CN103619507A

CN103619507A - 用于内燃机的活塞及其制造方法

Info

Publication number: CN103619507A
Application number: CN201180064584.3A
Authority: CN
Inventors: 赖纳·沙普; 克劳斯·克勒
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2010-12-09
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2031-12-09
Also published as: WO2013097839A2; US8616161B2; CN103619507B; DE102010053925A1; US20120145112A1; CN104942213A; CN104942213B; WO2013097839A3

Abstract

本发明涉及一种用于制造用于内燃机的具有环绕的冷却通道（24）的活塞（10、110）的方法，其中，锻造活塞下部件（11、111）的毛坯（11’、111’）并制造活塞上部件（12）的毛坯（12’），对这两个毛坯（11’、111’、12’）进行初加工并且将它们接合成一个活塞毛坯件（10’、110’），该活塞毛坯件最终被加工成活塞（10、110）。根据本发明提供有，在锻造过程中将至少一个凹陷部（25）或至少一个缺口（135）成型到活塞下部件（11、111）的毛坯（11’、111’）中，其中，在成品活塞（10、110）中该至少一个凹陷部（25）构成了用于冷却剂流入口和/或冷却剂流出口的孔（33）或者该至少一个缺口（135）构成了用于螺栓保险环的拆卸导槽（136）。

Description

用于内燃机的活塞及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造用于内燃机的具有环绕的冷却通道的活塞的方法，其中，锻造活塞下部件的毛坯并制造活塞上部件的毛坯，对这两个毛坯进行初加工并且将它们接合成一个活塞毛坯件，该活塞毛坯件最终被加工成活塞。本发明此外还涉及一种用于制造用于内燃机的活塞的方法，其中，锻造活塞下部件的毛坯并制造活塞上部件的毛坯，对这两个毛坯进行初加工并且将它们接合成一个活塞毛坯件，该活塞毛坯件最终被加工成活塞。最后本发明涉及这种用于内燃机的活塞。

背景技术

直到目前，在经锻造的活塞部件中通过钻孔的方式制造例如用于冷却通道中的冷却剂流入口和冷却剂流出口的孔。在此出现锐利的剪切边缘，大的张力在这些剪切边缘上可能导致裂纹。由于这个原因必须手工或者用机器将这些剪切边缘弄圆，这是非常昂贵的。此外必须以高的费用铣削这些与圆形形状稍有偏差的孔。还必须以高的费用铣削或铸造用于在销孔上的螺栓保险环的拆卸导槽。

发明内容

本发明的目的在于，扩展出这样一种方法，即，能够以简单而经济的方式将孔和槽引入到活塞部件中。

一个实现方法在于，在锻造过程中将至少一个凹陷部成型在活塞下部件的毛坯中，在初加工活塞下部件的毛坯时这样做入环绕的冷却通道下面部件，即，该至少一个凹陷部构成用于冷却剂流入口和/或冷却剂流出口的孔。另一个实现方法在于，在锻造过程中使至少一个缺口成型在活塞下部件的毛坯中，在初加工活塞下部件的毛坯时这样做入一个销孔，即，该至少一个缺口构成螺栓保险环的拆卸导槽。此外，本申请的保护对象还有能够借助于这种方法制造的活塞。本申请的保护对象特别为具有一个活塞下部件和一个活塞上部件的活塞，其中活塞下部件和活塞上部件构成环绕的、封闭的冷却通道并且该冷却通道具有至少一个用于冷却油流入口和/或冷却油流出口的孔，该孔由经锻造的凹陷部构成。

根据本发明的思想在于，在锻造过程中使诸如钻孔和槽这样的构造这样成型在活塞部件中，即，不需要用于制造这种结构的的切削加工（诸如钻孔和铣削）。为了建立环绕的冷却通道中的冷却剂流入口或冷却剂流出口，例如将凹陷部成型在活塞下部件的毛坯中。锻造过程直接将凹陷部弄圆，从而没有能够导致形成裂纹的有危险的张力产生。不需要成本过高的钻孔和铣削以及随后的手工或者用机器弄圆的操作。在随后将冷却通道下面部分引入到活塞下部件的毛坯中时使凹陷部暴露出来从而形成冷却剂流入口或冷却剂流出口。在锻造过程中可以以类似的方式使至少一个缺口成型在活塞下部件的毛坯的这样的区域中，在已完成的活塞中在该区域中具有毂孔，这些缺口在制成毂孔之后构成用于螺栓保险环的拆卸导槽。该缺口的精加工同样不是必需的。

进一步的有利的扩展方案由从属权利要求得到。

优选这样做入该至少一个凹陷部，即，得到一个具有非圆的横截面的用作冷却剂流入口或冷却剂流出口的孔。用于冷却剂流入口或冷却剂流出口的孔的横截面可以根据需要自由选择。

如果需要的话，可以对该至少一个用于螺栓保险环的拆卸导槽进行精加工，特别是在毂区域的表面加工过程中。

借助于焊接方法，例如借助于摩擦焊接、电子束焊、激光焊接等，方便地接合活塞上部件的毛坯和活塞下部件的毛坯。

附图说明

以下将根据附图详细阐明本发明的实施例。在示意性的、未按精确比例显示的图示中：

图1以剖面图示出了用于制造根据本发明的活塞的经锻造的活塞下部件的毛坯的和经锻造的活塞上部件的毛坯的实施例；

图2示出了在初加工之后的根据图1的毛坯；

图3以剖面图示出了由根据图2的部件所制成的用于根据本发明的活塞的活塞毛坯件；

图4以剖面图示出了由根据图3的活塞毛坯件制成的根据本发明的活塞；

图5以立体图示出了用于制造根据本发明的活塞的经锻造的活塞下部件的毛坯的另一个实施例；

图6以剖面图示出了由根据图5的活塞下部件以及由活塞上部件所制成的根据本发明的活塞。

具体实施方式

图4示出了已完成的根据本发明的活塞10的实施例。活塞10是由活塞下部件11和活塞上部件12组成的。活塞下部件11是由任何的适合于锻造的金属材料构成。活塞上部件12可以由任何的能够与活塞下部件11的材料连接成活塞毛坯件的金属材料构成。

在本实施例中活塞下部件11由钢材（例如42CrMo4）制成。活塞下部件11具有活塞裙15，该活塞裙以已知的方式设有用于容纳活塞销（未示出）的毂16和毂孔17以及具有工作面18的轴区域。活塞上部件12在本实施例中同样由钢材（例如38MnVS6）制成。活塞上部件12具有活塞顶19以及环绕的活塞顶岸21。活塞下部件11和活塞上部件12在本实施例中构成了用于容纳活塞环（未示出）的环绕的活塞环区22以及燃烧室凹腔23。此外，活塞下部件11和活塞上部件12还构成环绕的、封闭的冷却通道24。活塞下部件11和活塞上部件12在本实施例中以已知的方式通过摩擦焊接相互连接在一起。

如同在图1至3中所看到的一样，以下面所描述的方式制造根据本发明的活塞10。

活塞下部件11和在本实施例中的活塞上部件12都是经锻造的部件。根据图1首先锻造活塞下部件11的毛坯11’以及活塞上部件12的毛坯12’。根据本发明在锻造过程中在毛坯11’中的以一个圆所示出的区域中成型有一个凹陷部25。该凹陷部25设置在毛坯11’的这样的区域中，在经初加工的毛坯11’、12’接合之前使冷却通道24的部分区域做入在该区域中。此外毛坯11’、12’具有用于之后容纳活塞环区22的平坦的侧面区域26、27。此外活塞上部件12的毛坯12’具有环形环绕的凹槽28，该凹槽设置在毛坯12’的这样的区域中，在经初加工的毛坯11’、12’接合之前使冷却通道24的部分区域做入该区域中。

图2示出了活塞下部件11和活塞上部件12的经初加工的为接合而准备好的毛坯11’、12’。在本实施例中燃烧室凹腔23的底部区域31和侧壁区域的一部分32做入（例如车削入）到活塞下部件11的毛坯11’中。然后做入（例如车削入）冷却通道24的、环绕的冷却通道下面部分24a。将冷却通道下面部分24a这样引入到毛坯11’中，即，使凹陷部25暴露出来并且构成孔33，该孔在已完成的活塞中可以用作冷却剂流入口和/或冷却剂流出口。孔33可以根据凹陷部25的布置具有特别是圆形或者椭圆形的横截面。由于将凹陷部25成型在毛坯11’中的锻造过程直接将孔33的下边缘34弄圆，即，该孔绝不会具有锐利的边缘，从而在这个区域没有能够导致形成裂纹的有危险的张力产生。此外将活塞销座16、毂孔17和工作面18做入到毛坯11’中。在本实施例中将燃烧室凹腔23的侧壁区域的剩余的部分32’做入（例如车削入）到活塞上部件12的毛坯12’中。然后做入冷却通道24的环绕的冷却通道上面部分24b。然后将活塞顶19做入到毛坯12’中。

根据图3以已知的方式将两个毛坯11’、12’连接成一个活塞毛坯件10’，在本实施例中借助于摩擦焊接进行连接。活塞毛坯件10’大体上对应于根据图4的已完成的活塞10，因此相同的构造具有同样的附图标记并且对此可以参照以上对图4的描述。以已知的方式、取决于毛坯11’、12’的构造，对活塞毛坯件10’进行精加工或最后加工。例如可以对外形、表面、燃烧室凹腔23、毂孔17等等进行最后加工。特别是做入活塞环区22，并且去除外部的摩擦焊接凸起部。结果就得到以上根据图4所描述的已完成的活塞。

图5示出了用于如图6所示的根据本发明的活塞110的活塞下部件111的毛坯111’的另一个实施例。活塞110在应用活塞上部件12的毛坯12’的情况下与制造根据图4的活塞10大致相同的方式制成，从而可以对此参照以上的描述。

根据本发明在锻造过程中在毛坯111’中的以一个圆所示出的区域中成型有一个缺口135。该缺口135设置在毛坯111’的这样的区域中，在经初加工的毛坯111’、12’接合之前将毂16和毂孔17做入到该区域中。使毂孔17这样引入到毛坯111’中，即，缺口135在已完成的活塞中构成用于螺栓保险环（未示出）的拆卸导槽136，该螺栓保险环以已知的方式在已完成的活塞110中收容在活塞销挡圈槽137中。必要时可以对拆卸导槽136进行精加工。由于将缺口135成型在毛坯111’中的锻造过程，直接将拆卸导槽136的边缘弄圆，即，该拆卸导槽绝不会具有锐利的边缘，从而在这个区域没有能够导致形成裂纹的有危险的张力产生。

Claims

1.一种用于制造用于内燃机的具有环绕的冷却通道（24）的活塞（10）的方法，其中，锻造活塞下部件（11）的毛坯（11’）并制造活塞上部件（12）的毛坯（12’），对所述毛坯（11’、12’）进行初加工并且将它们接合成活塞毛坯件（10’），所述活塞毛坯件最终被加工成活塞（10），其特征在于，在锻造过程中将至少一个凹陷部（25）成型到所述活塞下部件（11）的毛坯（11’）中，在对所述活塞下部件（11）的毛坯（11’）进行初加工时这样做入环绕的冷却通道下面部分（24a），即，所述至少一个凹陷部（25）构成了用于冷却剂流入口和/或冷却剂流出口的孔（33）。

2.一种用于制造用于内燃机的活塞（110）的方法，其中，锻造活塞下部件（111）的毛坯（111’）并制造活塞上部件（12）的毛坯（12’），对所述毛坯（111’、12’）进行初加工并且将它们接合成活塞毛坯件，所述活塞毛坯件最后加工成活塞（110），其特征在于，在锻造过程中将至少一个缺口（135）成型到所述活塞下部件（111）的毛坯（111’）中，在对所述活塞下部件的毛坯（111’）进行初加工时这样做入毂孔（17），即，所述至少一个缺口（135）构成了用于螺栓保险环的拆卸导槽（136）。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，这样做入所述至少一个凹陷部（25），即，得到一个具有非圆的横截面的用于冷却剂流入口或冷却剂流出口的孔（35）。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述至少一个拆卸导槽（136）进行精加工。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助于焊接方法接合活塞下部件（11、111）的和活塞上部件（12）的毛坯（11’、111’；12’）。

6.一种活塞（10、110），其能够借助于根据权利要求1或2的方法来制造。

7.一种活塞（10），其具有活塞下部件（11）和活塞上部件（12），其中所述活塞下部件（11）和所述活塞上部件（12）构成一个环绕的、封闭的冷却通道（24），其特征在于，所述冷却通道（24）具有至少一个用于冷却油流入口和/或至少一个冷却油流出口的孔（33），所述孔由经锻造的凹陷部（25）构成。