一種雙焊縫焊接式整體鍛鋼活塞的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種雙焊縫焊接式整體鍛鋼活塞。
【背景技術(shù)】
[0002]活塞是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的“心臟”，承受交變的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷，是發(fā)動(dòng)機(jī)中工作條件最惡劣的關(guān)鍵零部件之一。活塞的功用是承受氣體壓力，并通過(guò)活塞銷軸傳給連桿驅(qū)使曲軸旋轉(zhuǎn)，活塞的失效會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)失去動(dòng)力，甚至導(dǎo)致整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)廢。
[0003]近十幾年來(lái)，發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、制造技術(shù)得以迅速提高，特別是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)都在向大功率、高負(fù)荷方向發(fā)展，強(qiáng)化程度不斷提高，爆發(fā)力已經(jīng)超過(guò)20MPa，同時(shí)排放要求越來(lái)越嚴(yán)格，原鋁制活塞雖然有重量輕的優(yōu)點(diǎn)，但是鋁合金材料只能在350°C下穩(wěn)定工作，雖然采取了多種強(qiáng)化措施，如:第一環(huán)槽鑲高鎳奧氏體環(huán)座、第一環(huán)槽進(jìn)行激光淬火，以提高環(huán)槽抗磨損能力，燃燒室喉口鑲陶瓷復(fù)合材料、燃燒室喉口進(jìn)行激光重熔細(xì)化。以提高燃燒室抗裂能力，但鋁活塞仍然難以滿足歐IV、歐V標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)動(dòng)機(jī)要求。所以鋁材質(zhì)已逐漸不能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)高功率、高強(qiáng)度、的排放的要求。為此國(guó)內(nèi)外活塞設(shè)計(jì)制造商致力于設(shè)計(jì)開發(fā)既具有高可靠性又能滿足經(jīng)濟(jì)型及排放要求的新型活塞，如液態(tài)模鍛陶瓷纖維結(jié)構(gòu)活塞、鋼頂鋁裙結(jié)構(gòu)的擺體式鉸接活塞、鑄鐵活塞等，以上結(jié)構(gòu)都存在一定的缺點(diǎn)，如液態(tài)模鍛陶纖維結(jié)構(gòu)鋁活塞對(duì)毛坯成型工藝要求高，特別是陶瓷纖維結(jié)構(gòu)，必須在高壓下才能成型；擺體式鉸接結(jié)構(gòu)活塞其活塞頭與活塞裙分開加工制造，活塞裙由于壁厚差太大，鑄造廢品率較高，增加了成本，并且難以形成封閉的油腔，活塞冷卻效果較差，同時(shí)因?yàn)樾枰L(zhǎng)的活塞銷進(jìn)行連接，總體重量也有所增加，鑄鐵活塞在制造過(guò)程中對(duì)環(huán)境造成污染，內(nèi)冷油腔結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)，活塞的重量難以控制。所以現(xiàn)在很多公司都在選用鋼鐵材料替代鋁合金材料，特別是鍛鋼活塞材料的開發(fā)代表了當(dāng)前活塞發(fā)展的方向，現(xiàn)在歐美很多國(guó)家的大中型卡車發(fā)動(dòng)機(jī)都用鋼活塞代替了鋁活塞。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)采用將鍛造成的活塞頭部和鍛造成的活塞裙部通過(guò)摩擦焊焊接在一起的方式制造活塞，這種制造方式導(dǎo)致封閉油腔內(nèi)側(cè)的焊縫不能清理，在冷卻機(jī)油震蕩中會(huì)有硬質(zhì)顆粒脫落，增加了造成發(fā)動(dòng)機(jī)拉缸的風(fēng)險(xiǎn)。另外，在對(duì)活塞頭部和活塞裙部進(jìn)行摩擦焊接時(shí)對(duì)焊機(jī)及焊接參數(shù)要求很高，調(diào)整不當(dāng)很容易出現(xiàn)焊接缺陷，進(jìn)而導(dǎo)致使用過(guò)程中活塞頭部和活塞裙部分離，造成發(fā)動(dòng)機(jī)損壞甚至整臺(tái)機(jī)車的報(bào)廢。據(jù)了解國(guó)內(nèi)某種摩擦焊活塞出現(xiàn)過(guò)多次焊接部位開裂，造成了很大的損失，此外，摩擦焊需要消耗很大的電量，浪費(fèi)能源。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型提供了一種雙焊縫焊接式整體鍛鋼活塞，它結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，活塞頭部設(shè)置在活塞裙部頂部的凹腔內(nèi)且焊接在一起，活塞頭部與活塞裙部連接牢固，不會(huì)出現(xiàn)“脫頂”現(xiàn)象，并且焊縫在冷卻油腔外側(cè)，容易清理，避免了焊縫的硬質(zhì)顆粒脫落從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)拉缸，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。
[0006]本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:它包括由鍛鋼制成的活塞頭部和活塞裙部，活塞頭部為環(huán)體，環(huán)體一端面的直徑大、另一端面的直徑小，在活塞裙部的頂部設(shè)有一與活塞頭部相配合的凹腔，活塞頭部位于凹腔內(nèi)，活塞頭部直徑大的端面的外圓部分與凹腔上部的內(nèi)壁焊接，在活塞頭部直徑大的端面的外圓部分的頂面形成第一單面焊縫，活塞頭部直徑小的端面的內(nèi)圓部分與設(shè)在凹腔底部的凸臺(tái)的外壁焊接，在活塞頭部直徑小的端面的內(nèi)圓部分的頂面形成第二單面焊縫，活塞頭部外圓部分與凹腔的內(nèi)壁及底部形成封閉的冷卻油腔，在冷卻油腔的底部設(shè)有進(jìn)油口和出油口，在活塞裙部上部的圓周壁上從上往下依次設(shè)有氣環(huán)槽和油環(huán)槽，在活塞裙部下部設(shè)有銷座。
[0007]所述活塞頭部直徑大的端面的外圓部分與凹腔上部的內(nèi)壁之間形成間隙配合，所述活塞頭部直徑小的端面的內(nèi)圓部分與設(shè)在凹腔底部的凸臺(tái)的外壁之間形成間隙配合。
[0008]所述活塞裙部下部的外壁與銷座的外壁構(gòu)成橢圓形，橢圓形的短軸方向與銷座上的銷孔方向一致。
[0009]在油環(huán)槽下方的活塞裙部圓周壁上設(shè)有一環(huán)形槽，環(huán)形槽與油環(huán)槽之間形成一橢圓形環(huán)帶，橢圓形環(huán)帶的長(zhǎng)軸方向與銷座上的銷孔方向一致。
[0010]在橢圓形環(huán)帶上設(shè)有連通油環(huán)槽與環(huán)形槽的回油孔。
[0011]活塞裙部下部的外壁與銷座的外壁構(gòu)成橢圓形在其長(zhǎng)軸方向與環(huán)形槽相連通。
[0012]所述回油孔設(shè)置在靠近由活塞裙部下部的外壁與銷座的外壁構(gòu)成橢圓形的短軸方向的位置。
[0013]在活塞裙部上部的圓周壁上從上往下依次設(shè)有兩個(gè)氣環(huán)槽和一個(gè)油環(huán)槽。
[0014]活塞頭部的內(nèi)圓部分及凹腔底部的凸臺(tái)構(gòu)成燃燒室的凹坑。
[0015]本實(shí)用新型采用上述方案，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0016]1、活塞頭部設(shè)置在活塞裙部頂部的凹腔內(nèi)，并且通過(guò)第一單面焊縫和第二單面焊縫焊接在一起，活塞頭部與活塞裙部連接更加牢固；由于在工作時(shí)活塞頭部只承受壓應(yīng)力，因此對(duì)焊接的要求不是很高，用普通焊接(如氬弧焊、激光焊等)就能夠達(dá)到要求，簡(jiǎn)化了焊接工藝，降低了成本。
[0017]2、第一單面焊縫和第二單面焊縫在冷卻油腔外側(cè)，容易清理，不會(huì)在冷卻油腔內(nèi)形成焊縫，發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中冷卻油腔內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)硬質(zhì)顆粒，降低了拉缸的幾率。
[0018]3、活塞在缸體中工作時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，如果此時(shí)正好處于做工沖程，飛輪在慣性作用下帶動(dòng)活塞桿拉動(dòng)活塞裙部向下運(yùn)動(dòng)，活塞氣環(huán)和油環(huán)對(duì)氣環(huán)槽和油環(huán)槽上側(cè)面形成很大的拉力，可能會(huì)出現(xiàn)“脫頂”(活塞頭部與活塞裙部分離)現(xiàn)象，造成發(fā)動(dòng)機(jī)損壞。本實(shí)用新型將氣環(huán)槽、油環(huán)槽設(shè)置在活塞裙部，降低了上述現(xiàn)象發(fā)生的幾率。
[0019]4、活塞頭部直徑大的端面的外圓部分與凹腔上部的內(nèi)壁之間形成間隙配合，活塞頭部直徑小的端面的內(nèi)圓部分與設(shè)在凹腔底部的凸臺(tái)的外壁之間形成間隙配合。即活塞頭部與活塞裙部的焊接部位采用間隙配合，降低了加工難度和裝配難度。間隙在0.1-0.15mm范圍之內(nèi)。
[0020]5、活塞裙部下部的外壁與銷座的外壁構(gòu)成橢圓形，橢圓形的短軸方向與銷座上的銷孔方向一致。由于活塞銷孔處的金屬較多，這種設(shè)計(jì)能夠?qū)⒒钊ぷ鲿r(shí)由熱膨脹等因素產(chǎn)生的變形沿銷孔方向擴(kuò)展，使得活塞裙部橫截面變成近似圓形，從而在活塞工作時(shí)可以獲得更寬、更均勻的承載面，同時(shí)還使得活塞裙部與汽缸壁更好的貼合，減小了配缸氣隙，有利于降低活塞裙部比壓，減小活塞對(duì)汽缸壁的沖擊，降低發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的噪聲。
[0021]6、在油環(huán)槽下方的活塞裙部圓周壁上設(shè)有一環(huán)形槽，環(huán)形槽與油環(huán)槽之間形成一橢圓形環(huán)帶，橢圓形環(huán)帶的長(zhǎng)軸方向與銷座上的銷孔方向一致。即活塞裙部下部的外壁與銷座的外壁構(gòu)成橢圓形與橢圓形環(huán)帶相垂直。由于在銷孔方向的活塞裙部沒(méi)有導(dǎo)向，活塞的頭部直徑比活塞裙部小的多，這種設(shè)計(jì)使得此處的直徑(即銷孔方向的活塞裙部的直徑)接近于活塞裙部長(zhǎng)軸方向的尺寸，從而增加活塞短軸方向的導(dǎo)向性，防止活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)敲缸的現(xiàn)象。
[0022]7、在橢圓形環(huán)帶上設(shè)有連通油環(huán)槽與環(huán)形槽的回油孔。通過(guò)回油孔使油環(huán)槽與環(huán)形槽貫通，不僅減輕了重量，增加了活塞裙部的柔性，而且有利于油環(huán)槽部位的機(jī)油回油，特別是油環(huán)槽底部的機(jī)油，通過(guò)回油孔直接回流到環(huán)形槽中，防止由于機(jī)油壓力高導(dǎo)致機(jī)油上竄，有利于降低機(jī)油損耗，減少了發(fā)動(dòng)機(jī)的有害排放。
[0023]8、活塞裙部下部的外壁與銷座的外壁構(gòu)成橢圓形在其長(zhǎng)軸方向與環(huán)形槽相連通。這種設(shè)計(jì)一是可以減輕活塞的重量，減少發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的慣性力對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)造成的破壞；二是減少活塞頭部對(duì)活塞裙部的熱傳遞，降低活塞裙部熱疲勞失效的幾率。
[0024]9、回油孔設(shè)置在靠近由活塞裙部下部的外壁與銷座的外壁構(gòu)成橢圓形的短軸方向的位置，以便于加工。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本實(shí)用新型的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2為圖1的側(cè)面剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖3為圖1的仰視圖。
[0028]圖4為本實(shí)用新型的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖中，1、活塞頭部，2、活塞裙部，3、第一單面焊縫，4、凸臺(tái)，5、第二單面焊縫，6、冷卻油腔，7、進(jìn)油口，8、出油口，9、氣環(huán)槽，10、油環(huán)槽，11、銷座，12、環(huán)形槽，13、橢圓形環(huán)帶，14、回油孔，15、銷孔，16、凹坑。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為能清楚說(shuō)明本方案的技術(shù)特點(diǎn)，下面通過(guò)【具體實(shí)施方式】，并結(jié)合其附圖，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行