一种活塞销孔强化处理方法
【专利摘要】本发明提供了一种活塞销孔强化处理方法，包括步骤：1)对粗加工完成的活塞毛坯进行清洁处理；2)对清洁处理后的活塞进行预热；3)装夹所述活塞；4)对所述活塞的销孔表面进行高能束重熔硬化处理；5)对所述活塞进行去应力时效，消除重熔应力。本发明通过高能束对活塞销孔表面进行重熔硬化处理，细化晶粒，重熔层的初晶硅相和金属相的颗粒尺寸为基体未重熔部位颗粒尺寸的1/4?1/10，提高了销孔部位的材料性能指标，从而提高了活塞销孔承压能力，减少了销孔龟裂变形，提高了产品质量。同时，本发明没有增加额外的零部件，降低了成本。
【专利说明】
一种活塞销孔强化处理方法
技术领域
[0001]本发明涉及内燃机活塞技术领域，更具体地说，涉及一种活塞销孔强化处理方法。
【背景技术】
[0002]随着发动机功率的提高，曲柄连杆机构上会产生越来越高的爆发压力和大的惯性力，活塞销孔的支承载荷也相应地提高，在活塞销孔局部位置表面出现高负荷机械应力，使得该部位极易出现裂纹并造成活塞开裂，最终导致发动机失效。
[0003]为提高活塞销孔承压能力，目前采用的方法有两种:
[0004]—、将销孔设计为在靠近活塞顶一面，加工成单侧或“喇叭形”由外向内逐渐扩大的数段变形锥销孔，以减少活塞销孔局部出现的峰值压力和适当减低其表面比压，从而减少销孔龟裂变形。但是，受活塞基体组织材料性能限制、加工设备不稳定等因素的影响，随着发动机功率的提高，活塞销孔局部位置所承受的压力超过材料本身极限，最终导致在销孔局部位置出现龟裂变形的几率增加，影响到产品质量。
[0005]二、销孔部位安装材料性能更好的衬套，如在铝合金活塞销孔中通过过盈装配材料性能更好的铝青铜衬套，将活塞销孔局部出现的峰值压力和表面比压降低，从而减少销孔龟裂变形。但是，该方法增加了制造衬套的制造成本，导致活塞总和成本的增加，同时由于采用过盈配合装配，衬套装配后销孔承受了装配应力，较易出现活塞变形，另外，在活塞使用过程中还存在衬套位移、松动甚至脱落等风险，导致质量风险的增加。
[0006]综上所述，如何实现在不增加零部件的基础上，提高活塞销孔承压能力，以在减少销孔龟裂变形的同时降低成本，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0007]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种活塞销孔强化处理方法，以实现在不增加零部件的基础上，提高销孔承压能力，进而能够在减少销孔龟裂变形的同时降低成本。
[0008]为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0009]—种活塞销孔强化处理方法，包括以下步骤:
[0010]I)对粗加工完成的活塞毛坯进行清洁处理；
[0011 ]2)对清洁处理后的活塞进行预热；
[0012]3)装夹所述活塞；
[0013]4)对所述活塞的销孔表面进行高能束重熔硬化处理；
[0014]5)对所述活塞进行去应力时效，消除重熔应力。
[0015]优选的，上述活塞销孔强化处理方法中，所述步骤I)与所述步骤2)之间还包括:
[0016]对所述活塞销孔表面及附近喷涂石墨涂料，形成石墨涂层。
[0017]优选的，上述活塞销孔强化处理方法中，所述石墨涂层的厚度为0.lmm-0.3mm。
[0018]优选的，上述活塞销孔强化处理方法中，所述步骤2)具体为:
[0019]将所述活塞加热到90°C-100°C，保温2h_2.5h。
[0020]优选的，上述活塞销孔强化处理方法中，所述步骤3)具体为利用固定装置装夹所述活塞，所述固定装置包括:
[0021 ]驱动所述活塞绕所述销孔的轴线方向转动的转台；
[0022]用于固定所述活塞的定位夹具，所述定位夹具设置在所述转台上；
[0023]用于与所述销孔定位配合的定位销，所述定位销可拆卸地设置在所述转台上。
[0024]优选的，上述活塞销孔强化处理方法中，所述步骤4)具体为:
[0025]首先将所述定位销从所述转台上拆下，并从所述销孔拔出，然后利用所述转台驱动所述活塞绕所述销孔的轴线方向转动，并利用重熔枪沿所述销孔的轴向移动对所述销孔的表面进行重熔硬化处理。
[0026]优选的，上述活塞销孔强化处理方法中，所述步骤4)具体对所述销孔表面的应力集中区域进行重熔硬化处理。
[0027]优选的，上述活塞销孔强化处理方法中，所述重熔枪为等离子枪，该等离子枪的喷嘴直径为，所述喷嘴与所述销孔表面距离为2.，所述喷嘴喷出的等离子束的主弧电流不大于100A。
[0028]优选的，上述活塞销孔强化处理方法中，所述活塞转动的线速度为700mm/min-900mm/mino
[0029]优选的，上述活塞销孔强化处理方法中，所述步骤5)之后还包括步骤6):
[0030]对重熔后的所述活塞精加工，使所述销孔表面的重熔层深度为2mm-3mm。
[0031]从上述的技术方案可以看出，本发明提供的活塞销孔强化处理方法包括以下步骤:
[0032]I)对粗加工完成的活塞毛坯进行清洁处理，清除经过粗加工后销孔表面的油脂和灰尘，
[0033]2)对清洁处理后的活塞进行预热，提高活塞重熔初始温度及去除活塞表面水分；
[0034]3)装夹活塞，对活塞进行固定；
[0035]4)对活塞的销孔表面进行高能束重熔硬化处理，使销孔表面形成重熔层，重熔后在空气中自然冷却；
[0036]5)对活塞进行去应力时效，消除重熔应力。
[0037]本发明通过高能束对活塞销孔表面进行重熔硬化处理，细化晶粒，重熔层的初晶硅相和金属相的颗粒尺寸为基体未重熔部位颗粒尺寸的1/4-1/10，提高了销孔部位的材料性能指标，从而提高了活塞销孔承压能力，减少了销孔龟裂变形，提高了产品质量。同时，本发明没有增加额外的零部件，降低了成本。
【附图说明】
[0038]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039]图1是本发明实施例提供的活塞销孔强化处理方法的工艺流程图；
[0040]图2是本发明实施例提供的固定装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0041]本发明实施例提供了一种活塞销孔强化处理方法，实现了在不增加零部件的基础上，提高销孔承压能力，进而能够在减少销孔龟裂变形的同时降低成本。
[0042]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0043]请参考附图1，本发明实施例提供的活塞销孔强化处理方法包括以下步骤:
[0044]S1、对粗加工完成的活塞毛坯进行清洁处理，清除经过粗加工后销孔表面的油脂和灰尘，
[0045]S2、对清洁处理后的活塞2进行预热，提高活塞2重熔初始温度及去除活塞2表面水分；
[0046]S3、装夹活塞2，对活塞2进行固定；
[0047]S4、对活塞2的销孔表面进行高能束重熔硬化处理，使销孔表面形成重熔层，重熔后在空气中自然冷却；
[0048]S5、对活塞2进行去应力时效，消除重熔应力。具体的，本发明通过时效炉将活塞2进行去应力时效。
[0049]本发明通过高能束对活塞2销孔表面进行重熔硬化处理，细化晶粒，重熔层的初晶硅相和金属相的颗粒尺寸为基体未重熔部位颗粒尺寸的1/4-1/10，提高了销孔部位的材料性能指标，从而提高了活塞2销孔承压能力，减少了销孔龟裂变形，提高了产品质量。同时，本发明没有增加额外的零部件，降低了成本。
[0050]此外，本发明分别在步骤S2、S4和S5进行三次升温强化处理，强化了活塞2销孔表面自身材料性能指标。
[0051]上述活塞销孔强化处理方法中，步骤SI与步骤S2之间还包括:对活塞2销孔表面及附近喷涂石墨涂料，形成石墨涂层。需要说明的是，石墨涂料的组成为石墨粉、CH铬)、Ti(钛)、CCrFe(铁铬碳合金碳化物)、水等。活塞2销孔表面及附近是指活塞2销孔的孔壁以及活塞2上与销孔连接的附近位置的表面。
[0052]具体的，采用喷枪给销孔表面及附近喷涂石墨涂料，形成的石墨涂层用于导电保温，能够优化重熔效果。当然，本发明也可以不喷涂上述石墨涂料，直接对清洁处理后的活塞2进行预热。
[0053]上述实施例提供的活塞销孔强化处理方法中，石墨涂层的厚度为0.lmm-0.3mm。该厚度的石墨涂层能够在保证较好的导电保温效果的同时节省涂料。根据活塞2的实际需求，上述石墨涂层的厚度还可以为其他数值，如0.4mm等。
[0054]根据销孔表面的硬化深度和位置不同，上述步骤S2具体为将活塞2加热到90°C-100 °C，保温2h-2.5h，能够较好地提高活塞2重熔初始温度及去除活塞2表面水分。可替换的，上述步骤S2的加热温度还可以为其他值，如80 °C、110 °C等，保温时间也可以为1.5h或者3h等。
[0055]具体的实施方式中，步骤S3利用固定装置装夹活塞2，如图2所示，固定装置包括驱动活塞2绕销孔的轴线方向转动的转台4;用于固定活塞2的定位夹具3，定位夹具3设置在转台4上；用于与销孔定位配合的定位销I，定位销I可拆卸地设置在转台4上。应用时，首先将将活塞2销孔穿在定位销I上，然后将活塞2装夹在定位夹具3上。上述固定装置结构简单，降低了成本。当然，本发明还可以利用机床的三爪卡盘装夹活塞2。
[0056]上述实施例中，步骤S4具体为:首先将定位销I从转台4上拆下，并从销孔拔出，然后利用转台4驱动活塞2绕销孔的轴线方向转动，并利用重熔枪沿销孔的轴向移动对销孔的表面进行重熔硬化处理。本发明在重熔时使活塞2转动，便于加工。可替换的，本发明还可以使活塞2轴向移动，使重熔枪转动。
[0057]为了简化操作，步骤S4具体对销孔表面的应力集中区域进行重熔硬化处理。本发明仅对销孔表面的应力集中区域进行重熔，减少了重熔时间，提高了加工效率。本发明也可以对销孔的整个表面均进行重熔。
[0058]优选的，重熔枪为等离子枪，本发明利用等离子枪喷出的等离子束对销孔表面的应力集中区域进行重熔处理。可替换的，本发明还可以使用如激光束、电子束等其他高能量密度的束流，对活塞2销孔表面进行重熔处理，实现晶粒细化。
[0059]进一步的技术方案中，该等离子枪的喷嘴直径为2mm-3mm，喷嘴与销孔表面距离为2.5mm-3mm，喷嘴喷出的等离子束的主弧电流不大于100A。本实施例的等离子枪喷出的等离子束的温度能够较好地细化晶粒，提高重熔效果。可以理解的是，根据实际活塞2的尺寸和应用场合，上述各参数还可以采用其他数值，本发明对此不作具体限定。
[0060]为了进一步提高的重熔效果，活塞2转动的线速度为700mm/min-900mm/min。具体的，活塞2转动的线速度为800mm/min，当然，也可以采用其他数值。
[0061 ]为了进一步优化上述技术方案，步骤S5之后还包括步骤S6:对重熔后的活塞2精加工，使销孔表面的重熔层深度为2mm-3mm，能够保证较好的活塞2销孔承压能力。根据实际生产需求，上述销孔表面的重熔层深度还可以为4mm、5mm或者其他数值。
[0062]本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0063]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【主权项】
1.一种活塞销孔强化处理方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)对粗加工完成的活塞毛坯进行清洁处理； 2)对清洁处理后的活塞(2)进行预热； 3)装夹所述活塞(2); 4)对所述活塞(2)的销孔表面进行高能束重熔硬化处理； 5)对所述活塞(2)进行去应力时效，消除重熔应力。2.根据权利要求1所述的活塞销孔强化处理方法，其特征在于，所述步骤I)与所述步骤2)之间还包括: 对所述活塞(2)销孔表面及附近喷涂石墨涂料，形成石墨涂层。3.根据权利要求2所述的活塞销孔强化处理方法，其特征在于，所述石墨涂层的厚度为0.lmm-0.3mmο4.根据权利要求1所述的活塞销孔强化处理方法，其特征在于，所述步骤2)具体为: 将所述活塞(2)加热到90 0C-1OO0C,保温2h-2.5h。5.根据权利要求1所述的活塞销孔强化处理方法，其特征在于，所述步骤3)具体为利用固定装置装夹所述活塞(2)，所述固定装置包括: 驱动所述活塞(2)绕所述销孔的轴线方向转动的转台(4); 用于固定所述活塞(2)的定位夹具(3 )，所述定位夹具(3)设置在所述转台(4)上； 用于与所述销孔定位配合的定位销(I)，所述定位销(I)可拆卸地设置在所述转台(4)上。6.根据权利要求5所述的活塞销孔强化处理方法，其特征在于，所述步骤4)具体为: 首先将所述定位销(I)从所述转台(4)上拆下，并从所述销孔拔出，然后利用所述转台(4)驱动所述活塞(2)绕所述销孔的轴线方向转动，并利用重熔枪沿所述销孔的轴向移动对所述销孔的表面进行重熔硬化处理。7.根据权利要求6所述的活塞销孔强化处理方法，其特征在于，所述步骤4)具体对所述销孔表面的应力集中区域进行重熔硬化处理。8.根据权利要求6所述的活塞销孔强化处理方法，其特征在于，所述重熔枪为等离子枪，该等离子枪的喷嘴直径为，所述喷嘴与所述销孔表面距离为2.，所述喷嘴喷出的等离子束的主弧电流不大于100A。9.根据权利要求8所述的活塞销孔强化处理方法，其特征在于，所述活塞(2)转动的线速度为 700mm/min-900mm/min。10.根据权利要求1-9任一项所述的活塞销孔强化处理方法，其特征在于，所述步骤5)之后还包括步骤6): 对重熔后的所述活塞(2)精加工，使所述销孔表面的重熔层深度为2mm-3mm。
【文档编号】C21D1/09GK106048188SQ201610688314
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月18日
【发明人】杨志勇, 王奕澍, 巢涛, 肖新安
【申请人】湖南江滨机器（集团）有限责任公司