CN104619438B - 用于活塞的铸模 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的活塞(2)的铸模(1)，包括用于形成冷却通道(4)的可溶的大致环形的芯(3)，以及在铸造工艺过程中支撑所述芯(3)的至少两个支撑体(5,6)。本发明的本质在于，在两个支撑体(5,6)中的至少一个支撑体或另外的第三支撑体(9)与所述芯(3)之间的接合部处布置有隔板元件或闭合元件(15)，所述隔板元件或闭合元件在铸造工艺之后至少部分地严密地连接至所述活塞(2)，并且在已移除所述芯(3)之后闭合所述接合部，或者形成至少节流的中间排水口(14)。由此显著提高铸模(1)的稳定性，并由此可简化铸模的处理。

Description

用于活塞的铸模

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的活塞的铸模，包括可溶的大致环形的铸造芯。此外，本发明涉及一种用于内燃机的铸造活塞，以及用于制造所述铸造活塞的方法。

背景技术

DE 19804168A1公开了一种普通的内燃机的活塞的铸模，包括用于形成冷却通道的可溶的大致环形的铸造芯。该铸造芯被支撑在两个支撑体(所谓的套管轴)上，稍后该支撑体在连接区域与铸造芯一起形成环形冷却通道的给水口和排水口。每个支撑体具有相对于活塞外周可倾斜的中心线和一个端部，该端部接触可溶铸造芯并布置在活塞外周一侧上。这使得能特别产生强度提高的活塞。

如果冷却通道的给水口和排水口彼此紧邻布置，则采用已知铸模的缺陷特别在于形成冷却通道的铸造芯的支撑。

本发明解决了为内燃机活塞的普通铸模提供改善的或者至少可替代的实施方式的问题，其特征特别在于稳定性提高，同时采用该铸模制造的活塞的冷却得到改善。

发明内容

本发明基于以下总体思想：提供一种本身已知的内燃机的活塞的铸模，所述铸模包括用于形成冷却通道的可溶的大致环形的铸造芯，和在铸造工艺过程中支撑该铸造芯的两个支撑体，所述两个支撑体随后在与所述铸造芯的接合部处形成所述冷却通道的进水口和排水口；其中，在所述两个支撑体的至少一个支撑体或者另外的第三支撑体与所述铸造芯之间的接合部处，布置有隔板或闭合元件，在铸造工艺之后，该隔板或闭合元件至少部分地严密地连接至活塞，并保留在活塞中；在芯已被移除后，该隔板或闭合元件闭合所述接合部，或者形成至少节流的中间排水口，其中，在此情况下，该隔板或闭合元件被形成为闭合元件，并密封冷却通道。或者，显然还容易想到，该隔板或闭合元件在其面向冷却通道的端部产生与冷却通道的永久的节流连接，由此产生中间排水口。冷却通道的实际的给水口和排水口可通过一个或两个支撑体，或者随后通过孔产生，冷却通道经由该孔钻入。如果隔板或闭合元件的相应的实施方式不能与冷却通道产生引导流体的连接，则所述隔板或闭合元件是单纯的闭合元件，且相联的支撑体在铸造工艺过程中是单纯的用于固定铸造芯的支撑体。如果在与冷却通道的接合部处，隔板或闭合元件能与冷却通道产生节流连接(减小的横截面)，则在该接合部处能产生中间排水口。进水口、排水口和/或中间排水口大致垂直朝向所述铸造芯的环形平面，偏差至多为5°。

根据优选的实施方式，设置用于支撑所述铸造芯的第三支撑体，其中，上述提及的两个第一支撑体彼此紧邻布置，并随后形成冷却通道的给水口和排水口。现根据本发明，在铸造芯的与所述两个支撑体中的一个相对定位的一侧，布置用于支撑铸造芯的第三支撑体，该第三支撑体形成冷却通道的中间排水口，由此将具有显著减小的横截面。为此，所述第三支撑体包括隔板或闭合元件，使得销进入铸造芯，并且在该销上装配有套筒。在此情况下，销的外径相对于套筒的外径被显著减小，由此，当在铸造之后移除销时，中间排水口的直径仅对应于销的直径，而不对应于套筒的直径。即使在铸造之后，套筒仍保留在活塞中，而销被移除。类似地，可溶的铸造芯以已知的方式移除，其例如可被形成为砂芯或盐芯。在此，通过第三支撑体可实现相对于普通铸模的多种优点。在此情况下，要提及的第一优点在于，用于形成冷却通道的可溶的铸造芯如今经由三个支撑体，由此以较稳定的方式支撑，其中，主给水口和主排水口可被彼此紧邻地布置在冷却通道的一侧。因为根据本发明设置的隔板或闭合元件包括销和装配在销上的套筒，所以可额外地显著减小中间排水口的直径，从而还减小其横截面，由此，至少可减少不期望的冷却剂流出，并可实现用根据本发明的铸模制造的活塞显著改善的冷却。与常规活塞中冷却通道相对定位的排水口和给水口相比，根据本发明的活塞的实施方式中的给水口和排水口彼此紧密定位，使得经由给水口流入冷却通道的冷却剂(例如冷却油)必须在它可通过排水口再次离开冷却通道之前流经整个冷却通道。由此改善的冷却效果涉及支撑铸造芯的难题，因为给水口和排水口被布置在铸造芯的一侧。为了能使铸造芯额外支撑在相对一侧上，设置第三支撑体，由此使铸造芯本身显著稳定化。然而，如果第三支撑体以两个第一支撑体的方式设计，冷却剂将在冷却通道中部之后排出，由此使所需冷却作用更差。通过根据本发明的包括销的隔板或闭合元件，在该销上装配有套筒，第三支撑体可完全产生实际的支撑作用，而不会导致过度的冷却剂排出的风险。在此情况下，套筒构成隔板。

具体地，隔板或闭合元件或套筒包括位于外部的周向槽。一方面，这种位于外部的周向槽在制造方面非常易于制造，另一方面，导致铸造材料在铸造活塞时流入，并由此导致隔板或闭合元件或者套筒可靠地固定在成品铸造活塞中。显然，替代位于外部的周向槽，还可设置不同构造的轮廓，例如凸出的或凹入的轮廓，这确保了与活塞的铸造材料的联锁，以及隔板或闭合元件或者套筒严密地固定在铸造活塞中。

在根据本发明的方案的另一有利的发展中，套筒具有约4至5mm的直径，优选约4.5mm，以及约1至2mm的内径，优选约1.8mm。在此情况下，销的外径基本与套筒的内径对应，例如在此情况下，为1.8mm。与以前的支撑体相比，其中外径对应于随后由此产生的排水口的内径，根据本发明的中间排水口的直径，由此套筒的直径可被减小例如从4.5mm至1.8mm，并且由此大幅减少通过中间排水口排出的冷却剂流。

实际上，套筒被布置在铸造芯和阴模，特别是另一铸造芯之间，其中，该销同时进入铸造芯和阴模，从而使它们彼此固定。在铸造活塞之后，形成冷却通道的铸造芯然后溶解，特别是被洗出，并且将销从套管中拉出，而套筒由于其周向槽与活塞的铸造材料的联锁作用而保留在活塞中。销和套筒分别可由金属，特别是钢或者钢合金形成，其中，销不仅产生支撑于其上的铸造芯的支撑功能，还产生铸造芯抵抗支撑体的横向偏移或上升的固定作用。

在本发明的另一有利构造中，提供了隔板或闭合元件包括进入铸造芯的销，其中隔板或闭合元件在其背离销的一侧包括衬套样凹部。利用衬套样凹部，隔板或闭合元件可被例如固定至阴模，而固定至铸造芯利用进入该铸造芯的销来实现。由于上述隔板或闭合元件，随后由于通过隔板或闭合元件不产生流体导向连接，由此不产生中间排水口，所以能实现铸造芯的无泄漏的支撑。销和套筒可设计为一个部件或一个工件，或者为多个部件，并且随后彼此连接。

应理解的是上文所述的以及下文将要解释的特征不仅能以所述的相应组合使用，也可以其它组合或独自使用，而不背离本发明的范围。

附图说明

本发明的优选示例性实施方式示于附图中，并在以下说明中得到更详细地解释，其中相同的附图标记指代相同或相似或功能相同的组件。

在此，在每种情况下示意性示出了

图1:根据本发明的铸模的图示；

图2:根据本发明的包括铸模的活塞铸件；

图3:根据本发明的铸模的图示，在第三支撑体的区域中包括细节图示；

图4～7:根据本发明的铸模，在第三支撑体的区域中包括不同实施方式。

具体实施方式

根据图1和图3，内燃机(另外未示出)的活塞2(参见图2)的根据本发明的铸模1包括可溶的大致环形的铸造芯3(参见图1)，用于形成冷却通道4(参见图1和图3)，使得两个支撑体5、6在铸造工艺过程中支撑所述铸造芯3，该两个支撑体随后在与铸造芯3的接合部处形成冷却通道4的进水口7和排水口8(参见图1)。在此情况下，冷却通道4为环形设计，并且仅在进水口7和排水口8的区域中相对于环形形式中断。在本发明的特定实施方式中，两个支撑体5、6现被彼此邻近地布置，其中在相对地定位进水口7和排水口8的铸造芯3的一侧，设置用于支撑铸造芯3的第三支撑体9。根据本发明，隔板或闭合元件15被布置在两个支撑体5，6中的至少一个支撑体或另外的第三支撑体9与铸造芯3之间的接合部处，该隔板或闭合元件15在铸造工艺过程之后至少部分地严密地连接至活塞2，并且在移除铸造芯3之后闭合接合部或者形成至少一个节流的中间排水口14。此时，隔板或闭合元件15包括进入铸造芯3的销10(参见图3至图7)，在该销10上装配有套筒11。通过第三支撑体9，能使进水口7和排水口8彼此紧邻布置，并且在第三位置支撑铸造芯3，由此铸模1完全可呈现得更稳定。隔板或闭合元件15或者其与套筒11连接的销10则能够减小直径，由此还能使销10形成的中间排水口14的横截面从直径d₁减小至直径d₂(参见图4)，并且由此减少第三支撑体9的区域中通过中间排水口14排出的冷却剂组分。

此时，例如由图1明显的，进水口7、排水口8和/或中间排水口14，即支撑体9可被形成为与铸造芯3的环形平面大致垂直。所述进水口7、排水口8和/或中间排水口14大致垂直朝向所述铸造芯3的环形平面，偏差至多为5°。隔板或闭合元件15或者套筒11另外可包括周向槽12(参见图3和图4)，由于在铸造活塞2的过程中进入的铸造材料已移除销10之后，该周向槽12使套筒11固定在活塞2中。显然，替代周向槽12，还可在套筒11的外柱面上布置其它凸出的或波浪形轮廓，该其它凸出的或波浪形轮廓与活塞2的铸造材料形成底切样连接，并由此使隔板或闭合元件15或者套筒11可靠地固定在成品铸件活塞2中。如图4中所示，套筒11显然还可具有平滑的外表面，并且通过附着摩擦力仅被保持在活塞2的铸造材料中。套筒11例如可具有约4至5mm(优选约4.5mm)的外径，以及约1至2mm(优选约1.8mm)的内径，其中套筒11的内径大致对应于销10的外径。活塞2例如可被铸造为轻金属活塞，特别由铝合金铸造，其中，具体地，铝合金或钢的实施方式对于套筒11和/或销10的材料是可能的。销10不仅产生铸造芯3的竖直支撑，还产生铸造芯3相对于横向偏移和上升的固定，由此，可产生完全硬的铸模1。

参见图3，明显的是套筒11被布置在铸造芯3和阴模13，或者金属模和/或砂模/盐模之间，其中，销10进入铸造芯3和阴模13，从而使它们彼此固定。铸造芯3例如可被形成为砂芯或盐芯。

通常，容易想到宽范围的不同实施方式的支撑体5、6和9，其中这些支撑体随后用作进水口7、排水口8、中间排水口14。在支撑体5、6和9的纯支持功能的情况下，容易想到利用孔将进水口7和排水口8引入至成品铸件活塞2中。

根据图2和图3，示出了包括套筒11的隔板或闭合元件15，该隔板或闭合元件15经由销10即被保持在铸造芯3中，也被保持在阴模13中。通过移除销10，在铸造工艺之后产生其横截面被减小的中间排水口14。此时，销10可形成为只要其贯穿阴模13。根据图5，示出了隔板或闭合元件15，其由销10和套筒11组成，其中隔板或闭合元件15在铸造工艺之后保留在活塞2中。这意味着由于相似地保留在活塞2中的销10，冷却通道4在与支撑体9的接合部处被紧密闭合，由此不会泄漏。图6中示出了与此相似的实施方式，其中销10和套筒11制造为一个工件，并由此形成为一个工件的隔板或闭合元件15。根据图7，示出了隔板或闭合元件15的实施方式，该隔板或闭合元件15包括进入铸造芯3的销10，该销10是隔板或闭合元件15的整体部件，其中隔板或闭合元件15在其背离销10的一侧包括衬套样凹部16。利用该衬套样凹部16，该隔板或闭合元件15可通过固定销10’或阴模13保持并固定。

通常，对于图示可说明，上述隔板或闭合元件15、套筒11和销10可以任何构造用于所有支撑体5、6、9上，因为进水口7、排水口8或者中间排水口14通常经由孔还可在后续工艺步骤中制造。

为了稳定性，铸造芯3通过铸模1在至少两个相对定位的点得到支撑，随后铸造芯3确定成品铸件活塞2中冷却通道4的形状。在此情况下，一个支撑体例如随后位于进水口7的位置，从而易于产生穿过具有铸造芯3的接触表面对冷却通道4的进水口。为了接受良好的冷却，在活塞2的同一侧上相邻地定位所述冷却通道4中的进水口7和排水口8，因为冷却流体必需流经整个冷却通道4。因此，进水口7和排水口8上的支撑体对于稳定性理由不充分。需要支撑体，基于活塞的纵轴线，该支撑体大致相对于进水口7和排水口8定位。该支撑体9对冷却通道4(中间排水口14)产生不需要的另外的开口，这甚至在实际排水口8之前导致油的排出。为了闭合或减少该另外的开口，隔板或闭合元件15应在铸造芯3和支撑体9中间铸造。该隔板或闭合元件15还具有固定铸造芯3的功能。该隔板或闭合元件15完全闭合冷却通道4或者能减少冷却流体流出。上述隔板或闭合元件15优选具有外轮廓，该外轮廓能确保与成品铸件活塞2正接合的连接。

根据本发明制造活塞2进行如下：首先，将用于形成冷却通道4的可溶的大致环形的铸造芯3支撑在三个支撑体5、6、9上，该三个支撑体在铸造工艺过程中支撑该铸造芯3，其中两个第一支撑体彼此相邻布置，并且随后在与铸造芯3的连接区域中形成冷却通道4的进水口7和排水口8。在铸造芯3的相对定位进水口7和排水口8的一侧上，所述铸造芯3被第三支撑体9支撑。在第三支撑体9和铸造芯3之间的接合部处，布置有隔板或闭合元件15，该隔板或闭合元件15在铸造工艺之后至少部分地严密地连接至活塞2，并且在铸造芯3已被移除之后闭合接合部，或者形成至少节流的中间排水口14。该隔板或闭合元件15包括进入铸造芯3的销10，在该销10上装配有套筒11。在此情况下，套筒11被布置在铸造芯3和阴模13(例如金属模)之间，其中销10既进入铸造芯3，也进入阴模13，由此使它们彼此固定(参见图3、4、5和6)。利用该铸模1，现铸造活塞2，在冷却下来后，形成冷却通道4的铸造芯溶解，特别是被洗出。在该工艺中，销10也被从套筒11中拉出，使得只有套筒11保留在铸件活塞2中。在此情况下，将套筒11固定在活塞2中经由所述套筒11外侧上的适宜的凸出或波浪形的轮廓或周向槽12实现。取决于是否隔板或闭合元件15被设计为隔板元件或闭合元件，无冷却流体排出或冷却流体排出减少是可能的。

特别利用根据本发明的铸造芯3的第三支撑体，可产生特别稳定的铸模1，其中利用隔板或闭合元件15可防止中间排水口14的位置处冷却剂不期望地大量排出冷却通道4。

Claims (9)

1.一种内燃机的活塞(2)的铸模(1)，包括用于形成冷却通道(4)的可溶的大致环形的铸造芯(3)，以及在铸造工艺过程中支撑所述铸造芯(3)的至少两个支撑体(5,6)；其特征在于，

在两个支撑体(5,6)中的至少一个支撑体或另外的第三支撑体(9)与所述铸造芯(3)之间的接合部处布置有隔板或闭合元件(15)，在铸造工艺过程后所述隔板或闭合元件至少部分地严密地连接至活塞(2)，所述隔板或闭合元件(15)在移除所述铸造芯(3)之后闭合所述接合部，或者形成至少节流的中间排水口(14)；

所述隔板或闭合元件(15)包括进入所述铸造芯(3)的销(10)，在所述销(10)上装配有套筒(11)；或者

所述隔板或闭合元件(15)包括进入所述铸造芯(3)的销(10)，并且在背离所述销(10)的一侧具有衬套样的凹部(16)；

所述隔板或闭合元件(15)或者所述隔板或闭合元件(15)的套筒(11)具有位于外部的周向槽(12)；

所述两个支撑体(5,6)彼此相邻地布置；

铸造后所述套筒(11)被固定在所述活塞(2)中，而所述销(10)是可移除的；和/或

所述隔板或闭合元件(15)包括具有套筒(11)的形成在一个工件上的销(10)。

2.根据权利要求1所述的铸模，其特征在于，

所述两个支撑体(5,6)随后在与所述铸造芯(3)的接合部处形成所述冷却通道(4)的进水口(7)和排水口(8)；

在所述铸造芯(3)的相对定位所述进水口(7)和所述排水口(8)的一侧上，设置有用于支撑所述铸造芯(3)的第三支撑体(9)。

3.根据权利要求2所述的铸模，其特征在于，所述进水口(7)、排水口(8)和/或中间排水口(14)大致垂直朝向所述铸造芯(3)的环形平面，偏差至多为5°。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的铸模，其特征在于，所述隔板或闭合元件(15)或者所述隔板或闭合元件(15)的套筒(11)具有4至5mm的外径，以及1至2mm的内径。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的铸模，其特征在于，所述活塞(2)由轻金属合金形成。

6.根据权利要求5所述的铸模，其特征在于，所述轻金属合金为铝合金。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的铸模，其特征在于，所述套筒(11)被布置在所述铸造芯(3)和阴模(13)之间，其中，所述销(10)进入所述铸造芯(3)和所述阴模(13)，从而使所述铸造芯(3)和所述阴模(13)彼此固定。

8.根据权利要求7所述的铸模，其特征在于，所述铸造芯(3)和/或阴模(13)被形成为盐芯或砂芯。

9.一种用于内燃机的铸件活塞(2)，包括在所述内燃机运行期间位于内部用于冷却所述活塞(2)的环形冷却通道(4)，其中，所述冷却通道(4)通过根据权利要求1至8中任一项所述的铸模(1)制造。