一种汽车空调压缩机空心活塞及其生产方法技术

本发明专利技术公开了一种汽车空调压缩机空心活塞，所述活塞由包括以下重量百分比的组分的铝合金制成：Si：11～13％；Cu：3.5～4.5％；Mg：0.2～0.5％；Ni：0.8～1.5％；Cr：0.1～0.3％；C：0.1～0.3％；Mn：0～0.1％；Zn：0～0.5％；Ti：0～0.15％；RE：0.1～0.3％；其余为Al。本发明专利技术还提供一种汽车空调压缩机空心活塞的生产方法。本发明专利技术通过对空心活塞用铝合金中元素的选择和控制，提高了活塞的强度和硬度；进一步通过改进激光焊接工艺，减少了焊缝微气孔率，提高了焊接拉力，提高了焊接质量，从而提高了空心活塞的使用性能和使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种汽车空调压缩机空心活塞及其生产方法
本专利技术涉及汽车工业
，尤其是涉及一种汽车空调压缩机空心活塞及其生产方法。
技术介绍
随着国民生活水平的不断提高，对汽车的需求量越来越大，对汽车性能的要求也越来越高，导致国内汽车工业迅速发展，汽车零配件国产化程度不断提高。空调压缩机是空调制冷系统的心脏，其作用是维持制冷剂在空调中循环流动，吸入来自蒸发器的低温低压气态制冷剂，压缩成高温高压状态并送往冷凝器。空调压缩机按内部工作方式不同可分为：曲柄连杆式(由曲柄、连杆、活塞以及进排气阀等部件组成)；摇盘式压缩机(由主轴、圆锥齿轮、斜形板、连杆、活塞、进排阀以及摇板等部件组成)；斜盘式压缩机(由主轴、斜盘、气缸、活塞以及进排阀等部件组成)三种；其中，斜盘式压缩机容易实现小型化和轻量化，可以实现高转速工作，且结构紧凑，效率高，性能可靠。根据工作原理的不同，空调压缩机可以分为定排量压缩机和变排量压缩机，与定排量空调压缩机相比，变排量压缩机具有以下优点：1.排气压力和工作转矩的波动性小，减小了对发动机的冲击；2.不同于定排量压缩机用离合器来切换，温度波动大，变排量压缩机提高了车内温度的稳定性，使车内人员感到舒适；3.提高了了蒸发器的低压稳定性，且蒸发器不会结霜；4、提高了压缩机的使用寿命；5.减小了功率消耗，节约能耗。因此，目前，斜盘式变排量压缩机广泛应用于汽车空调。斜盘式变排量压缩机的活塞由汽车发动机带动在气缸中作轴向往复运动，为降低能耗，希望减小活塞的重量；为减小压缩机的尺寸，需要加大驱动轴的转速，也需要减小活塞的重量；另外，为了稳定地调节斜盘与驱动轴的倾斜角，并减小压缩机运转过程中的噪音，特别需要减小活塞的重量。但将实心活塞变为空心活塞后，原本由实心金属体负载的压力改为由空心金属腔体负载，空心金属腔体所能负载的极限压力势必小于实心金属体负载的极限压力，而目前空心活塞材料仍然多采用实心活塞使用的AHS铝合金，其组分及含量(重量百分比)为：Si：11～13％、Cu：2～3％、Mg：0.2～0.5％、Ni：0～0.3％、Mn：0～0.1％、Zn：0～0.5％、Ti：0～0.15％，其余为Al，该铝合金的强度及硬度较低，导致空心活塞在负载压力不变的情况下使用性能及使用寿命较低。空心活塞通常是由两个部件焊接而成。焊接工艺的好坏直接决定了空心活塞的机械性能的强弱。普通焊接工艺焊接拉力小，生产效率低、质量不稳定，后来改用高速激光焊接工艺，提高了焊接拉力，提高了焊接机械性能，同时减少了材料消耗，提高了生产效率，稳定了产品质量。但高速激光焊接也存在不足，主要是微气孔较多，微气孔率高，严重影响了空心活塞的使用性能和使用寿命。因此，如何提高汽车空调压缩机空心活塞用铝合金材料的强度以及硬度，提高活塞的使用性能及使用寿命是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种汽车空调压缩机空心活塞，该活塞所用铝合金材料具有较高的强度以及硬度，能够提高活塞的使用性能及使用寿命。本专利技术另一目的是提供一种上述汽车空调压缩机空心活塞的生产方法。为解决上述的技术问题，本专利技术提供的技术方案为：一种汽车空调压缩机空心活塞，所述活塞由包括以下重量百分比的组分的铝合金制成：Si：11～13％；Cu：3.5～4.5％；Mg：0.2～0.5％；Ni：0.8～1.5％；Cr：0.1～0.3％；C：0.1～0.3％；Mn：0～0.1％；Zn：0～0.5％；Ti：0～0.15％；RE：0.1～0.3％；其余为Al。优选的，所述Cu的重量百分比为3.7～4.3％。优选的，所述Ni的重量百分比为1.0～1.3％。优选的，所述Cr的重量百分比为0.15～0.25％。优选的，所述C的重量百分比为0.15～0.25％。优选的，所述RE的重量百分比为0.15～0.25％。本专利技术还提供一种上述任意一项汽车空调压缩机空心活塞的生产方法，包括以下步骤：1)将Al源、Si源、C源、Mg源、Cr源、Cu源、Ni源、Mn源、RE源、Zn源、Ti源熔化成熔液，然后将所述熔液进行铸造产出铝合金铸锭，将所述铝合金铸锭进行轧制产出料棒；2)将所述步骤1)制得的料棒依次进行下料、热处理、冲筒、热处理、机加工以及清洗，得到空心活塞筒子；将所述步骤1)制得的料棒依次进行下料、锻造、切边、热处理、抛丸、割断、机加工以及清洗，得到空心活塞头部；3)将所述步骤2)中筒子及头部进行激光焊接，得到空心活塞半成品；4)将所述步骤3)中空心活塞半成品依次进行机加工、喷砂、喷涂以及机加工，得到空心活塞成品。优选的，所述步骤1)铝合金铸锭中Cu的重量百分比为4.0％。优选的，所述筒子为一端封闭的薄壁圆筒，所述筒子封闭端的外侧设置有一个圆柱状工作台；所述头部包括为与所述筒子焊接在一起相应的圆形底面，所述圆形底面上设置有用于实现所述头部与筒子过盈配合的环形凸台，所述环形凸台外圆周面与垂直于所述圆形底面的中轴线之间的倾角角度为20°～40°。本专利技术的技术效果：本专利技术在空心活塞用铝合金材料中添加了Cu元素，Cu元素与Al元素形成θ相，而θ相起固溶强化和弥散强化作用，提高了铝合金的拉伸强度和屈服强度；本专利技术在空心活塞用铝合金材料中添加了Ni元素，Ni元素在熔体中能够形成AlNi2、Al3Ni等高温强化相，呈弥散相分布于基体晶界，提高合金的室温强度和高温强度以及体积、尺寸稳定性；本专利技术在空心活塞用铝合金材料中添加了Cr元素，在合金中形成β-CrAl7、η-Cr2Al等7种弥散性高温强化相，且能细化铸造组织，从而提高铝合金的室温强度和高温强度；本专利技术在空心活塞用铝合金材料中添加了C元素，C元素能够提高铝合金的强度、硬度、伸长率、断裂韧度和耐磨性能等综合力学性能，减小合金的热膨胀系数，增加合金的导热性能，显著地提高耐磨性和高温稳定性；本专利技术在空心活塞用铝合金材料中添加了稀土元素，稀土元素RE为表面活性元素，可集中分布在晶界面上，降低相与相之间的拉力，因而使形成临界尺寸晶核的功减小，结晶核数量增加，从而使晶粒细化，提高铝合金的强度和硬度，稀土元素RE还能够提高铝合金的伸长率、断裂韧度和耐磨性能等其它力学性能，减小合金的热膨胀系数，增加合金的导热性能，显著地提高耐磨性和高温稳定性。综上所述，本专利技术通过对空心活塞用铝合金中元素的选择和控制，提高了活塞的强度和硬度，从而提高了空心活塞的使用性能和使用寿命。铝合金中加入了Cr元素还提高了活塞的耐热性及耐磨性；Ni还具有良好的抗氧化性、耐磨性、耐热性、热稳定性，可以减小合金膨胀系数变化；Mn能提高耐热性；Ti不仅能细化组织，提高活塞表面质量，又能提高耐热性和锻压时铝合金的流动性，从而改善活塞表面质量，提高材料高温机械性能；C元素和稀土元素RE在电磁搅拌作用下，能在铝合金中形成一种介于金属和非金属之间的复合自润滑物质，由于自润滑物质的存在，大大地降低了气缸比压，并使磨擦偶摩擦面之间得到充分润滑，自润滑物质的组成成份有利于避免粘着磨损的发生，从而保证空调压缩机的气密性，提高了压缩机的使用性能。本专利技术通过提高空心活塞用铝合金中Cu元素的含量，由于Cu具有很强的固溶强化作用，使得焊接过程中产生的H2在熔池中更容易逃逸出来，促进了H2的排放，减少了溶于焊接熔池中的氢气含量，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汽车空调压缩机空心活塞，其特征在于，所述活塞由包括以下重量百分比的组分的铝合金制成：Si：11～13％；Cu：3.5～4.5％；Mg：0.2～0.5％；Ni：0.8～1.5％；Cr：0.1～0.3％；C：0.1～0.3％；Mn：0～0.1％；Zn：0～0.5％；Ti：0～0.15％；RE：0.1～0.3％；其余为Al。

【技术特征摘要】
1.一种汽车空调压缩机空心活塞的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将Al源、Si源、C源、Mg源、Cr源、Cu源、Ni源、Mn源、RE源、Zn源、Ti源熔炼成熔液，然后将所述熔液进行铸造产出铝合金铸锭，将所述铝合金铸锭进行轧制产出料棒；所述铝合金铸锭包括以下重量百分比的组分：Si：11～13％；Cu：4.0％；Mg：0.2～0.5％；Ni：0.8～1.5％；Cr：0.1～0.3％；C：0.1～0.3％；Mn：0～0.1％；Zn：0～0.5％；Ti：0～0.15％；RE：0.1～0.3％；其余为Al；2)将所述步骤1)制得的料棒依次进行下料、热处理、冲筒、...

【专利技术属性】
技术研发人员：解居麟，
申请(专利权)人：山东汇川汽车部件有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37