[发明专利]复合材料环槽镶圈活塞制造方法

说明书

一种用于制造发动机镶圈活塞的制造方法属一般机器或发动机类。

五十年代已经提出将高镍奥氏体铸铁耐磨圈镶入发动机活塞的第一道环槽部位，解决了活塞的磨损问题，但该工艺阻碍了发动机活塞的热传导并增加了活塞的重量，美国专利US4643078、US4708104、US4735128公开的工艺，只适合于液态模锻，即在压力下凝固成型活塞，液锻工艺，只能制造局部增强的复合材料活塞。美国专利US3533329、US4292936是用重力铸造工艺制造铁基和铜基合金活塞，没有提及镶圈活塞的制造工艺。英国专利1598585和8401138工艺的缺点是受内燃机铝活塞内腔形状的限制，只能应用于内腔形状简单的活塞上，不能广泛用于多种活塞。

本发明的目的是设计一种用陶瓷纤维（颗粒）增强铝合金材料镶圈活塞的制造方法，扩大复合材料在内燃机活塞上应用范围。

本发明的制造方法有三个重要工艺过程，即先用液态模锻工艺制造φ80～200mm复合材料毛坯，该毛坯的陶瓷颗粒含量为5～15%，再用反挤压工艺制造φ80～200mm复合材料活塞镶圈，最后用重力铸造工艺制造复合材料镶圈活塞。

本发明的优点适用于内燃机缸径200mm以下的铝活塞的环槽或燃烧部位，应用范围广，成本低。

本发明有如下附图：

附图1是反挤压工艺制造镶圈管坯的工艺过程。

附图2是制造复合材料活塞工艺流程图。

下面结合附图，叙述本发明实施例的具体制造方法：

本发明的工艺过程是，首先将一定量的陶瓷短纤维放入含有粘柔剂为3～6%的水溶液容器中进行2～10分钟的搅拌，制成直径φ200～80mm，高度为30～170mm的圆盘状，烘干后在750～850℃温度下烧结，制成陶瓷纤维预制件。第二步是制造复合材料毛坯;先将陶瓷纤维预制件预热到500℃～800℃，放入模腔内，模具加温到200℃～400℃，然后将720℃～760℃的铝合金溶液倒入模腔内，同时施加50～100MP_a的压力，最后制得φ200～80mm，高度为30～170mm的圆盘状复合材料毛坯，其中陶瓷纤维含量为5～15%。如果用陶瓷颗粒制造复合材料，则将陶瓷颗粒预热后送入650℃～720℃的铝合金溶液中进行搅拌，然后再升温到720℃～750℃，浇铸成铸锭，便制成含有5～15%陶瓷颗粒的铝合金复合材料毛坯。第三步是制造复合材料镶圈，附图1是采用反挤压工艺制造镶圈管坯的过程，图1（a）、（b）是挤压前的示意图，图1（c）、（d）是挤压后的示意图，图中3是特制的凹模，其外层周围是加热器4，5是底模，2是挤压冲头，1是冲头固定板，把外径φ200～80mm的圆盘状复合材料毛坯6预热到温度350℃～450℃放入凹模内，同时凹模也预热到350℃～450℃，对冲头施加100～540吨压力，即制得复合材料镶圈管坯7。根据需要，分段割下镶圈管坯，即制得复合材料镶圈。第四步是制造复合材料镶圈活塞;附图2是制造复合材料活塞的工艺流程图，图中8是对复合材料镶圈进行清洗，去除油污，9是在还原性气体中预热300℃～500℃持续5～30分钟，11是同时对模具预热到200℃～260℃，10是将预热的镶圈放入金属模的固定位置，13是采用重力铸造工艺，12是720℃～750℃的铝合金溶液浇入模具内，即制得复合材料镶圈活塞毛坯，14是铣去活塞冒口，15是热处理，可进行T₆处理，或进行195～205℃的8小时时效处理。16是对镶圈活塞加工，17是检测。