專利名稱：碳素材料與金屬材料組合式活塞的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種活塞，特別是一種活塞式內(nèi)燃機中所使用的組合式活塞。
背景技術：
活塞是內(nèi)燃機中最為關鍵的零件之一，俗稱內(nèi)燃機的“心臟”，它將燃油在高壓空氣中燃燒產(chǎn)生的高爆發(fā)力轉化成動力，傳遞給曲軸而做功。目前市場上的活塞多為整體式結構?；钊话惴譃轭^部和裙部，頭部通常設計有燃料燃燒的燃燒室，安裝活塞環(huán)的環(huán)槽；裙部通常設計有活塞銷孔、擋圈槽、泄油孔、與連桿配副的內(nèi)腔、與汽缸孔配合的外圓面等基本結構。還有一種由中國專利200580022478. 3公開的組合式活塞，由頭部和裙部構成，它們之間通過一個內(nèi)六角螺釘相互連接，通過螺釘上兩部分螺紋之間的升角，來獲得相對較大的螺紋連接強度。活塞的工作條件相當惡劣，一是承受高溫，頭部工作溫度達350°C 380°C，正常工作時活塞會發(fā)生較大的體積膨脹；二是承受高壓，汽油機、氣體機燃氣最大爆發(fā)壓力高達 4 7Mpa，柴油機燃氣最大爆發(fā)壓力高達14 18 Mpa,三是高速往復運動，活塞運動速度達 12 16m/s，需要活塞具有良好耐磨性能和潤滑條件，所以對活塞的機械、物理和化學性能都要有嚴格的要求?；钊念^部和裙部之間通過螺紋連接時，螺紋的精度對連接牢固程度有重要的影響?，F(xiàn)有的采用兩種材料的組合式活塞連接部位不夠牢固，缺少精確定位的機構，環(huán)槽的數(shù)量和寬度設置不合理，不利于增強活塞環(huán)的耐磨性和降低熱傳導。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型需要解決的技術問題是提供一種由兩種材料組成的組合式活塞，能夠增強活塞頭部和活塞裙部連接的牢固程度、提高耐熱強度、降低摩擦系數(shù)、延長使用壽命、 提高發(fā)動機的系統(tǒng)穩(wěn)定性。為解決上述技術問題，本實用新型所采取的技術方案是碳素材料與金屬材料組合式活塞，包括碳素材料制成的活塞頭部和金屬材料制成的活塞裙部，活塞頭部下端的內(nèi)圓面和活塞裙部上端的外圓面上相互配合設置有細牙螺紋，螺紋精度為Mi級。本實用新型的改進在于活塞頭部外圓面上設置有活塞環(huán)槽。本實用新型的進一步改進在于所述活塞頭部自上端向下依次設置有三道活塞環(huán)槽，第一活塞環(huán)槽寬度為2 4mm，精度為7級，第二活塞環(huán)槽寬度為2 3mm，精度為7級，第三活塞環(huán)槽寬度為3飛mm，精度為7級。本實用新型的進一步改進在于第三活塞環(huán)槽內(nèi)設置有連通至活塞裙部的徑向銷孔，銷孔內(nèi)配合設置有定位銷。本實用新型的進一步改進在于所述定位銷的直徑為3mm，定位銷與銷孔過渡配合，配合間隙為-0. 016 +0. 008mm。[0013]本實用新型的進一步改進在于活塞頭部的頂面上設置有燃燒室。由于采用了上述技術方案，本實用新型所取得的技術進步在于本實用新型的活塞，由頭部的碳素材料與裙部金屬材料組合而成，由于碳素材料的耐高溫性能好，提高了活塞頭部的耐熱強度，同時，碳素材料的熱膨脹系數(shù)低，因此活塞和缸套之間的間隙可以做的更小，在全熱工作過程中尤其是內(nèi)燃機工作的初始階段，可以大大減少活塞和缸套之間的漏氣量，降低油耗、節(jié)約能源、減少污染，并提高壓縮比及有效功率的輸出，進而提高發(fā)動機的穩(wěn)定性，減少咬缸機率。提高發(fā)動機壽命和系統(tǒng)穩(wěn)定性，降低工作噪聲?；钊共坎捎娩X硅合金或鎂鋁合金等輕質(zhì)材料，大大減輕活塞的重量，使發(fā)動機工作時，往復運動的慣性力大大減小，從而節(jié)約能源，減輕往復運動對發(fā)動機的整機的破壞力?；钊^部與活塞裙部采用螺紋連接的方式，連接穩(wěn)定且容易加工，6H級的細牙螺紋，能夠增強活塞頭部和活塞裙部連接的牢固程度、實現(xiàn)良好的密封、自鎖性能，保障了活塞的運動過程中的穩(wěn)定性，降低摩擦系數(shù)、延長使用壽命、提高發(fā)動機的系統(tǒng)穩(wěn)定性?；钊h(huán)槽自活塞頭部上端向下依次設置有三個，第一活塞環(huán)槽寬度為2 4mm，精度為7級，第二活塞環(huán)槽寬度為2 3mm，精度為7級，第三活塞環(huán)槽寬度為3 5mm，精度為7級。 上述尺寸的活塞環(huán)槽與活塞環(huán)配合良好，具有優(yōu)良的密封性，并能夠增強活塞環(huán)的耐磨性和降低熱量由活塞頭部向活塞裙部的傳導。定位銷的設置可以保證活塞頭部與活塞裙部的組合方向位置準確，并能夠進一步增強螺紋連接的牢固程度，配合間隙為-0. 016^+0. 008mm的過渡配合方式兼顧彈性和摩擦力，延長了定位銷的使用壽命。

圖1為本實用新型的剖視圖。其中1、活塞頭部，2、活塞裙部，3、定位銷，4、活塞環(huán)槽，5、燃燒室，6、細牙螺紋。
具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型做進一步詳細說明實施例1如圖1所示。本實施例的組合式活塞由活塞頭部1及活塞裙部2構成，活塞頭部 1采用由石墨-鋁互滲體制成的碳素材料，活塞頭部1的頂部設計有燃燒室5，其外圓面上設計有三道活塞環(huán)槽4，活塞裙部2采用鋁硅合金制成，裙部設置有活塞銷孔、擋圈槽、泄油孔、與連桿配副的內(nèi)腔，活塞頭部下端的內(nèi)圓面和活塞裙部2的上端的外圓面上配合設置有精度為《I的細牙螺紋6，活塞環(huán)槽4自上而下第一活塞環(huán)槽寬度為2 4mm，精度為7級， 第二活塞環(huán)槽寬度為2 3mm，精度為7級，第三活塞環(huán)槽寬度為3 5mm，精度為7級。第三活塞環(huán)槽內(nèi)設置有連通至活塞裙部的徑向銷孔，銷孔內(nèi)配合設置有定位銷3，活塞頭部1與活塞裙部2通過細牙螺紋6進行緊密連接后，用定位銷3進行準確定位并緊固。本實用新型適用于所有高速活塞式內(nèi)燃機，包括汽油機、柴油機、氣體機等。本實用新型的活塞頭部1的材料還可以選用碳纖維材料，或者選用石墨和其它輕金屬的互滲體，甚至選用石墨和銅的互滲體，或者石墨與多種輕金屬的多元互滲體；活塞裙部2的材料還可以選用鎂鋁合金等其它輕合金金屬材料。
權利要求1.碳素材料與金屬材料組合式活塞，包括碳素材料制成的活塞頭部(1)和金屬材料制成的活塞裙部(2)，其特征在于活塞頭部下端的內(nèi)圓面和活塞裙部上端的外圓面上相互配合設置有細牙螺紋(6)，螺紋精度為6H級。
2.根據(jù)權利要求1所述的碳素材料與金屬材料組合式活塞，其特征在于活塞頭部外圓面上設置有活塞環(huán)槽(4)。
3.根據(jù)權利要求2所述的碳素材料與金屬材料組合式活塞，其特征在于所述活塞頭部自上端向下依次設置有三道活塞環(huán)槽(4)，第一活塞環(huán)槽寬度為2 4mm，精度為7級，第二活塞環(huán)槽寬度為2 3mm，精度為7級，第三活塞環(huán)槽寬度為3飛mm，精度為7級。
4.根據(jù)權利要求3所述的碳素材料與金屬材料組合式活塞，其特征在于第三活塞環(huán)槽內(nèi)設置有連通至活塞裙部的徑向銷孔，銷孔內(nèi)配合設置有定位銷(3)。
5.根據(jù)權利要求4所述的碳素材料與金屬材料組合式活塞，其特征在于所述定位銷的直徑為3mm，定位銷與銷孔過渡配合，配合間隙為-0. 016^+0. 008mm。
6.根據(jù)權利要求廣5中任意一項所述的碳素材料與金屬材料組合式活塞，其特征在于活塞頭部的頂面上設置有燃燒室(5)。
專利摘要本實用新型公開了一種碳素材料與金屬材料組合式活塞。包括碳素材料制成的活塞頭部和金屬材料制成的活塞裙部，活塞頭部下端的內(nèi)圓面和活塞裙部上端的外圓面上相互配合設置有細牙螺紋，螺紋精度為6H級。本實用新型能夠增強活塞頭部和活塞裙部連接的牢固程度、提高耐熱強度、降低摩擦系數(shù)、延長使用壽命、提高發(fā)動機的系統(tǒng)穩(wěn)定性。
文檔編號F02F3/00GK202325884SQ201120457069
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月17日 優(yōu)先權日2011年11月17日
發(fā)明者劉獻豐, 李征兵, 王季明 申請人:石家莊金剛內(nèi)燃機零部件集團有限公司