[发明专利]内燃机用复合式活塞毛坯的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种汽车制造技术领域的制造方法，具体是一种内燃机用复合式活塞毛坯的制造方法。

背景技术

活塞是内燃机中工作强度最高的部件之一。由于它的工作条件特别恶劣，所以其工作能力对发动机的强化，可靠性，耐久性有重大影响。

活塞顶部与高温、高压燃气接触，工作温度高、热负荷大；活塞裙部起到导向和传递动力作用。一般活塞顶部温度可达300℃以上，汽油机活塞的第一环槽岸可能处于260℃范围，柴油机活塞的第一环槽岸可能超过315℃。随着现在发动机技术的进步，其功率在不断的提高，活塞的运动速度也随之提高，汽油机活塞速度可达11-16m/s，柴油机活塞速度可达6-8.5m/s，或者更高一些。由于发动机高速化的结果，使其作用在活塞上的惯性力也越来越大。在过去十年中，轿车柴油机升功率由30kW/L发展到现在的60kW/L，气缸的爆发压力由13MPa发展到18MPa，而重型柴油机的爆发压力已经从过去的14MPa发展到了20MPa以上。这些都对发动机活塞的材料提出了更高的要求，尤其是应具有较高的高温强度和高温抗疲劳、抗蠕变性能、好的热稳定性、较小的热膨胀系数、较大的热导率、好的耐磨性。与此同时，出于对发动机排放标准，油耗以及乘坐舒适性的要求，在不降低高温力学性能的前提下，追求活塞减重，一直是人们追求的目标。另一方面，通常活塞在往复运动过程中会引起震动，并对曲轴施加较大的侧向力。在大功率发动机中，这些力通常要靠昂贵的平衡系统来平衡。因此，选用更轻的活塞除了可以减轻重量，降低油耗之外，还可以大幅减轻活塞运动过程中的震动，提高曲轴的寿命，降低噪声，增加乘坐的舒适性。

目前，国内外用作活塞的材料，主要有铝硅系合金，钢以及铸铁(灰铁和球铁)等。这些材料中，铝硅系合金应用最广。由于汽车轻量化以及各国出台的日益严格的汽车尾气排放标准的要求，镁合金作为最轻的金属结构材料，其在发动机活塞上的应用，也引起了人们的极大兴趣。但是，由于活塞顶部、裙部等不同部位的工作条件不一、需要的材料性能不同，采用同种材料制造活塞必然造成对材料各种性能的过高要求或材料某些性能的浪费，尤其是在高的高温力学性能和减轻重量这两个方面，总是顾此失彼。例如钢和铁具有好的高温性能，可以满足大功率，高速发动机活塞的要求，但是比重大，无法满足发动机对活塞轻量化的要求，对发动机寿命，油耗，噪音以及乘坐的舒适性都有不利的影响；而铝和镁合金虽然比重轻，但是高温性能又相对较低，在一定程度上限制了发动机功率的提升。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN1764775中记载了一种由整体铸造的铸钢制成的内燃机用活塞，与铝合金活塞以及球墨铸铁活塞相比，具有优异的高温力学性能以及耐热性能，可以使活塞工作温度上升至450℃以上，燃烧压力上升至20MPa以上时也可以使用，因此可以应用于高速，大功率发动机活塞上。但是，由于其是用铸钢制成，要比铝合金活塞重很多，未能很好地满足活塞轻量化的要求。而现在应用最广泛的铝硅合金活塞，具有比重轻，耐磨性好等优点，但是由于铝合金本身的力学性能尤其是高温力学性能的限制，使其难以应用于高速、大功率发动机上。

中国专利文献号CN2371394Y和CN101468426A分别记载了用链接和激光焊接的方式来制造活塞。活塞的顶部用铁或者钢制成，活塞的裙部用铝合金制成，然后通过链接或者激光焊接的方法把钢或者铁的活塞顶部与铝合金的活塞裙部连接起来。这两种方法虽然可以同时满足增加强度和减轻重量，但是制造过程复杂、工序较多、成本也很高。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种内燃机用复合式活塞毛坯的制造方法，通过分别用两种金属液先后浇注到活塞顶部和裙部的模具型腔中，并利用其自身的结晶潜热来冶金结合活塞的顶部和裙部，从而制造出可以同时满足增加强度与减轻重量的要求，并且具有制造方法相对简单，成本低廉的内燃机用复合式活塞毛坯。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明采用铸钢、AC9B过共晶铝硅合金、AC8A共晶铝硅合金、高稀土含量耐热镁合金、或其金属基复合材料等的熔体作为活塞顶部熔体，采用AC8A共晶铝硅合金、普通耐热镁合金或其金属基复合材料等的熔体作为活塞裙部熔体且活塞裙部熔体和活塞顶部熔体采用不同的材质，将两种熔体采用重力铸造方法或采用挤压铸造方法制得复合式活塞毛坯。

所述的活塞顶部熔体的浇注温度为710-1610℃。

所述的活塞裙部熔体的浇注温度为700-780℃。