[发明专利]一种分体式活塞

说明书

技术领域

本发明涉及活塞技术领域，特别涉及一种分体式活塞。

背景技术

活塞被称为发动机的心脏，它是发动机中最重要的零件之一。其功用是承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转。在发动机工作时活塞直接与瞬时温度2200℃的高温气体接触，其顶部温度达300℃－400℃，且温度分布不均匀，在做功行程时活塞顶部承受着很大的爆发压力，汽油机达到4－6MPa，柴油机高达10－26MPa。随着柴油发动机轻量化、高功率、高爆压化的发展，发动机各关键零部件承受越来越苛刻的机械、热负荷，这对发动机关键零部件活塞的材料性能提出了更高的要求：密度小、质量轻、热传导性好、热膨胀系数小；并具有足够的高温抗拉强度、耐磨和耐蚀性能、尺寸稳定性好，另外还应具有容易制造、成本低廉的特点。现有的铝合金材料活塞在高功率发动机中，温度达350℃－400℃时，顶部特别是在燃烧室部位，已无法承受18MPa以上的爆发压力。国内外各大院校、科研所、知名活塞专业厂家都在加大投入在攻克难题。

当前国内外主流运用方案：

1、 研发和运用高强度新材料，采取铝合金纤维强化技术、球墨铸铁、全钢等新型材料方案 。

铝合金纤维强化

优点：铝合金纤维强化材料，可提高铝合金活塞高温性能10－20%，

缺点：因纤维可塑性不好、铸造成品率低、尤其是纤维材料的价格昂贵，在活塞中没有得到推广运用。

球墨铸铁、全钢材料

优点：可提高活塞高温性能100－200%，甚至更高，满足了高功率、高爆压、高强度的要求，材料成本也不高。

缺点：导热性、抗蚀性差、对缸套磨损大、成型难度大，不能做结构复杂的活塞，工艺复杂，加工成本高，生产效率低下，不适合量产且质量较大的特点，只是在一定的领域得到少量运用。

2、采取钢顶铝裙螺杆连接、钢顶铝裙绞结连接、全钢摩擦焊接等新型结构方案。

钢顶铝裙螺杆连接、钢顶铝裙绞结连接

优点：铝裙螺杆连接、钢顶铝裙绞结连接方式，在性能上结合铝合金和全钢两种材料的优点，重量上也进行了折中减轻，在结构上也可以满足较复杂设计。

缺点：工艺更复杂、加工更难度大、加工成本高、生产效率低下，因而也没有得到广泛运用，但这是目前较为成熟的方案之一。

全钢摩擦焊接

优点：把活塞头部和裙部分开加工，克服了全钢材料不能做结构复杂的活塞的不足。

缺点：摩擦焊接这种方式存在的缺陷，大幅降低了活塞结构强度，存在脱焊的风险，现已被淘汰。

3、采取铸铝重熔新工艺方案。

铸铝重熔新工艺

优点：这是铝合金成型后在燃烧室喉口处的一种局部强化处理技术，重熔区的初晶硅尺寸是非重熔区的尺寸的14%，可有效改善活塞承受热负荷能力，减少因热疲劳产生裂纹。这种技术工艺与加工相对以上两种方案简单些，成本也不算高。

缺点：这种喉口处局部强化，只能对活塞燃烧室局部提高10%左右的高温性能，对燃烧室部位整体高温强度提高不大。

发明内容

针对现有技术的不足和缺陷，提供一种分体式活塞，通过将燃烧部与活塞基体分体设计，制成燃烧部所采用的材料的高温抗拉强度高于制成活塞基体所采用的材料的高温抗拉强度，使得燃烧部能够很好的满足使用需求，而且加工制造容易。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案。

一种分体式活塞,包括活塞基体和燃烧部，活塞基体上设有销孔，活塞基体顶端设有与燃烧部相配合的安装腔，燃烧部固定设置于安装腔内，燃烧部设有燃烧室，制成燃烧部所采用的材料的高温抗拉强度高于制成活塞基体所采用的材料的高温抗拉强度。

进一步的，燃烧部与活塞基体通过机械配合固定或浇铸或3D打印的方式形成完整活塞结构。

进一步的，燃烧部上设有螺杆, 燃烧部和活塞基体上分别设有与螺杆配合的通孔，螺杆穿过通孔连接于螺帽以将燃烧部和活塞基体固定。

进一步的，螺杆顶部与燃烧室内壁相齐平，活塞基体上设有与螺帽相配合的沉头孔。

进一步的，通孔为螺纹孔。

进一步的，燃烧部底部向内凹陷形成凹部，安装腔内设有与凹部相配合的凸部。

进一步的，活塞基体通过铝合金材料制成，燃烧部通过铜或铜合金材料或铝合金强化材料制成。

进一步的，活塞基体通过铝合金材料制成，燃烧部通过镍或镍合金材料制成。