一种增强销孔的内燃机铝活塞制造技术

一种增强销孔的内燃机铝活塞，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陶瓷纤维增强环（3），陶瓷纤维增强环（3）的活塞止口侧设有定位平面（4）。本实用新型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。

Piston of internal combustion engine with enhanced pin hole

The utility model relates to an aluminum piston for an internal combustion engine, which belongs to the technical field of an engine piston. It is characterized in that: the piston pin (1) on the piston pin hole reserved (2) in the cast has a piston body and ceramic fiber reinforced ring (3), ceramic fiber reinforced ring (3) of the piston side rabbet is provided with a positioning plane (4). The utility model is provided with a piston pin hole of ceramic fiber reinforced composites compared with conventional aluminum pin hole, high temperature fatigue strength can be improved by 20%~30%, linear expansion coefficient can be reduced by 20%, the wear resistance can reach 2 times the ordinary aluminum pin hole; compared with the ordinary aluminum piston pin hole has the characteristics of high thermal fatigue strength.

【技术实现步骤摘要】

一种增强销孔的内燃机铝活塞，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，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。
技术实现思路
本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。本技术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。本技术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，本技术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。所述的惰性气体为氮气或氩气。所述的陶瓷纤维套预制件为硅酸铝保温棉作原料，用真空成型工艺制成。陶瓷纤维套预制件可以采用市售的陶瓷纤维套，削切出定位平面即可，拥有优越耐高温性能和刚性，并有合适的自支撑强度，适合压力铸造工艺时液态铝合金浇铸形成的压强。与现有技术相比，本技术的一种增强销孔的内燃机铝活塞所具有的有益效果是：本技术所涉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铝活塞，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两倍；相对于普通铝活塞具有销孔热疲劳强度高的特点，可以有效防止活塞销孔的疲劳开裂；活塞销孔耐磨性好且耐高温，可以防止活塞销孔的异常磨损。与销孔镶铜质衬套的活塞相比，本技术活塞销孔周围形成的铝基陶瓷纤维增强复合材料与活塞本体结合成为一体，可以解决衬套脱落的问题。该方案制造工艺简便，生产成本低，完全可以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是本技术的一种增强销孔的内燃机铝活塞的长轴剖面图。图2是本技术的一种增强销孔的内燃机铝活塞的短轴剖面图。其中：1、活塞销座2、活塞销孔3、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是本技术的最佳实施例，下面结合附图1、2对本技术做进一步说明。参照附图1、2：本技术的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，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陶瓷纤维增强环3，陶瓷纤维增强环3的活塞止口侧设有定位平面4，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RK，RK＜RT＜RZ，其中RZ比RK大1mm~15mm，即陶瓷纤维增强环3的环壁厚度在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中心线的距离L，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铝合金。实施例11）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制件，预制件内圆留出活塞销孔2及卡簧槽的机械加工余量，同时在预制件下侧（活塞止口侧）做出安装定位平面4；2）加工活塞铸造模具，在模具上加工出安装固定陶瓷纤维套预制件的销子，销子根部对应陶瓷纤维套预制件的定位平面加工出定位平台；3）将预热本文档来自技高网...

【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】
1.一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）。
2.根据权利要求1所述的一种增强销孔的内燃机铝活塞，其特征在于：所述的陶瓷纤维增强环（3）的环壁厚度为1mm~15mm。
3.根据权利要求1所述的一种增强销孔的内燃机铝...

【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：新型
国别省市：山东;37