[發明專利]一種螺紋焊接式整體鍛鋼活塞

有效

• 申請號: 201410223859.9
• 申請日: 2014-05-26
• 公開（公告）號: CN104005876B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 張偉斌;劉建軍;王勝坤;紀金雨
• 申請（專利權）人: 濱州東海龍活塞有限公司
• 主分類號: F02F3/18
• 分類號: F02F3/18
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司37205
• 代理人: 趙佳民

技術領域

本發明涉及一種活塞，特別是一種螺紋焊接式整體鍛鋼活塞。

背景技術

活塞是汽車發動機的“心臟”，承受交變的機械負荷和熱負荷，是發動機中工作條件最惡劣的關鍵零部件之一。活塞的功用是承受氣體壓力，并通過活塞銷軸傳給連桿驅使曲軸旋轉。

近十幾年來，發動機設計、制造技術得以迅速提高，特別是柴油發動機都在向大功率、高負荷方向發展，強化程度不斷提高，爆發力已經超過20MPa，同時排放要求越來越嚴格，原鋁制活塞雖然有重量輕的優點，但是鋁合金材料只能在350℃下穩定工作，雖然采取了多種強化措施，如：第一環槽鑲高鎳奧氏體環座、第一環槽進行激光淬火，以提高環槽抗磨損能力，燃燒室喉口鑲陶瓷復合材料、燃燒室喉口進行激光重熔細化。以提高燃燒室抗裂能力，但鋁活塞仍然難以滿足歐Ⅳ、歐Ⅴ標準的發動機要求。所以現在很多公司都在選用鋼鐵材料替代鋁合金材料，特別是鍛鋼活塞材料的開發帶表了當前活塞發展的方向，所以鋁材質已逐漸不能滿足發動機高功率、高強度、的排放的要求。為此國內外活塞設計制造商致力于設計開發既具有高可靠性又能滿足經濟型及排放要求的新型活塞，如液態模鍛陶瓷纖維結構活塞、鋼頂鋁裙結構的擺體式鉸接活塞、鑄鐵活塞等，以上結構都存在一定的缺點，如液態模鍛陶纖維結構鋁活塞對毛坯成型工藝要求高，特別是陶瓷纖維結構，必須在高壓下才能成型；擺體式鉸接結構活塞其活塞頭與活塞裙分開加工制造，活塞裙由于壁厚差太大，鑄造廢品率較高，增加了成本，并且難以形成封閉的油腔，活塞冷卻效果較差，同時因為需要更長的活塞銷進行連接，總體重量也有所增加，鑄鐵活塞在制造過程中對環境造成污染，內冷油腔結構難以實現，活塞的重量難以控制。

現有技術采用將鍛造成的活塞頭部和鍛造成的活塞裙部通過摩擦焊焊接在一起的方式制造活塞，這種制造方式導致封閉油腔內側的焊縫不能清理，在冷卻機油震蕩中會有硬質顆粒脫落，增加了造成發動機拉缸的風險。在對活塞頭部和活塞裙部進行摩擦焊接時容易出現焊接缺陷，進而導致使用過程中活塞頭部和活塞裙部分離，造成發動機損壞甚至整臺機車的報廢。此外，摩擦焊投入巨大，浪費能源。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述現有技術的不足，提供一種結構合理，安全可靠的組合式鍛鋼結構活塞。

本發明所要解決的技術問題采用以下技術方案來實現。

一種螺紋焊接式整體鍛鋼活塞，包括鍛造成的活塞頭部和鍛造成的活塞裙部，活塞頭部和活塞裙部固定連接在一起，活塞頭部和活塞裙部之間形成封閉的冷卻油腔，冷卻油腔通過進、出油孔與外部相通，活塞的環槽全部設在活塞裙部上，包括設在上方的兩個氣環槽和設在下方的一個油環槽；銷座設在活塞裙部上，銷座上端與活塞頭部的下端通過螺紋連接在一起；活塞頭部上端外圓部分或全部與活塞裙部火力岸（第一環槽到活塞頂的部分）上端內腔形成過盈配合；在活塞外圓表面或頂面有單面焊縫。

采用上述技術方案后，主要有以下有益效果。

1、活塞頭部和活塞裙部通過螺紋連接后更加牢固，而且活塞頭部上端外圓部分或全部與活塞裙部火力岸上端內腔形成過盈配合也增加了活塞頭部與活塞裙部連接的牢固性，因此對連接面處的焊接要求降低，用普通焊或者氬弧焊對活塞外圓表面或者頂面上的接縫進行焊接即可，不但焊接工藝簡單，成本低，而且不會在冷卻油腔內形成焊縫，發動機工作過程中冷卻油腔內不會出現硬質顆粒，降低了拉缸的幾率。

2、活塞在缸體中工作時，可能會出現卡死現象，如果此時正好處于做工沖程，飛輪在慣性作用下帶動活塞桿拉動活塞裙部向下運動，活塞環對環槽上側面形成很大的拉力，可能會出現“脫頂”（活塞頭部與活塞裙部分離）現象，造成發動機損壞。本發明將所有環槽設置在活塞裙部，降低了上述現象發生的幾率。

3、活塞工作過程中銷座上方承受巨大的壓力，因活塞銷座部位疲勞開裂導致活塞失效的比例占到整個活塞失效原因的30%。本發明采用的螺紋連接的活塞銷座部位可以吸收一部分活塞銷座的變形量，減少活塞銷座處疲勞開裂的幾率。

作為優選，在油環槽下方設有環形槽，環形槽與油環槽之間形成一環帶，環帶直徑比缸孔直徑小1~3mm，環帶上設有若干連通油環槽與環形槽的回油孔，或者在油環槽下表面上設置水平回油盲孔。通過回油孔使油環槽與環形槽貫通，不僅減輕了重量，增加了裙部柔性，而且有利于油環槽部位的機油回油，特別是油環槽底部的機油，通過回油孔直接回流到環形槽中，或通過油環槽側面的回油盲孔，經過油環槽下側面直徑較小的環帶回流到環形槽中，防止由于機油壓力高導致機油上竄，有利于降低機油耗，減少發動機的有害排放。

所述回油孔設置在靠近活塞短軸的位置。