一种增强销孔的内燃机铝活塞及其制备方法技术

一种增强销孔的内燃机铝活塞及其制备方法，属于发动机活塞技术领域。其特征在于：活塞销座（1）上预留的活塞销孔（2）内镶铸有一个与活塞本体一体的铝基陶瓷纤维增强环（3），铝基陶瓷纤维增强环（3）的活塞止口侧设有定位平面（4）；方法上采用压力铸造工艺使浇铸是液态铝合金浸入陶瓷纤维套预制件中与陶瓷纤维套预制件结合，从而得到与活塞本体一体的铝基陶瓷纤维增强复合材料的铝基陶瓷纤维增强环（3）。本发明专利技术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；相对于普通铝活塞具有销孔热疲劳强度高的特点。

【技术实现步骤摘要】

一种增强销孔的内燃机侣活塞及其制备方法，属于发动机活塞

技术介绍
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，运就对发动机中的关 键运动部件一-活塞提出了更高的要求。活塞作为发动机的屯、脏，在工作过程中承受着高 溫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，传统的铸造侣活塞销孔已经很难承受更高的压力和高溫负荷，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 装到活塞侣销孔内的，在发动机工作中由于活塞高溫膨胀变形W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。
技术实现思路
阳〇化]本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种高溫疲劳强度高、线 膨胀系数小的增强销孔的内燃机侣活塞及其制备方法。 本专利技术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侣活塞，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 与活塞本体一体的侣基陶瓷纤维增强环，侣基陶瓷纤维增强环的活塞止口侧设有定位平 面。 本专利技术在内燃机侣活塞的活塞销孔内镶铸有一个侣基陶瓷纤维增强环，由陶瓷纤 维套加压浸入高溫液态侣合金制成，液态侣合金为活塞本体的诱铸液态侣合金，使侣基陶 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。运种新型结构活塞具 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W用于功率高、爆压大、转速高的汽油发动机。 阳00引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屯、线的距离以侣基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侣合金。 一种上述的增强销孔的内燃机侣活塞的制备方法，其特征在于：活塞本体在铸造 时先在模具中预装陶瓷纤维套预制件，并采用压力铸造工艺使诱铸时液态侣合金浸入陶瓷 纤维套预制件中与陶瓷纤维套预制件结合，从而得到与活塞本体一体的侣基陶瓷纤维增强 复合材料的侣基陶瓷纤维增强环。 本专利技术的方法中在侣活塞的铸造过程中采用压力铸造工艺，使液态侣合金浸入到 陶瓷纤维套预制件中，浸入液态侣合金后的陶瓷纤维套预制件冷却后在活塞本体内得到与 活塞本体一体的侣基陶瓷纤维增强复合材料的侣基陶瓷纤维增强环。运种增强环的密度 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 耐磨耐高溫性能等作用。用陶瓷纤维复合材料增强的活塞销孔相对于普通侣销孔，高溫疲 劳强度可提高209K30%，线膨胀系数可降低20%，耐磨性可达到普通侣销孔的2倍；与销孔镶 铜衬套的活塞方案对比，本专利技术方案可解决衬套脱落的问题，而且生产成本降低。运种新型 的活塞销孔结构可W同时应用于柴油机或汽油机等铸造侣活塞上，应用范围非常广泛。本 专利技术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 止液态侣合金浸入过程中液态侣合金被部分氧化，影响侣基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黃槽的机械加工余量，同时在陶瓷纤维套预制件的活 塞止口侧做出安装定位平面； 2) 将预热到82(TC~92(TC的陶瓷纤维套预制件安装在活塞本体诱铸的模具内，向模具 内诱注730°C~820°C的液态侣合金，诱注完成后，通过锐诱冒口加压4bar~6bar压力的惰性 气体，使液态侣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 有侣基陶瓷纤维增强复合材料的侣基陶瓷纤维增强环的活塞毛巧； 3) 活塞毛巧锐诱冒口，经后处理即得。 在压力铸造工艺中，最重要的是上述步骤2)的诱铸步骤，在诱铸前先将陶瓷纤维 套预制件预热到利于液态侣合金浸入的溫度，然后通过液态侣合金溫度控制液态侣合金的 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 侣合金，实现增强环的最大热疲劳强度。 所述的惰性气体为氮气或氣气。 所述的陶瓷纤维套预制件为娃酸侣保溫棉作原料，用真空成型工艺制成。陶瓷纤 维套预制件可W采用市售的陶瓷纤维套，削切出定位平面即可，拥有优越耐高溫性能和刚 性，并有合适的自支撑强度，适合压力铸造工艺时液态侣合金诱铸形成的压强。 与现有技术相比，本专利技术的一种增强销孔的内燃机侣活塞及其制备方法所具有 的有益效果是：本专利技术所设及的销孔部位用陶瓷纤维复合材料增强的新型结构内燃机 侣活塞，用陶瓷纤维复合材料增强的活塞销孔相对于普通侣销孔，高溫疲劳强度可提高 209K30%，线膨胀系数可降低20%，耐磨性可达到普通侣销孔的2倍；相对于普通侣活塞具有 销孔热疲劳强度高的特点，可W有效防止活塞销孔的疲劳开裂；活塞销孔耐磨性好且耐高 溫，可W防止活塞销孔的异常磨损。与销孔镶铜质衬套的活塞相比，本专利技术活塞销孔周围形 成的侣基陶瓷纤维增强复合材料与活塞本体结合成为一体，可W解决衬套脱落的问题。该 方案制造工艺简便，生产成本低，完全可W替代原销孔镶铜衬套的活塞设计。符合当前发动 机的发展方向，前景十分广阔。【附图说明】 图1是本专利技术的一种增强销孔的内燃机侣活塞的长轴剖面图。 图2是本专利技术的一种增强销孔的内燃机侣活塞的短轴剖面图。 其中：1、活塞销座2、活塞销孔3、侣基陶瓷纤维增强环4、定位平面5、冷却 油道。【具体实施方式】 图1、2是本专利技术的最佳实施例，下面结合附图1、2对本专利技术做进一步说明。 参照附图1、2 :本专利技术的一种增强销孔的内燃机侣活塞，包括活塞本体，活塞本体 下部设有活塞销座1，活塞销座1上预留的活塞销孔2内镶铸有一个与活塞本体一体的侣 基陶瓷纤维增强环3,侣基陶瓷纤维增强环3的活塞止口侧设有定位平面4,侣基陶瓷纤维 增强环的外圆半径尺寸RT，活塞销座1的半径尺寸RZ，活塞销孔2的半径尺寸服，服<RT <RZ，其中RZ比服大1mm~15mm;活塞本体内部开有环形的冷却油道5,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；定位平面4到活塞销孔2中屯、线的距 离以侣基陶瓷纤维增强环的外圆半径尺寸RT，0 <L<RT;活塞本体的材质为铸造侣合金。 阳〇2引实施例1 1) 如图1、2,根据活塞销孔2、活塞销座1的形状尺寸及强度要求制造加工陶瓷纤维套 预本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种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（1），其特征在于：所述的活塞销座（1）上预留的活塞销孔（2）内镶铸有一个与活塞本体一体的铝基陶瓷纤维增强环（3），铝基陶瓷纤维增强环（3）的活塞止口侧设有定位平面（4）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘世英，苏茂蔚，郑斌，刘延栋，陈延鹏，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37