硼酸铝晶须增强燃烧室喉口镶圈内冷铝活塞制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种硼酸铝晶须增强燃烧室喉口镶圈内冷铝活塞制造方法，1)以原位生长的方法制造硼酸铝晶须预制件毛坯，该毛坯形状接近最终形状，仅留有1-3mm加工余量；2)硼酸铝晶须预制件毛坯加工成品；3)制作陶瓷盐芯；4)将硼酸铝晶须预制件预热；5)将可溶芯预热后，取出硼酸铝晶须预制件，将可溶芯装入硼酸铝晶须预制件，迅速放入铸造模具中；6)将渗铝处理后的耐磨铸铁镶圈放入铸造模具内并固定；7)向铸造模具内倒入铝合金溶液，加压成型；8)活塞毛坯热处理后机加工成成品。经原位生长形成的硼酸铝晶须预制件内部晶须排列各向同性，形成的复合材料也为各向同性，避免以往氧化铝纤维复合材料因各向异性所导致的环向疲劳裂纹。
【专利说明】硼酸铝晶须增强燃烧室喉口镶圈内冷铝活塞制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种使用硼酸铝晶须增强燃烧室喉口镶圈内冷铝活塞制造方法，尤其是一种同时包含有使用硼酸铝晶须预制件的制造、硼酸铝晶须复合材料活塞制造方法。
【背景技术】
[0002]目前，载重汽车、工程机械、铁路机车以及船用的发动机都在向大功率、高负荷方向发展，强化程度不断提高，排放要求越来越严格。在发动机的活塞的头部增加氧化铝陶瓷复合材料可提高活塞喉口的热疲劳性能，但随着强化程度的进一步增大，由于氧化铝纤维预制件，易出现分层，陶瓷复合材料具有各向异性，因此试验及使用中出现环形开裂的情况屡屡发生，而采用硼酸铝晶须增强复合材料活塞，由于复合材料是各向同性，因此解决了高功率密度发动机发展的瓶颈。同时内冷通道结构可有效降低活塞头部的温度，提高发动机的性能。采用液态模锻铸造工艺可使活塞组织更加致密，机械性能更高。因此，将三项结合起来，将大大提高活塞的使用性能。内冷通道是将陶瓷盐芯铸造在活塞毛坯头部，铸成后再将盐芯冲溶出去而形成的。但是，受挤压铸造工艺方式的限制，通过模具本身无法实现可溶芯的定位。以液态模锻方式生产带有硼酸铝晶须复合材料内冷通道结构镶圈活塞的工艺一直没有实现。只能通过以液态模锻铸造方式铸造带有硼酸铝晶须复合材料但不带有内冷通道的活塞毛坯，或是采用普通铸造方式铸造只带有内冷通道的活塞毛坯。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种硼酸铝晶须增强燃烧室喉口镶圈内冷铝活塞制造方法。
[0004]为实现上述目的，本发明采用下述技术方案:
[0005]一种硼酸铝晶须增强燃烧室喉口镶圈内冷铝活塞制造方法，以原位生长的方法制造硼酸铝晶须预制件毛坯，加工后进行液态模锻工艺铸造成型活塞毛坯及经机加工为活塞成品，具体步骤为:
[0006]I).以原位生长的方法制造硼酸铝晶须预制件毛坯，该毛坯形状接近最终形状，仅留有l_3mm加工余量；
[0007]硼酸铝晶须预制件毛坯的原位生长方法为:
[0008]a、将氢氧化铝、硼酸及氧化镍分别粉碎筛后，加热除去其中所含有的大部分水分；
[0009]b、按氢氧化招为93?95重量份、硼酸为3?4.5重量份、氧化镍0.5?2.5重量份的配比配料，再进行混合均匀；
[0010]C、将混合后的原料放入压制模具内，挤压成型；
[0011]d、对坯料进行烧结形成各向同性的硼酸铝晶须；
[0012]e、将烧结后坯料进行车加工，达到图纸要求尺寸，制成硼酸铝晶须预制件毛坯；
[0013]2).将步骤I)制备的硼酸铝晶须预制件毛坯加工成品；[0014]3).制作陶瓷盐芯；
[0015]4).将硼酸铝晶须预制件预热；
[0016]5).将陶瓷盐芯预热后，取出硼酸铝晶须预制件，将陶瓷盐芯装入硼酸铝晶须预制件，迅速放入铸造模具中；
[0017]6).将渗铝处理后的耐磨铸铁镶圈放入铸造模具内并固定；
[0018]7).向铸造模具内倒入铝合金溶液，加压成型；
[0019]8).活塞毛坯热处理后机加工成成品，成品中设有内冷通道。
[0020]所述步骤l)a中氢氧化铝、硼酸及镍的氧化物分别粉碎至80?200目筛后，加热至85?99°C以除去其中所含有的大部分水分。
[0021]所述步骤I) c中挤压成型的压力要求I?15MPa,JS料的加工余量为l_3mm。
[0022]所述步骤I) d中烧结温度1000?1500°C，时间4?12小时，在烧结的过程中形成各向同性的硼酸铝晶须。
[0023]本发明中步骤7)中的加压成型工艺与现有的液态模锻铸造工艺中的加压成型工艺相同。步骤6)中的耐磨铸铁镶圈的渗铝处理与现有的处理工艺相同。步骤3)中的陶瓷盐芯制造、步骤4)、5)中的预热工艺与现有工艺相同。均不再赘述。
[0024]本发明的有益效果是，经原位生长形成的硼酸铝晶须预制件内部晶须排列各向同性，形成的复合材料也为各向同性，避免以往氧化铝纤维复合材料因各向异性所导致的环向疲劳裂纹，硼酸铝晶须预制件体积分数高，体积分数可达20-50 %，可较好的通过与耐磨铸铁镶圈配合实现陶瓷盐芯在铸造模具内的固定，定位准确，从而较好的保证内冷通道的形位公差；制成的活塞毛坯加工成活塞后，具有液态模锻铸造工艺制成的活塞组织致密的特点，机械性能高，硼酸铝晶须复合材料可大幅度提高活塞喉口的热疲劳性能，疲劳强度对比氧化铝纤维复合材料提高30%以上，再加上内冷通道的存在，降低了头部燃烧室及环槽的温度，大大提高了活塞的承载能力，同时，也具有良好的铸造工艺性。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是本发明结构示意图；
[0026]图2是活塞毛坯结构示意图；
[0027]图3 (Ia)、图3 (Ib)是耐磨铸铁镶圈结构主视图和俯视图；
[0028]图4是陶瓷盐芯结构示意图；
[0029]图5是硼酸铝晶须预制件结构示意图；
[0030]图6是模具组合耐磨铸铁镶圈、陶瓷盐芯及硼酸铝晶须预制件构示意图；
[0031]其中1.燃烧室，2.头部，3.硼酸铝晶须预制件，4.耐磨铸铁镶圈，5.内冷通道，
6.环岸部，7.销孔，8.裙部，9.陶瓷盐芯，10.凸模，11.止口圈，12.凹模，13.底模。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0033]一种硼酸铝晶须增强燃烧室喉口镶圈内冷铝活塞制造方法，以原位生长的方法制造硼酸铝晶须预制件毛坯，加工后进行液态模锻工艺铸造成型活塞毛坯及经机加工为活塞成品，具体步骤为:[0034]I).以原位生长的方法制造硼酸铝晶须预制件毛坯，该毛坯形状基本接近最终形状，仅留有1-3_加工余量；硼酸铝晶须预制件体积分数高，体积分数可达20-50%，预制件强度大于氧化铝纤维预制件，可较好的通过与耐磨铸铁镶圈配合实现陶瓷盐芯在铸造模具内的固定，定位准确，从而较好的保证内冷通道的形位公差；
[0035]硼酸铝晶须预制件毛坯的原位生长方法为:
[0036]a、将氢氧化铝、硼酸及氧化镍分别粉碎至80?200目筛后，加热至85?99°C以除去其中所含有的大部分水分；
[0037]b、按氢氧化招为93?95重量份、硼酸为3?4.5重量份、氧化镍0.5?2.5重量份的配比配料，再进行混合均匀；
[0038]C、将混合后的原料放入压制模具内，挤压成型，压力要求I?15MPa，坯料的加工余量为l_3mm ；
[0039]d、对坯料进行烧结，烧结温度1000?1500°C，时间4?12小时，在烧结的过程中形成各向同性的硼酸铝晶须；
[0040]e、将烧结后坯料进行车加工，达到图纸要求尺寸；
[0041]2)硼酸铝晶须预制件毛坯加工成品；
[0042]3).制作陶瓷盐芯；
[0043]4).将硼酸铝晶须预制件预热；
[0044]5).将陶瓷盐芯预热后，取出硼酸铝晶须预制件，将陶瓷盐芯装入硼酸铝晶须预制件，迅速放入铸造模具中；
[0045]6).将渗铝处理后的耐磨铸铁镶圈放入铸造模具内并固定；
[0046]7).向铸造模具内倒入铝合金溶液，加压成型；
[0047]8).活塞毛坯热处理后机加工成成品，成品中设有内冷通道。
[0048]本发明中步骤7)中的加压成型工艺与现有的液态模锻铸造工艺中的加压成型工艺相同。步骤6)中的耐磨铸铁镶圈的渗铝处理与现有的处理工艺相同。步骤3)中的陶瓷盐芯制造、步骤4)、5)中的预热工艺与现有工艺相同。均不再赘述。
[0049]利用本实施例的方法制备的硼酸铝晶须增强燃烧室喉口铝活塞，如图1所示，包括头部2、环岸部6、裙部8，裙部有销孔7，头部有燃烧室1、环岸的第一环槽由耐磨铸铁镶圈4制成，如图2所示，陶瓷盐芯9经钻孔水溶后，形成内冷通道5。如图6所示，未浇注铝液，仅为示意耐磨铸铁镶圈4，活塞毛坯内的陶瓷盐芯9通过耐磨铸铁镶圈连接钩及硼酸铝晶须预制件3连接在一起。硼酸铝晶须预制件3起到了很好的固定作用。
[0050]如图6所示，未浇注铝液，仅为示意铸造模具由凸模10、止口圈11、凹模12、底模13组成。
[0051]采用本发明之方法制成的活塞毛坯，经常规的T6热处理后，进一步通过机械加工等，制成如图1所示的活塞。
[0052]本发明仅仅描述和表示了其代表性的形式，除此之外，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出多种变化和修改。如可利用本发明之方法，制成既具有内冷通道和耐磨铸铁镶圈、燃烧室局部陶瓷复合材料，又具有裙部钢片增强的高性能活塞。
【权利要求】
1.一种硼酸铝晶须增强燃烧室喉口镶圈内冷铝活塞制造方法，其特征是，以原位生长的方法制造硼酸铝晶须预制件毛坯，加工后进行液态模锻工艺铸造成型活塞毛坯及经机加工为活塞成品，具体步骤为: 1).以原位生长的方法制造硼酸铝晶须预制件毛坯，该毛坯形状接近最终形状，仅留有1-3mm加工余量； 硼酸铝晶须预制件毛坯的原位生长方法为: a、将氢氧化铝、硼酸及氧化镍分别粉碎筛后，加热除去其中所含有的大部分水分； b、按氢氧化招为93~95重量份、硼酸为3~4.5重量份、氧化镍0.5~2.5重量份的配比配料，再进行混合均匀； C、将混合后的原料放入压制模具内，挤压成型； d、对坯料进行烧结形成各向同性的硼酸铝晶须； e、将烧结后坯料进行车加工，达到图纸要求尺寸，制成硼酸铝晶须预制件毛坯； 2).将步骤I)制备的硼酸铝晶须预制件毛坯加工成品； 3).制作陶瓷盐芯； 4).将硼酸铝晶须预制件预热； 5).将陶瓷盐芯预热后，取出硼酸铝晶须预制件，将陶瓷盐芯装入硼酸铝晶须预制件，迅速放入铸造模具中； 6).将渗铝处理后的耐磨铸铁镶圈放入铸造模具内并固定； 7).向铸造模具内倒入铝合金溶液，加压成型； 8).活塞毛坯热处理后机加工成成品，成品中设有内冷通道。
2.如权利要求1所述的硼酸铝晶须增强燃烧室喉口镶圈内冷铝活塞制造方法，其特征是，所述步骤I) a中氢氧化铝、硼酸及镍的氧化物分别粉碎至80~200目筛后，加热至85~99°C以除去其中所含有的大部分水分。
3.如权利要求1所述的硼酸铝晶须增强燃烧室喉口镶圈内冷铝活塞制造方法，其特征是，所述步骤l)c中挤压成型的压力要求I~15MPa，坯料的加工余量为l-3mm。
4.如权利要求1所述的硼酸铝晶须增强燃烧室喉口镶圈内冷铝活塞制造方法，其特征是，所述步骤l)d中烧结温度1000~1500°C，时间4~12小时，在烧结的过程中形成各向同性的硼酸铝晶须。
【文档编号】B22D19/14GK104014763SQ201410256217
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月10日 优先权日:2014年6月10日
【发明者】冯增建, 张国华, 李怀荣, 牟俊东, 李凤民, 高晓波, 徐云庆, 李艳军, 王建强, 杜恩民, 姜新友, 李建兴 申请人:山东滨州渤海活塞股份有限公司