一種雙焊縫焊接式整體鍛鋼活塞的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種雙焊縫焊接式整體鍛鋼活塞。
【背景技術】
[0002]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，活塞的失效會導致發動機失去動力，甚至導致整臺發動機報廢。
[0003]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°C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。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代表了當前活塞發展的方向，現在歐美很多國家的大中型卡車發動機都用鋼活塞代替了鋁活塞。
[0004]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。另外，在對活塞頭部和活塞裙部進行摩擦焊接時對焊機及焊接參數要求很高，調整不當很容易出現焊接缺陷，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。據了解國內某種摩擦焊活塞出現過多次焊接部位開裂，造成了很大的損失，此外，摩擦焊需要消耗很大的電量，浪費能源。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型提供了一種雙焊縫焊接式整體鍛鋼活塞，它結構設計合理，活塞頭部設置在活塞裙部頂部的凹腔內且焊接在一起，活塞頭部與活塞裙部連接牢固，不會出現“脫頂”現象，并且焊縫在冷卻油腔外側，容易清理，避免了焊縫的硬質顆粒脫落從而導致發動機拉缸，解決了現有技術中存在的問題。
[0006]本實用新型為解決上述技術問題所采用的技術方案是:它包括由鍛鋼制成的活塞頭部和活塞裙部，活塞頭部為環體，環體一端面的直徑大、另一端面的直徑小，在活塞裙部的頂部設有一與活塞頭部相配合的凹腔，活塞頭部位于凹腔內，活塞頭部直徑大的端面的外圓部分與凹腔上部的內壁焊接，在活塞頭部直徑大的端面的外圓部分的頂面形成第一單面焊縫，活塞頭部直徑小的端面的內圓部分與設在凹腔底部的凸臺的外壁焊接，在活塞頭部直徑小的端面的內圓部分的頂面形成第二單面焊縫，活塞頭部外圓部分與凹腔的內壁及底部形成封閉的冷卻油腔，在冷卻油腔的底部設有進油口和出油口，在活塞裙部上部的圓周壁上從上往下依次設有氣環槽和油環槽，在活塞裙部下部設有銷座。
[0007]所述活塞頭部直徑大的端面的外圓部分與凹腔上部的內壁之間形成間隙配合，所述活塞頭部直徑小的端面的內圓部分與設在凹腔底部的凸臺的外壁之間形成間隙配合。
[0008]所述活塞裙部下部的外壁與銷座的外壁構成橢圓形，橢圓形的短軸方向與銷座上的銷孔方向一致。
[0009]在油環槽下方的活塞裙部圓周壁上設有一環形槽，環形槽與油環槽之間形成一橢圓形環帶，橢圓形環帶的長軸方向與銷座上的銷孔方向一致。
[0010]在橢圓形環帶上設有連通油環槽與環形槽的回油孔。
[0011]活塞裙部下部的外壁與銷座的外壁構成橢圓形在其長軸方向與環形槽相連通。
[0012]所述回油孔設置在靠近由活塞裙部下部的外壁與銷座的外壁構成橢圓形的短軸方向的位置。
[0013]在活塞裙部上部的圓周壁上從上往下依次設有兩個氣環槽和一個油環槽。
[0014]活塞頭部的內圓部分及凹腔底部的凸臺構成燃燒室的凹坑。
[0015]本實用新型采用上述方案，具有以下優點:
[0016]1、活塞頭部設置在活塞裙部頂部的凹腔內，并且通過第一單面焊縫和第二單面焊縫焊接在一起，活塞頭部與活塞裙部連接更加牢固；由于在工作時活塞頭部只承受壓應力，因此對焊接的要求不是很高，用普通焊接(如氬弧焊、激光焊等)就能夠達到要求，簡化了焊接工藝，降低了成本。
[0017]2、第一單面焊縫和第二單面焊縫在冷卻油腔外側，容易清理，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。
[0018]3、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，活塞氣環和油環對氣環槽和油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。本實用新型將氣環槽、油環槽設置在活塞裙部，降低了上述現象發生的幾率。
[0019]4、活塞頭部直徑大的端面的外圓部分與凹腔上部的內壁之間形成間隙配合，活塞頭部直徑小的端面的內圓部分與設在凹腔底部的凸臺的外壁之間形成間隙配合。即活塞頭部與活塞裙部的焊接部位采用間隙配合，降低了加工難度和裝配難度。間隙在0.1-0.15mm范圍之內。
[0020]5、活塞裙部下部的外壁與銷座的外壁構成橢圓形，橢圓形的短軸方向與銷座上的銷孔方向一致。由于活塞銷孔處的金屬較多，這種設計能夠將活塞工作時由熱膨脹等因素產生的變形沿銷孔方向擴展，使得活塞裙部橫截面變成近似圓形，從而在活塞工作時可以獲得更寬、更均勻的承載面，同時還使得活塞裙部與汽缸壁更好的貼合，減小了配缸氣隙，有利于降低活塞裙部比壓，減小活塞對汽缸壁的沖擊，降低發動機運行時的噪聲。
[0021]6、在油環槽下方的活塞裙部圓周壁上設有一環形槽，環形槽與油環槽之間形成一橢圓形環帶，橢圓形環帶的長軸方向與銷座上的銷孔方向一致。即活塞裙部下部的外壁與銷座的外壁構成橢圓形與橢圓形環帶相垂直。由于在銷孔方向的活塞裙部沒有導向，活塞的頭部直徑比活塞裙部小的多，這種設計使得此處的直徑(即銷孔方向的活塞裙部的直徑)接近于活塞裙部長軸方向的尺寸，從而增加活塞短軸方向的導向性，防止活塞運動時出現敲缸的現象。
[0022]7、在橢圓形環帶上設有連通油環槽與環形槽的回油孔。通過回油孔使油環槽與環形槽貫通，不僅減輕了重量，增加了活塞裙部的柔性，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，防止由于機油壓力高導致機油上竄，有利于降低機油損耗，減少了發動機的有害排放。
[0023]8、活塞裙部下部的外壁與銷座的外壁構成橢圓形在其長軸方向與環形槽相連通。這種設計一是可以減輕活塞的重量，減少發動機工作時活塞往復運動的慣性力對發動機造成的破壞；二是減少活塞頭部對活塞裙部的熱傳遞，降低活塞裙部熱疲勞失效的幾率。
[0024]9、回油孔設置在靠近由活塞裙部下部的外壁與銷座的外壁構成橢圓形的短軸方向的位置，以便于加工。
【附圖說明】
[0025]圖1為本實用新型的剖視結構示意圖。
[0026]圖2為圖1的側面剖視結構示意圖。
[0027]圖3為圖1的仰視圖。
[0028]圖4為本實用新型的立體結構示意圖。
[0029]圖中，1、活塞頭部，2、活塞裙部，3、第一單面焊縫，4、凸臺，5、第二單面焊縫，6、冷卻油腔，7、進油口，8、出油口，9、氣環槽，10、油環槽，11、銷座，12、環形槽，13、橢圓形環帶，14、回油孔，15、銷孔，16、凹坑。
【具體實施方式】
[0030]為能清楚說明本方案的技術特點，下面通過【具體實施方式】，并結合其附圖，對本實用新型進行