一种活塞及发动机的制作方法

本实用新型涉及活塞技术领域，尤其涉及一种活塞及发动机。

背景技术：

活塞是发动机中工作条件最严酷的零件，其主要功能是承受燃烧气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆以推动曲轴旋转。

传统活塞上，在活塞销的两端分别设有一个挡圈槽，挡圈槽内安装挡圈，通过挡圈对活塞销进行轴向限位。但是在发动机运行过程中经常出现挡圈脱出故障，挡圈一旦脱出，将导致活塞销轴向窜动、脱离活塞，最终出现活塞销断裂、捣缸等发动机损毁的严重故障。

另外，作用在活塞上的力有气体力和往复惯性力，这些力都是周期性变化的，且最大值很大，目前高强化发动机的最高燃烧压力可达25mpa。活塞顶部与气缸盖、气缸壁共同组成燃烧室，活塞顶与高温燃气直接接触，活塞顶的温度很高，活塞各部分的温差很大，活塞的热膨胀量增大，将产生热应力，容易使活塞顶面开裂，且高温会降低活塞材料的机械强度。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于：提供一种活塞，以解决现有技术中通常通过两个挡圈对活塞销进行限位，挡圈容易从挡圈槽内脱出的问题。

一方面，本实用新型提供一种活塞，包括活塞头部和与所述活塞头部连接且位于所述活塞头部下方的活塞裙部，所述活塞裙部上间隔设有同轴心的第一活塞销孔和第二活塞销孔，活塞销的第一端能够穿设于所述第一活塞销孔，活塞销的第二端能够穿设于所述第二活塞销孔；

所述第一活塞销孔的内壁上凸设有挡块，所述第二活塞销孔的内壁上设有挡圈槽，所述挡圈槽用于安装活塞销挡圈，所述活塞销的第一端被配置为与所述挡块抵接，所述活塞销的第二端被配置为与所述活塞销挡圈抵接；

所述活塞裙部与所述挡块一体设置。

作为优选，所述挡块呈环状。

作为优选，所述挡块以及所述活塞裙部均采用tialmn合金制成。

作为优选，所述活塞头部采用tialmn合金制成。

作为优选，所述活塞通过铸造工艺一体成型。

作为优选，所述活塞头部的外周面上间隔设有第一环槽、第二环槽和第三环槽，所述第一环槽、所述第二环槽和所述第三环槽平行且由上至下依次设置，所述活塞头部内部设有内冷油道，所述活塞头部上还设有与所述内冷油道连通的进油孔和回油孔。

作为优选，所述活塞上设有若干润滑油通道，一部分所述润滑油通道连通所述内冷油道和所述第一活塞销孔，另一部分所述润滑油通道连通所述内冷油道和所述第二活塞销孔。

作为优选，所述活塞头部的顶面上设有纵截面呈w形的燃烧室。

作为优选，所述活塞头部上还设有隔热空腔，所述隔热空腔位于所述燃烧室下方，且所述隔热空腔邻近于所述燃烧室。

另一方面，本实用新型提供一种发动机，包括上述任一方案中的活塞。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供一种活塞，该活塞包括活塞头部和活塞裙部，活塞裙部上间隔设有两个同轴心的第一活塞销孔和第二活塞销孔；活塞销的两端能够分别穿设于第一活塞销孔和第二活塞销孔，第一活塞销孔的内壁上凸设有挡块，活塞裙部与挡块一体设置，并且挡块用于和活塞销的第一端抵接，第二活塞销孔的内壁上设有挡圈槽，挡圈槽用于安装活塞销挡圈，活塞销挡圈用于和活塞销的第二端抵接。该活塞可通过挡块和一个活塞销挡圈对活塞销进行限位，相比现有技术，可以节省一个活塞销挡圈，提高组装效率并降低生产成本。并且挡块与活塞裙部一体设置，从而挡块具有较高的强度，只要挡块不断裂就不会相对活塞裙部脱落，从而可有效降低活塞销断裂以及捣缸现象的发生。

附图说明

图1为本实用新型实施例中活塞的结构示意图。

图中：

1、活塞头部；11、燃烧室；12、第一环槽；13、第二环槽；14、第三环槽；15、内冷油道；16、隔热空腔；17、活塞内部空腔；2、活塞裙部；21、第一活塞销孔；22、第二活塞销孔；23、挡圈槽；3、挡块。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

如图1所示，本实施例提供一种活塞，该活塞包括活塞头部1和活塞裙部2。活塞裙部2位于活塞头部1下方且与活塞头部1连接，活塞裙部2上间隔设有同轴心的第一活塞销孔21和第二活塞销孔22，活塞销的第一端能够穿设于第一活塞销孔21，活塞销的第二端能够穿设于第二销孔。第一活塞销孔21的内壁上凸设有挡块3，活塞裙部2与挡块3一体设置，第二活塞销孔22的内壁上设有挡圈槽23，挡圈槽23用于安装活塞销挡圈，挡圈槽23用于安装活塞销挡圈，活塞销的第一端被配置为与挡块3抵接，活塞销的第二端被配置为与活塞销挡圈抵接。本实施例通过挡块3和一个活塞销挡圈对活塞销进行限位，相比现有技术可以节省一个活塞销挡圈并提高组装效率。挡块3与活塞裙部2一体设置能够使挡块3具有较高的连接强度，并且挡块3只要不断裂就不会相对活塞裙部2脱落，从而可有效降低活塞销断裂以及捣缸现象的发生。

本实施中挡块3呈环状，挡块3以及活塞裙部2均采用tialmn合金制成。优选地，活塞头部1同样采用tialmn合金制成。也就是说本实施例中的活塞整体均采用tialmn合金制成。优选地，活塞可采用tialmn合金材料通过铸造工艺一体成型。

tialmn合金的化学成分质量分数如下：al：15-30％，mn：3-10％，mo：2-3％，杂质元素：fe≤0.25％，c≤0.10％，n≤0.05％，o≤0.15％m，h≤130ppm，ti余量。当然，tialmn合金材料不限于此，也可以为其他具有tialmn元素的合金。钛原子序数为22，密度小4.5×103kg/m3，是钢的60％，强度与钢相当，耐热性好，在大气、高温气体550℃以上以及海水中具有极高的耐蚀性。钛有α-ti密排六方和β-ti体心立方两种晶体结构。钛合金化主要是利用合金元素对α-ti和β-ti的稳定作用，改变α和β相的组成，从而控制钛合金的性能，获取零件所需的特定性能。从而，本实施例中的活塞采用tialmn合金制成，能够具有较强的刚度和较高的耐腐蚀性。

具体地，本实施例中的tialmn合金与其他材料的物理及力学性能对比如表1所示，tialmn合金的密度为4.0g/cm³，其密度大约为钢42crmo合金的密度的一半，但tialmn合金具有较高的强度，其强度相当于钢(42crmo合金)，且远高于铝合金。同时tialmn合金具有优良的耐温性，能够在600℃下长期工作，从而，本实施例中的活塞采用tialmn合金制成，能够具有较强的耐高温特性。并且tialmn合金具有较小的线膨胀系数，能够减小活塞运行时的线膨胀量，非常有利于在活塞上应用。本实施例中，因tialmn合金强度较高，因而活塞的壁厚大大薄于铝合金，能够有效减轻活塞重量。挡块3采用tialmn合金，可进一步保证挡块3的强度，能够有效防止挡块3断裂。

表1不同材料的物理与力学性能表

本实施例中，活塞头部1的顶面上设有纵截面呈w形的燃烧室11，活塞头部1的外周面上间隔设有第一环槽12、第二环槽13和第三环槽14，第一环槽12、第二环槽13和第三环槽14平行且由上至下依次设置，活塞头部1内部设有内冷油道15，活塞头部1上还设有与内冷油道15连通的进油孔(附图中未示出)和回油孔(附图中未示出)。优选地，活塞上设有若干润滑油通道(附图中未示出)，一部分润滑油通道连通内冷油道15和第一活塞销孔21，另一部分润滑油通道连通内冷油道15和第二活塞销孔22。通过设置润滑油通道可以为第一活塞销孔21和第二活塞销孔22提供润滑油，可以对活塞销与活塞的接触面提供强制冷却，保证飞溅润滑的稳定性。

具体地，润滑油通道有两个且以活塞头部1的轴线为圆心呈环形均匀排布，每一润滑油通道均沿活塞头部1的轴向延伸并深入至活塞裙部2的第一活塞销孔21或第二活塞销孔22。

活塞头部1上还设有隔热空腔，隔热空腔16位于燃烧室11下方，且隔热空腔16邻近于燃烧室11。本实施例中，隔热空腔16位于燃烧室11和活塞内部空腔17之间，活塞内部空腔17由活塞头部1和活塞裙部2整体围设而成，第一活塞销孔21和第二活塞销孔22分别位于活塞内部空腔17连通且位于活塞内部空腔17的两侧，活塞销穿过活塞内部空腔17，并且用于和活塞销枢接的连杆的小头端，能够位于活塞内部空腔17内。

本实施例中，采用tialmn合金通过铸造工艺铸造活塞的成型工艺如下：

1、原材料准备及真空感应熔炼。

按质量百分数配比tialmn合金，al：15-30％，mn：3-10％，mo：2-3％，杂质元素：fe≤0.25％，c≤0.10％，n≤0.05％，o≤0.15％m，h≤130ppm，ti余量。将各原料放于cao坩埚内，并置于真空感应炉进行熔炼tialmn合金。

2、熔模铸造。

采用tialmn合金通过溶模铸造工艺铸造活塞坯料。熔模壳型面层为al2o3，其稳定性好，且增氧量低。熔模铸造为现有技术，对其具体的工艺在此不在赘述。

3、热处理与机械加工。

将活塞坯料依次通过1240℃炉冷退火—粗车—消除应力退火—半精车—消除应力退火—精车，得到活塞。中间退火工序旨在消除加工硬化，减少刀具的磨损。

4、氮化。

活塞清洗洁净后，置于井式真空渗氮炉中，炉内抽真空，压力控制在10pa以下，加热温度控制在810～820℃，并保温20min，使活塞表面净化、脱气，关闭真空泵。向渗氮炉内通入高纯氮气，压力控制在15～25kpa，保温一定时间后抽真空，使n原子扩散，按此周期反复进行渗氮与扩散过程，并持续10小时。然后随炉冷却至300～310℃，取出活塞，活塞表面将敷有tin、ti2aln和ti3al复合镀层，活塞表面硬度达到1000～1200hv。从而本实施中的活塞具有超强的耐磨性，不需要再做喷涂石墨、喉口重熔等表面处理，可有效简化加工工艺。

本实施例还提供一种发动机，包括上述方案中的活塞。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。