一種分體式活塞的制作方法

本發(fā)明涉及活塞技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種分體式活塞。

背景技術(shù)：

活塞被稱為發(fā)動機的心臟，它是發(fā)動機中最重要的零件之一。其功用是承受氣體壓力，并通過活塞銷傳給連桿驅(qū)使曲軸旋轉(zhuǎn)。在發(fā)動機工作時活塞直接與瞬時溫度2200℃的高溫氣體接觸，其頂部溫度達300℃－400℃，且溫度分布不均勻，在做功行程時活塞頂部承受著很大的爆發(fā)壓力，汽油機達到4－6mpa，柴油機高達10－26mpa。隨著柴油發(fā)動機輕量化、高功率、高爆壓化的發(fā)展，發(fā)動機各關(guān)鍵零部件承受越來越苛刻的機械、熱負荷，這對發(fā)動機關(guān)鍵零部件活塞的材料性能提出了更高的要求：密度小、質(zhì)量輕、熱傳導(dǎo)性好、熱膨脹系數(shù)小；并具有足夠的高溫抗拉強度、耐磨和耐蝕性能、尺寸穩(wěn)定性好，另外還應(yīng)具有容易制造、成本低廉的特點?，F(xiàn)有的鋁合金材料活塞在高功率發(fā)動機中，溫度達350℃－400℃時，頂部特別是在燃燒室部位，已無法承受18mpa以上的爆發(fā)壓力。國內(nèi)外各大院校、科研所、知名活塞專業(yè)廠家都在加大投入在攻克難題。

當前國內(nèi)外主流運用方案：

1、研發(fā)和運用高強度新材料，采取鋁合金纖維強化技術(shù)、球墨鑄鐵、全鋼等新型材料方案。

鋁合金纖維強化

優(yōu)點：鋁合金纖維強化材料，可提高鋁合金活塞高溫性能10－20%，

缺點：因纖維可塑性不好、鑄造成品率低、尤其是纖維材料的價格昂貴，在活塞中沒有得到推廣運用。

球墨鑄鐵、全鋼材料

優(yōu)點：可提高活塞高溫性能100－200%，甚至更高，滿足了高功率、高爆壓、高強度的要求，材料成本也不高。

缺點：導(dǎo)熱性、抗蝕性差、對缸套磨損大、成型難度大，不能做結(jié)構(gòu)復(fù)雜的活塞，工藝復(fù)雜，加工成本高，生產(chǎn)效率低下，不適合量產(chǎn)且質(zhì)量較大的特點，只是在一定的領(lǐng)域得到少量運用。

2、采取鋼頂鋁裙螺桿連接、鋼頂鋁裙絞結(jié)連接、全鋼摩擦焊接等新型結(jié)構(gòu)方案。

鋼頂鋁裙螺桿連接、鋼頂鋁裙絞結(jié)連接

優(yōu)點：鋁裙螺桿連接、鋼頂鋁裙絞結(jié)連接方式，在性能上結(jié)合鋁合金和全鋼兩種材料的優(yōu)點，重量上也進行了折中減輕，在結(jié)構(gòu)上也可以滿足較復(fù)雜設(shè)計。

缺點：工藝更復(fù)雜、加工更難度大、加工成本高、生產(chǎn)效率低下，因而也沒有得到廣泛運用，但這是目前較為成熟的方案之一。

全鋼摩擦焊接

優(yōu)點：把活塞頭部和裙部分開加工，克服了全鋼材料不能做結(jié)構(gòu)復(fù)雜的活塞的不足。

缺點：摩擦焊接這種方式存在的缺陷，大幅降低了活塞結(jié)構(gòu)強度，存在脫焊的風險，現(xiàn)已被淘汰。

3、采取鑄鋁重熔新工藝方案。

鑄鋁重熔新工藝

優(yōu)點：這是鋁合金成型后在燃燒室喉口處的一種局部強化處理技術(shù)，重熔區(qū)的初晶硅尺寸是非重熔區(qū)的尺寸的14%，可有效改善活塞承受熱負荷能力，減少因熱疲勞產(chǎn)生裂紋。這種技術(shù)工藝與加工相對以上兩種方案簡單些，成本也不算高。

缺點：這種喉口處局部強化，只能對活塞燃燒室局部提高10%左右的高溫性能，對燃燒室部位整體高溫強度提高不大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提供一種分體式活塞，通過將燃燒部與活塞基體分體設(shè)計，制成燃燒部所采用的材料的高溫抗拉強度高于制成活塞基體所采用的材料的高溫抗拉強度，使得燃燒部能夠很好的滿足使用需求，而且加工制造容易。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案。

一種分體式活塞,包括活塞基體和燃燒部，活塞基體上設(shè)有銷孔，活塞基體頂端設(shè)有與燃燒部相配合的安裝腔，燃燒部固定設(shè)置于安裝腔內(nèi)，燃燒部設(shè)有燃燒室，制成燃燒部所采用的材料的高溫抗拉強度高于制成活塞基體所采用的材料的高溫抗拉強度。

進一步的，燃燒部與活塞基體通過機械配合固定或澆鑄或3d打印的方式形成完整活塞結(jié)構(gòu)。

進一步的，燃燒部上設(shè)有螺桿,燃燒部和活塞基體上分別設(shè)有與螺桿配合的通孔，螺桿穿過通孔連接于螺帽以將燃燒部和活塞基體固定。

進一步的，螺桿頂部與燃燒室內(nèi)壁相齊平，活塞基體上設(shè)有與螺帽相配合的沉頭孔。

進一步的，通孔為螺紋孔。

進一步的，燃燒部底部向內(nèi)凹陷形成凹部，安裝腔內(nèi)設(shè)有與凹部相配合的凸部。

進一步的，活塞基體通過鋁合金材料制成，燃燒部通過銅或銅合金材料或鋁合金強化材料制成。

進一步的，活塞基體通過鋁合金材料制成，燃燒部通過鎳或鎳合金材料制成。

進一步的，活塞基體通過鋁合金材料制成，燃燒部通過鈦或鈦合金材料制成。

進一步的，活塞基體通過鋁合金材料制成，燃燒部通過鑄鐵或合金鋼材料制成。

本發(fā)明的有益效果為：一種分體式活塞,包括活塞基體和燃燒部，活塞基體上設(shè)有銷孔，活塞基體頂端設(shè)有與燃燒部相配合的安裝腔，燃燒部固定設(shè)置于安裝腔內(nèi)，燃燒部設(shè)有燃燒室，制成燃燒部所采用的材料的高溫抗拉強度高于制成活塞基體所采用的材料的高溫抗拉強度。本發(fā)明通過將燃燒部與活塞基體分體設(shè)計，活塞基體采用鋁合金材料制成，鋁合金材料密度小、質(zhì)量輕、熱傳導(dǎo)性好、熱膨脹系數(shù)小；并具有足夠的耐磨和耐蝕性能、尺寸穩(wěn)定性好。燃燒部采用高溫抗拉強度高于鋁合金高溫抗拉強度的材料制成，如銅或銅合金、鎳或鎳合金、鈦或鈦合金、鑄鐵、合金鋼、鋁合金強化材料等制成，這些材料具有運用普及的材料，容易制造、成本低廉的特點，而且這些材料具有良好的高溫抗拉強度，使得燃燒部能夠很好的滿足使用需求，而且加工制造容易。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的分解結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1.活塞基體；2.燃燒部；3.安裝腔；4.燃燒室；5.螺桿；6.通孔；7.螺帽；8.沉頭孔；9.冷卻通道。

具體實施方式

結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步闡釋。

參見圖1、圖2所示的一種分體式活塞,包括活塞基體1和燃燒部2，活塞基體1上設(shè)有銷孔，活塞通過活塞銷穿過銷孔與連桿連接，活塞基體1頂端設(shè)有與燃燒部2形狀相配合的安裝腔3。燃燒部2通過機械配合如過盈配合的方式與活塞基體1的安裝腔3緊密相抵以形成完整活塞結(jié)構(gòu)，此外燃燒部2還可通過澆鑄與活塞基體1的安裝腔3固定連接形成完整活塞結(jié)構(gòu)，燃燒部2與活塞基體1通過3d打印的方式形成完整活塞結(jié)構(gòu)。燃燒部2底部向內(nèi)凹陷形成凹部，安裝腔1內(nèi)設(shè)有與凹部相配合的凸部，燃燒部2安裝于安裝腔3內(nèi)時通過凹部與凸部進行配合定位，燃燒部2上設(shè)有螺桿5,燃燒部2和活塞基體1上分別設(shè)有與螺桿5配合的通孔6，螺桿5穿過通孔6連接于螺帽7以將燃燒部2和活塞基體1固定，以保證燃燒部2和活塞基體1之間連接牢靠，通孔6為螺紋孔，螺桿5與螺紋孔配合使得連接更加牢靠，不易松動。而且螺桿5頂部經(jīng)車削后與燃燒室4內(nèi)壁相齊平，活塞基體1底部設(shè)有與螺帽7相配合的沉頭孔8，螺帽7設(shè)置于沉頭孔8內(nèi)，螺帽7底部經(jīng)車削后與活塞基體1底部相齊平，使得燃燒部2和活塞基體1通過螺桿5和螺帽7固定后，不改活塞原有的形狀，從而不會影響活塞的使用效果?；钊w1上還設(shè)有環(huán)形冷卻通道9，活塞在工作時，通過向環(huán)形冷卻通道9注油以對活塞進行降溫。

制成燃燒部2所采用的材料的高溫抗拉強度高于制成活塞基體1所采用的材料的高溫抗拉強度。活塞基體1通過鋁合金材料制成，燃燒部2通過銅、銅合金材料、鎳、鎳合金、鈦或鈦合金材料、鑄鐵、合金鋼、鋁合金強化材料等其中一種或多種材料制成。

本發(fā)明通過將燃燒部2與活塞基體1分體設(shè)計，活塞基體1采用鋁合金材料制成，鋁合金材料密度小、質(zhì)量輕、熱傳導(dǎo)性好、熱膨脹系數(shù)?。徊⒕哂凶銐虻哪湍ズ湍臀g性能、尺寸穩(wěn)定性好。燃燒部2采用高溫抗拉強度高于鋁合金高溫抗拉強度的材料制成，如銅或銅合金、鎳或鎳合金、鈦或鈦合金、鑄鐵、合金鋼、鋁合金強化材料等制成，鋁合金的熔點為660攝氏度，銅或銅合金的熔點為1050攝氏度，鎳或鎳合金的熔點為1450攝氏度，鈦或鈦合金的熔點為1660攝氏度，鑄鐵的熔點為1300攝氏度，合金鋼的熔點為1550攝氏度，這些材料熔點均遠遠大于鋁合金的熔點，使得這些材料制成的燃燒部2在高溫的工作環(huán)境下不易熔化，高溫抗拉強度大于鋁合金的高溫抗拉強度，能夠承受較大的爆發(fā)力，可根據(jù)不同的各種大功率發(fā)動機承受高溫高壓的需要選擇不同的耐高溫材料制成的燃燒部2，很好的滿足使用需求，優(yōu)選的為銅或銅合金，由于銅或銅合金的膨脹系數(shù)與鋁合金相近，使得活塞在高溫的工作環(huán)境下，活塞基體1和燃燒部2的膨脹度相接近，活塞基體1和燃燒部2之間不易產(chǎn)生間隙。而且這些材料具有運用普及的材料，容易制造、成本低廉的特點，加工制造容易，容易推廣運用，可廣泛的運用于汽車、陸軍裝甲裝備等大功率發(fā)動機活塞。

以上所述僅是本發(fā)明的較佳實施方式，故凡依本發(fā)明專利申請范圍所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均包括于本發(fā)明專利申請范圍內(nèi)。