一種增強(qiáng)銷孔的內(nèi)燃機(jī)鋁活塞的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 一種增強(qiáng)銷孔的內(nèi)燃機(jī)侶活塞，屬于發(fā)動(dòng)機(jī)活塞技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前配套于載重汽車、工程機(jī)械、船舶等的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)都在不斷向大功率、高負(fù)荷 方向發(fā)展；配套于轎車、SUV等乘用車的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)也在不斷向大功率、高轉(zhuǎn)速的方向發(fā) 展。發(fā)動(dòng)機(jī)的強(qiáng)化程度及爆發(fā)壓力不斷提高，排放要求也越來越嚴(yán)格，運(yùn)就對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)中的關(guān) 鍵運(yùn)動(dòng)部件一-活塞提出了更高的要求?；钊鳛榘l(fā)動(dòng)機(jī)的屯、臟，在工作過程中承受著高 溫燃?xì)獾闹芷谛约訜岷徒蛔兊母邏狠d荷，其工作環(huán)境十分惡劣。
[0003] 活塞銷孔上側(cè)面的銷座部位是活塞承受載荷的主要部位，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)的 提高，傳統(tǒng)的鑄造侶活塞銷孔已經(jīng)很難承受更高的壓力和高溫負(fù)荷，經(jīng)常在使用中出現(xiàn)銷 孔疲勞開裂、異常磨損、或活塞銷抱死等故障現(xiàn)象，直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，嚴(yán)重的甚至 導(dǎo)致機(jī)體的破壞。
[0004] 針對(duì)上述情況，活塞銷孔之后又出現(xiàn)了鑲銅襯套的設(shè)計(jì)，對(duì)解決上述問題起到了 作用。但是，銷孔鑲的銅襯套本身與活塞本體是分離的兩部分，是通過過盈配合將銅襯套安 裝到活塞侶銷孔內(nèi)的，在發(fā)動(dòng)機(jī)工作中由于活塞高溫膨脹變形W及活塞銷與襯套間的相互 作用力，存在銅襯套脫落的風(fēng)險(xiǎn)，可靠性不是很高。 【實(shí)用新型內(nèi)容】 陽〇化]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高溫疲勞強(qiáng)度 高、線膨脹系數(shù)小的增強(qiáng)銷孔的內(nèi)燃機(jī)侶活塞。
[0006] 本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：該增強(qiáng)銷孔的內(nèi)燃機(jī)侶活塞， 包括活塞本體，活塞本體下部設(shè)有活塞銷座，所述的活塞銷座上預(yù)留的活塞銷孔內(nèi)鑲鑄有 一個(gè)與活塞本體一體的陶瓷纖維增強(qiáng)環(huán)，陶瓷纖維增強(qiáng)環(huán)的活塞止口側(cè)設(shè)有定位平面。
[0007] 本實(shí)用新型在內(nèi)燃機(jī)侶活塞的活塞銷孔內(nèi)鑲鑄有一個(gè)陶瓷纖維增強(qiáng)環(huán)，由陶瓷纖 維套加壓浸入高溫液態(tài)侶合金制成，液態(tài)侶合金為活塞本體的誘鑄液態(tài)侶合金，使陶瓷纖 維增強(qiáng)環(huán)與活塞本體成為一體，解決傳統(tǒng)增強(qiáng)襯套脫落的問題。運(yùn)種新型結(jié)構(gòu)活塞具有應(yīng) 用范圍廣的特點(diǎn)，既可應(yīng)用于大功率、高負(fù)荷的工程機(jī)械、車用、船用等柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，也可W 用于功率高、爆壓大、轉(zhuǎn)速高的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。 陽00引所述的陶瓷纖維增強(qiáng)環(huán)的環(huán)壁厚度為1 mm ~15mm。
[0009] 所述的活塞本體內(nèi)部開有環(huán)形的冷卻油道，活塞本體的頂面上開有燃燒室，活塞 本體外表面上開有多道活塞環(huán)槽。
[0010] 所述的定位平面到活塞銷孔中屯、線的距離以陶瓷纖維增強(qiáng)環(huán)的外圓半徑尺寸 RT，0 < L < RT。L的具體尺寸可根據(jù)活塞的實(shí)際需求做相應(yīng)的調(diào)整。
[0011] 所述的活塞本體的材質(zhì)為鑄造侶合金。
[0012] 本實(shí)用新型的方法中在侶活塞的鑄造過程中可W采用壓力鑄造工藝，使液態(tài)侶合 金浸入到陶瓷纖維套預(yù)制件中，浸入液態(tài)侶合金后的陶瓷纖維套預(yù)制件冷卻后在活塞本體 內(nèi)得到與活塞本體一體的侶基陶瓷纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的陶瓷纖維增強(qiáng)環(huán)。運(yùn)種增強(qiáng)環(huán)的密 度小，質(zhì)量輕，不會(huì)脫落，與活塞本體熱伸縮比一致，起到提高活塞銷孔熱疲勞強(qiáng)度，提高銷 孔耐磨耐高溫性能等作用。用陶瓷纖維復(fù)合材料增強(qiáng)的活塞銷孔相對(duì)于普通侶銷孔，高溫 疲勞強(qiáng)度可提高209?Κ30%，線膨脹系數(shù)可降低20%，耐磨性可達(dá)到普通侶銷孔的2倍；與銷孔 鑲銅襯套的活塞方案對(duì)比，本實(shí)用新型方案可解決襯套脫落的問題，而且生產(chǎn)成本降低。運(yùn) 種新型的活塞銷孔結(jié)構(gòu)可W同時(shí)應(yīng)用于柴油機(jī)或汽油機(jī)等鑄造侶活塞上，應(yīng)用范圍非常廣 泛。本實(shí)用新型有效提高了活塞銷孔的性能。
[0013] 所述的壓力鑄造工藝采用惰性氣體壓力鑄造的工藝方式。惰性氣體壓力鑄造，防 止液態(tài)侶合金浸入過程中液態(tài)侶合金被部分氧化，影響陶瓷纖維增強(qiáng)環(huán)的強(qiáng)度。
[0014] 所述的壓力鑄造工藝的具體制備步驟為：
[0015] 1)根據(jù)活塞銷座、活塞銷孔的形狀尺寸及強(qiáng)度要求制造加工陶瓷纖維套預(yù)制件， 陶瓷纖維套預(yù)制件內(nèi)圓留出活塞銷孔及卡黃槽的機(jī)械加工余量，同時(shí)在陶瓷纖維套預(yù)制件 的活塞止口側(cè)做出定位平面；
[0016] 2)將預(yù)熱到820°C~920°C的陶瓷纖維套預(yù)制件安裝在活塞本體誘鑄的模具內(nèi)，向 模具內(nèi)誘注730°C~820°C的液態(tài)侶合金，誘注完成后，通過銳誘冒口加壓4bar~6bar壓力的 惰性氣體，使液態(tài)侶合金浸入陶瓷纖維套預(yù)制件中與其陶瓷纖維材料結(jié)合，冷卻出模后形 成具有侶基陶瓷纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的陶瓷纖維增強(qiáng)環(huán)的活塞毛巧；
[0017] 3)活塞毛巧銳誘冒口，經(jīng)后處理即得。
[0018] 在壓力鑄造工藝中，最重要的是上述步驟2)的誘鑄步驟，在誘鑄前先將陶瓷纖維 套預(yù)制件預(yù)熱到利于液態(tài)侶合金浸入的溫度，然后通過液態(tài)侶合金溫度控制液態(tài)侶合金的 流動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)通過壓力控制，保證在冷卻前，能夠浸入到陶瓷纖維套預(yù)制件中適量的液態(tài) 侶合金，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)環(huán)的最大熱疲勞強(qiáng)度。
[0019] 所述的惰性氣體為氮?dú)饣驓鈿狻?br>[0020] 所述的陶瓷纖維套預(yù)制件為娃酸侶保溫棉作原料，用真空成型工藝制成。陶瓷纖 維套預(yù)制件可W采用市售的陶瓷纖維套，削切出定位平面即可，擁有優(yōu)越耐高溫性能和剛 性，并有合適的自支撐強(qiáng)度，適合壓力鑄造工藝時(shí)液態(tài)侶合金誘鑄形成的壓強(qiáng)。
[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的一種增強(qiáng)銷孔的內(nèi)燃機(jī)侶活塞所具有的有益效果 是：本實(shí)用新型所設(shè)及的銷孔部位用陶瓷纖維復(fù)合材料增強(qiáng)的新型結(jié)構(gòu)內(nèi)燃機(jī)侶活塞，用 陶瓷纖維復(fù)合材料增強(qiáng)的活塞銷孔相對(duì)于普通侶銷孔，高溫疲勞強(qiáng)度可提高209?Κ30%，線膨 脹系數(shù)可降低20%，耐磨性可達(dá)到普通侶銷孔的兩倍；相對(duì)于普通侶活塞具有銷孔熱疲勞 強(qiáng)度高的特點(diǎn)，可W有效防止活塞銷孔的疲勞開裂；活塞銷孔耐磨性好且耐高溫，可W防止 活塞銷孔的異常磨損。與銷孔鑲銅質(zhì)襯套的活塞相比，本實(shí)用新型活塞銷孔周圍形成的侶 基陶瓷纖維增強(qiáng)復(fù)合材料與活塞本體結(jié)合成為一體，可W解決襯套脫落的問題。該方案制 造工藝簡(jiǎn)便，生產(chǎn)成本低，完全可W替代原銷孔鑲銅襯套的活塞設(shè)計(jì)。符合當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā) 展方向，前景十分廣闊。
【附圖說明】
[0022] 圖1是本實(shí)用新型的一種增強(qiáng)銷孔的內(nèi)燃機(jī)侶活塞的長軸剖面圖。
[0023] 圖2是本實(shí)用新型的一種增強(qiáng)銷孔的內(nèi)燃機(jī)侶活塞的短軸剖面圖。
[0024] 其中：1、活塞銷座 2、活塞銷孔 3、陶瓷纖維增強(qiáng)環(huán) 4、定位平面 5、冷卻油 道。
【具體實(shí)施方式】
[00巧]圖1、2是本實(shí)用新型的最佳實(shí)施例，下面結(jié)合附圖1、2對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說 明。
[00%] 參照附圖1、2 :本實(shí)用新型的一種增強(qiáng)銷孔的內(nèi)燃機(jī)侶活塞，包括活塞本體，活塞 本體下部設(shè)有活塞銷座1，活塞銷座1上預(yù)留的活塞銷孔2內(nèi)鑲鑄有一個(gè)與活塞本體一體 的陶瓷纖維增強(qiáng)環(huán)3,陶瓷纖維增強(qiáng)環(huán)3的活塞止口側(cè)設(shè)有定位平面4,陶瓷纖維增強(qiáng)環(huán)的 外圓半徑尺寸RT，活塞銷座1的半徑尺寸RZ，活塞銷孔2的半徑尺寸服，服< RT < RZ，其 中RZ比服大1 mm ~15mm，即陶瓷纖維增強(qiáng)環(huán)3的環(huán)壁厚度在1 mm ~15mm ;活塞本體內(nèi)部 開有環(huán)形的冷卻油道5,活塞本體的頂面上開有燃燒室，活塞本體外表面上開有多道活塞環(huán) 槽；定位平面4到活塞銷孔2中屯、線的距離以陶瓷纖維增強(qiáng)環(huán)