[发明专利]一种钢活塞及其制造方法

说明书

本发明公开了一种钢活塞，在活塞体的内部设置有与活塞筒一体的燃烧室底部结构，并且使燃烧室底部的中央部分向燃烧室方向凸起，将燃烧室盖板设计为环状结构，并且使燃烧室盖板与活塞体采用内圈和外圈均为螺纹连接的组装连接方式，形成环形的冷却油腔，冷却油腔的底部设有进出油孔，燃烧室盖板与活塞体的配合部的外侧均设置有密合焊缝，以形成带内冷油腔的一体式钢活塞。本方案提供的钢活塞的结构简单、易于加工、制造成本低，冷却油腔的成型简单，燃烧室盖板受力小，内外双螺纹连接方式足以保证燃烧室盖板在活塞工作过程中不会异常脱落。本方案的钢活塞能够满足发动机高功率、高强度和低排放的要求。本发明还公开了一种钢活塞的制造方法。

技术领域

本发明涉及活塞设计加工技术领域，尤其涉及一种钢活塞及其制造方法。

背景技术

发动机的发展趋势要求小型化，且要求功率不断提升，爆发压力已经超过20MPa，使活塞承受载荷越来越大，为适应发动机的发展，活塞的设计者们不断在活塞的材质和结构上进行设计改进，以提高活塞的性能、高温强度及使用寿命。传统铝合金活塞虽然具有重量轻的优点，但是铝合金材料只能在350℃下稳定工作，最大极限工作温度为400℃，已经逐渐不能满足发动机高功率、高强度、低排放的要求，而钢材料活塞最大极限工作温度为520℃，钢材料由于其高强度、高的热力学性能，能够满足高强度活塞的需要，钢活塞是继铝合金活塞后的又一种全新的设计方案。活塞设计者们分别设计出了钢顶铝裙螺栓连接活塞及钢顶铝裙摆体式铰接活塞，但两种活塞结构都需要钢顶和铝裙分开制造，活塞裙壁厚差难以保证，铸造废品率高，且摆体式活塞难以形成封闭油腔，活塞冷却效果差。

中国专利CN100453253C公开了一种由活塞坯制造用于发动机的一体式活塞的方法，在活塞环区域，在活塞环区与该盒形的活塞体之间具有一个封闭的冷却管和一个槽。该方法包括下列步骤：通过锻造的方法制造活塞坯，通过加工制造该环形槽，使得该活塞裙的上端部能够与活塞顶之下的径向内部区域保持连接。该槽的轴向高度至少等于该冷却管的轴向高度。该底部开口的冷却管通过机械加工和轮内镗的方法加工而成，并且精加工该活塞的外轮廓。该底部开口的冷却管以两个零件的环盖封闭。该技术方案的缺点如下：一、机械加工难度大，特别是受环形槽空间的限制，加工冷却管时需多把高强度复杂机加刀具才能完成，加工复杂，成本高；二、封闭开口的冷却管的两个环盖装配相当困难。

中国专利CN1944994A公开了一种焊接式锻钢整体活塞及其制造方法。制造方法是：分别锻造出头部及裙部毛坯；分别对头部及裙部毛坯进行热处理；分别对头部及裙部毛坯进行粗加工，头部两相邻环槽中的焊接面高于燃烧室下方的焊接面：将头部与裙部通过摩擦焊接在一起；分别加工出活塞的环形槽、燃烧室、环槽、销孔、外圆及进出油孔；对活塞表面进行磷化或石墨处理。由于活塞头部与裙部是分别锻造后焊接在一起的，与整体锻造的活塞相比工艺性好，由于通过焊接形成封闭冷却油腔，使活塞整体结构刚度增加，特别是环槽部位热态下变形较小，在活塞裙部上方加工出环形槽，减轻了活塞本体的重量，有利于油环槽部位机油回油、配缸间隙的调校和机油油耗的降低。该技术方案的缺点如下：通过摩擦焊的方法对活塞头部和裙部进行焊接处理，容易形成内外表面的焊疤，隐藏在冷却油腔内的焊疤难以去除，当发动机在高速高温的情况下运行时，焊疤有掉落风险，掉落后随冷却油进入发动机冷却系统等部位，容易造成发动机拉缸等质量事故。

发明内容

为了克服现有技术方案的不足，本发明提供了一种新型的钢活塞及其制造方法，使钢活塞的结构及制作工艺更加简化，且提高活塞工作的可靠性和安全性，能够满足发动机高功率、高强度和低排放的要求。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：