一种活塞及发动机及活塞制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及发动机技术领域，尤其是涉及一种活塞及发动机及活塞制造方法。
【背景技术】
[0002]参见图1，图1为现有铝合金活塞的结构示意图。目前，发动机向着高燃爆、高功率密度、高可靠性和高耐久性的性能方向发展，因此，铝合金活塞本体1的顶面101承受的热负荷也越来越高，在其工作温度360°C左右时极易产生疲劳开裂失效。因此，需要对铝合金活塞本体1的顶面101进行局部增强。为了保证活塞顶面101的耐热性能，目前较常见的技术措施有:一是提高活塞整体耐热性能，采用整体铸钢或锻钢材料技术，二是活塞顶面氧化或喷涂陶瓷，形成一层隔热层，降低铝基体的工作温度。
[0003]针对第一种措施:活塞由整体铸钢或锻钢制成，由于铸钢或锻钢材料的密度大，因此，制成的活塞惯性力大，造成发动机能耗明显增加，这种活塞不适合用于高中速柴油发动机的工况；
[0004]针对第二种措施:活塞顶面氧化或喷涂陶瓷。其主要缺点是活塞顶面氧化或喷涂陶瓷的材料与铝基体线膨胀系数差别大，隔热层易开裂。
[0005]因此，如何在不明显增加发动机能耗的前提下，提高发动机活塞的耐热性是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明的第一个目的是提供一种活塞，以实现不明显增加发动机能耗的如提下，提尚发动机活塞的耐热性。
[0007]本发明的第二个目的是提供一种发动机。
[0008]本发明的第三个目的是提供一种活塞制造方法。
[0009]为了实现上述第一个目的，本发明提供了如下方案:
[0010]—种活塞，包括招制的活塞本体，还包括镶嵌在所述活塞本体上的高镍铸铁制成的镶嵌件；
[0011 ]所述镶嵌件包括活塞顶面镶件和第一环槽镶件；
[0012]其中，所述活塞顶面镶件镶嵌在所述活塞本体的顶端且延伸至燃烧室的口沿上，所述第一环槽镶件镶嵌在所述活塞本体的第一环槽内。
[0013 ]优选地，在上述活塞中，所述活塞顶面镶件和所述第一环槽镶件为一体式。
[0014]优选地，在上述活塞中，所述镶嵌件与制得所述活塞本体的铝合金熔液通过挤压成形制成所述活塞。
[0015]优选地，在上述活塞中，所述镶嵌件为通过渗铝处理的镶嵌件。
[0016]优选地，在上述活塞中，所述第一环槽镶件的内表面的顶端处设置有第一内凹部；
[0017]所述活塞顶面镶件的内表面的底端上设置有第二内凹部；
[0018]所述第一内凹部和所述第二内凹部用于扣住所述活塞本体。
[0019]优选地，在上述活塞中，所述镶嵌件上开有排气槽；
[0020]所述排气槽设置在所述活塞顶面镶件的顶部和所述第一环槽之间。
[0021]从上述的技术方案可以看出，本发明提供的活塞，包括铝制的活塞本体，还包括镶嵌在活塞本体上的高镍铸铁制成的镶嵌件;镶嵌件包括活塞顶面镶件和第一环槽镶件。由于高镍铸铁材料热膨胀系数非常接近铸造铝合金材料，因此，在活塞工作温度下镶嵌件能够保持和活塞本体很好结合，确保成为一个整体。且高镍铸铁材料强度高，500°C以下的工作温度对其强度无影响，因此，高镍铸铁材料制成的镶嵌件能够提高活塞顶部的耐热性。由于高镍铸铁材料镶嵌件体积较小，对活塞重量增加不多，因此，镶嵌件在不明显增加发动机能耗。即本发明公开的活塞在不明显增加发动机能耗的前提下，较大提高了发动机活塞的耐热性。满足高燃爆、高功率密度发动机活塞要求。
[0022]为了实现上述第二个目的，本发明提供了如下方案:
[0023]—种发动机，包括发动机本体，还包括安装在所述发动机本体上的上述任意一项所述的活塞。
[0024]由于本发明提供的发动机包括上述任意一项所述的活塞，因此，活塞所具有的有益效果均是本发明提供的发动机所包含的。
[0025]为了实现上述第三个目的，本发明提供了如下方案:
[0026]—种活塞制造方法，包括以下步骤:
[0027]步骤A:制得高镍铸铁制成的镶嵌件，且所述镶嵌件包括活塞顶面镶件和第一环槽懷件；
[0028]步骤B:将所述镶嵌件放置于模具内，并将铝合金熔液通过挤压成形的方式注入所述模具内，得到上述任一项所述的活塞。
[0029]优选地，在上述活塞制造方法中，在步骤A和B之间还包括步骤C:
[0030]将所述镶嵌件做渗铝处理。
[0031]从上述的技术方案可以看出，本发明提供的活塞制造方法，先制得高镍铸铁制成的镶嵌件，且镶嵌件包括活塞顶面镶件和第一环槽镶件;接着将镶嵌件放置于铝合金熔液的顶部，将铝合金熔液通过挤压成形的方式注入模具内，制得活塞。由于高镍铸铁材料热膨胀系数非常接近铸造铝合金材料，因此，在活塞工作温度下镶嵌件能够保持和活塞本体很好结合，确保成为一个整体。且高镍铸铁材料强度高，500°C以下的工作温度对其强度无影响，因此，尚银铸铁材料制成的懷嵌件能够提尚活塞顶部的耐热性。由于尚银铸铁材料懷嵌件体积较小，对活塞重量增加不多，因此，镶嵌件增加能耗较少，并没有明显增加发动机能耗。即本发明公开的活塞在没有明显增加发动机能耗的前提下，较大提高了发动机活塞的耐热性。满足高燃爆、高功率密度发动机活塞要求。此外，采用挤压成形，提高与铝基体材料的粘接性能和铝基体材料的力学性能。
【附图说明】
[0032]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，下面描述中的附图仅仅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。
[0033]图1为现有技术提供的活塞的结构示意图；
[0034]图2为本发明提供的活塞的结构示意图；
[0035]图3为本发明提供的活塞毛坯结构示意图；
[0036]图4为本发明提供的镶嵌件的主视结构图；
[0037]图5为本发明提供的镶嵌件的俯视结构图；
[0038]图6为本发明提供的活塞制造方法的流程图；
[0039]图7为本发明提供的另一活塞制造方法的流程图。
[0040]其中，图1-7中:
[0041 ] 活塞本体1、镶嵌件2、活塞顶面镶件201、第二内凹部20101、第一环槽镶件202、第一内凹部20201、排气槽203、燃烧室3、口沿301。
【具体实施方式】
[0042]为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明。
[0043]名词解释:
[0044]高镍铸铁材料:FeNi 15Cu6Cr2，是一种高镍(约15 % )高铜(约6 % )的奥氏体铸铁材料。其特点是:
[0045](a)热膨胀系数和共晶铝硅合金材料相近，在工作温度条件下，保持与铝合金相同的膨胀量；
[0046](b)良好的耐磨性能和强度性能(500°C以下的工作温度对强度无影响)；
[0047](c)良好的金属间粘接性能使其与铝合金有效粘接；
[0048](d)显著的奥式体基体组织稳定性，在500°C以下不发生组织转变；
[0049](e)良好的铸造性能，机加工性能。
[0050]实施例一
[0051]请参阅图2-图5，为本发明提供的活塞的结构示意图。
[0052]本发明公开了一种活塞，包括铝制的活塞本体1，还包括镶嵌在活塞本体1上的高镍铸铁制成的镶嵌件2;
[0053]镶嵌件2包括活塞顶面镶件201和第一环槽镶件202，其中，活塞顶面镶件201镶嵌在活塞本体1的顶端且延伸至燃烧室3的口沿301上，第一环槽镶件202镶嵌在活塞本体1的第一环槽内。
[0054]需要说明的是，活塞工作时，燃烧室3的底端温度较低，工作温度下对燃烧室3的底端强度影响不大，仅燃烧室3的口沿301处温度较高，因此，本发明的活塞顶面镶件201仅覆盖活塞本体1的顶端和燃烧室3的口沿301，相对于活塞顶面镶件201覆盖整个燃烧室3表面及活塞本体1的顶端的方式，本发明的方式具有以下3个优点:(1)减少了活塞顶面镶件201的体积，减轻了活塞顶面镶件201的重量，进而降低了发动机能耗；(2)减小了活塞顶面镶件201的覆盖面积，降低了工艺难度；(3)减少了活塞顶面镶件201的体积，节省了材料，降低了成本。
[0055]活塞本体1的顶端是指活塞本体1的顶面除了燃烧室3表面的部分；
[0056]燃烧室3的口沿301是指燃烧室3的表面的顶端部分，与活塞本体1的顶端相连。
[0057]本发明提供的活塞，由于高镍铸铁材料热膨胀系数非常接近铸造铝合金材料，因此，在活塞工作温度下镶嵌件2能够保持和活塞本体1很好结合，确保成为一个整体，避免了活塞本体1和镶嵌件2的分离。且高镍铸铁材料强度高，500°C以下的工作温度对其强度无影响，因此，尚银铸铁材料制成的懷嵌件2能够提尚活塞顶部的耐热性。
[0058]此外，由于高镍铸铁材料镶嵌件2体积小，对活塞重量增加不多，因此，镶嵌件2增加的能耗较少，并没有明显增加发动机能耗。即本发明公开的活塞在没有明显增加发动机能耗的前提下，提高了发动机活塞的耐热性。满足高燃爆、高功率密度发动机活塞要求。
[0059]由于高镍铸铁材料的耐磨性好，活塞的第一环槽镶件202采用高镍铸铁材料制成，增加了第一环槽镶件202的耐磨性。
[0060]实施例二
[0061 ]在本发明提供又一实施例中，本实施例中的活塞和实施例一中的活塞结构类似，对相同之处就不再赘述了，仅介绍不同之处。
[0062]在本实施例中，公开了活塞顶面镶件201和第一环槽镶件202为一体式。相比于第一环槽镶嵌件2和活塞顶部镶嵌件2单独成形，本发明公开的方案更简单，且节省成本。
[0063]为了提高镶嵌件2与活塞本体1的连接牢固度，第一环槽镶件202的内表面的顶端处设置有第一内凹部20201，第一内凹部20201沿镶嵌件