一种活塞及活塞制造方法与流程

本发明涉及发动机技术领域，更具体地说，特别涉及一种活塞及活塞制造方法。

背景技术：

活塞是发动机的关键零件,为发动机启动发挥极其重要作用，活塞一般用来承受气体压力，通过活塞销让连杆驱使曲轴旋转。一般的活塞可以分为：柴油机活塞、汽油机活塞、通用型活塞三大类。近年来，由于发动机强化程度的不断提高，发动机的转速、平均有效压力和活塞平均速度都较以前有了大幅度的提高，因此发动机的热负荷和机械负荷都增加了，由于活塞长期在高温、高负荷、甚至润滑不良的情况下工作,承受着周期交变的机械负荷与热负荷,因此很容易发生故障，甚至导致整个发动机的运转停止。

长期以来活塞研究一直是柴油机设计研究关注的重点。活塞设计是否合理，直接影响到发动机的动力性、经济性、舒适性、可靠性和使用寿命。同时，随着世界能源问题的日趋严峻，发动机功率密度日益提高，结构日趋紧凑，对发动机活塞结构有了更高的要求。为满足大功率、高负荷、低排放的高性能柴油机的可靠性的要求，钢活塞有逐渐替代铝活塞的趋势，尤其是铸钢活塞相比锻钢活塞等其他形式的钢活塞制造成本低、生产周期短而更具优势。但铸钢活塞存在油腔成型困难、铸造组织致密度低而强度较差的问题，极大的阻碍了其批量化应用。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题为提供一种活塞，该活塞通过其结构设计，能够有效减少因铸钢活塞组织致密度差而造成活塞容易开裂失效的现象，提高活塞的使用性能。

一种活塞，包括一体成型的上方头部与下方裙部，所述头部的上端设置有燃烧室，所述头部的下端设置有冷却油腔，所述冷却油腔呈环状布置，所述冷却油腔与所述裙部之间的隔壁上设置有进油口与出油口，所述裙部上设置有呈左右对称布置的两个面窗，所述两个面窗之间贯穿设置有轴线呈水平布置的销孔，所述销孔用于与外设活塞销连接，其中，所述冷却油腔的直径与所述销孔的轴线相垂直位置处所述冷却油腔的内腔高为d1，所述冷却油腔的直径与所述销孔的轴线相平行位置处所述冷却油腔的内腔高为d2，所述冷却油腔的内腔高d1小于d2且从d1处到d2处逐渐升高。

优选地，所述进油口与所述出油口以所述冷却油腔的圆心为中心呈对称布置。

优选地，所述冷却油腔贴近所述面窗处的内壁半径值为r1，所述冷却油腔远离所述面窗处的内壁半径值为r2，所述冷却油腔的内壁半径值r1大于r2且从r1处到r2处逐渐减小。

优选地，所述冷却油腔与所述裙部之间的隔壁上设置有以所述冷却油腔圆心为中心呈对称布置的两个工艺孔，所述工艺孔与所述进油口及所述出油口之间设置有规定间距。

优选地，所述工艺孔内设置有内螺纹，所述内螺纹上匹配连接有螺堵密封件。

优选地，所述工艺孔为圆形孔或腰形孔。

本发明还提供了一种活塞制造方法，通过该活塞制造方法，能有效实现上述活塞的制造。

一种活塞制造方法，包括步骤：

s01、构建活塞模具，在活塞的冷却油腔位置处布置与冷却油腔形状一致的陶瓷芯，在陶瓷芯下方布置两个工艺孔、进油口、出油口的成型内模，在活塞的销孔两侧位置处设置侧冒口，其中，所述陶瓷芯的直径与所述销孔的轴线相垂直位置处所述陶瓷芯的高度为d1，所述陶瓷芯的直径与所述销孔的轴线相平行位置处所述陶瓷芯的高度为d2，所述陶瓷芯的高度d1小于d2且从d1处到d2处逐渐升高；所述陶瓷芯贴近所述面窗处的外壁半径值为r1，所述陶瓷芯远离所述面窗处的外壁半径值为r2，所述陶瓷芯的外壁半径值r1大于r2且从r1处到r2处逐渐减小；

s02、往活塞模具内浇注熔融金属液，形成包含有陶瓷芯的活塞毛坯；

s03、在活塞毛坯的两个工艺孔、进油口、出油口位置处向陶瓷芯内部钻设导流孔，直至导流孔接触冷却油腔内壁；

s04、将活塞毛坯放置于熔融状态的纯碱中加热至规定温度直至陶瓷芯腐蚀溶解，清除陶瓷芯获得成型的冷却油腔。

优选地，在步骤s04中，将活塞毛坯放置于熔融状态的纯碱中加热至550℃至600℃。

优选地，在步骤s04后面还包括步骤s05：

s05、在工艺孔内加工内螺纹，内螺纹内匹配螺堵密封件。

本发明的有益效果是：本发明提供的该活塞及活塞制造方法所得到的活塞的冷却油腔为一种变截面冷却油腔，从而使冷却油腔外壁的壁厚更加均匀，能够有效减少因铸钢活塞组织致密度差而造成活塞容易开裂失效的现象，克服了常规活塞冷却油腔外壁薄弱处容易变形开裂的风险，提高活塞的使用性能。

本发明提供的该活塞制造方法所得到的活塞毛坯的冷却油腔与裙部之间的隔壁上设置有两个工艺孔，克服了铸钢活塞毛坯内陶瓷芯或者砂芯清理困难的问题；本发明提供的该活塞及活塞制造方法所得到的活塞毛坯采用变截面油道形状，使活塞毛坯结构壁厚趋于均匀一致，并增加侧冒口补缩销孔上方厚大部位，以减少缩松孔洞缺陷，提高了活塞毛坯铸造质量。通过以上两种有益效果使得铸钢活塞能够批量化应用。

附图说明

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1所公开的活塞的a-a向剖视图；

图2为本发明实施例1所公开的活塞的b-b向剖视图；

图3为本发明实施例1所公开的活塞的仰视图；

图4为本发明实施例2所公开的活塞毛坯的主视图；

图5为本发明实施例2所公开的活塞毛坯的左视图；

图6为本发明实施例2所公开的活塞毛坯的仰视图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

实施例1：

参见图1至图3，图1至图3提供了本发明一种活塞的具体实施例，其中，图1为本发明实施例1所公开的活塞的a-a向剖视图；图2为本发明实施例1所公开的活塞的b-b向剖视图；图3为本发明实施例1所公开的活塞的仰视图。

常规技术中，技术人员发现，现有铸钢活塞铸造组织致密度差，结构强度较低，同时由于铸造毛坯中用于成型内冷油腔的陶瓷芯清理时间长，制约了铸钢活塞的批量应用。本方案技术人员经过多方研究和试验发现，通过在铸钢活塞中采用变截面油腔能够使铸造组织更致密而提高强度，通过在铸钢活塞中增加工艺孔，再用螺堵密封，可便于在活塞毛坯制造过程中大幅度减少陶瓷芯的清理时间，本发明则提供了一种变截面冷却油腔和具有螺堵密封工艺孔的整体铸钢活塞。

如图1至图3所示，本发明提供了一种活塞，包括头部1，裙部2，燃烧室3，冷却油腔4，隔壁5，进油口6，出油口7，面窗8及销孔9。

本实施例中，该活塞包括一体成型的上方头部1与下方裙部2，头部1的上端设置有燃烧室3，该处燃烧室3一般与外设发动机的燃烧室相通。

头部1的下端设置有冷却油腔4，冷却油腔4呈环状布置，冷却油腔4用于冷却油的容纳。

冷却油腔4与所述裙部2之间的隔壁5上设置有进油口6与出油口7，进油口6用于冷却油的导入，出油口7用于冷却油的导出。

裙部2上设置有呈左右对称布置的两个面窗8，两个面窗8之间贯穿设置有轴线呈水平布置的销孔9，销孔9用于与外设活塞销连接。具体的，销孔9内连接活塞销，活塞销连接外设连杆小头，外设连杆大头则与曲轴相连，将活塞的往复运动转化为曲轴的圆周运动。

冷却油腔4的直径与销孔9的轴线相垂直位置处冷却油腔4的内腔高为d1，冷却油腔4的直径与销孔9的轴线相平行位置处冷却油腔4的内腔高为d2，冷却油腔4的内腔高d1小于d2且从d1处到d2处逐渐升高。

如此，本发明提供的该活塞的冷却油腔为一种变截面冷却油腔，从而使冷却油腔外壁的壁厚更加均匀，能够有效减少因铸钢活塞组织致密度差而造成活塞容易开裂失效的现象，克服了常规活塞冷却油腔外壁薄弱处容易变形开裂的风险，提高活塞的使用性能。

本实施例中，为进一步方便冷却油的导入和导出，优选地，所述进油口6与所述出油口7以所述冷却油腔4的圆心为中心呈对称布置。

本实施例中，为进一步提高冷却油腔4内壁的受压均衡性，优选地，所述冷却油腔4贴近所述面窗8处的内壁半径值为r1，所述冷却油腔4远离所述面窗8处的内壁半径值为r2，所述冷却油腔4的内壁半径值r1大于r2且从r1处到r2处逐渐减小。

本实施例中，为方便变截面冷却油腔的成型，优选地，所述冷却油腔4与所述裙部2之间的隔壁5上设置有以所述冷却油腔4圆心为中心呈对称布置的两个工艺孔，所述工艺孔与所述进油口6及所述出油口7之间设置有规定间距。

本实施例中，为方便冷却油腔4的密封，优选地，所述工艺孔内设置有内螺纹，所述内螺纹上匹配连接有螺堵密封件10。

优选地，所述工艺孔为圆形孔或腰形孔。

实施例2：

本实施例提供了一种活塞制造方法的具体实施例，其中，图4为本发明实施例2所公开的活塞毛坯的主视图；图5为本发明实施例2所公开的活塞毛坯的左视图；图6为本发明实施例2所公开的活塞毛坯的仰视图。

本实施例提供了一种活塞制造方法，通过该活塞制造方法，能有效实现上述活塞的制造。

一种活塞制造方法，包括步骤：

s01、构建活塞模具，在活塞的冷却油腔位置处布置与冷却油腔形状一致的陶瓷芯，在陶瓷芯下方布置两个工艺孔、进油口、出油口的成型内模，在活塞的销孔两侧位置处设置侧冒口，其中，所述陶瓷芯的直径与所述销孔的轴线相垂直位置处所述陶瓷芯的高度为d1，所述陶瓷芯的直径与所述销孔的轴线相平行位置处所述陶瓷芯的高度为d2，所述陶瓷芯的高度d1小于d2且从d1处到d2处逐渐升高；所述陶瓷芯贴近所述面窗处的外壁半径值为r1，所述陶瓷芯远离所述面窗处的外壁半径值为r2，所述陶瓷芯的外壁半径值r1大于r2且从r1处到r2处逐渐减小；

s02、往活塞模具内浇注熔融金属液，形成包含有陶瓷芯的活塞毛坯；

s03、在活塞毛坯的两个工艺孔、进油口、出油口位置处向陶瓷芯内部钻设导流孔，直至导流孔接触冷却油腔内壁；

s04、将活塞毛坯放置于熔融状态的纯碱中加热至规定温度直至陶瓷芯腐蚀溶解，清除陶瓷芯获得成型的冷却油腔。

本实施例提供的该活塞制造方法具有如下优点：

1、采用变截面陶瓷芯构建变截面冷却油腔，且陶瓷芯形状与冷却油腔形状相互匹配，从而使活塞毛坯结构壁厚趋于均匀一致，使铸造组织更加致密，提高活塞结构强度。

2、增加侧冒口补缩销孔上方厚大部位，以减少缩松孔洞缺陷，提高活塞毛坯铸造质量。

3、在活塞毛坯的两个工艺孔、进油口、出油口位置处向陶瓷芯内部钻导流孔，直至导流孔接触冷却油腔内壁，再把活塞毛坯放置于熔融状态的纯碱中加热到规定温度腐蚀掉陶瓷芯，钻孔后显著增加了陶瓷芯与纯碱的接触面积，大幅缩短了陶瓷芯的腐蚀时间，提高了铸钢活塞的铸造质量并减少陶瓷芯的清理时间，以实现铸钢活塞的批量化生产。

4、在活塞毛坯铸造过程中多铸造出两个工艺孔，使陶瓷芯的定位更可靠，提高了冷却油腔的位置精度。

5、采用熔模精铸的方法铸造出钢活塞毛坯，可铸造出活塞燃烧室、销孔和面窗的大致形状，尺寸精度高、加工余量小。

本实施例中，为进一步方便陶瓷芯的溶解，优选地，在步骤s04中，将活塞毛坯放置于熔融状态的纯碱中加热至550℃至600℃。

本实施例中，为提高活塞的密封性能，优选地，在步骤s04后面还包括步骤s05：

s05、在工艺孔内加工内螺纹，内螺纹内匹配螺堵密封件。

以上对本发明所提供的一种活塞及活塞制造方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。