[发明专利]一种带内冷却油腔的热旋压制锻钢整体活塞制造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种活塞制造工艺，尤其是一种带内冷却油腔的热旋压制锻钢整体活塞制造工艺。

背景技术

目前用于载重汽车、工程机械、铁路机车以及轮船等高性能柴油机要求功率大、油耗低、噪音小、排放低，其强化程度日趋提高。目前国内开发的车用柴油机爆发压力已超过20MPa，传统铸铝活塞已难以满足高性能柴油机可靠性的要求。针对大功率、高负荷的柴油机活塞，铰接式结构活塞和锻钢活塞便应运而生。

铰接摆体式结构活塞，即活塞头与活塞裙分开加工制造，通过活塞销连接起来，活塞头采用铸铁或锻钢材料，活塞裙采用铝材料制造。这种活塞因为活塞头与活塞裙分开制造，增加了加工成本，并且难以形成封闭的冷却油腔，活塞冷却效果差，同时因为需要更长的活塞销进行连接，总体重量也有所增加。

锻钢活塞在毛坯锻造生产时不能像铸造铝活塞那样浇铸出内冷却油腔，因此目前锻钢活塞普遍的生产工艺有以下几种：

中国专利CN 1610601A公开了一种制造锻钢活塞的方法，该方法是活塞毛坯一体式锻造，用一个另外加工的环盖，与活塞头部加工出的环形沟槽组装，行成封闭油腔。但其制作工艺复杂，制造成本高，活塞的结构强度有待提高。

中国专利CN2851607Y公开了另一种制造锻钢活塞的方法，该方法是头部与裙部分别锻造，内冷却油腔是在头部与裙部分别加工后通过摩擦焊接形成，摩擦焊接受其工艺方式和设备结构性能、精度所限，同批生产的摩擦焊活塞其长度尺寸的一致性较差，导致活塞重量和焊接后所产生的内冷却油腔尺寸相差很大，从而使焊接废品率很高，直接影响发动机性能，而且焊接飞边大(一般在4-8mm)，需要对其露在外面的焊接飞边进行专门加工处理，但内冷却油腔里面的焊接飞边无法去除，会影响到活塞冷却效果。

中国专利CN101265854A公开了另一种制造锻钢活塞的方法，该方法是活塞本体和活塞环体分别锻造和加工，然后通过激光焊接使其成为一体，焊接后两者间形成内冷却油腔。激光焊接由于为熔化焊，特别是激光技术采用偏光镜反射激光产生的光束使其集中在聚焦装置中产生巨大能量的光束，焊件会在几毫秒内熔化和蒸发，焊缝区化学成分因高温蒸发而与母材稍有不同，冷却时焊缝区容易出现气孔、偏析、夹杂和裂纹等铸造组织的结晶缺陷。激光焊接设备复杂、造价高，使用维护技术要求高、焊件厚度尺寸受激光器功率限制，对焊件清整、装配质量要求严格，因而其应用有很大的局限性。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种带内冷却油腔的热旋压制锻钢整体活塞制造工艺，该工艺能够简化目前带内冷却油腔的锻钢活塞制造工艺，采用该工艺制备的活塞能够满足高性能柴油机高功率、高强化、低排放的要求。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种带内冷却油腔的热旋压制锻钢整体活塞制造工艺，整体锻造出活塞毛坯后，通过机械加工加工出内冷却油腔内侧部分和封堵内冷却油腔的遮挡部分的活塞半成品，然后加热遮挡部分采用热旋压工艺将活塞内冷却油腔遮挡部分向下旋压与内冷却油腔内侧部分接触，形成完整的内冷却油腔，具体包括以下步骤：

1)锻造活塞整体毛坯；

2)对活塞整体毛坯进行热处理；

3)对活塞整体毛坯进行粗加工，加工出内冷却油腔内侧部分和封堵内冷却油腔的遮挡部分；

4)采用工频或中频加热电源，按粗加工后活塞半成品尺寸选用相对应的单圈水冷感应器加热封堵内冷却油腔的遮挡部分；

5)旋压封堵内冷却油腔的遮挡部分与内冷却油腔内侧部分接触，形成完整的内冷却油腔；

6)采用常规焊接工艺对内冷却油腔内侧部分与遮挡部分缝隙进行简单封闭；或者内冷却油腔不需要封闭，保留缝隙，不做处理；

7)对活塞半成品进行热处理；

8)分别加工出活塞环形槽、燃烧室、环槽、销孔、外圆及进出油孔；

9)对活塞表面进行磷化或石墨化处理。

所述活塞的材料是可锻造的调制钢或非调制钢。

所述步骤4)中的采用工频或中频加热电源加热封堵内冷却油腔的遮挡部分的工艺参数为：电源工作频率：10khz左右；谐振功率：60KW；加热温度：1100-1200℃；加热时间：≤10秒。

所述步骤5)中旋压封堵内冷却油腔的遮挡部分与内冷却油腔内侧部分接触，形成完整的内冷却油腔的工艺方法是：

5-1)将带有内冷却油腔内侧部分和封堵内冷却油腔的遮挡部分的活塞半成品装在旋压模上，并用模具定位；