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]本發(fā)明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?；钊墓τ檬浅惺軞怏w壓力，并通過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)致整臺發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)廢。
[0003]近十幾年來，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20MPa，同時(shí)排放要求越來越嚴(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，鑄鐵活塞在制造過程中對環(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，在對活塞頭部和活塞裙部進(jìn)行摩擦焊接時(shí)對焊機(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)損壞甚至整臺機(jī)車的報(bào)廢。據(jù)了解國內(nèi)某種摩擦焊活塞出現(xiàn)過多次焊接部位開裂，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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明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)中存在的問題。
[0006]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(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構(gòu)成燃燒室的凹坑。
[0015]本發(fā)明采用上述方案，具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、活塞頭部設(shè)置在活塞裙部頂部的凹腔內(nèi)，并且通過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，簡化了焊接工藝，降低了成本。
[0016]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。
[0017]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。本發(fā)明將氣環(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。
[0018]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)。
[0019]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，減小活塞對汽缸壁的沖擊，降低發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的噪聲。
[0020]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。
[0021]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。
[0022]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)的慣性力對發(fā)動(dòng)機(jī)造成的破壞；二是減少活塞頭部對活塞裙部的熱傳遞，降低活塞裙部熱疲勞失效的幾率。
[0023]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。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2為圖1的側(cè)面剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖3為圖1的仰視圖。
[0027]圖4為本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖中，1、活塞頭部，2、活塞裙部，3、第一單面焊縫，4、凸臺，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】
[0029]為能清楚說明本方案的技術(shù)特點(diǎn)，下面通過【具體實(shí)施方式】，并結(jié)合其附圖，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述