CN103624216A - 活塞内冷油腔盐芯预制件的制造方法 - Google Patents

活塞内冷油腔盐芯预制件的制造方法 Download PDF

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Abstract

一种活塞内冷油腔盐芯预制件的制造方法，其特征在于包括如下步骤：①铜管灌盐；②压制变形；③弯制成形；④焊接成形；⑤灌入熔盐；⑥烘干；⑦烘干后，将坯件去除表面氧化皮，获得预制件成品。与现有技术相比，本发明的优点在于：克服了常规可溶盐芯的强度和表面质量不能满足挤压铸造工艺压强的缺点，采用本发明制造的高强度活塞内冷油腔盐芯预制件完全能够挤压铸造100MPa-150MPa的压强，挤压铸造形成的活塞内冷油腔表面光滑。

Description

活塞内冷油腔盐芯预制件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种活塞内冷油腔盐芯预制件的制备方法。属于材料加工技术领域。
背景技术
绝大部分大功率高速柴油机采用整体铸造铝活塞，为了提高活塞的使用性能，兼顾活塞的强度、重量、耐磨、承载、高温性能和成本，通常在活塞的第一环槽部位镶铸高镍铸铁镶圈，在顶部厚大部位普通采用可溶盐芯技术制造冷却油腔对活塞进行冷却。目前，国内外大功率发动机活塞仍以传统的重力铸造工艺为主，活塞顶部的内冷油腔一般采用可溶盐芯成形。
挤压铸造成型法是将处于液态或半固态的熔体在压力作用下充满铸型、凝固和结晶的铸造工艺方法。其特点是在零件成型和凝固过程中，铸型加压部分或冲头处于可移动状态，使零件在压力下结晶并产生一定的变形，获得细小致密的组织和较高的力学性能。
纤维增强铝基复合材料活塞采用挤压铸造工艺制造，组织致密，材料性能接近锻造水平。活塞第一环槽采用铝基复合材料替代高镍铸铁，活塞总体重量减轻，耐磨性与高镍铸铁相当，与铝合金基体结合强度提高五倍以上；成型工艺采用先进的挤压铸造工艺替代传统重力铸造工艺，活塞的高温性能、耐热疲劳性能和热稳定性指标均优于金属型重力铸造活塞，活塞的使用可靠性得到了提高。
由于常规可溶盐芯强度和表面质量难以承受挤压铸造工艺压力，用可溶盐芯法挤压铸造活塞的冷却油道不能满足要求。势必需要技术人员开发一种新型的预制件制造方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种高强度的活塞内冷油腔盐芯预制件的制造方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种活塞内冷油腔盐芯预制件的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
①铜管灌盐：将工业精盐烘干，将烘干结块的工业精盐碾碎，灌入铜管中，紧实后将铜管两头敲扁；
②压制变形：将已经灌好盐的铜管在挤压模具中挤压变形，压强150MPa～200MPa，保压15s～30s，卸压后，获得内冷油腔截面形状的铜管；
③弯制成形：将已灌盐铜管装在滚圆模具上，对铜管进行加热，加热温度450℃～500℃，将铜管弯制成螺旋形状；
④焊接成形：将弯制后的铜管切断，两端形成切口，清除铜管内部的工业精盐，采用氩弧焊焊接切口与支管，并在支管的端部氩弧焊接和浇口杯，将焊接后的内腔通入压缩空气，压强0.2MPa～0.5MPa，并浸入水中，持续1min～-2min无气泡出现；
⑤灌入熔盐：将工业精盐加入到中频感应加热炉中加热熔化，在820℃～880℃保温待用，将焊好铜管放在炉口预热，预热后浸入熔盐中，灌满熔融的盐液，平放冷却到室温；
⑥烘干：切除浇口杯，清除铜管表面的盐渣，打磨铜管支管处的毛刺，形成内冷油腔盐芯预制件的坯件，烘干；
⑦烘干后，将坯件去除表面氧化皮，获得预制件成品。
作为优选，步骤①所述的铜管为纯铜，或为铜银合金，该铜银合金中铜重量百分比≥99.9%。
作为优选，步骤①所述的烘干温度100℃～120℃，并保温时间9h～10h。
作为优选，步骤⑤所述的焊好铜管放在炉口预热时间为4min～5min。
作为优选，步骤⑥中所述的烘干条件如下：将坯件装入烘箱中，烘箱温度150℃～200℃，烘干时间8h～10h。
铜管复合型芯的方法，即将铜管弯制成活塞内冷油腔的形状，并在铜管内填充熔融的盐液，提高其抗挤压变形的压力。将铜管预制件铸入到活塞中成形内冷油道，铜管内填充的盐用水溶解掉，铜管用化学腐蚀方法去除。该工艺制造工序简单，制造成本低，抗挤压变形能力强，铜管可回收再利用，完全能够满足大批量生产需要。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、克服了常规可溶盐芯的强度和表面质量不能满足挤压铸造工艺压强的缺点，采用本发明制造的高强度活塞内冷油腔盐芯预制件完全能够挤压铸造100MPa-150MPa的压强，挤压铸造形成的活塞内冷油腔表面光滑。
2、本发明制造工序简单，制造成本低，制造的活塞内冷油腔盐芯预制件具有高强度的抗挤压变形能力。
附图说明
图1为实施例1的流程图。
图2为实施例1中活塞内冷油腔预制件铜管压制变形的结构示意图。
图3为实施例1中活塞内冷油腔预制件铜管弯制结构示意图。
图4为实施例1中成型的活塞内冷油腔预制件灌盐前结构示意图。
图5为实施例1中活塞内冷油腔盐芯预制件成品结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：结合图1～图5所示，本实施例中的活塞内冷油腔盐芯预制件的制造方法制备过程如下：
①铜管灌盐：将工业精盐1烘干，烘干温度100℃，保温时间9h，将烘干结块的工业精盐1碾碎，灌入铜管2中，紧实后将铜管2两头敲扁；
②压制变形：将已经灌好盐的铜管在挤压模具3中挤压变形，压强150MPa，保压15s，卸压后，获得冷油腔截面形状的铜管2a；
③弯制成形：将已灌盐铜管2a装在滚圆模具5上，对铜管2a进行加热，加热温度450℃，将铜管2a弯制成螺旋形状4；
④焊接成形：将弯制后的铜管2a切断，清除铜管2a内部的工业精盐1，采用氩弧焊焊接切口、支管6和浇口杯7，将焊接后的内腔通入压缩空气，压强0.2MPa，并浸入水中，持续1min无气泡出现；
⑤灌入熔盐：将工业精盐1加入到中频感应加热炉中加热熔化，在820℃保温待用。将焊好支管6和浇口杯7的铜管放在炉口预热4min，浸入熔盐中，灌满熔融的盐液，平放冷却到室温；
⑥烘干：切除浇口杯，清除铜管表面的盐渣，打磨铜管支管处的毛刺，形成内冷油腔盐芯预制件8，将内冷油腔盐芯预制件8装入烘箱中，烘箱温度150℃，烘干时间8h；
⑦烘烤后去除表面氧化皮，获得高强度活塞内冷油腔盐芯预制件8成品；
本实施例中所得到高强度活塞内冷油腔盐芯预制件，抗挤压变形能力强，完全能够满足100MPa～150MPa压强的活塞挤压铸造工艺，活塞内部组织致密，活塞内冷油腔光滑，无铸造缺陷；本发明制造工序简单，制造成本低，活塞使用可靠性显著增强。
实施例2：
①铜管灌盐：将工业精盐烘干，烘干温度110℃，保温时间9.5h，将烘干结块的工业精盐碾碎，灌入铜管中，紧实后将铜管两头敲扁；
②压制变形：将已经灌好盐的铜管在挤压模具中挤压变形，压强180MPa，保压20s，卸压后，获得冷油腔截面形状的铜管；
③弯制成形：将已灌盐铜管装在滚圆模具上，对铜管进行加热，加热温度480℃，将铜管弯制成螺旋形状；
④焊接成形：将弯制后的铜管切断，清除铜管内部的工业精盐，采用氩弧焊焊接切口、支管和浇口杯，将焊接后的内腔通入压缩空气，压强0.4MPa，并浸入水中，持续1.5min无气泡出现；
⑤灌入熔盐：将工业精盐1加入到中频感应加热炉中加热熔化，在850℃保温待用。将焊好支管和浇口杯的铜管放在炉口预热4.5min，浸入熔盐中，灌满熔融的盐液，平放冷却到室温；
⑥烘干：切除浇口杯，清除铜管表面的盐渣，打磨铜管支管处的毛刺，形成内冷油腔盐芯预制件，将内冷油腔盐芯预制件装入烘箱中，烘箱温度180℃，烘干时间9h；
⑦烘烤后去除表面氧化皮，获得高强度活塞内冷油腔盐芯预制件成品；
本实施例中所得到高强度活塞内冷油腔盐芯预制件，抗挤压变形能力强，完全能够满足100MPa～150MPa压强的活塞挤压铸造工艺，活塞内部组织致密，活塞内冷油腔光滑，无铸造缺陷；本发明制造工序简单，制造成本低，活塞使用可靠性显著增强。
实施例3：
①铜管灌盐：将工业精盐烘干，烘干温度120℃，保温时间10h，将烘干结块的工业精盐碾碎，灌入铜管中，紧实后将铜管两头敲扁。
②压制变形：将已经灌好盐的铜管在挤压模具中挤压变形，压强200MPa，保压30s，卸压后，获得铜管内冷油腔截面形状。
③弯制成形：将已灌盐铜管装在滚圆模具上，对铜管进行加热，加热温度500℃，将铜管弯制成螺旋形状。
④焊接成形：将弯制后的铜管切断，清除铜管内部的工业精盐，采用氩弧焊焊接切口、支管和浇口杯，将焊接后的内腔通入压缩空气，压强0.5MPa，并浸入水中，持续2min无气泡出现。
⑤灌入熔盐：将工业精盐1加入到中频感应加热炉中加热熔化，在880℃保温待用。将焊好支管和浇口杯的铜管放在炉口预热5min，浸入熔盐中，灌满熔融的盐液，平放冷却到室温。
⑥烘干：切除浇口杯，清除铜管表面的盐渣，打磨铜管支管处的毛刺，形成内冷油腔盐芯预制件，将内冷油腔盐芯预制件装入烘箱中，烘箱温度200℃，烘干时间10h；
⑦烘烤后去除表面氧化皮，获得高强度活塞内冷油腔盐芯预制件成品；
本实施例中所得到高强度活塞内冷油腔盐芯预制件，抗挤压变形能力强，完全能够满足100MPa～150MPa压强的活塞挤压铸造工艺，活塞内部组织致密，活塞内冷油腔光滑，无铸造缺陷；本发明制造工序简单，制造成本低，活塞使用可靠性显著增强。

Claims (5)

1.一种活塞内冷油腔盐芯预制件的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
①铜管灌盐：将工业精盐烘干，将烘干结块的工业精盐碾碎，灌入铜管中，紧实后将铜管两头敲扁；
②压制变形：将已经灌好盐的铜管在挤压模具中挤压变形，压强150MPa～200MPa，保压15s～30s，卸压后，获得内冷油腔截面形状的铜管；
③弯制成形：将已灌盐铜管装在滚圆模具上，对铜管进行加热，加热温度450℃～500℃，将铜管弯制成螺旋形状；
④焊接成形：将弯制后的铜管切断，两端形成切口，清除铜管内部的工业精盐，采用氩弧焊焊接切口与支管，并在支管的端部氩弧焊接和浇口杯，将焊接后的内腔通入压缩空气，压强0.2MPa～0.5MPa，并浸入水中，持续1min～-2min无气泡出现；
⑤灌入熔盐：将工业精盐加入到中频感应加热炉中加热熔化，在820℃～880℃保温待用，将焊好铜管放在炉口预热，预热后浸入熔盐中，灌满熔融的盐液，平放冷却到室温；
⑥烘干：切除浇口杯，清除铜管表面的盐渣，打磨铜管支管处的毛刺，形成内冷油腔盐芯预制件的坯件，烘干；
⑦烘干后，将坯件去除表面氧化皮，获得预制件成品。
2.根据权利要求1所述的活塞内冷油腔盐芯预制件的制造方法，其特征在于步骤①所述的铜管为纯铜，或为铜银合金，该铜银合金中铜重量百分比≥99.9%。
3.根据权利要求1所述的活塞内冷油腔盐芯预制件的制造方法，其特征在于步骤①所述的烘干温度100℃～120℃，并保温时间9h～10h。
4.根据权利要求1所述的活塞内冷油腔盐芯预制件的制造方法，其特征在于步骤⑤所述的预热时间为4min～5min。
5.根据权利要求1所述的活塞内冷油腔盐芯预制件的制造方法，其特征在于步骤⑥中所述的烘干条件如下：将坯件装入烘箱中，烘箱温度150℃～200℃，烘干时间8h～10h。
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