提高柴油机组合活塞钢顶环槽耐磨性的方法技术

本发明专利技术为一种提高柴油机组合活塞钢顶环槽耐磨性的方法，该方法包括如下步骤：提供经过精加工的活塞顶；对该活塞顶进行调质处理；对调质后的活塞顶进行环槽内控尺寸加工；对活塞顶进行离子氮化处理。本发明专利技术采用环槽内控尺寸加工和离子氮化处理，使活塞钢顶三道环槽氮化处理硬度为ＨＲＣ４５～５４，提高了活塞钢顶环槽的硬度和耐磨性，也提高了组合活塞的使用寿命，满足了段修规定，达到了用户提出的３０万公里无故障的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关于240或275型柴油机钢顶铝裙组合活塞，尤其涉及一种提高柴油机 组合活塞钢顶环槽耐磨性的方法。
技术介绍
现有240或275型柴油机使用的活塞为钢顶铝裙组合活塞，其中钢顶1呈一盖体 形状(如图3所示)并固定在所述铝裙(图中未示出)的上端。所述钢顶的上表面中央部 位呈弧形凸起11，在所述弧形凸起11与钢顶周缘12之间形成凹弧形的环沟13，该环沟13 构成钢顶的W燃烧室；所述钢顶的下表面中央部位形成上凹的拱顶空间14，所述钢顶周缘 12向下形成有环墙15，在所述环墙15与拱顶空间14之间设有一环形冷却腔16，环形冷却 腔16与拱顶空间14之间由多个回油孔161导通；在所述环墙15的外表面由上至下依次设 有第一道气环槽17、第二道气环槽18和第三道气环槽19 ；其中，第一道气环槽17的宽度为 5；°;；20，第二道气环槽18的宽度为5 H2q，第三道气环槽19的宽度为5二。所述现有机车柴油机使用的组合活塞在机车运行10万公里左右时，所述活塞钢 顶的第一道气环槽17被严重磨损(第二道气环槽18和第三道气环槽19也有一定磨损)， 其尺寸远远超出尺寸公差，一般是在该气环槽17开口深3mm部分易被磨损，将其矩形截面 磨损成喇叭口形状，由此，使组合活塞的气密性降低，柴油机功率损耗增大，严重时导致活 塞失效而更换，不仅增加了维修费用，也无法满足用户提出的30万公里无故障的要求。所 以，提高组合活塞钢顶环槽耐磨性，对提高机车运行的可靠性及使用寿命有着重大的意义。对于提高活塞钢顶环槽耐磨性的方法较多，例如激光淬火、离子氮化、表面喷涂 陶瓷等。但是通过试验发现，采用激光淬火的方法构件变形较大，满足不了要求；而采用表 面喷涂陶瓷的方法成本大且目前尚无成熟的工艺。为此，本专利技术人对活塞顶42CrMoA材料采用不同处理工艺的试件与合金铸铁活塞 环材料的试件配对进行磨损试验，并进行对比试验分析，提出一种提高柴油机组合活塞钢 顶环槽耐磨性的方法，从而优化摩擦副的设计，提高活塞的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，以提高 组合活塞的使用寿命。本专利技术的另一目的在于提供一种，该 方法具有成本低、构件变形小的特点，且加工过程时间短，适于大批量生产。本专利技术的目的是这样实现的，一种， 该方法包括如下步骤提供经过精加工的活塞顶；对该活塞顶进行调质处理；对调质后的 活塞顶进行环槽内控尺寸加工；对活塞顶进行离子氮化处理。在本专利技术一较佳实施方式中，所述活塞顶环槽内控尺寸加工为，将第一道环槽的 宽度加工为，将第二道环槽的宽度加工为5 ^温，将第三道环槽的宽度加工为5 二二。在本专利技术一较佳实施方式中，所述离子氮化处理的相关参数为氮化温度500°C ； 保温时间10小时；电压600V ；真空度1500Pa ；氨流量0. 6m3/h。在本专利技术一较佳实施方式中，在活塞顶精加工之前，还有模锻活塞顶步骤、粗加工 活塞顶各部尺寸步骤、半精加工活塞顶各部尺寸步骤及回油孔加工步骤。在本专利技术一较佳实施方式中，在对活塞顶进行离子氮化处理之后，再对活塞顶进 行抛光处理。该方法与现有技术相比具有如下有点1.采用环槽内控尺寸加工和离子氮化处理，使活塞钢顶三道环槽氮化处理硬度为 HRC45 54，提高了活塞钢顶环槽的硬度和耐磨性，也提高了组合活塞的使用寿命，满足了 段修规定，达到了用户提出的30万公里无故障的要求。2.该方法具有成本低、构件变形小的特点，且加工过程时间短，适于大批量生产。 附图说明以下附图仅旨在于对本专利技术做示意性说明和解释，并不限定本专利技术的范围。其中，图1 为本专利技术流程框图。图2 为本专利技术中组合活塞钢顶的结构示意图。图3 为现有技术中组合活塞钢顶的结构示意图。具体实施例方式为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发 明的具体实施方式。如图1所示，本专利技术的，该方法包括 如下步骤模锻活塞顶、粗加工活塞顶各部尺寸、半精加工活塞顶各部尺寸、回油孔加工、精 加工活塞顶各部尺寸、对活塞顶进行调质处理、对活塞顶进行环槽内控尺寸加工、对活塞顶 进行离子氮化处理和对活塞顶进行抛光处理。首先，通过模锻工艺制作活塞顶的毛坯件，之后经过相应的粗加工、半精加工及精 加工对活塞顶的各部结构进行加工，其中包括加工W燃烧室13、拱形空间14和环形冷却腔 16 (如图2所示)，在环墙15外表面加工出相应的第一道气环槽17’、第二道气环槽18’和 第三道气环槽19’，在加工各气环槽时，应留有足够的加工余量，以便后续对活塞顶各环槽 进行内控尺寸加工；在进行上述加工的同时，还在环形冷却腔16与拱顶空间14之间的环形 隔断上加工出多个回油孔161 ；然后，对活塞顶进行调质处理；调质处理后对所述活塞顶各 环槽进行内控尺寸加工。在此需要特别说明的是，所述活塞顶环槽内控尺寸加工是将第一道环槽17’宽度 加工为5+ti，将第二道环槽18，宽度加工为冗，将第三道环槽19，宽度加工为5+tg。 由于后续要对活塞顶进行离子氮化处理，该活塞钢顶环槽会发生变形，本专利技术人经过反复 加工试验，得出上述各环槽的加工尺寸为离子氮化处理前环槽的最佳尺寸。上述各环槽 是采用三坐标联动数控车床及机夹切槽车刀加工的，其具体过程为1)将活塞顶以W燃烧 室端面及外圆定位，采用液压专用三爪卡盘夹紧外圆；2)按程序自动选择机夹切槽刀牌号 GIP2. 87-02IC656 ；3)按编制好的环槽切削程序进行，走刀方向是环槽上平面、下平面分别切削掉余量0.25mm左右，保证5=彳2、5二；)2、5，车平环槽底部，保证底径尺寸；4)采 用专用的环槽底径游标卡尺、气动环槽塞规对各个环槽进行测量，保证环槽加工后尺寸准 确。在上述活塞顶环槽内控尺寸加工后，对活塞顶进行离子氮化处理，在本实施方式 中，所述离子氮化处理的相关参数为氮化温度500°C ；保温时间10小时；电压600V ；真空 度 1500Pa ；氨流量 0. 6m3/h0离子氮化处理后的42CrMoA钢的表面硬度可以达到HV580，相当于HRC54，而活塞 钢顶的最高设计硬度值为HB320 (即HRC35)，两者硬度相差21个单位。其耐磨性相比，离子 氮化处理比调质处理提高了约25 %，其硬化层可达0. 20mm，完全满足段修规定的0. 25mm的 要求。在本实施方式中，对活塞顶进行离子氮化处理后，再对活塞顶进行抛光处理，便得 到活塞钢顶成品1 ；之后，将该活塞钢顶成品1组装在铝裙上端构成所述的钢顶铝裙组合活O本专利技术的方法主要是针对240或275型柴油机使用的钢顶铝裙组合活塞提出的， 该方法与现有技术相比具有如下有点1.采用环槽内控尺寸加工和离子氮化处理，使活塞钢顶三道环槽氮化处理硬度为 HRC45 54，提高了活塞钢顶环槽的硬度和耐磨性，也提高了组合活塞的使用寿命，满足了 段修规定，达到了用户提出的30万公里无故障的要求。2.该方法具有成本低、构件变形小的特点，且加工过程时间短，适于大批量生产。以上所述仅为本专利技术示意性的具体实施方式，并非用以限定本专利技术的范围。任何 本领域的技术人员，在不脱离本专利技术的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均 应属于本专利技术保护的范围。权利要求一种，该方法包括如下步骤提供经过精加工的活塞顶；对该活塞顶进行调本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高柴油机组合活塞钢顶环槽耐磨性的方法，该方法包括如下步骤：提供经过精加工的活塞顶；对该活塞顶进行调质处理；对调质后的活塞顶进行环槽内控尺寸加工；对活塞顶进行离子氮化处理。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张德忠，赵春香，
申请(专利权)人：中国北车集团大同电力机车有限责任公司，
类型：发明
国别省市：14[中国|山西]