[实用新型]一种增强销孔的内燃机铝活塞

说明书

技术领域

一种增强销孔的内燃机铝活塞，属于发动机活塞技术领域。

背景技术

目前配套于载重汽车、工程机械、船舶等的柴油发动机都在不断向大功率、高负荷方向发展；配套于轿车、SUV等乘用车的汽油发动机也在不断向大功率、高转速的方向发展。发动机的强化程度及爆发压力不断提高，排放要求也越来越严格，这就对发动机中的关键运动部件——活塞提出了更高的要求。活塞作为发动机的心脏，在工作过程中承受着高温燃气的周期性加热和交变的高压载荷，其工作环境十分恶劣。

活塞销孔上侧面的销座部位是活塞承受载荷的主要部位，随着发动机性能参数的提高，传统的铸造铝活塞销孔已经很难承受更高的压力和高温负荷，经常在使用中出现销孔疲劳开裂、异常磨损、或活塞销抱死等故障现象，直接影响到发动机的性能，严重的甚至导致机体的破坏。

针对上述情况，活塞销孔之后又出现了镶铜衬套的设计，对解决上述问题起到了作用。但是，销孔镶的铜衬套本身与活塞本体是分离的两部分，是通过过盈配合将铜衬套安装到活塞铝销孔内的，在发动机工作中由于活塞高温膨胀变形以及活塞销与衬套间的相互作用力，存在铜衬套脱落的风险，可靠性不是很高。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种高温疲劳强度高、线膨胀系数小的增强销孔的内燃机铝活塞。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该增强销孔的内燃机铝活塞，包括活塞本体，活塞本体下部设有活塞销座，所述的活塞销座上预留的活塞销孔内镶铸有一个与活塞本体一体的陶瓷纤维增强环，陶瓷纤维增强环的活塞止口侧设有定位平面。

本实用新型在内燃机铝活塞的活塞销孔内镶铸有一个陶瓷纤维增强环，由陶瓷纤维套加压浸入高温液态铝合金制成，液态铝合金为活塞本体的浇铸液态铝合金，使陶瓷纤维增强环与活塞本体成为一体，解决传统增强衬套脱落的问题。这种新型结构活塞具有应用范围广的特点，既可应用于大功率、高负荷的工程机械、车用、船用等柴油发动机，也可以用于功率高、爆压大、转速高的汽油发动机。

所述的陶瓷纤维增强环的环壁厚度为1mm~15mm。

所述的活塞本体内部开有环形的冷却油道，活塞本体的顶面上开有燃烧室，活塞本体外表面上开有多道活塞环槽。

所述的定位平面到活塞销孔中心线的距离L，陶瓷纤维增强环的外圆半径尺寸RT，0＜L＜RT。L的具体尺寸可根据活塞的实际需求做相应的调整。

所述的活塞本体的材质为铸造铝合金。

本实用新型的方法中在铝活塞的铸造过程中可以采用压力铸造工艺，使液态铝合金浸入到陶瓷纤维套预制件中，浸入液态铝合金后的陶瓷纤维套预制件冷却后在活塞本体内得到与活塞本体一体的铝基陶瓷纤维增强复合材料的陶瓷纤维增强环。这种增强环的密度小，质量轻，不会脱落，与活塞本体热伸缩比一致，起到提高活塞销孔热疲劳强度，提高销孔耐磨耐高温性能等作用。用陶瓷纤维复合材料增强的活塞销孔相对于普通铝销孔，高温疲劳强度可提高20%~30%，线膨胀系数可降低20%，耐磨性可达到普通铝销孔的2倍；与销孔镶铜衬套的活塞方案对比，本实用新型方案可解决衬套脱落的问题，而且生产成本降低。这种新型的活塞销孔结构可以同时应用于柴油机或汽油机等铸造铝活塞上，应用范围非常广泛。本实用新型有效提高了活塞销孔的性能。

所述的压力铸造工艺采用惰性气体压力铸造的工艺方式。惰性气体压力铸造，防止液态铝合金浸入过程中液态铝合金被部分氧化，影响陶瓷纤维增强环的强度。

所述的压力铸造工艺的具体制备步骤为：

1）根据活塞销座、活塞销孔的形状尺寸及强度要求制造加工陶瓷纤维套预制件，陶瓷纤维套预制件内圆留出活塞销孔及卡簧槽的机械加工余量，同时在陶瓷纤维套预制件的活塞止口侧做出定位平面；

2）将预热到820℃~920℃的陶瓷纤维套预制件安装在活塞本体浇铸的模具内，向模具内浇注730℃~820℃的液态铝合金，浇注完成后，通过铣浇冒口加压4bar~6bar压力的惰性气体，使液态铝合金浸入陶瓷纤维套预制件中与其陶瓷纤维材料结合，冷却出模后形成具有铝基陶瓷纤维增强复合材料的陶瓷纤维增强环的活塞毛坯；

3）活塞毛坯铣浇冒口，经后处理即得。

在压力铸造工艺中，最重要的是上述步骤2）的浇铸步骤，在浇铸前先将陶瓷纤维套预制件预热到利于液态铝合金浸入的温度，然后通过液态铝合金温度控制液态铝合金的流动状态，同时通过压力控制，保证在冷却前，能够浸入到陶瓷纤维套预制件中适量的液态铝合金，实现增强环的最大热疲劳强度。