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用于生產用于內燃機的活塞的方法以及通過所述方法生產的活塞.pdf

摘要
申請專利號:

CN201480014572.3

申請日:

2014.03.18

公開號:

CN105283269A

公開日:

2016.01.27

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):B23P 15/10申請日:20140318|||公開
IPC分類號: B23P15/10; B21K1/18; F02F3/00 主分類號: B23P15/10
申請人: 馬勒國際有限公司
發明人: 格哈德·貝爾; 薩沙-奧利弗·布澤克; 賴納·米勒; 賴納·夏普
地址: 德國斯圖加特
優先權: 102013004575.4 2013.03.18 DE; 102013014345.4 2013.08.28 DE
專利代理機構: 北京匯信合知識產權代理有限公司11335 代理人: 翟國明
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201480014572.3

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.11.03|||2016.03.23|||2016.01.27

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種用于生產用于內燃機的活塞(10)的方法,所述活塞包括活塞主體(11)和活塞環部件(17),其中所述活塞主體(11)具有帶有圓蓋(13)的燃燒槽(12),并且具有裝備有凸臺鏜孔(15)的活塞凸臺(14),所述活塞凸臺依靠運行表面(16)彼此連接,其中,所述活塞環部件(17)具有活塞地板(18)、圓周火地(19)以及環繞環段(21),其中,所述活塞主體(11)和所述活塞環部件(17)形成環繞冷卻導管(22)。根據本發明所述方法具有以下方法步驟:a)依靠變形處理生產所述活塞主體(11)的坯件(11′);b)依靠變形處理或者鑄造處理生產所述活塞環部件(17)的坯件(17′);c)粗加工所述坯件(11′、17′)以及精加工焊接表面(26、28;27、29);d)依靠焊接方法連接活塞主體(11)和活塞環部件(17)的所述粗加工坯件(11″、111′’、17″)以形成活塞主體(30、130);e)二次加工和/或精加工所述活塞主體(30、130)以形成所述完成的活塞(10)。根據本發明,在步驟a),在生產所述活塞主體(11)的所述坯件(11′)期間,完全生產所述燃燒槽(12)外側圓蓋區域(13a、113a)的輪廓,所述燃燒槽(12)的所述圓蓋區域(13a、113a)形成所述多余材料(23、123),以及在步驟e),在所述燃燒槽(12)的圓蓋區域(13a、113a)中移除這種量的所述多余材料(23、123),以導致所述燃燒槽(12)的預定的體積。

權利要求書

1.一種用于生產用于內燃機的活塞(10)的方法,所述活塞具有活塞主體(11)和活塞環部件(17),其中,所述活塞主體(11)具有帶有圓蓋(13)的燃燒槽(12),并且具有裝備有凸臺鏜孔(15)的活塞凸臺(14),所述活塞凸臺依靠運行表面(16)彼此連接,其中,所述活塞環部件(17)具有活塞頂(18)、環繞著火部以及(19)以及環繞環段(21),其中,所述活塞主體(11)和所述活塞環部件(17)形成環繞冷卻導管(22),所述方法具有以下方法步驟:a)依靠變形處理生產所述活塞主體(11)的坯件(11'),b)依靠變形處理或者鑄造處理生產所述活塞環部件(17)的坯件(17'),c)利用執行的焊接表面(26、28;27、29)的精加工預加工所述坯件(11'、17'),d)依靠焊接處理連接活塞主體(11)的所述預加工坯件(11”、111'、17”)和活塞環部件(17)以形成活塞主體(30、130),e)執行所述活塞主體(30、130)的二次加工和/或精加工以形成所述完成的活塞(10);其特征在于,在步驟a),在生產所述活塞主體(11)的所述坯件(11')期間,完全生產所述燃燒槽(12)外側圓蓋區域(13a、113a)的輪廓,所述燃燒槽(12)的所述圓蓋區域(113a)形成所述多余材料(23、123),并且其特征在于,在步驟e),在所述燃燒槽(12)的圓蓋區域(13a、113a)中移除這種量的所述多余材料(23、123),以導致所述燃燒槽(12)的預定體積。2.根據權利要求1所述的方法,其特征在于,在步驟e),為了檢查所述燃燒槽(12)的所述體積,在所述燃燒槽(12)的圓蓋區域(13a、113a)中移除所述多余材料(23、123)期間,檢測現存最低點(P1,P11),垂直于所述活塞中央軸線運行的平面(E)施加至所述最低點,所述平面被用作用于所述活塞頂(18)的所述后續精加工的開始點。3.根據權利要求1所述的方法,其特征在于,在步驟c),冷卻導管區域(22a、22b)形成為所述坯件(11'、17')和/或被精加工。4.根據權利要求1所述的方法,其特征在于,在步驟c),在所述活塞主體(11)的坯件(11')中,精加工所述內部空間(24),以及用于冷卻油的入口和出口開口形成為所述冷卻導管區域(22a)。5.根據權利要求1所述的方法,其特征在于,在步驟c),在所述活塞主體(11)和/或所述活塞環部件(17)的坯件(11'、17')上,預加工所述外徑,以及/或者在該步驟,在所述活塞環部件(17)的坯件(17')上,預加工或者精加工所述活塞頂(18),和/或在該步驟,在所述活塞主體(11)的所述坯件(11')上,預加工所述活塞凸臺(14)。6.根據權利要求1所述的方法,其特征在于,在步驟e),在已經被精加工所述活塞頂(18)之后所述凸臺鏜孔(15)形成至所述活塞凸臺(14)中。7.根據權利要求1所述的方法,其特征在于,通過在1200℃至1300℃熱作業鍛造所述活塞主體(11)的所述坯件(11')以及隨后遭受冷校準。8.根據權利要求1所述的方法,其特征在于,通過在1200℃至1300℃熱作業鍛造所述活塞主體(11)的所述坯件(11')以及隨后在最高150℃的溫度遭受冷作業。9.根據權利要求1所述的方法,其特征在于,通過在600℃至900℃溫作業鍛造所述活塞主體(11)的所述坯件(11')。10.根據權利要求10所述的方法,其特征在于,在所述溫作業之后,所述活塞主體(11)的所述坯件(11')遭受在最高150℃溫度的冷作業。11.根據權利要求1所述的方法,其特征在于,通過最高150℃的冷作業而鍛造所述活塞主體(11)的所述坯件(11')。12.一種用于內燃機的活塞(10),根據在專利權利要求1至11所述的方法可生產。13.根據權利要求12所述的活塞,其特征在于,所述活塞具有燃燒槽(12),其是不對稱的和/或相對于所述活塞中央軸線徑向偏置以及/或者傾斜。

說明書

用于生產用于內燃機的活塞的方法以及通過所述方法生產的活塞

技術領域

本發明涉及一種用于生產用于內燃機的活塞的方法,活塞具有活塞主體和
活塞環部件,其中,活塞主體具有帶圓蓋的燃燒槽并且具有裝備有凸臺鏜孔的
活塞凸臺,活塞凸臺依靠運行表面彼此連接,其中,活塞環段具有活塞頂,環
繞著火部以及環繞環段,并且其中,活塞主體和活塞環段形成環繞冷卻導管。
本發明還涉及一種能夠依靠該方法生產的活塞。

背景技術

從德國專利申請102011013141A1和DE102011013067A1公知一種用于
生產活塞的方法,在該方法中,活塞主體的坯件通過在燃燒槽的整個區域中鍛
造完成。因而在二次加工處理中沒有涉及燃燒槽的輪廓。

但是已經發現,在坯件的焊接期間活塞主體的局部加熱導致微結構的改變
以及材料中應力的損耗,這具有的效應是,燃燒槽的幾何形狀因而體積改變。
因此,在完成的活塞中燃燒槽的體積會相當大地偏離預定值。因為燃燒槽是通
過鍛造完成,所以不再可能有額外切割機加工。這尤其適用于具有復雜幾何形
狀的燃燒槽。

發明內容

本發明的目的是進一步發展通用方法,使得甚至在復雜幾何形狀的情形下,
以盡可能簡單的方式,在完成的活塞中燃燒槽的體積在預定容差范圍內。

解決方案包括:在步驟a),在活塞主體的坯件的生產期間,完全生產圓蓋
區域外側的燃燒槽的輪廓,多余材料形成在燃燒槽的圓蓋區域中,以及在步驟
e),移除燃燒槽的圓蓋區域中的這種多余材料量以導致燃燒槽的預定體積。

本發明還涉及依靠根據本發明的方法可生產的活塞。

根據本發明的方法的特征在于,在通過變形處理來生產活塞主體期間,多
余材料形成在燃燒槽的圓蓋區域中,而完全生產燃燒槽的剩余區域,也即是說
不要求進一步二次加工。通過移除特定量的多余材料,在焊接坯件之后能夠精
確地設定燃燒槽的預定體積,不需要操縱圓蓋區域外側的燃燒槽的幾何形狀。

有利的改進將見于從屬權利要求。

根據本發明的方法的改進提供了,在步驟e),為了檢查燃燒槽的體積,在
移除圓蓋區域中的多余材料期間,檢測燃燒槽的現存最低點,施加垂直運行至
活塞中央軸線的平面至所述最低點,所述平面被用作用于活塞頂的精加工的開
始點。

有利設置的是,在步驟c),冷卻導管區域形成在坯件中和/或被精加工,因
為在焊接坯件之后冷卻導管區域不再是可訪問的。

此外有利的是,如果,在步驟c),在活塞主體的坯件中,內部空間被精加
工,用于冷卻油的入口和出口開口形成在冷卻導管區域中。為了此目的,活塞
主體比焊接的活塞主體更容易處理。

此外,基于相同考慮,提倡的是,在步驟c),在活塞主體的坯件和/或活塞
環部件的坯件中,預加工出外徑,和/或在活塞環部件的坯件上,預加工出活塞
頂,和/或在活塞主體的坯件中,預加工出活塞凸臺。

優選改進提供的是,在步驟e),在已經精加工活塞頂之后將凸臺鏜孔形成
在活塞凸臺中。因為活塞的壓縮高度由活塞頂以及凸臺鏜孔的中央軸線之間的
距離限定,所以能夠以特別簡單的方式獲得完成的活塞的預定壓縮高度。

可以選擇各種變形方法用于生產活塞主體的坯件。坯件可以通過1200℃
至1300℃熱作業而鍛造并且隨后遭受冷校準。坯件還可以通過1200℃至
1300℃熱作業而鍛造并且隨后遭受最高150℃溫度的冷作業。此外坯件可以
通過600℃至900℃溫作業而鍛造。此外,在溫作業之后,坯件可以遭受最
高150℃溫度的冷作業。最后,坯件可以通過最高150℃冷作業而鍛造。

附圖說明

基于附隨的附圖下文將更詳細地討論本發明的示范實施例,在不成比例的
示意圖中在每個情況下:

圖1示出了依靠根據本發明的方法生產的活塞的示范實施例;

圖2示出了在每個情況下用于圖1的活塞的活塞主體以及活塞環部件的一
個坯件的第一示范實施例;

圖3示出了在已經執行預機加工之后圖2的坯件;

圖4示出了由圖3的預加工的坯件所形成的焊接活塞主體;

圖5示出了具有用于活塞下部分的預加工坯件的另一實施例的焊接活塞主
體的示范實施例。

具體實施方式

圖1示出了根據本發明的活塞10的示范實施例。活塞10具有活塞主體11,
活塞主體11具有燃燒槽12,燃燒槽12裝備有中央圓蓋13。此外作為公知方式,
活塞主體11具有帶凸臺鏜孔15的活塞凸臺14,凸臺鏜孔15用于接收活塞銷(未
圖示),以及活塞主體11具有內部空間24。活塞凸臺14依靠運行表面16彼此
連接。

此外活塞10具有活塞環部件17,活塞環部件17具有活塞頂18、環繞著火
部19以及環繞環段21,環繞環段21具有環形槽以用于接收活塞環(未圖示)。
具有用于冷卻油(未圖示)的入口和出口開口的環繞冷卻導管22設置在環段21
的水平上。

在提出的示范實施例中,活塞主體11和活塞環部件17依靠焊接處理(例
如電光束焊接或者激光焊接)彼此連接。

活塞主體11由能夠遭受變形處理的材料生產。該材料典型地為回火鋼,例
如42CrMo4或者AFP鋼諸如38MnVS6。

根據本發明,本發明的意圖是生產活塞10,活塞10的燃燒槽12具有在預
定容差范圍內的體積。本發明的意圖是為了實現該目標而不管燃燒槽的幾何形
狀,使得在完成生產處理之后甚至復雜幾何形狀的燃燒槽也具有在預定容差范
圍內的體積。本發明的意圖是,依靠根據本發明的方法,甚至對于相對活塞中
央軸線徑向偏置的燃燒槽或者傾斜布置的燃燒槽,能夠實現根據本發明的目標。

為了該目的,如圖2所示,情況首先是生產用于活塞主體11和活塞環部件
17的坯件。在示范實施例中,用于活塞主體11的坯件11'已經進一步依靠1200°
至1300°的熱成型處理和后續冷校準(在室溫下按壓坯件11'的表面)被處理。

在示范實施例中,除了繞著圓蓋13的圓蓋區域13a,燃燒槽12的幾何形狀
通過鍛造完成。這意味著,除了圓蓋區域13a,為了生產最終的活塞10不需要
二次加工燃燒槽12。

重要的是,在鍛造處理之后,圓蓋區域13a具有適當量的多余材料23,以
使得能夠根據本發明精確地設定燃燒槽12的體積(在該方面,進一步參見下文)。

活塞環部件17的坯件17'可以由任何合適的材料生產,例如通過變形或者
鑄造。

如圖3所示,在鍛造處理之后,坯件11'、17'將被預加工以形成加工坯件11”、
17”。在坯件11'、17'兩者上,例如能夠預加工外徑。

在用于活塞主體11的坯件11'上,還能夠預加工凸臺區域。最后,能夠精加
工內部空間24。此外,冷卻導管區域22a形成在坯件11'中,冷卻導管區域22a
在最終的活塞中10形成冷卻導管22的一部分。冷卻導管區域22a還可以在鍛
造處理期間形成,在該情況下在鍛造處理之后被精加工。用于冷卻油的入口和
出口開口形成在冷卻導管區域22a中。

在用于活塞環部件17的坯件17'上,例如,情況是冷卻導管區域22b形成
在坯件17'中,冷卻導管區域22b在最終的活塞中10形成冷卻導管22的一部分。

最后,在鍛造處理之后,在坯件11',17'兩者上,分別依靠焊接表面26、27
和28、29被精加工,坯件11'、17'是依靠這些表面彼此連接的。

然后,將坯件11”、17”依靠它們的焊接表面26和28和27和29以公知方
式依靠合適的焊接處理分別彼此連接以形成活塞主體30,諸如圖4所示。在該
情況下,焊接處理分別導致在焊接表面26和28和27和29的區域中局部加熱
材料。所述局部加熱將影響材料在微結構和應力的損耗方面的改變。這通常具
有的效應是燃燒槽12的幾何形狀因而體積于是相當大地偏離于最終的活塞10
預定的值。

然后,在后續方法步驟中,在從焊接處理得來的活塞主體30上,憑借移除
多余材料23來對圓蓋區域13a精加工。在這種程度上執行移除,由于此,在焊
接坯件11”、17”之后精確地設定預定的體積活塞槽12,不需要操縱燃燒槽11外
側圓蓋區域13a的幾何形狀。燃燒槽12的剩余區域已經完全依靠變形處理生產,
也就是說不要求進一步二次加工。

因為僅在圓蓋區域13a中移除多余材料23之后活塞頂18被精加工,情況
是,為了檢查燃燒槽12的體積,在圓蓋區域13a中移除多余材料23期間,檢
測燃燒槽12的現存最低點P1,垂直于活塞中央軸線運行的平面E施加至最低點,
所述平面被用作于精加工活塞頂18的開始點。

為了完成根據本發明的方法,活塞主體30被精加工,例如,憑借精加工良
好的輪廓以及環形槽形成為環段21和凸臺鏜孔15形成為活塞凸臺14。凸臺鏜
孔15這樣形成使得完成的活塞的預定壓縮高度通過凸臺鏜孔相關于活塞頂18
的中央軸線確定。結果獲得正如圖1的活塞。

圖5示出了活塞主體130由用于活塞環部件17的加工坯件17”正如根據圖
1至4的每個第一示范實施例以及具有加工坯件111’用于活塞主體11組成,來
自坯件11'的加工活塞主體11正如根據圖1至4的第一示范實施例。相同附圖標
記用于活塞主體30、130的兩個示范實施例的普通結構,在該方面,參考圖1
至4的說明書。

以圖1至4的示范實施例描述的方式生產用于活塞主體11的加工坯件111”。
以圖1至4的示范實施例描述的方式執行加工坯件111”、17”的連接。

依然在該示范實施例中,除了圓蓋區域113a,燃燒槽12的幾何形狀,通過
鍛造完成。相關于圖1至4的示范實施例的主要差別在于,圓蓋區域113a從圓
蓋13的末端延伸至燃燒槽13的最低點P11。這意味著,為了生產完成的活塞
10,除了圓蓋區域113a,不需要二次加工燃燒槽12。

依然在該示范實施例中,在從焊接處理得到的活塞主體130中,圓蓋區域
113a憑借移除的多余材料123被精加工。在這種程度上執行移除,由于此,在
焊接坯件111”、17”之后精確地設定燃燒槽12a的預定體積,不需要操縱燃燒槽
11外側圓蓋區域113a的幾何形狀。依靠變形處理已經完全生產燃燒槽12的剩
余區域,也就是說不要求進一步二次加工。

因為僅在圓蓋區域113a中移除多余材料123之后活塞頂18被精加工,情況
是,為了檢查燃燒槽的體積12,在圓蓋區域113a中移除多余材料123期間,檢
測燃燒槽12的現存最低點P11,垂直于活塞中央軸線運行的平面E施加至所述
最低點,所述平面被用作用于活塞頂18的精加工的開始點。

為了完成根據本發明的方法,正如圖1至4的示范實施例已經描述的精加
工活塞主體130。結果獲得正如圖1的活塞。

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