专利名称：焊接式锻钢整体活塞及其制造方法
技术领域：
本发明提供了一种发动机用活塞，尤其是一种锻钢活塞及其制造方法。
背景技术：
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。铝质活塞虽然有重量轻的优点，但已逐渐不能满足发动机高功率、高强化、低排放的要求。为满足这一要求，有人设计出一种铰接摆体式结构的活塞，即活塞头部与裙部分开加工制造，再通过活塞销连接起来，活塞头部采用铸铁或锻钢材料，裙部采用铝材料制造。这种活塞因为头部与裙部分开制造，增加了加工成本，并且难以形成封闭的冷却油腔，活塞冷却效果差。因为需要更长的活塞销进行连接，总体重量也有所增加。公开号为CN1610601A的中国专利申请公开了一种制造一体式活塞的方法。该方法将活塞毛坯一体式锻造，内冷油腔用一个环盖与头部加工出的环形腔槽组成封闭油腔。活塞毛坯的锻造、封闭油腔的形成工艺复杂，活塞的结构强度较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种焊接式锻钢整体活塞及其制造方法，以简化活塞毛坯加工工艺，提高活塞整体结构的强度。
本发明是这样实现的，焊接式锻钢整体活塞，它有锻造成的头部和锻造成的裙部，头部与裙部焊接固定成活塞本体，环槽与燃烧室之间的活塞本体上有冷却油腔，冷却油腔通过进出油孔与活塞本体内腔相通，环槽下方的裙部上有环形槽，环形槽在长轴方向上与活塞本体内腔相通。
所述的制造方法包括下列步骤a、分别锻造出头部及裙部毛坯；b、分别对头部及裙部毛坯进行热处理；
c、分别对头部毛坯及裙部毛坯进行粗加工，加工出内腔、内冷油腔及摩擦焊接端面，头部两相邻环槽中间的焊接面高于燃烧室下方的焊接面；d、将头部与裙部通过摩擦焊接在一起；e、分别加工出活塞的环形槽、燃烧室、环槽、销孔、外圆及进出油孔；f、对活塞表面进行磷化或石墨化处理。
采用上述结构及制造方法的焊接式锻钢整体活塞，由于活塞的头部与裙部是分别锻造后焊接在一起的，与整体锻造的活塞相比工艺性好，尤其是活塞毛坯的锻造、封闭冷却油腔的形成工艺简化，加工简单，毛坯的残余应力小。由于通过焊接形成封闭冷却油腔，使活塞整体结构刚度增加，特别是环槽部位热态下变形较小。在活塞裙部上方加工出环形槽，在长轴方向上与活塞内腔相通，不仅减轻了活塞本体的重量，而且有利于油环槽部位机油回油，同时增加了裙部柔性，有利于配缸间隙的减小和机油油耗的降低。这种活塞能代替铝质活塞以及铰接结构的活塞，在具有较轻的重量的同时，又具有更高的强度，满足了高负荷发动机的强化要求。
图1是本发明之焊接式锻钢整体活塞结构的主视剖面图。
图2是图1的左视剖面图。
图3是本发明之焊接式锻钢整体活塞结构的立体示意4是头部毛坯粗加工后的结构的示意图。
图5是裙部毛坯粗加工后的结构的示意图。
图中，1-头部，2-燃烧室，3-冷却油腔，4-焊接面，5-销孔，6-裙部，7-环形槽，8-进出油孔，9-环槽，10-焊接面，11-头部毛坯，12-裙部毛坯。
具体实施例方式
下面结合附图给出的实施例进一步说明本发明的具体结构和制造方法。
如附图所示，本发明之焊接式锻钢整体活塞，它有锻造成的头部(1)和锻造成的裙部(6)，头部与裙部焊接固定成活塞本体，环槽(9)与燃烧室(2)之间的活塞本体上有冷却油腔(3)，冷却油腔通过进出油孔(8)与活塞本体内腔相通，环槽下方的裙部上有环形槽(7)，环形槽在长轴方向上与活塞本体内腔相通。
所述的头部(1)与裙部(6)通过燃烧室下方的焊接面(4)、两相邻环槽中间的焊接面(10)焊接在一起，两相邻环槽中间的焊接面高于燃烧室下方的焊接面。这样，两相邻环槽中间的焊接面位于第一环槽与第二环槽之间，此处的活塞本体与环槽的其他部位相比，厚度较大，便于摩擦焊接的实施。
在头部毛坯的下侧有用来形成冷却油腔的上一部分的凹槽，在裙部毛坯的上侧有用来形成冷却油腔的下一部分的凹槽，头部、裙部毛坯焊接在一起后，形成完整的冷却油腔。冷却油腔通过两个或三个进出油孔与活塞内腔相通。当活塞在发动机内工作时，机油从其中的一个进出油孔进入，在环形的冷却油腔内震荡，再从另外的进出油孔流出，带走活塞本体尤其是燃烧室附近的热量，降低了活塞本体的工作温度，保证了活塞及活塞环的工作可靠性。
环槽下方的裙部上加工出的环形槽，在长轴方向上与活塞内腔相通，不仅减轻了活塞整体的重量，而且有利于油环槽部位机油回油，同时增加了裙部柔性，有利于配缸间隙的减小和机油油耗的降低。
如需避让发动机机体上安装的喷油嘴，在活塞裙部下端，可设计一缺口，以防止活塞运动到下止点时与喷油嘴干涉。
头部、裙部毛坯的材质为可锻造的调质钢或非调质钢。在分别对头部毛坯及裙部毛坯进行热处理时，调质钢热处理规范为在800-850℃下保温1-2小时，然后油冷，回火温度600℃±10℃，保温1.5-2.5小时；非调质钢处理规范为直接空冷至室温，但应保证在3-4分钟内温度由约1100℃左右(锻后)冷却至500℃。
权利要求
1.焊接式锻钢整体活塞，其特征在于，它有锻造成的头部(1)和锻造成的裙部(6)，头部与裙部焊接固定成活塞本体，环槽(9)与燃烧室(2)之间的活塞本体上有冷却油腔(3)，冷却油腔通过进出油孔(8)与活塞本体内腔相通，环槽下方的裙部上有环形槽(7)，环形槽在长轴方向上与活塞本体内腔相通。
2.如权利要求1所述的焊接式锻钢整体活塞，其特征在于，所述的头部(1)与裙部(6)通过燃烧室下方的焊接面(4)、两相邻环槽中间的焊接面(10)焊接在一起，两相邻环槽中间的焊接面高于燃烧室下方的焊接面。
3.一种焊接式锻钢整体活塞的制造方法，其特征在于，所述的制造方法包括下列步骤a、分别锻造出头部及裙部毛坯；b、分别对头部及裙部毛坯进行热处理。c、分别对头部毛坯及裙部毛坯进行粗加工，加工出内腔、内冷油腔及摩擦焊接端面，两相邻环槽中间的焊接面高于燃烧室下方的焊接面；d、将头部毛坯与裙部毛坯通过摩擦焊接在一起；e、分别加工出活塞的环形槽(7)、燃烧室(2)、环槽(9)、销孔(5)、外圆及进出油孔(8)；f、对活塞表面进行磷化或石墨化处理。
全文摘要
本发明提供了一种焊接式锻钢整体活塞及其制造方法，制造方法是分别锻造出头部及裙部毛坯；分别对头部及裙部毛坯进行热处理；分别对头部毛坯及裙部毛坯进行粗加工，头部两相邻环槽中间的焊接面高于燃烧室下方的焊接面；将头部与裙部通过摩擦焊接在一起；分别加工出活塞的环形槽、燃烧室、环槽、销孔、外圆及进出油孔；对活塞表面进行磷化或石墨化处理。由于活塞的头部与裙部是分别锻造后焊接在一起的，与整体锻造的活塞相比工艺性好，由于通过焊接形成封闭冷却油腔，使活塞整体结构刚度增加，特别是环槽部位热态下变形较小，在活塞裙部上方加工出环形槽，减轻了活塞本体的重量，有利于油环槽部位机油回油、配缸间隙的减小和机油油耗的降低。
文档编号F02F3/16GK1944994SQ200510044840
公开日2007年4月11日 申请日期2005年10月8日 优先权日2005年10月8日
发明者林风华, 马学军, 张国华, 王洪民, 朱俊奎, 王丽霞, 高占雨, 张树山 申请人:山东滨州渤海活塞股份有限公司