新型陶瓷铠装内燃机活塞的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种新型陶瓷铠装内燃机活塞，该活塞包括金属体活塞和设在金属体活塞顶端铠装的陶瓷顶板，在陶瓷顶板的内表面分布1－4个凹槽，凹槽内壁有0－5°的倾斜角，使凹槽横截面呈楔形。本实用新型所述的内燃机活塞，能够有效地防止金属体活塞的烧蚀，有利于提高内燃机燃烧室的温度，增加了内燃机的热机效率；本实用新型提供的铠装结构简单，陶瓷与金属连接稳固，可靠性增加。
【专利说明】新型陶瓷铠装内燃机活塞
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及内燃机活塞，尤其涉及一种新型陶瓷铠装内燃机活塞。
【背景技术】
[0002]目前内燃机活塞都是用金属材料制作，为了防止内燃机工作时活塞温度过高而影响活塞的使用，在内燃机中都设有较强的液体冷却系统，以保证内燃机在不太高的温度下正常工作。由于液体冷却系统吸热散热作用会消耗掉部分热能，使得内燃机燃烧室的温度降低，在某些情况下使燃烧室内的燃料燃烧得不迅速、不完全，降低了内燃机的热机效率，有时甚至还会产生燃烧不完全的有害气体，污染环境。
[0003]针对上述情况，提出利用陶瓷材料的耐高温导热系数小的特性制造免液体冷却的陶瓷内燃机，但由于陶瓷材料的脆性易碎，使其不具备基本的装配性能和使用强度，因而在陶瓷内燃机的制作和使用上都存在困难，也有人设计在内燃机的主要高温部件实施陶瓷化以提高燃料燃烧温度。在活塞顶铠装隔热陶瓷面板是一个很好办法，活塞顶在工作时承受均匀的正压力，陶瓷材料具有较高的抗压强度、低的导热性、耐高温性能等都能满足内燃机活塞陶瓷化的要求，但是铠装困难。采用陶瓷顶板内侧分布多个陶瓷钉，陶瓷顶板通过陶瓷钉与金属体活塞连接，但是这种连接方式受力集中在陶瓷钉的侧面和底面，使铠装陶瓷的活塞可靠性和稳定性都难以得到保证。
【发明内容】
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构合理、牢固、可靠和稳定的新型陶瓷铠装内燃机活塞。
[0005]为达到上述目的，本实用新型是通过以下的技术方案来实现的。
[0006]一种新型陶瓷铠装内燃机活塞，包括金属体活塞和陶瓷顶板，所述陶瓷顶板设在所述金属体活塞的顶端，在陶瓷顶板的内表面上设有至少一条凹槽，在所述金属体活塞的顶端设有与凹槽相适配的凸块，所述金属体活塞通过凸块、凹槽的配合与所述陶瓷顶板连接。
[0007]其中所述陶瓷顶板的直径与金属体活塞的直径相同，或陶瓷顶板的直径比金属体活塞的直径小6 — 16mm。
[0008]进一步地，所述陶瓷顶板的厚度为5?15mm。
[0009]进一步地，所述凹槽内壁有O — 5°的倾斜角，凹槽横截面呈楔形。
[0010]进一步地，所述凹槽深度3 — 8mm。
[0011]进一步地，所述凹槽有1-4条，平行或交叉分布在陶瓷顶板的内表面。
[0012]有益效果:与现有技术相比，本实用新型的优点在于:
[0013]I)与普通内燃机相比，活塞的散热损失能减少10%?40%，气缸燃烧室温度能提高100°C?200°C，热机效率能提高5%?10% ；
[0014]2)铠装陶瓷的活塞结构更加合理，制造相对简单、铠装更为牢固、可靠性和稳定性都大大增加；
[0015]3)陶瓷顶板的直径比金属体活塞的直径小的铠装陶瓷活塞，由于活塞侧面完全是金属，摩擦系数一致，加工更加方便，活塞运行更加稳定，铠装的陶瓷顶板也更加牢固。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型陶瓷顶板的直径与金属体活塞的直径相同的活塞半剖示意图；
[0017]图2为本实用新型陶瓷顶板的直径比金属体活塞的直径小的活塞半剖示意图；
[0018]图3为本实用新型陶瓷顶板的凹槽的剖面示意图；
[0019]图4为本实用新型陶瓷顶板3条凹槽平行分布的示意图；
[0020]图5为本实用新型陶瓷顶板3条凹槽交叉分布的示意图
[0021]图6为本实用新型陶瓷顶板4条凹槽交叉分布的示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
[0023]实施例1
[0024]如图1所示为一种陶瓷铠装内燃机活塞，包括金属体活塞I和陶瓷顶板2，陶瓷顶板2被浇铸在金属体活塞I顶端；在陶瓷顶板2的内表面上设有3条陶瓷凹槽3，在金属体活塞I的顶端设有位置、尺寸、形状与凹槽3相适配的凸块，金属体活塞I通过凸块、凹槽3的配合与陶瓷顶板2连接。陶瓷顶板2的直径与金属体活塞I的直径相同，厚度均匀。
[0025]上述凸块是向凹槽3内浇铸金属形成的。
[0026]其中，陶瓷顶板2的厚度为15mm，材料为氧化铝陶瓷；如图3、图4所示，陶瓷凹槽3深度8mm，内壁有5°倾斜，凹槽3横截面呈楔形，3条陶瓷凹槽3平行分布。
[0027]制造上述陶瓷铠装内燃机活塞具体包括如下步骤:
[0028]I)用传统方法制造和加工陶瓷顶板2，使其外表面及外表面的尺寸符合活塞顶端要求，即陶瓷顶板2的直径与金属体活塞I的直径相同，厚度均匀，内表面有3个平行设置的凹槽3 ;
[0029]2)制作金属浇铸砂模并把陶瓷顶板2置于其中，陶瓷顶板2安放入浇铸模内且中心线与金属浇铸体中心线重合；
[0030]3)将陶瓷顶板2加热至900°C后等待浇铸；
[0031]4)将金属液从浇铸口流入以陶瓷顶板2为底模的浇铸砂模中，金属液在陶瓷顶板2表面及凹槽3冷却凝固形成带有凸块的金属体活塞1，通过自然冷却方法，金属体将对圆柱状陶瓷凹槽3壁逐渐产生压应力，将陶瓷顶板2牢固地固定在金属体活塞I顶端；得到复合活塞铸件；
[0032]5)浇铸好的陶瓷金属复合活塞铸件再以陶瓷顶端为基准对金属体活塞11进行加工，使其符合活塞的要求，即得到所述内燃机活塞。
[0033]实施例2
[0034]如图2所示，与实施例1基本相同，所不同的是陶瓷顶板2的直径比金属体活塞I的直径小6mm，陶瓷顶板2的厚度为5mm，有三条陶瓷凹槽3，凹槽3深5mm，凹槽3内壁的倾斜角为3°，凹槽3呈交叉分布，如图5所示，制作时将整个浇铸模加热至500°C后浇铸金属液。
[0035]实施例3
[0036]如图2所示，与实施例1基本相同，所不同的是陶瓷顶板2的直径比金属体活塞I的直径小16mm，陶瓷顶板2的厚度为10mm，有一条陶瓷凹槽3，凹槽3深3mm，凹槽3内壁无倾斜，凹槽3通过陶瓷顶板2的圆心，制作时将陶瓷顶板2加热至800°C后浇铸金属液。
[0037]实施例4
[0038]如图2所示，与实施例1基本相同，所不同的是陶瓷顶板2的直径比金属体活塞I的直径小10mm，陶瓷顶板2的厚度为12mm，有四条陶瓷凹槽3，凹槽3深6mm，凹槽3内壁的倾斜角为5°，凹槽3呈交叉分布，如图6所示，制作时将陶瓷顶板2加热至850°C后浇铸金属液。
[0039]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出:对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种新型陶瓷铠装内燃机活塞，包括金属体活塞和陶瓷顶板，所述陶瓷顶板设在所述金属体活塞的顶端，其特征在于，在陶瓷顶板的内表面上设有至少一条凹槽，在所述金属体活塞的顶端设有与凹槽相适配的凸块，所述金属体活塞通过凸块、凹槽的配合与所述陶瓷顶板连接。
2.根据权利要求1所述的新型陶瓷铠装内燃机活塞，其特征在于，所述陶瓷顶板的直径与金属体活塞的直径相同，或陶瓷顶板的直径比金属体活塞的直径小6 - 16mm。
3.根据权利要求1或2所述的新型陶瓷铠装内燃机活塞，其特征在于，所述凹槽内壁有O — 5°的倾斜角，凹槽横截面呈楔形。
4.根据权利要求1或2所述的新型陶瓷铠装内燃机活塞，其特征在于，所述凹槽深度3 — 8mm ο
5.根据权利要求1或2所述的新型陶瓷铠装内燃机活塞，其特征在于，所述凹槽有1-4条，平行或交叉分布在陶瓷顶板的内表面。
6.根据权利要求1所述的新型陶瓷铠装内燃机活塞，其特征在于，所述陶瓷顶板的厚度为5?15mm。
【文档编号】F02F3/12GK204082362SQ201420479807
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年8月22日
【发明者】顾永成, 张萍辉 申请人:无锡工艺职业技术学院