14-17, Si
I.0-2. 8，Cu 5. 5-7. 5，Cr :2_3，S : < O. 08，P : < O. I，其余為鐵。耐磨鑲?cè)Φ暮辖鸪煞窒啾扔诂F(xiàn)有的高鎳奧氏體耐磨鑲?cè)Χ裕哂懈玫哪湍バ?、耐熱性和切削加工性能，同時(shí)又能與鋁基體形成良好的冶金結(jié)合。如圖3所示,耐磨鑲?cè)Φ膬?nèi)部基圓直徑Dl為100 105mm,環(huán)形楔槽的頭部基圓直徑D2為110 120mm，耐磨鑲?cè)Φ牡撞炕鶊A直徑D3為112 122mm，環(huán)形楔槽的底部基圓直徑D4為95 105mm,耐磨鑲?cè)Φ母叨菻l為8 IOmm,中間面高度H2為2 3mm,環(huán)形楔槽的大致梯形截面的楔角α = β = 5 10°。內(nèi)冷油道的薄壁不銹鋼管的壁厚取O. 5 I. Omm,管壁太薄易變形，也易被高溫鋁水腐蝕，管壁太厚會(huì)增加活塞重量，對導(dǎo)熱也不利。內(nèi)冷油道的位置以及其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對活塞冷卻效果影響很大，因此需對其進(jìn)行詳盡優(yōu)化。薄壁不銹鋼管6的頂部距活塞頂部20 30mm，鋼管截面呈不規(guī)則橢圓形，如圖4所示，薄壁不銹鋼管的主要截面參數(shù)為a =12 18mm, Rb = 2 6mm, Re = 4 8mm, Rd = 4 8mm, Re = 2 4mm。這樣機(jī)油在內(nèi)冷油道5中運(yùn)動(dòng)時(shí)能夠較好地形成紊流，從而帶走更多熱量。內(nèi)冷油道的薄壁不銹鋼管的內(nèi)徑為75 80mm，將薄壁不銹鋼管合理的布置在燃燒室與環(huán)槽之間，使得活塞頂環(huán)槽、燃燒室候口、燃燒室底部均得到良好的冷卻，同時(shí)能保證活塞結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求。采用以上結(jié)構(gòu)后，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)活塞頂環(huán)槽鑲嵌奧氏體鑄鐵耐磨鑲?cè)?，利用高鎳鑲?cè)^好的耐磨性、較低的膨脹系數(shù)來提高活塞的高溫耐磨、耐蝕性能及密封性能；用薄壁不銹鋼管作內(nèi)冷油道，在活塞頭部形成一環(huán)狀油道，這樣柴油機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于氣缸磨擦和燃燒室爆燃所產(chǎn)生的巨大熱量，就可以通過活塞內(nèi)冷油道中運(yùn)動(dòng)的冷卻和潤滑油液帶走，從而改善熱負(fù)荷造成的活塞性能與活塞環(huán)密封性能下降的問題，減少廢氣泄露，提高活塞使用壽命。
權(quán)利要求1.一種中型重載柴油機(jī)用活塞，它包括活塞本體(1)，本體(I)上設(shè)有活塞頭部和活塞裙部(3)，其特征在于所述活塞頭部上的活塞頂環(huán)槽內(nèi)鑲嵌耐磨鑲?cè)?4)，所述活塞頭部內(nèi)設(shè)置薄壁不銹鋼管(6)以形成內(nèi)冷油道(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的活塞，其特征在于所述活塞的直徑為110 120mm，所述活塞頂環(huán)槽離所述活塞的頂面距離為11 13mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的活塞，其特征在于所述耐磨鑲?cè)?4)選用奧氏體鑄鐵合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的活塞，其特征在于所述耐磨鑲?cè)?4)上具有環(huán)形楔槽，所述環(huán)形楔槽的截面呈大致梯形。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的活塞，其特征在于所述耐磨鑲?cè)?4)的內(nèi)部基圓直徑Dl為100 105mm,所述耐磨鑲?cè)Β鹊牡撞炕鶊A直徑D3為112 122mm,所述耐磨鑲?cè)Β鹊母叨菻l為8 IOmm,中間面的高度H2為2 3_。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的活塞，其特征在于所述環(huán)形楔槽的頭部基圓D2為110 120mm,所述環(huán)形楔槽的底部基圓D4為95 105mm,所述環(huán)形楔槽的大致梯形截面的楔角α = β = 5 10。。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的活塞，其特征在于所述薄壁不銹鋼管(6)的內(nèi)徑為75 80mm,所述薄壁不銹鋼管(6)的壁厚為O. 5 I. Omm,所述薄壁不銹鋼管(6)的頂部距活塞頂部距離為20 30mm。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種缸徑為110～120mm的中型重載柴油機(jī)用活塞，其特征在于活塞頂環(huán)槽鑲嵌奧氏體鑄鐵耐磨鑲?cè)?，不僅能顯著改善了活塞環(huán)槽-活塞環(huán)之間的磨損，防止了活塞環(huán)槽-活塞環(huán)摩擦副的粘著，而且還改善了各氣環(huán)、油環(huán)的工作條件，降低了機(jī)油消耗，而且提高了活塞的使用性能和使用壽命。同時(shí)活塞頭部設(shè)有一環(huán)狀油道，采用薄壁不銹鋼管作內(nèi)冷油道，鑄入活塞頭部，這樣柴油機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于氣缸磨擦和燃燒室爆燃所產(chǎn)生的巨大熱量，就可以通過活塞內(nèi)冷油道中運(yùn)動(dòng)的冷卻和潤滑油液帶走，從而改善熱負(fù)荷造成的活塞性能與活塞環(huán)密封性能下降的問題，減少廢氣泄露，提高活塞使用壽命。
文檔編號F02F3/22GK202493352SQ20112055935
公開日2012年10月17日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者唐俊林, 尹必峰, 徐艷, 李娟 , 章高偉, 金梅, 顧榮偉 申請人:安徽省恒泰動(dòng)力科技有限公司, 江蘇大學(xué)