一种用于中重型柴油机的高强度精密钢质活塞及其锻模的锻造工艺方法技术

本发明专利技术涉及一种用于中重型柴油机的高强度精密钢质活塞及其锻模的锻造工艺方法，与现有技术相比解决了制作工艺难以满足实际使用需要的缺陷。本发明专利技术包括以下步骤：活塞材料的设定；下料；加热；锻造处理；精整处理；热处理；抛丸清理；磁粉探伤处理；硬度检测。本发明专利技术利用此工艺方法所制作出的活塞、锻模不仅成本低廉、单次模具寿命高，而且钢质活塞尺寸精度高、表面质量好。表面质量好。表面质量好。

【技术实现步骤摘要】
一种用于中重型柴油机的高强度精密钢质活塞及其锻模的锻造工艺方法


[0001]本专利技术涉及中重型柴油机部件
，具体来说是一种用于中重型柴油机的高强度精密钢质活塞及其锻模的锻造工艺方法。

技术介绍

[0002]近年来,随着燃油发动机环保性要求不断提高和排放要求的日益严格，活塞作为燃油发动机的核心关键部件，承受了燃油发动机内热负荷和机械负荷,因此对活塞结构及强度要求更加严格，传统的铸造活塞、铝合金活塞和组合式活塞越来越不能满足未来燃油发动机的快速发展。
[0003]钢铁材料由于具有良好的热力学性能和抗磨损性能以及良好的热加工和机械加工工艺性,成为进一步提高活塞性能的首选材料。目前国外钢质模锻活塞已广泛应用于卡曼、卡特彼勒、康明期、戴姆勒、沃尔沃、奔驰、马克等公司的高性能中重型柴油机上。在美国，主要采用铰接式活塞，它由钢制活塞头与铝合金制成的标准活塞构成，缺点是成本较高。在德国，则采用锻钢头与锻钢裙组合结构，但需要专门的螺栓连接，并且活塞裙螺栓沉孔座面过渡圆角附近表面应力集中严重,钢质活塞寿命比较低。德国马勒公司多年来也在研制整体式锻钢活塞,但面临着模具寿命短，锻件表面质量差，尺寸精度难以控制等难题。
[0004]由于整体式锻钢活塞形状结构复杂，高强度精密钢质活塞及其锻模均存在着拔模斜度小、尺寸精度要求高、薄裙部锻造成形困难、生产效率低、产品合格率低等难题。因此，如何设计出一种针对高强度精密钢质活塞及其锻模的工艺方法已经成为急需解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决现有技术中制作工艺难以满足实际使用需要的缺陷，提供一种用于中重型柴油机的高强度精密钢质活塞及其锻模的锻造工艺方法来解决上述问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种用于中重型柴油机的高强度精密钢质活塞锻造工艺方法，包括以下步骤：
[0008]11)活塞材料的设定：采用特制38MnVS6为基体作为活塞材料，并添加微量合金元素，其化学成分包括：0.35～0.40％的C、0.3～0.6％的Si、1.1～1.5％的Mn、0.02～0.05％的S、0～0.025％的P、0.08～0.12％的V、0.2～0.4的Cr和≤0.001％的B；
[0009]12)下料：将直径90mm的圆棒料在圆盘锯床上切断；
[0010]13)加热：在1200kW中频加热机中进行加热处理，加热温度为1140℃～1200℃；
[0011]14)锻造处理：进行镦粗、预锻、终锻一次性处理，其中镦粗高度为2mm～10mm；
[0012]15)精整处理：在载荷400t机械压力机上进行切边、冲孔和精整处理；
[0013]16)热处理：在控温生产线上进行热处理，并进行冷却处理；
[0014]17)抛丸清理：在抛丸机和砂带机上进行抛丸清理；
[0015]18)磁粉探伤处理：在磁粉探伤机上进行处理；
[0016]19)硬度检测：利用布式硬度计进行硬件检测。
[0017]所述热处理包括以下步骤：
[0018]21)在控温生产线上进行热处理，设定活塞锻后温度在980～1120℃；
[0019]22)对原材料进行冷却处理：
[0020]通过进料口进入冷却系，并在传动输送装置作用下首先进入第一冷却系统，冷却速率为50～90℃/min，调节第一输送带输送速度为0.8～1.2m/min，第一风机风速为300～900rpm冷却至740～760℃；再通过电器控制系统，进入第二冷却系统，冷却速率为30～50℃/min，冷却至290～310℃，以保证活塞芯部组织硬度均匀，减少贝氏体出现；再将活塞至于周转箱中，冷却至室温，使得活塞获得较好的力学性能，其中钒V、钛Ti、氮N元素在锻造后通过控制冷却速率进行冷却处理，测绘出38MnVS的CCT曲线。
[0021]一种用于中重型柴油机的高强度精密钢质活塞的锻模加工工艺方法，包括以下步骤：
[0022]31)锻造模具采用4Cr5MoSiV为基体添加的微量元素材料，其化学成分包括：0.37～0.43％的C、0.8～0.11％的Si、0.2～0.45％的Mn、5～5.9％的Cr、0.3～1.1％的V、1.2～1.5％的Mo、≤0.005％的S、≤0.02％的P、≤0.25％的Ni、≤0.25％的Cu；
[0023]32)将钢质活塞锻模在数控加工中心上开粗加工，预留2～3mm加工余量；
[0024]33)采用真空淬火+真空回火热处理，热处理后硬度要求范围为HRC42～HRC48，锻模内部晶粒度要求≥8级，其金相显微组织≤马氏体4级；
[0025]34)锻模热处理完成后，用加工出来的整体紫铜锻模电极放电加工模具型腔，型腔精度采用正公差0.05～0.08mm；
[0026]35)钢质活塞上下模具型腔由人工手工抛光，尺寸公差控制在0.01～0.05范围内，型腔表面粗糙度达到Ra1.6。
[0027]有益效果
[0028]本专利技术的一种用于中重型柴油机的高强度精密钢质活塞及其锻模的锻造工艺方法，与现有技术相比利用此工艺方法所制作出的活塞、锻模不仅成本低廉、单次模具寿命高，而且钢质活塞尺寸精度高、表面质量好，锻件合格率达到98.9％，单班产量达到800只以上。
附图说明
[0029]图1为本专利技术中高强度精密钢质活塞的锻造工艺流程图；
[0030]图2a、图2b、图2c为现有技术中整体式活塞的结构示意图；
[0031]图3为本专利技术中锻造处理工序图；
[0032]图4为本专利技术中38MnVS的CCT曲线图；
[0033]图5为本专利技术中热处理工序中冷却效果图；
[0034]图6为本专利技术所述方法锻造的活塞锻件内部金相组织图；
[0035]图7为本专利技术所述方法锻造的高强度精密钢质活塞的实际产品图；
[0036]图8为本专利技术所述方法锻造的高强度精密钢质活塞内部金属流线图；
[0037]图9为本专利技术所涉及的传动输送装置结构示意图。
具体实施方式
[0038]为使对本专利技术的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：
[0039]针对钢质活塞结构形状复杂、拔模斜度小、尺寸精度要求高、薄裙部锻造成形困难、生产效率低、产品合格率低等难题，本专利技术在此着重分析研究了钢质活塞锻造特征、工艺及锻造模具设计、安装和加工的关键要点，其中包括模具材料选用及热处理要求等关键要点。由于锻钢活塞形状复杂，重量≤10kg的锻钢活塞锻件一般在4000t的摩擦压力机或热模锻压力机上锻造。锻模模具坯料的原材料冶炼需电渣重熔，并且不允许有裂纹、折叠、气孔夹杂等锻造缺陷，因此其加工工艺具有极大难度。
[0040]同时，钢质活塞因在燃油发动机内承受很大的机械负荷,对锻件力学性能要求高,金属流线按锻件形状分布。最典型的德国马勒公司整体式活塞，其特点是锻钢头与锻钢裙本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于中重型柴油机的高强度精密钢质活塞锻造工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：11)活塞材料的设定：采用特制38MnVS6为基体作为活塞材料，并添加微量合金元素，其化学成分包括：0.35～0.40％的C、0.3～0.6％的Si、1.1～1.5％的Mn、0.02～0.05％的S、0～0.025％的P、0.08～0.12％的V、0.2～0.4的Cr和≤0.001％的B；12)下料：将直径90mm的圆棒料在圆盘锯床上切断；13)加热：在1200kW中频加热机中进行加热处理，加热温度为1140℃～1200℃；14)锻造处理：进行镦粗、预锻、终锻一次性处理，其中镦粗高度为2mm～10mm；15)精整处理：在载荷400t机械压力机上进行切边、冲孔和精整处理；16)热处理：在控温生产线上进行热处理，并进行冷却处理；17)抛丸清理：在抛丸机和砂带机上进行抛丸清理；18)磁粉探伤处理：在磁粉探伤机上进行处理；19)硬度检测：利用布式硬度计进行硬件检测。2.根据权利要求1所述的一种用于中重型柴油机的高强度精密钢质活塞锻造工艺方法，其特征在于，所述热处理包括以下步骤：21)在控温生产线上进行热处理，设定活塞锻后温度在980～1120℃；22)对原材料进行冷却处理：通过进料口进入冷却系，并在传动输送装置作用下首先进入第一冷却系统，冷却速率为50～90℃/min，调节第一输送带输送速度为0.8～1.2...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐皓，刘江，徐逸非，
申请(专利权)人：徐皓，
类型：发明
国别省市：