一種雙油腔鋼活塞及其加工方法
【專利摘要】一種雙油腔鋼活塞及其加工方法，鋼活塞包括活塞頭部和活塞裙部，活塞頭部中部與活塞裙部中部通過摩擦焊接連接，并圍成盆形冷卻油腔，活塞頭部周邊與活塞裙部周邊密封連接，并圍成環(huán)繞盆形冷卻油腔的環(huán)形冷卻油腔，盆形冷卻油腔內(nèi)沿摩擦焊接回轉(zhuǎn)中心軸設(shè)置有用于保證摩擦焊接回轉(zhuǎn)精度的回轉(zhuǎn)導向組件。方法包括：S1：零件加工：鍛造活塞頭部和活塞裙部，對活塞頭部與活塞裙部之間的摩擦焊接面以及回轉(zhuǎn)導向組件精加工；S2：徑向定位準備：將活塞頭部與活塞裙部對接，活塞頭部與活塞裙部之間的回轉(zhuǎn)導向槽和回轉(zhuǎn)導向軸套接配合形成回轉(zhuǎn)徑向定位；S3：摩擦焊接；S4：后加工：焊后熱處理、完成活塞頭部和活塞裙部的周邊密封連接、機械精加工及表面處理。
【專利說明】
一種雙油腔鋼活塞及其加工方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及鋼活塞及其加工方法，尤其涉及一種雙油腔鋼活塞及其加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]用于載重汽車、工程機械、船舶等發(fā)動機都在向大功率、高爆壓方向發(fā)展，發(fā)動機、尤其是活塞將承受更高的熱負荷和機械負荷，促使活塞冷卻變得更加重要。
[0003]為了降低活塞部件的工作溫度，通過設(shè)置冷卻油腔對活塞頭部給予充分的冷卻，這種活塞頭部油腔有二種結(jié)構(gòu)方式，一是活塞頭部單油腔結(jié)構(gòu)，冷卻油在活塞頭部環(huán)形冷卻油腔流動，以強化對活塞頭部的強制冷卻；二是在活塞頭部雙油腔結(jié)構(gòu)，在活塞頭部設(shè)置環(huán)形冷卻油腔和燃燒室底部設(shè)置盆形冷卻油腔，環(huán)形冷卻油腔和盆形冷卻油腔之間有通孔連接，冷卻油在環(huán)形冷卻油腔和盆形冷卻油腔流動，以強化對活塞頭部全面的強制冷卻。
[0004]已知的雙油腔全鋼結(jié)構(gòu)活塞，活塞頭部和裙部分體鍛造后焊接成型，較好的解決內(nèi)冷卻油腔成型等問題。如:中國專利文獻CN202970933U公開的雙冷卻油腔焊接式鍛鋼內(nèi)燃機活塞；中國專利文獻CN103119278A公開的用于內(nèi)燃機的活塞；中國專利文獻CN104153909A公開的一種氣體發(fā)動機強冷鋼活塞。
[0005]現(xiàn)有雙油腔全鋼結(jié)構(gòu)活塞存在以下幾個方面的問題:
一是活塞頭部和裙部分體鍛造后焊接成型，能有效的形成雙內(nèi)冷卻油腔，但焊接后活塞頭部和裙部徑向同軸度誤差偏大(0.3-0.7mm以上)，軸向長度尺寸公差(±0.25mm)較大，造成活塞頭部或裙部長度及壁厚尺寸不均、重量不勻，影響活塞工作性能。
[0006]二是活塞頭部和裙部分體鍛造后焊接成型，并采用雙焊接面結(jié)構(gòu)設(shè)計，活塞中部和周邊的兩層環(huán)槽之間均設(shè)置摩擦焊接面，焊接過程中存在的焊接飛邊，防礙了冷卻油對活塞頂?shù)臎_擊振蕩，摩擦焊接飛邊表面氧化粗糙，冷卻油雜質(zhì)在此容易聚集沾連并結(jié)焦，對活塞頭部周邊、活塞頂部的冷卻散熱產(chǎn)生不利影響，降低振蕩冷卻效果；并且雙焊接面工藝焊接過程相對復雜，焊接質(zhì)量的保障難度增大，而且對摩擦焊接設(shè)備的噸位要求高，大量的飛邊殘留在環(huán)形內(nèi)冷卻油腔增加了活塞重量。
[0007]三是高壓冷卻油從冷卻噴嘴噴出，在活塞下止點時冷卻油全部擠入到環(huán)形內(nèi)冷卻油腔內(nèi)，在重力的作用下高壓冷卻油會產(chǎn)生噴射發(fā)散，當活塞在上止點時不論是開式油腔進油口還是閉式油腔進油口，均存在約20%左右的冷卻油從進油口 “逃逸”到冷卻油腔外，現(xiàn)有技術(shù)的環(huán)形內(nèi)冷卻油腔的出油連接通孔在環(huán)形內(nèi)冷卻油腔相對位置較高，活塞排油過程，連接通孔之下的環(huán)形冷卻油腔的冷卻油在慣性的作用下對進油口形成逸出壓力，高壓冷卻油對進油口的“封閉”作用被大大削弱，冷卻油“逃逸”量增多，不利于冷卻油在活塞內(nèi)冷卻油腔的留存，對活塞的冷卻產(chǎn)生不利影響。
[0008]四是盆形冷卻油腔底是向上的穹頂曲面結(jié)構(gòu)，冷卻油是一種粘性液體，與盆形內(nèi)冷卻油腔的園弧曲面存在粘附，活塞從下止點上行時，活塞先加速后減速，活塞減速后冷卻油緊貼園弧曲面上行，盆形冷卻油腔面積較大，對盆形冷卻油腔頂?shù)臎_擊力削弱，冷卻效果受到影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成型精度高、冷卻效果好的雙油腔鋼活塞及其加工方法。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種雙油腔鋼活塞，包括活塞頭部和活塞裙部，所述活塞頭部中部與活塞裙部中部通過摩擦焊接連接，并圍成盆形冷卻油腔，所述活塞頭部周邊與活塞裙部周邊密封連接，并圍成環(huán)繞所述盆形冷卻油腔的環(huán)形冷卻油腔，所述盆形冷卻油腔內(nèi)沿摩擦焊接回轉(zhuǎn)中心軸設(shè)置有用于保證摩擦焊接回轉(zhuǎn)精度的回轉(zhuǎn)導向組件。
[0011]作為上述技術(shù)方案的進一步改進:
所述導向組件包括回轉(zhuǎn)導向槽和回轉(zhuǎn)導向軸，所述回轉(zhuǎn)導向槽和回轉(zhuǎn)導向軸分設(shè)于活塞頭部和活塞裙部，且所述回轉(zhuǎn)導向軸與所述回轉(zhuǎn)導向槽套接。
[0012]所述盆形冷卻油腔的底部環(huán)繞回轉(zhuǎn)導向組件設(shè)有多條環(huán)形溝槽。
[0013]所述盆形冷卻油腔與環(huán)形冷卻油腔通過連通孔連通。
[0014]所述活塞裙部于環(huán)形冷卻油腔底部設(shè)有與環(huán)形冷卻油腔連通的進油孔，所述活塞裙部于盆形冷卻油腔底部設(shè)有盆形冷卻油腔連通的排油孔。
[0015]所述排油孔設(shè)有多個，多個所述排油孔圍繞所述回轉(zhuǎn)導向組件設(shè)置。
[0016]所述進油孔的出口裝設(shè)有向環(huán)形冷卻油腔內(nèi)延伸的定距套，所述定距套的出口高度高于所述連通孔的高度。
[0017]所述活塞頭部周邊與活塞裙部周邊通過縮口結(jié)構(gòu)密封連接。
[0018]所述活塞頭部周邊與活塞裙部周邊通過迷宮結(jié)構(gòu)密封連接。
[0019]—種雙油腔鋼活塞加工方法，包括以下步驟:
51:零件加工:包括鍛造活塞頭部和活塞裙部，在活塞頭部加工盆形冷卻油腔和環(huán)形冷卻油腔的頂面，在活塞裙部加工盆形冷卻油腔和環(huán)形冷卻油腔的底面，對活塞頭部與活塞裙部之間的摩擦焊接面以及回轉(zhuǎn)導向組件精加工；
52:徑向定位準備:將活塞頭部與活塞裙部對接，并通過活塞頭部與活塞裙部之間的回轉(zhuǎn)導向槽和回轉(zhuǎn)導向軸的套接配合形成回轉(zhuǎn)徑向定位；
53:摩擦焊接:活塞頭部與活塞裙部相對旋轉(zhuǎn)，同時作軸向進給，活塞頭部與活塞裙部摩擦焊接，在摩擦焊接的頂鍛階段回轉(zhuǎn)導向軸的端面與回轉(zhuǎn)導向槽的底面相抵時，停止活塞頭部與活塞裙部的軸向進給，保壓延時，摩擦焊接完成；
54:后加工:焊后熱處理、完成活塞頭部和活塞裙部的周邊密封連接、機械精加工及表面處理。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
本發(fā)明的雙油腔鋼活塞，采用活塞頭部和活塞裙部分體摩擦焊接成型的結(jié)構(gòu)，摩擦焊接過程中，通過沿摩擦焊接回轉(zhuǎn)中心軸設(shè)置的回轉(zhuǎn)導向組件對活塞頭部和活塞裙部徑向?qū)?，能夠提高活塞頭部和活塞裙部的焊后同軸度精度，解決了現(xiàn)有雙油腔鋼活塞中存在的同軸度精度低、壁厚及重量不均勻的問題；活塞頭部和活塞裙部采用中部摩擦焊接，周邊密封連接的結(jié)構(gòu)，提高了摩擦焊接的工藝性，可以降低焊接設(shè)備的噸位，減少焊接工作時間，節(jié)約設(shè)備采購費用，降低活塞的制造成本，同時減少了環(huán)形冷卻油腔內(nèi)的殘留焊接飛邊，減少活塞頭部重量，消除焊接飛邊對冷卻油的上行阻礙，也提高了環(huán)形冷卻油腔對活塞頭部的強制冷卻效果。
[0021]本發(fā)明的雙油腔鋼活塞加工方法，在開始摩擦焊接前對活塞頭部與活塞裙部進行徑向定位，在摩擦焊接過程中通過徑向定位結(jié)構(gòu)保持活塞頭部與活塞裙部的同軸度，使活塞頭部與活塞裙部的摩擦焊接成型精度大大提高，提升雙油腔鋼活塞的質(zhì)量和加工成品率。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明第一種雙油腔鋼活塞實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2是本發(fā)明第二種雙油腔鋼活塞實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖3是本發(fā)明雙油腔鋼活塞加工方法的流程圖。
[0025]圖4是本發(fā)明雙油腔鋼活塞加工方法中摩擦焊接示意圖。
[0026]圖中各標號表不:
1、活塞頭部；2、活塞裙部；3、盆形冷卻油腔；31、排油孔；4、環(huán)形冷卻油腔；41、進油孔；42、定距套；5、導向組件；51、回轉(zhuǎn)導向槽；52、回轉(zhuǎn)導向軸；6、連通孔；7、環(huán)形溝槽；8、燃燒室。
【具體實施方式】
[0027]圖1示出了本發(fā)明的第一種雙油腔鋼活塞實施例，該雙油腔鋼活塞包括活塞頭部I和活塞裙部2，活塞頭部I中部與活塞裙部2中部通過摩擦焊接連接，并圍成盆形冷卻油腔3，活塞頭部I周邊與活塞裙部2周邊密封連接，并圍成環(huán)繞盆形冷卻油腔3的環(huán)形冷卻油腔4，盆形冷卻油腔3與環(huán)形冷卻油腔4通過連通孔6連通，盆形冷卻油腔3內(nèi)沿摩擦焊接回轉(zhuǎn)中心軸設(shè)置有用于保證摩擦焊接回轉(zhuǎn)精度的回轉(zhuǎn)導向組件5。本發(fā)明的雙油腔鋼活塞，采用活塞頭部I和活塞裙部2分體摩擦焊接成型的結(jié)構(gòu)，摩擦焊接過程中，通過沿摩擦焊接回轉(zhuǎn)中心軸設(shè)置的回轉(zhuǎn)導向組件5對活塞頭部I和活塞裙部2的徑向?qū)?，能夠提高活塞頭部I和活塞裙部2的焊后同軸度精度，解決了現(xiàn)有雙油腔鋼活塞中存在的同軸度精度低、壁厚及重量不均勻的問題；活塞頭部I和活塞裙部2采用中部摩擦焊接，周邊密封連接的結(jié)構(gòu)，提高了摩擦焊接的工藝性，可以降低焊接設(shè)備的噸位，減少焊接工作時間，節(jié)約設(shè)備采購費用，降低活塞的制造成本，同時減少了環(huán)形冷卻油腔4內(nèi)的殘留焊接飛邊，減少活塞頭部I重量，消除焊接飛邊對冷卻油的上行阻礙，也提高了活塞頭部I的內(nèi)冷卻油腔強制冷卻效果。
[0028]本實施例中，導向組件5包括回轉(zhuǎn)導向槽51和回轉(zhuǎn)導向軸52，回轉(zhuǎn)導向槽51設(shè)于活塞頭部1，回轉(zhuǎn)導向軸52設(shè)于活塞裙部2，且回轉(zhuǎn)導向軸52與回轉(zhuǎn)導向槽51套接，在其他實施例中也可將回轉(zhuǎn)導向槽51設(shè)于活塞裙部2，回轉(zhuǎn)導向軸52設(shè)于活塞頭部I?；剞D(zhuǎn)導向軸52與回轉(zhuǎn)導向槽51的套接配合在實現(xiàn)了徑向定位的同時，還可以實現(xiàn)活塞頭部I和活塞裙部2的精確軸向定位，在摩擦焊接的頂鍛階段回轉(zhuǎn)導向軸52的端面與回轉(zhuǎn)導向槽51的底面相抵，確?；钊^部I和活塞裙部2的長度精度；回轉(zhuǎn)導向槽51和回轉(zhuǎn)導向軸52還增加了盆形冷卻油腔3的散熱面積，促進了冷卻油對燃燒室8的冷卻，同時定位結(jié)構(gòu)對燃燒室8起到了輔助支撐作用。
[0029]本實施例中，盆形冷卻油腔3的底部環(huán)繞回轉(zhuǎn)導向組件5設(shè)有多條環(huán)形溝槽7，多條環(huán)形溝槽7布滿盆形冷卻油腔3底面，環(huán)形溝槽7可改變冷卻油向上運動方向，阻斷冷卻油沿壁面上升軌跡，同時環(huán)形溝槽7對冷卻油有一個“托舉”作用，可提高冷卻油對盆形冷卻油腔3頂面的沖擊強度，提升盆形冷卻油腔3頂面的換熱效率，提高冷卻效果。
[0030]本實施例中，活塞裙部2于環(huán)形冷卻油腔4底部設(shè)有與環(huán)形冷卻油腔4連通的進油孔41，活塞裙部2于盆形冷卻油腔3底部設(shè)有與盆形冷卻油腔3連通的排油孔31，排油孔31設(shè)有多個，多個排油孔31圍繞回轉(zhuǎn)導向組件5設(shè)置。
[0031]本實施例中，進油孔41的出口裝設(shè)有向環(huán)形冷卻油腔4內(nèi)延伸的定距套42，定距套42的出口高度高于連通孔6的高度，該定距套42可保障環(huán)形冷卻油腔4內(nèi)冷卻油的充分的動態(tài)液面高度，消除冷卻油的“逃逸”，實現(xiàn)冷卻油腔必要的冷卻油填充率，利于強制振蕩冷卻過程中活塞頭部I冷卻油的換熱率達到最高。
[0032]本實施例中，活塞頭部I周邊與活塞裙部2周邊通過縮口結(jié)構(gòu)密封連接，該縮口結(jié)構(gòu)能簡捷的封閉環(huán)形冷卻油腔4，工藝簡單、經(jīng)濟有效。
[0033]圖2示出了本發(fā)明的第二種雙油腔鋼活塞實施例，本實施例與上一實施例基本相同，區(qū)別僅在于:活塞頭部I周邊與活塞裙部2周邊通過迷宮結(jié)構(gòu)密封連接。
[0034]圖3示出了本發(fā)明雙油腔鋼活塞加工方法實施例的流程，本實施例的雙油腔鋼活塞加工方法，包括以下步驟:
51:零件加工:包括鍛造活塞頭部I和活塞裙部2，在活塞頭部I加工盆形冷卻油腔3和環(huán)形冷卻油腔4的頂面，在活塞裙部2加工盆形冷卻油腔3和環(huán)形冷卻油腔4的底面，對活塞頭部I與活塞裙部2之間的摩擦焊接面以及回轉(zhuǎn)導向組件5精加工；
52:徑向定位準備:將活塞頭部I與活塞裙部2對接(如圖4所示)，并通過活塞頭部I與活塞裙部2之間的回轉(zhuǎn)導向槽51和回轉(zhuǎn)導向軸52的套接配合形成回轉(zhuǎn)徑向定位；
53:摩擦焊接:活塞頭部I與活塞裙部2相對旋轉(zhuǎn)，同時作軸向進給，活塞頭部I與活塞裙部2摩擦焊接，在摩擦焊接的頂鍛階段回轉(zhuǎn)導向軸52的端面與回轉(zhuǎn)導向槽51的底面相抵時，停止活塞頭部I與活塞裙部2的軸向進給，保壓延時，摩擦焊接完成；
54:后加工:焊后熱處理、完成活塞頭部I和活塞裙部2的周邊密封連接、機械精加工及表面處理。
[0035]本發(fā)明的雙油腔鋼活塞加工方法，在開始摩擦焊接前對活塞頭部I與活塞裙部2進行徑向定位，在摩擦焊接過程中通過徑向定位結(jié)構(gòu)保持活塞頭部I與活塞裙部2的同軸度，使活塞頭部I與活塞裙部2的摩擦焊接成型精度大大提高，提升雙油腔鋼活塞的質(zhì)量。
[0036]本實施例中，進一步在步驟SI中將活塞頭部I周邊和活塞裙部2周邊加工成可形成徑向接觸配合的結(jié)構(gòu)，從而實施輔助徑向定位，進一步提高定位精度；在步驟SI中，于活塞頭部I頂部加工出裝夾凸臺，避免摩擦焊接時直接裝夾活塞頭部I的環(huán)形冷卻油腔4周邊而引起環(huán)形冷卻油腔4變形。
[0037]雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍的情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應(yīng)落在本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種雙油腔鋼活塞，包括活塞頭部(I)和活塞裙部(2)，其特征在于:所述活塞頭部Cl)中部與活塞裙部(2)中部通過摩擦焊接連接，并圍成盆形冷卻油腔(3)，所述活塞頭部(I)周邊與活塞裙部(2)周邊密封連接，并圍成環(huán)繞所述盆形冷卻油腔(3)的環(huán)形冷卻油腔(4)，所述盆形冷卻油腔(3)內(nèi)沿摩擦焊接回轉(zhuǎn)中心軸設(shè)置有用于保證摩擦焊接回轉(zhuǎn)精度的回轉(zhuǎn)導向組件(5)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙油腔鋼活塞，其特征在于:所述導向組件(5)包括回轉(zhuǎn)導向槽(51)和回轉(zhuǎn)導向軸(52)，所述回轉(zhuǎn)導向槽(51)和回轉(zhuǎn)導向軸(52)分設(shè)于活塞頭部(I)和活塞裙部(2)，且所述回轉(zhuǎn)導向軸(52)與所述回轉(zhuǎn)導向槽(51)套接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙油腔鋼活塞，其特征在于:所述盆形冷卻油腔(3)的底部環(huán)繞回轉(zhuǎn)導向組件(5)設(shè)有多條環(huán)形溝槽(7)。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的雙油腔鋼活塞，其特征在于:所述盆形冷卻油腔(3 )與環(huán)形冷卻油腔(4)通過連通孔(6 )連通。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙油腔鋼活塞，其特征在于:所述活塞裙部(2)于環(huán)形冷卻油腔(4)底部設(shè)有與環(huán)形冷卻油腔(4)連通的進油孔(41)，所述活塞裙部(2)于盆形冷卻油腔(3)底部設(shè)有盆形冷卻油腔(3)連通的排油孔(31)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙油腔鋼活塞，其特征在于:所述排油孔(31)設(shè)有多個，多個所述排油孔(31)圍繞所述回轉(zhuǎn)導向組件(5)設(shè)置。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙油腔鋼活塞，其特征在于:所述進油孔(41)的出口裝設(shè)有向環(huán)形冷卻油腔(4)內(nèi)延伸的定距套(42)，所述定距套(42)的出口高度高于所述連通孔(6)的高度。8.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的雙油腔鋼活塞，其特征在于:所述活塞頭部(I)周邊與活塞裙部(2 )周邊通過縮口結(jié)構(gòu)密封連接。9.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的雙油腔鋼活塞，其特征在于:所述活塞頭部(I)周邊與活塞裙部(2)周邊通過迷宮結(jié)構(gòu)密封連接。10.一種雙油腔鋼活塞加工方法，其特征在于，包括以下步驟: 51:零件加工:包括鍛造活塞頭部(I)和活塞裙部(2)，在活塞頭部(I)加工盆形冷卻油腔(3)和環(huán)形冷卻油腔(4)的頂面，在活塞裙部(2)加工盆形冷卻油腔(3)和環(huán)形冷卻油腔(4)的底面，對活塞頭部(I)與活塞裙部(2)之間的摩擦焊接面以及回轉(zhuǎn)導向組件(5)精加工； 52:徑向定位準備:將活塞頭部(I)與活塞裙部(2)對接，并通過活塞頭部(I)與活塞裙部(2)之間的回轉(zhuǎn)導向槽(51)和回轉(zhuǎn)導向軸(52)的套接配合形成回轉(zhuǎn)徑向定位； 53:摩擦焊接:活塞頭部(I)與活塞裙部(2)相對旋轉(zhuǎn)，同時作軸向進給，活塞頭部(I)與活塞裙部(2)摩擦焊接，在摩擦焊接的頂鍛階段回轉(zhuǎn)導向軸(52)的端面與回轉(zhuǎn)導向槽(51)的底面相抵時，停止活塞頭部(I)與活塞裙部(2)的軸向進給，保壓延時，摩擦焊接完成； 54:后加工:焊后熱處理、完成活塞頭部(I)和活塞裙部(2)的周邊密封連接、機械精加工及表面處理。
【文檔編號】F02F3/22GK105986923SQ201510065664
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月9日
【發(fā)明人】強哲菲
【申請人】強哲菲