波浪形燃烧室锻钢活塞头热、冷联锻近净成形工艺

摘要

本发明提供一种波浪形燃烧室锻钢活塞头热、冷联锻近净成形工艺，涉及机械加工技术领域，工艺步骤包括：下料、中频加热、镦粗、预锻、终锻、抛丸、前处理、冷精锻、后处理，其特征在于，终锻为热态终锻闭式成形，热态终锻闭式成形采用中空分流锻造成形技术和在模具上设计材料的分流口，降低模锻成形负荷，提高模具使用寿命和材料成形性能；冷精锻前毛坯不需要球化退火，通过对精压表面润滑、控制模具接触和设备压力达到规定的技术要求。本发明能提高产品的精度和性能，提高生产效率，降低生产成本；在毛坯或模具的成形部分建立一个材料的分流口，以闭式热模锻出毛坯，预留精锻余量，然后对波浪形燃烧室活塞头毛坯用油压机进行冷精锻。

说明书

技术领域

本发明涉及发动机及锻造成形技术领域，尤其涉及一种适用于波浪形燃烧室发动机活塞近净成形的热、冷联合锻造工艺。

背景技术

随着国家对发动机排放标准的快速提高和发动机节能减排技术不断进步，锻钢活塞因其在高爆发压力、高疲劳寿命、节油、减排等方面的优良性能，在高性能柴油发动机中应用量越来越大。

目前，锻钢活塞头毛坯多以开式热模锻为主，再对毛坯进行机械加工，成为活塞成品。其主要缺陷是机械加工破坏了产品金属流线，降低了产品性能，同时增加产品的制造成本。

近净成形技术是指零件成形后，仅需少量加工或不再加工，就可用作机械构件的成形技术。本发明就是适用于活塞头闭式模具热锻、冷锻精整及中空分流的近净锻造成形工艺，使活塞头锻造工艺更优质、高效、高精度、低成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种波浪形燃烧室锻钢活塞头热、冷联锻近净成形工艺，以解决上述技术问题。

本发明涉及柴油发动机使用的锻钢活塞头加工工艺，能够加工出一种具有高爆发压力(大于18MPa)、高疲劳寿命(是铝活塞2～4倍)、节油5％以上、减少CO₂排放10％以上的高性能柴油发动机活塞。此零件采用热锻和冷锻联合生产工艺，达到无飞边锻造。它是把圆棒料切断后，经中频炉加热，通过闭式锻造成形，获得一种完整的金属流线，然后再将活塞燃烧室区域通过油压机进行冷精锻成形，使燃烧室区最终尺寸精度、表面轮廓度和粗糙度完全达到成品图纸要求，达到近净成形的效果。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种波浪形燃烧室锻钢活塞头热、冷联锻近净成形工艺，工艺步骤包括：下料、中频加热、镦粗、预锻、终锻、抛丸、前处理、冷精锻、后处理，其特征在于，终锻为热态终锻闭式成形，热态终锻闭式成形采用中空分流锻造成形技术，在模具上设计材料的分流口，降低模锻成形负荷，提高模具使用寿命和材料成形流动性；

冷精锻前毛坯不需要球化退火，通过对精压表面润滑、控制模具接触和设备压力达到规定的技术要求。

作为进一步的优选方案，工艺步骤为：

(1)、下料，使用镦粗直径稳定条件系数为2.2的圆棒料；

(2)、中频加热1050～1100℃；

(3)、镦粗，外圆达到活塞头直径的2/3；

(4)、预锻，设计成中间带有连皮的空心圆饼状结构；

(5)、终锻，模具设计成带有分流口闭式结构，采用锥孔和外圆在模腔内定位，由正、反挤压出产品毛坯；

(6)、抛丸，采用φ0.4mm钢丸子对精压面进行精抛；

(7)、前处理，对毛坯进行清洗、涂敷高分子润滑剂和烘干；

(8)、冷精锻，控制设备压力和保压时间，直到波浪形燃烧室所有曲面都被压到；

(9)、后处理，对产品表面进行防锈处理。

本发明在毛坯或模具的成形部分建立一个材料的分流口，以闭式热模锻出毛坯，预留精锻余量，然后对波浪形燃烧室活塞头毛坯用油压机进行冷精锻；

本发明的主要优点是：

1、闭式锻造成形过程中，材料在充满型腔的同时，部分材料流向分流口，分流口能容纳少量体积超标的材料，而不至于造成锻造应力急剧增加的后果。

2、闭式锻造成形过程中金属的流动更有利于波浪形燃烧室及喉口部位充填，从而在较小的成形应力下得到充满程度较好的毛坯。

3、冷精锻可提高锻件尺寸精度，减小表面粗糙度值，冷锻面可完全取代机械加工，达到近净成形效果；冷精锻还使锻件表面变形强化，提高零件的表面强度和延长其使用寿命。

此发明使活塞头锻造工艺更优质、高效、高精度、低成本。

附图说明

图1为本发明的产品结构示意图；

图2为波浪形燃烧室锻钢活塞头闭式热锻模具结构示意图；

图3为中空分流预锻成形结构示意图；

图4a为本实施例中空分流锻造波浪截面上的金属流动网格示意图；

图4b为非中空分流锻造波浪截面上的金属流动网格示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。

下面结合附图描述本发明的具体实施例。

一种波浪形燃烧室锻钢活塞头热、冷联锻近净成形工艺，工艺路线如下：

下料→中频加热→镦粗→预锻→终锻→抛丸→前处理→冷精锻→后处理，

具体步骤为：

(1)、下料，使用镦粗直径稳定条件系数为2.2的圆棒料；

(2)、中频加热1050～1100℃；

(3)、镦粗(400T压力机)，外圆达到活塞头直径的2/3；

(4)、预锻(2500～4000T压力机)，设计成中间带有连皮的空心圆饼状结构；

(5)、终锻(2500～4000T压力机)，模具设计成带有分流口闭式结构，采用锥孔和外圆在模腔内定位，由正、反挤压出产品毛坯；

(6)、抛丸；采用φ0.4mm钢丸子对精压面进行精抛；

(7)、前处理；对毛坯进行清洗、涂敷高分子润滑剂和烘干；

(8)、冷精锻(800～1600T液压机)，不同产品调整设备压力和保压时间(10～20S)，直到波浪形燃烧室所有曲面成形，达到成品图样尺寸精度效果；

(9)、后处理，对产品表面进行防锈处理。

终锻为热态终锻闭式成形，热态终锻闭式成形采用中空分流锻造成形技术和在模具上设计材料的分流口，降低模锻成形负荷，提高模具使用寿命和材料成形性能；

冷精锻前毛坯不需要球化退火，通过对精压表面润滑、控制模具接触和设备压力达到规定的技术要求。

技术指标(如图1所示)：

(1)第①、③、⑤虚线是零件的燃烧室截面，轮廓度控制在§±0.15mm；

(2)第②、④、⑥虚线是零件的波浪形燃烧室截面，轮廓度控制在§±0.20mm；

(3)几何尺寸公差控制在Δ±0.2mm；

(4)表面粗糙度控制在Ra3.2μm；

(5)金属流线以零件中轴线保持对称，必须保持流线的流向与零件轮廓一致，流线不允许严重扭曲、折断。

如图2所示，波浪形燃烧室锻钢活塞头闭式热锻模具结构，其中该附图中：1-上模座、2-凸模固定圈、3-凸模、4-凹模、5-凹模固定圈、6-凹模芯、7-下模应力圈、8-下模座、9-顶杆、10-分流口(降压仓)。该模具用于终锻过程，终锻为热态终锻闭式成形，热态终锻闭式成形采用中空分流锻造成形技术(如图3所示)，在模具上设计材料的分流口，降低模锻成形负荷，提高模具使用寿命和材料成形流动性。

图3所示，中空分流预锻成形结构，预锻采用带有连皮的空心圆饼状毛坯11在终锻闭式模腔中挤压成形即中空分流锻造，毛坯金属以径向流动为主，轴向为辅的复合流动，在成形时金属先向内部流动，使上、下锥孔径由大变小，然后，模具逐渐闭合，金属开始向外、向上挤压流动，直至充满型腔。中空分流锻造能使金属流动平衡、方向一致，等效应变值增大，等效应力值减小，使模锻成形力提高，且终锻成形力明显降低等优点。

工艺效果对照资料：

图4a中A处所示为多余金属；图4b中B1处和B2处所示位置发生了扭曲、重叠、畸形和回流。

从图4a与图4b对照可以看出，本实施例采用中空分流锻造工艺，金属流动网格未发生扭曲、重叠、畸形和回流，金属在封闭的模膛中处于三向压应力的状态下流入模腔，使波浪形燃烧室上模型腔和下模型腔完全充满，最后，多余金属流入分流口，使模具的内部压力降低，从而提高模具寿命。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明适用不同形状燃烧室的活塞，这些变化和改进都在要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。