專利名稱：一種小型風(fēng)冷柴油機活塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及中小型發(fā)動機活塞制造領(lǐng)域，具體講是ー種鑲有防脹鋼片的小型風(fēng)冷柴油機活塞。
背景技術(shù)：
目前中小型發(fā)動機活塞多采用鋁合金材質(zhì)，雖然可有效降低活塞質(zhì)量，滿足活塞緊湊化和輕質(zhì)化的發(fā)展趨勢，然而其最大的缺點就是線膨脹系數(shù)大。由熱變形導(dǎo)致的最直接的危害就是造成活塞脹缸、拉缸，并增加缸體與活塞的磨損，導(dǎo)致缸體與活塞配合間隙增大，使活塞環(huán)密封性能下降，從而對發(fā)動機的動カ性能和排放性能都將產(chǎn)生負面影響，并降低發(fā)動機的使用壽命。針對這些問題，人們?yōu)榱私档弯X合金活塞的熱變形，一般采用改變活塞裙部型線的方法，在保證活塞質(zhì)量不變的前提下，一般采用中凸橢圓型線，増加活塞與缸 套的接觸面積，減少熱應(yīng)力，一方面對活塞運動進行導(dǎo)向作用，同時在熱膨脹時使活塞熱變形分布均勻，保證活塞運動平穩(wěn)，同時有利于形成均勻的潤滑油膜，從而降低發(fā)動機的摩擦功耗。然而不同活塞對裙部型線的要求不一致，需要分機型單獨開發(fā)型線，而且型線的設(shè)計同時會帶來短軸方向的密封性能降低，造成竄機油等影響；另一方面由于型線設(shè)計不是簡單規(guī)則的曲線，在加工過程中利用簡單的機床加工難度較大，而且精度往往達不到要求，增大了活塞的加工難度，同時制造成本也増加，所以該技術(shù)尚不能成為指導(dǎo)生產(chǎn)實踐的行之有效的方法。
發(fā)明內(nèi)容由于活塞裙部不僅起到活塞運動的導(dǎo)向作用，承受運動過程中產(chǎn)生的側(cè)推力，而且還起到傳熱等作用，若活塞裙部變形量過大，將導(dǎo)致配缸間隙増加，從而導(dǎo)致密封性能降低和磨損加劇等一系列影響。而目前使用較多的利用改變?nèi)共啃途€的方法，由于其加工難度大和制造成本高等問題，尚不能成為能夠指導(dǎo)生產(chǎn)實踐的有效方法。為解決上述問題，本實用新型提供了ー種簡單高效、經(jīng)濟可行的方法降低發(fā)動機活塞熱變形。本實用新型的技術(shù)方案是提供ー種小型風(fēng)冷柴油機用活塞，活塞包括活塞頭部、環(huán)槽、裙部、兩個防脹鋼片、兩個銷孔座和止推槽，防脹鋼片圍繞銷孔座的上半部分并對稱鑲鑄于銷孔座上，防脹鋼片上具有鋼片環(huán)帶和兩個鋼片定位小孔。在活塞鑄造過程中，活塞裙部鑲鑄兩個圍繞銷孔座上半部分的鍍鎳鋼片，由于鋼片的線膨脹系數(shù)約為鑄鋁合金的十分之一，在活塞澆鑄過程中，鋁合金凝固后期，鋼片與鋁合金的溫度相同，進ー步凝固冷卻時，由于鋼片與鋁合金線膨脹系數(shù)不同，合金的收縮量比鋼片大得多，鋼片周圍的鋁合金向鋼片收縮形成的收縮應(yīng)力，發(fā)動機工作時，活塞受熱膨脹必須先克服這種收縮應(yīng)力，并且這種牽制作用隨缸內(nèi)溫度的提高而増大。通過設(shè)計防脹鋼片的形貌尺寸和厚度，以及鋼片與活塞銷孔座的安裝配合尺寸，從而實現(xiàn)降低活塞裙部的熱變形量的目的，防止活塞出現(xiàn)卡死等不良情況。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型利用鑲鑄防脹鋼片，達到了原有的加工復(fù)雜裙部型線的功效，有效降低了活塞裙部的熱變形量，使發(fā)動機在高熱負荷工作環(huán)境下，仍能保持合適的配缸間隙和良好的密封性能，同時有效降低了活塞的加工難度和制造成本。

圖I是ー種鑲 有防脹鋼片的小型風(fēng)冷柴油機活塞的示意圖圖2是圖I中ー種小型風(fēng)冷柴油機活塞A-A剖視圖圖3是防脹鋼片4的主視圖圖4是圖3中防脹鋼片4的B-B剖視圖其中I為活塞頭部，2為環(huán)槽，3為裙部，4為防脹鋼片，5為銷孔座，6為止推槽，7為鋼片定位小孔，8為鋼片環(huán)帶，9為鋼片掛耳。
具體實施方式
如圖I所示，本實用新型涉及ー種鑲有防脹鋼片的小型風(fēng)冷柴油機活塞，包括活塞頭部I、環(huán)槽2、活塞裙部3、防脹鋼片4、銷孔座5和止推槽6 (如圖2)。其中活塞直徑為65 80mm，銷孔座的內(nèi)圓半徑Rx為19 20mm，銷孔座與活塞中心有0. 7 Imm的偏心量，為實現(xiàn)活塞輕質(zhì)化，活塞材料采用共晶硅鋁合金。由于活塞工作吋，活塞裙部的熱變形量直接影響活塞的配缸間隙，并影響活塞密封性能及排放性能的優(yōu)劣，為降低該區(qū)域的熱變形，在活塞頭部I的內(nèi)部安裝有防脹鋼片4。如圖3和圖4所示，防脹鋼片4為包圍銷孔座5上半部分型式，防脹鋼片4包括定位小孔7、鋼片環(huán)帶8及鋼片掛耳9，其中鋼片環(huán)帶8的內(nèi)圓半徑R2為(I. 2 I. 3) *Rx，鋼片環(huán)帶8外圓半徑Rl為(I. 6 I. 7) *Rx，防脹鋼片4厚度W為I. 3 I. 6mm，通過防脹鋼片4上的兩個定位小孔7實現(xiàn)鑄造定位，使防脹鋼片4在鑄造過程中與活塞一起成型，兩定位小孔7的中心距離L為(I. 6 2)*Rx，鋼片掛耳9在周向上到活塞裙部導(dǎo)向部位為止。防脹鋼片4采用鍍鎳的低碳合金鋼，降低了鑄造過程中的廢品率。如圖2所示，防脹鋼片4與銷孔座5位置相近，鋼片環(huán)帶8與銷孔座5內(nèi)圓間距h為2 3mm，防脹鋼片4在垂直銷孔方向與止推槽6保持0. 5 Imm的間距d，兩個防脹鋼片采用對稱分布形式，在降低活塞頭部I熱變形程度的同時，也改善了活塞銷孔座5的熱變形。在鋳造冷卻時，由于鋼片的熱膨脹系數(shù)遠低于鑄鋁合金，因此在活塞中防脹鋼片4周圍形成的收縮應(yīng)力，當(dāng)活塞工作受熱時，需要首先克服這ー收縮應(yīng)カ才能產(chǎn)生熱變形，并且這種收縮應(yīng)カ會隨著活塞工作溫度的升高而增強。采用上述發(fā)明技術(shù)對小型風(fēng)冷柴油機用活塞進行改進，達到了原有的加工復(fù)雜裙部型線的功效，活塞裙部熱變形量明顯降低，活塞的密封性能和排放性能也都得到了有效改善。
權(quán)利要求1.ー種小型風(fēng)冷柴油機用活塞，其特征是所述活塞包括活塞頭部(I)、環(huán)槽(2)、裙部(3)、兩個防脹鋼片(4)、兩個銷孔座(5)和止推槽(6)，其中所述防脹鋼片⑷安裝在活塞頭部(I)的內(nèi)部，而且所述防脹鋼片(4)圍繞所述銷孔座(5)的上半部分并對稱鑲鑄于所述銷孔座(5)上，所述防脹鋼片(4)上具有兩個鋼片定位小孔(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小型風(fēng)冷柴油機用活塞，其特征是在垂直所述銷孔座(5)的方向上所述防脹鋼片⑷與所述止推槽(6)之間的間距d為0. 5 1mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小型風(fēng)冷柴油機用活塞，其特征是所述防脹鋼片(4)還具有鋼片環(huán)帶(8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的小型風(fēng)冷柴油機用活塞，其特征是所述鋼片環(huán)帶(8)的內(nèi)圓與所述銷孔座(5)的內(nèi)圓之間的間距h為2 3mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的小型風(fēng)冷柴油機用活塞，其特征是所述銷孔座(5)的內(nèi)圓半徑Rx為19 20mm，所述鋼片環(huán)帶(8)的內(nèi)圓半徑R2是所述銷孔座(5)的內(nèi)圓半徑Rx的I. 2 I. 3倍，所述鋼片環(huán)帶(8)的外圓半徑Rl是所述銷孔座(5)的內(nèi)圓半徑Rx的I. 6 I. 7倍，所述兩個定位小孔(7)之間的中心間距L是所述銷孔座(5)的內(nèi)圓半徑Rx的I. 6 2倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小型風(fēng)冷柴油機用活塞，其特征是所述防脹鋼片(4)的厚度 W 為 I. 3 I. 6mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小型風(fēng)冷柴油機用活塞，其特征是所述活塞的直徑為65 80mm，所述銷孔座與所述活塞的中心有0. 7 Imm的偏心量。
專利摘要本實用新型涉及一種鑲有防脹鋼片的小型風(fēng)冷柴油機用活塞，活塞包括活塞頭部、環(huán)槽、裙部、防脹鋼片和銷孔座。為實現(xiàn)活塞輕質(zhì)化，采用共晶硅鋁合金。防脹鋼片采用圍繞銷孔座上半部分的型式，在鑄造過程中直接鑄于活塞頭部，利用鋼片線膨脹系數(shù)低的優(yōu)點，在鑄造冷卻過程中，活塞中將形成收縮應(yīng)力，活塞在發(fā)生熱變形之前需要克服這一收縮應(yīng)力，因此可以有效降低活塞的熱變形。防脹鋼片的結(jié)構(gòu)尺寸和安裝尺寸使得活塞頭部和裙部的熱變形都得到顯著改善，密封性能也得到提升，降低了活塞的磨損，使發(fā)動機的動力性能、燃油經(jīng)濟性能和排放性能都得到了有效改善。
文檔編號F02F3/02GK202391586SQ201120559369
公開日2012年8月22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)明者章高偉, 顧榮偉 申請人:安徽省恒泰動力科技有限公司