一种钢活塞及该钢活塞的再制造方法与流程

本发明主要涉及发动机运动摩擦副的修复技术，尤其涉及一种钢活塞及该钢活塞的再制造方法。

背景技术：

活塞是柴油机排放升级的关键零部件之一，钢结构活塞替代铝结构活塞是车用柴油机满足国ⅵ及更高标准排放和燃油经济性要求的重要手段。目前钢活塞使用的主要原材料包括：一是铸铁（钢）材料，如：qt-600、ht300、zg25crmo等；二是中碳合金结构钢，如：40cr、42crmo、42crmoa等；三是热压力加工用非调质钢，如：f38mnvs(38mnvs6)等。其中：42crmoa、f38mnvs表现出优良的综合经济及技术特性，使用较为广泛。活塞制造的工艺路线：锻造（铸造）-退火-初加工-半精加工-调质-精加工-表面处理-精洗-包装。

钢活塞结构简单、机械强度高、耐磨性能好、耐疲劳寿命长，在交变动载荷作用下，承受着高温、高压的热负荷和机械负荷。研究表明活塞容易产生磨损和机械失效的部位主要有：一是在高温、高机械负荷作用下，活塞环槽的磨损、火力岸的磨损以及环岸的变形；二是机械负荷作用下，销孔磨损、变形；三是活塞裙部与汽缸套运动摩擦产生的局部磨损。

受传统铝活塞材料疲劳寿命有限活塞难以修复观念的影响，发动机运动摩擦副的修复也只局限在缸套、连杆、曲轴这三大零件上，大量的钢结构活塞维修时被丢弃，这造成了巨大的资源浪费，特别是欧ⅵ或国ⅵ车用高速柴油机大批量采用全钢结构活塞，这种浪费就特别明显。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种维修成本低、可防止资源浪费、可延长钢活塞使用时间、能批量化修复加工的钢活塞及该钢活塞的再制造方法。

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，包括活塞头部和活塞裙部，所述活塞头部设有燃烧室及顶平面，活塞头部的环侧设有间隔的火力岸和环岸，火力岸与环岸以及相邻环岸之间形成环槽，所述活塞裙部内设有内腔和贯穿的销孔，活塞裙部的底端设有外止口，所述内腔顶部成型有用于修复定位的内定位部。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述内定位部设于内腔顶部的中间位置，内定位部设置为中心孔结构。

所述内定位部设于内腔顶部的两边侧，内定位部设置为内止口结构。

一种基于上述的钢活塞的再制造方法，包括以下步骤：

s1：初始清洗：对待修复的钢活塞进行清洗，去除油渍和其它污渍；

s2：第一次装夹：以内定位部和顶平面为基准对钢活塞进行装夹固定；

s3：修复外止口：对外止口进行去材料，使其达到加工基准要求；

s4：第二次装夹：以销孔和修复好的外止口为基准对钢活塞进行装夹固定；

s5：缩小燃烧室容积：对顶平面进行去材料，使发动机压缩比不变；

s6：第三次装夹：以修复好的顶平面和修复好的外止口为基准对钢活塞进行装夹固定；

s7：修复钢活塞环侧：对活塞裙部、火力岸与环岸的外径以及环槽进行去材料，使其达到可运行要求；

s8：第四次装夹：以修复好的顶平面和外止口为基准对钢活塞进行装夹固定；

s9：修复销孔：对销孔进行去材料，使其达到可运行要求；

s10：修复后清洗：对修复后的钢活塞进行清洗，去除钢屑和污渍；

s11：包装：对修复好的钢活塞进行包装。

作为上述技术方案的进一步改进：

在步骤s10中，修复清洗后，对活塞裙部进行石墨化处理。

在步骤s3和s7中，采用车削加工进行去材料；在步骤s5中，采用磨削加工进行去材料；在步骤s9中，采用镗削加工进行去材料。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的钢活塞，在制作钢活塞时，先加工一个内定位部，当钢活塞使用一段时间受损需要修复时，则能以内定位部和顶平面为修复基准，整体采用去除材料的方式进行钢活塞的修复再制造，能解决内燃机在大修过程中钢活塞不修复的问题，钢活塞的大批量修复再制造，能防止内燃机维修时钢结构活塞被丢弃而造成的巨大的资源浪费，能延长钢活塞的使用寿命，节约整体维修成本；克服了钢活塞修复定位问题，用顶平面和内定位部定位修复外止口，能保证活塞修复时定位要求，实现钢活塞修复加工的批量化生产。本发明的基于上述钢活塞的再制造方法，钢活塞运行一段时间后，其主要的磨损或变形部位为环槽、销孔、裙部、火力岸、环岸以及外止口，而环槽底径和顶平面由于未与缸套、活塞环、活塞销等直接接触，故基本不会受损变形。该方法中，以内定位部和顶平面为修复基准，整体采用去除材料的方式进行钢活塞的修复再制造，能解决内燃机在大修过程中活塞不修复的问题，钢活塞的大批量修复再制造，能防止内燃机维修时钢结构活塞被丢弃而造成的巨大的资源浪费，能延长钢活塞的使用寿命，节约整体维修成本；克服了钢活塞修复定位问题，用顶平面和内定位部定位修复外止口，能保证活塞修复时定位要求，实现钢活塞修复加工的批量化生产。

附图说明

图1是本发明钢活塞实施例1的主剖视结构示意图。

图2是本发明钢活塞实施例1的侧剖视结构示意图。

图3是本发明钢活塞实施例2的主剖视结构示意图。

图4是本发明钢活塞实施例2的仰视结构示意图。

图5是本发明方法实施例1和实施例2的流程图。

图中各标号表示：

1、活塞头部；11、燃烧室；12、顶平面；13、火力岸；14、环岸；15、环槽；2、活塞裙部；21、内腔；211、内定位部；22、销孔；23、外止口。

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。

钢活塞实施例1：

如图1和图2所示，本发明钢活塞的第一种实施例，该钢活塞包括活塞头部1和活塞裙部2，活塞头部1顶部设有燃烧室11及顶平面12，活塞头部1的环侧设有间隔的火力岸13和环岸14，火力岸13与环岸14以及相邻环岸14之间形成环槽15，活塞裙部2内设有内腔21和贯穿的销孔22，活塞裙部2的底端设有外止口23，内腔21顶部成型有用于修复定位的内定位部211。在制作钢活塞时，先加工一个内定位部211，当钢活塞使用一段时间受损需要修复时，则能以内定位部211和顶平面12为修复基准，整体采用去除材料的方式进行钢活塞的修复再制造，能解决内燃机在大修过程中活塞不修复的问题，钢活塞的大批量修复再制造，能防止内燃机维修时钢结构活塞被丢弃而造成的巨大的资源浪费，能延长钢活塞的使用寿命，节约整体维修成本；克服了钢活塞修复定位问题，用顶平面12和内定位部211定位修复外止口23，能保证活塞修复时定位要求，实现钢活塞修复加工的批量化生产。

本实施例中，内定位部211设于内腔21顶部的中间位置，内定位部211设置为中心孔结构。该结构中，能用工装伸至内腔21并顶住中心孔与顶平面12配合可完成对钢活塞的装夹定位，其结构简单、操作方便。

钢活塞实施例2：

如图3和图4所示，本发明钢活塞的第二种实施例，该钢活塞与上述实施例1基本相同，区别仅在于：本实施例中，内定位部211设于内腔21顶部的两边侧，内定位部211设置为内止口结构。该结构中，采用内止口结构，能用工装伸至内腔21并顶住内止口与顶平面12配合可完成对钢活塞的装夹定位，其结构简单、操作方便。

方法实施例1：

如图1、图2和图5所示，本发明基于上述钢活塞的再制造方法的第一种实施例，包括以下步骤：

s1：初始清洗：对待修复的钢活塞进行清洗，去除油渍和其它污渍；

s2：第一次装夹：以内定位部211和顶平面12为基准对钢活塞进行装夹固定；

s3：修复外止口23：对外止口23进行去材料，使其达到加工基准要求；

s4：第二次装夹：以销孔22和修复好的外止口23为基准对钢活塞进行装夹固定；

s5：缩小燃烧室11容积：对顶平面12进行去材料，使发动机压缩比不变；

s6：第三次装夹：以顶平面12和修复好的外止口23为基准对钢活塞进行装夹固定；

s7：修复钢活塞环侧：对活塞裙部2、火力岸13与环岸14的外径以及环槽15进行去材料，使其达到可运行要求；

s8：第四次装夹：以修复好的顶平面12和外止口23为基准对钢活塞进行装夹固定；

s9：修复销孔22：对销孔22进行去材料，使其达到可运行要求；

s10：修复后清洗：对修复后的钢活塞进行清洗，去除钢屑和污渍；

s11：包装：对修复好的钢活塞进行包装。

钢活塞运行一段时间后，其主要的磨损或变形部位为环槽15、销孔22以及活塞裙部2、火力岸13与环岸14以及外止口23，而环槽15底径和顶平面12由于未与缸套、活塞环、活塞销等直接接触，故基本不会受损变形。该方法中，以内定位部211和顶平面12为修复基准，整体采用去除材料的方式进行钢活塞的修复再制造，能解决内燃机在大修过程中活塞不修复的问题，钢活塞的大批量修复再制造，能防止内燃机维修时钢结构活塞被丢弃而造成的巨大的资源浪费，能延长钢活塞的使用寿命，节约整体维修成本；克服了钢活塞修复定位问题，用顶平面12和内定位部211定位修复外止口23，能保证活塞修复时定位要求，实现钢活塞修复加工的批量化生产。

本实施例中，在步骤s10中，修复清洗后，对活塞裙部2进行石墨化处理。采用该石墨化处理后，提高活塞裙部的润滑性能。

本实施例中，在步骤s3和s7中，采用车削加工进行去材料；在步骤s5中，采用磨削加工进行去材料；在步骤s9中，采用镗削加工进行去材料。在步骤s3和s7、步骤s5以及步骤s9中分别采用车削、磨削和镗削加工，其加工简单容易实现。

本实施例中，内定位部211为中心孔结构，用工装伸至内腔21并顶住中心孔与顶平面12配合可完成对钢活塞的装夹定位，其操作方便。

本实施例中，采用钻孔和铣削加工中心孔。采用钻孔和铣削加工，其加工简单容易实现。

本实施例中，活塞连杆组的匹配方案与钢活塞修复相适应：缸套、活塞环、活塞销、连杆等与钢活塞相互间接触的工作面的匹配，主要是：缸套内圆直径缩小、活塞环增高、活塞环外直径缩小、活塞环内直径缩小、活塞销外径加大，活塞销内孔直径缩小，连杆小头内孔直径加大。一是缸套内圆直径缩小，缩小的尺寸与活塞外径缩小的尺寸相匹配。二是活塞环增高，增高的尺寸与环槽15宽度加大的尺寸相匹配；活塞环外直径缩小，缩小的活塞环外直径尺寸与缩小的缸套内圆直径相匹配；活塞环内直径缩小，缩小的尺寸与环槽15底径缩小的尺寸相匹配。三是活塞销外径加大，加大的尺寸与销孔22加大的尺寸相匹配；活塞销内孔直径缩小，保证活塞、活塞环、活塞销的总重量与原设计一致。

本实施例中，活塞连杆组的匹配设计原则为：压缩比：活塞缩小缸径后，行程保持不变，减小活塞燃烧室的容积，以保证发动机压缩比不变；容积：缩小缸径、气缸排量缩小，为保持压缩比不变，通过磨削活塞头部1顶平面12缩小活塞燃烧室11容积，以实现与原机一致的燃油经济性和外特性指标；压缩高：缩小活塞燃烧室11容积，活塞的压缩高变小；修复活塞时将活塞销孔22的中心向活塞裙部2远离活塞头部1移动，以满足压缩高设计要求，保证压缩比在设计要求范围内；重量：活塞直径缩小，活塞重量降低，增大活塞销外径的缩小活塞销内孔，实现活塞销的增重，达到活塞、缸套、活塞环、活塞销、连杆的重量匹配与原设计基本一致。

方法实施例2：

如图3、图4和图5所示，本发明基于上述钢活塞的再制造方法的第二种实施例，该再制造方法与方法实施例1基本相同，区别仅在于：本实施例中，内定位部211为内止口结构。采用内止口结构，用工装伸至内腔21并顶住内止口与顶平面12配合可完成对钢活塞的装夹定位，其操作方便。

本实施例中，采用铣削加工内止口。采用铣削加工，其加工简单容易实现。

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。