CN108730063B - 一种钢活塞及其成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢活塞及其成型方法，钢活塞包括活塞上部和活塞下部，活塞上部的底部设有至少两个呈间隔对称布置的上断面，活塞下部的顶部设有与上断面相对应的下断面，上断面与下断面焊接连接。方法包括以下步骤：S1：毛坯成型；S2：外圆加工；S3：油腔成型；S4：成型上断面和下断面；S5：焊接；S6：焊后处理。本发明具有制造成本低、易于成型、可提高柴油机使用可靠性等优点。

Description

一种钢活塞及其成型方法

技术领域

本发明主要涉及内燃机技术领域，尤其涉及一种钢活塞及其成型方法。

背景技术

柴油机的排放升级，活塞是关键零部件，钢结构活塞替代铝结构活塞是柴油机满足国Ⅵ及以上排放要求的重要手段之一。近年来全钢结构活塞在高速柴油机的应用日益广泛，全钢活塞锻造成形，但全钢活塞锻造成型工艺难度大、成本高，同时，为降低活塞头部及环槽温度设置的环形内冷却油腔加工工艺性较差，加工难度大，效率低、成本高。

现有技术为钢活塞的成型和内冷却油道的加工提供了很好的思路和方法，这些技术方案主要存在着以下问题，一是钢活塞加工成本高，二是加工难度大，三是技术可靠性不足等问题，特别是活塞毛坯生产成本高是各种方案的共同缺陷。如专利号CN200480018072.3涉及的整体式活塞成型方法，存在着毛坯锻造成本高，油道加工难度大、加工效率低。专利号CN103124841A涉及的整体式活塞成型方法，存在着毛坯锻造成本高，摩擦焊接后在活塞的油道内存在焊接飞边，飞边表面的氧化皮微粒在活塞运动过程中被反复振荡冲击后被带入到润滑油内，对柴油机的运行带来了很大的风险。专利号CN200880122140.9涉及的整体式活塞成型方法，存在着毛坯锻造成本高，同时在活塞顶部排气门对应区域热应力较大，激光焊缝较非焊接区有较大的失效风险。专利号CN1685140A涉及的整体式活塞成型方法，活塞由上部和下部组成，活塞上部包括环肋、凹腔燃烧室、冷却通道，在冷却通道内冷却通道内有若径向分部的支撑肋；活塞下部包括环形和全圆形连接表面的承载肋连接到活塞销座上，活塞上下部加工后，上部的环肋与活塞下部的承载肋通过焊接或者钎焊不可拆卸的连接；这种方法存在着活塞上下部结构相对复杂，综合锻造成本较高，从图例看可能的焊接方法是摩擦焊接，摩擦焊接后存在着焊接飞边，飞边表面的氧化皮微粒在活塞运动过程中可能剥落， 落入到润滑油内，对柴油机的运行带来了较大的风险；如采用激光、电子束焊接、钎焊等，受焊缝位置设置的影响，会加大活塞长度、增加活塞重量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种制造成本低、易于成型、可提高柴油机使用可靠性的钢活塞及其成型方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种钢活塞，包括活塞上部和活塞下部，所述活塞上部的底部设有至少两个呈间隔对称布置的上断面，所述活塞下部的顶部设有与所述上断面相对应的下断面，所述上断面与下断面焊接连接。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述上断面和下断面设置为斜面或弧形面。

所述活塞上部的底部设有上销孔段，所述上断面设置在上销孔段开口的两侧，所述活塞下部的顶部设有下销孔段，所述下断面设置在下销孔段开口的两侧，所述上断面与下断面焊接连接、且上销孔段与下销孔段围合形成销孔。

同一销孔处的两个上断面形成V形结构，同一销孔处的两个下断面形成V形结构。

所述活塞下部上设有销孔，所述下断面设置在销孔的顶部位置。

所述上断面与下断面均设置为弧形面。

所述活塞上部上开设有环形内冷油道，所述上销孔段上开设与所述环形内冷油道相通的油孔。

一种基于上述的钢活塞的成型方法，包括以下步骤：

S1：毛坯成型：分别成型出活塞上部和活塞下部的粗坯结构；

S2：外圆加工：机械加工活塞上部外圆和活塞下部外圆；

S3：油腔成型：机械加工环形内冷油道，对环形内冷油道开口进行封口处理；

S4：成型上断面和下断面：采用机械加工，分别在活塞上部和活塞下部加工出上断面和下断面；

S5：焊接：将活塞上部和活塞下部的上断面和下断面对应放置，并与活塞外圆配合把活塞上部和活塞下部安装在焊接夹具内，沿上断面和下断面将活塞上部和活塞下部焊接在一起；

S6：焊后处理：焊接后进行焊后热处理，消除焊接应力，达到活塞机械性能要求，加工其它机械尺寸、表面处理。

作为上述技术方案的进一步改进：

在步骤S1中，采用无缝钢管锻压或热挤压后成型出活塞下部的粗坯结构。

在步骤S1中，采用腰形无缝钢管切割成型出活塞下部的粗坯结构。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的钢活塞，包括活塞上部和活塞下部，活塞上部的底部设有至少两个呈间隔对称布置的上断面，活塞下部的顶部设有与上断面相对应的下断面，上断面与下断面焊接连接。该结构中，活塞上部的底部设有至少两个呈间隔对称布置的上断面，活塞下部的顶部设有与上断面相对应的下断面，上断面与下断面焊接连接，即形成了呈间隔对称布置的焊缝，相较于传统的环形焊缝而言，本发明通过间隔对称布置的焊缝，使得活塞上部和活塞下部独立成型，降低了锻造成型难度，加工成本低；独特焊缝位置和焊缝结构，有利于焊接加工定位，提高了加工效率，不需要摩擦焊，不会产生摩擦飞边，即不会存在飞边表面的氧化皮微粒在活塞运动过程中被反复振荡冲击后被带入到润滑油内，提高了柴油机的使用可靠性。本发明的基于上述钢活塞的成型方法，具备上述钢活塞相应的技术效果。

附图说明

图1是本发明钢活塞实施例1的主视结构示意图。

图2是图1的A-A剖视结构示意图。

图3是本发明钢活塞实施例1中活塞上部的主视结构示意图。

图4是本发明钢活塞实施例1的俯视结构示意图。

图5是图4的B-B剖视结构示意图。

图6是本发明钢活塞实施例1中活塞下部的主视结构示意图。

图7是本发明钢活塞实施例1中活塞下部的俯视结构示意图。

图8是本发明钢活塞实施例2的主视结构示意图。

图9是图8的C-C剖视结构示意图。

图10是本发明钢活塞实施例2中活塞上部的主视结构示意图。

图11是本发明钢活塞实施例2的俯视结构示意图。

图12是图11的D-D剖视结构示意图。

图13是本发明钢活塞实施例2中活塞下部的主视结构示意图。

图14是本发明钢活塞实施例2中活塞下部的俯视结构示意图。

图15是本发明钢活塞成型方法的流程图。

图中各标号表示：

1、活塞上部；11、上断面；12、上销孔段；121、油孔；13、环形内冷油道；2、活塞下部；21、下断面；22、下销孔段；3、销孔。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

活塞实施例1：

图1至图7示出了本发明钢活塞的第一种实施例，包括活塞上部1和活塞下部2，活塞上部1的底部设有至少两个呈间隔对称布置的上断面11，活塞下部2的顶部设有与上断面11相对应的下断面21，上断面11与下断面21焊接连接。该结构中，活塞上部1的底部设有两对呈间隔对称布置的上断面11，活塞下部2的顶部设有与上断面11相对应的下断面21，上断面11与下断面21焊接连接，即形成了呈间隔对称布置的焊缝，相较于传统的环形焊缝而言，本发明通过间隔对称布置的焊缝，使得活塞上部1和活塞下部2独立成型，降低了锻造成型难度，加工成本低；独特焊缝位置和焊缝结构，有利于焊接加工定位，提高了加工效率，不需要摩擦焊，不会产生摩擦飞边，即不会存在飞边表面的氧化皮微粒在活塞运动过程中被反复振荡冲击后被带入到润滑油内，提高了柴油机的使用可靠性。

本实施例中，上断面11和下断面21设置为斜面或弧形面。该结构中，通过斜面或弧形面的上断面11和下断面21有利用焊接加工定位。

本实施例中，活塞上部1的底部设有上销孔段12，上断面11设置在上销孔段12开口的两侧，活塞下部2的顶部设有下销孔段22，下断面21设置在下销孔段22开口的两侧，上断面11与下断面21焊接连接、且上销孔段12与下销孔段22围合形成销孔3。该结构中，上断面11和下断面21设置在销孔3位置，使得焊缝位置设置在活塞销工作时的主承载区外，降低了焊缝的失效风险。

本实施例中，同一销孔3处的两个上断面11形成V形结构，同一销孔3处的两个下断面21形成V形结构。该结构中，V形焊缝结构与活塞上部1、活塞下部2外圆配合定位，依托焊接专用工装有利于焊接加工，焊接接头间隙值趋零，充分满足焊接接头的要求，有利于稳定焊接质量。

本实施例中，活塞上部1上开设有环形内冷油道13，上销孔段12上开设与环形内冷油道13相通的油孔121。该结构中，上销孔段12的油孔121与环形内冷油道13相通，强化了对销孔3和活塞销的冷却，降低了活塞销在销孔3内抱死的风险。

活塞实施例2：

图8至图14示出了本发明钢活塞的第二种实施例，该钢活塞与实施例1基本相同，区别仅在于：本实施例中，活塞下部2上设有销孔3，下断面21设置在销孔3的顶部位置。该结构中，下断面21设置在销孔3的顶部位置，即上断面11与下断面21分别设有两个，同样能实现间隔对称布置的焊缝，使得活塞上部1和活塞下部2独立成型，降低了锻造成型难度，加工成本低；独特焊缝位置和焊缝结构，有利于焊接加工定位，提高了加工效率，不需要摩擦焊，不会产生摩擦飞边，即不会存在飞边表面的氧化皮微粒在活塞运动过程中被反复振荡冲击后被带入到润滑油内，提高了柴油机的使用可靠性。

本实施例中，上断面11与下断面21均设置为弧形面。通过弧形面的上断面11和下断面21有利用焊接加工定位。

方法实施例1：

图1至图15示出了本发明钢活塞成型方法的第一种实施例，包括以下步骤：

S1：毛坯成型：分别成型出活塞上部1和活塞下部2的粗坯结构；

S2：外圆加工：机械加工活塞上部1外圆和活塞下部2外圆；

S3：油腔成型：机械加工环形内冷油道13，对环形内冷油道13开口进行封口处理；

S4：成型上断面11和下断面21：采用机械加工，分别在活塞上部1和活塞下部2加工出上断面11和下断面21；

S5：焊接：将活塞上部1和活塞下部2的上断面11和下断面21对应放置，并与活塞外圆配合把活塞上部1和活塞下部2安装在焊接夹具内，沿上断面11和下断面21将活塞上部1和活塞下部2焊接在一起；

S6：焊后处理：焊接后进行焊后热处理，消除焊接应力，达到活塞机械性能要求，加工其它机械尺寸、表面处理。

采用该方法，能实现间隔对称布置的焊缝，使得活塞上部1和活塞下部2独立成型，降低了锻造成型难度，加工成本低；独特焊缝位置和焊缝结构，有利于焊接加工定位，提高了加工效率，不需要摩擦焊，不会产生摩擦飞边，即不会存在飞边表面的氧化皮微粒在活塞运动过程中被反复振荡冲击后被带入到润滑油内，提高了柴油机的使用可靠性。

本实施例中，在步骤S1中，采用无缝钢管锻压或热挤压后成型出活塞下部2的粗坯结构。活塞下部2为异型桶状结构，用优质无缝钢管作为成型的坯料，通过锻压或热挤压后成型出活塞下部2的粗坯结构，活塞下部2的制坯成本低廉。

方法实施例2：

本发明钢活塞成型方法的第二种实施例，该方法与方法实施例1基本相同，区别仅在于：本实施例中，在步骤S1中，采用腰形无缝钢管切割成型出活塞下部2的粗坯结构。活塞下部2为异型桶状结构，用优质无缝钢管作为成型的坯料，可直接通过切割成型出活塞下部2的粗坯结构，活塞下部2的制坯成本低廉。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种钢活塞，包括活塞上部（1）和活塞下部（2），其特征在于：所述活塞上部（1）的底部设有至少两个呈间隔对称布置的上断面（11），所述活塞下部（2）的顶部设有与所述上断面（11）相对应的下断面（21），所述上断面（11）与下断面（21）焊接连接，所述活塞上部（1）的底部设有上销孔段（12），所述上断面（11）设置在上销孔段（12）开口的两侧，所述活塞下部（2）的顶部设有下销孔段（22），所述下断面（21）设置在下销孔段（22）开口的两侧，所述上断面（11）与下断面（21）焊接连接、且上销孔段（12）与下销孔段（22）围合形成销孔（3）。

2.根据权利要求1所述的钢活塞，其特征在于：所述上断面（11）和下断面（21）设置为斜面或弧形面。

3.根据权利要求2所述的钢活塞，其特征在于：同一销孔（3）处的两个上断面（11）形成V形结构，同一销孔（3）处的两个下断面（21）形成V形结构。

4.根据权利要求2所述的钢活塞，其特征在于：所述上断面（11）与下断面（21）均设置为弧形面。

5.根据权利要求2至3中任一项所述的钢活塞，其特征在于：所述活塞上部（1）上开设有环形内冷油道（13），所述上销孔段（12）上开设与所述环形内冷油道（13）相通的油孔（121）。

6.一种基于权利要求1至5中任一项所述的钢活塞的成型方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：毛坯成型：分别成型出活塞上部（1）和活塞下部（2）的粗坯结构；

S2：外圆加工：机械加工活塞上部（1）外圆和活塞下部（2）外圆；

S3：油腔成型：机械加工环形内冷油道（13），对环形内冷油道（13）开口进行封口处理；

S4：成型上断面（11）和下断面（21）：采用机械加工，分别在活塞上部（1）和活塞下部（2）加工出上断面（11）和下断面（21）；

S5：焊接：将活塞上部（1）和活塞下部（2）的上断面（11）和下断面（21）对应放置，并与活塞外圆配合把活塞上部（1）和活塞下部（2）安装在焊接夹具内，沿上断面（11）和下断面（21）将活塞上部（1）和活塞下部（2）焊接在一起；

S6：焊后处理：焊接后进行焊后热处理，消除焊接应力，达到活塞机械性能要求，加工其它机械尺寸、表面处理。

7.根据权利要求6所述钢活塞的成型方法，其特征在于：在步骤S1中，采用无缝钢管锻压或热挤压后成型出活塞下部（2）的粗坯结构。

8.根据权利要求6所述钢活塞的成型方法，其特征在于：在步骤S1中，采用腰形无缝钢管切割成型出活塞下部（2）的粗坯结构。

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