CN105209210B - 焊接活塞组件 - Google Patents

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Abstract

公开了一种可以用以形成活塞组件的预加工活塞部分。预加工活塞可以包括限定活塞轴线的下部分，所述下部分具有裙并且形成冷却油腔的下表面。所述下部分可以包括限定下部分径向内匹配表面的径向内碗表面。所述预加工活塞组件可以进一步包括上部分，上部分具有在径向内接头会合所述径向内碗表面的径向外碗表面。所述上部分可以包括限定径向内上部分匹配表面的径向内壁。所述径向内壁可以限定径向向内面向表面，所述径向向内面向表面与所述径向内碗表面限定非平行角度，所述径向内碗表面会合所述径向内匹配表面的所述径向最内边缘。

Description

焊接活塞组件
技术领域
本发明涉及活塞的技术领域，具体涉及一种用于制造活塞的预加工组件及结合该组件的方法。
背景技术
内燃机制造商持续地追求增加它们产品的功率输出以及燃料效率。通常增加效率以及功率的一个途径是降低内燃机的震荡质量，例如，活塞、连接杆以及发动机的其他移动部分的震荡质量。还可以通过提升发动机的压缩比增加发动机功率。在操作期间提升发动机的压缩比还大致提升燃烧室内的压力和温度。
作为重量降低以及与操作关联的压力以及温度增加的结果，发动机(尤其发动机的活塞)处于增加的应力。在发动机的整个寿命中，活塞冷却因此日益重要于承受这种操作条件的增加应力。
为了降低活塞部件的操作温度，冷却油腔可以绕着活塞的周长设置。冷却剂(诸如曲柄箱油)可以引入至冷却油腔，并且可以通过活塞的往复运动绕着冷却油腔分布，从而降低活塞的操作温度。
同时，冷却油腔会增加活塞组件以及制造该活塞组件的整体复杂性。例如，冷却油腔会需要额外部件(诸如冷却油腔盖)以通过暂时保留通过冷却油腔循环的冷却剂(例如，油)激励冷却剂适当循环通过冷却油腔。但是，额外部件 (诸如盖板)也增加了复杂性。此外，冷却油腔会是昂贵的和/或难以形成在较小活塞应用中，诸如在轻量级或者轻型活塞的情形下。
因此，活塞需要可实践用于在大量制造环境中生产，同时还允许适当冷却，诸如通过提供冷却油腔。
发明内容
本发明提供了一种用于制造活塞的预加工组件，包括：
限定纵向轴线的下部分，所述下部分具有裙并且形成冷却油腔的下表面，所述下部分具有限定下部分径向内匹配表面的径向内碗表面，所述径向内碗表面从所述径向内匹配表面的径向最内边缘朝向所述组件的中心部分延伸，所述下部分包括限定径向外匹配表面的径向外壁；以及
上部分，其具有在径向内接头会合所述径向内碗表面的径向外碗表面，所述上部分包括限定径向延伸以限定上部分径向内匹配表面的下表面的径向内壁，所述径向内壁限定向上离开所述上部分径向内匹配表面的径向向内面向表面，所述上部分包括限定上部分径向外匹配表面的径向外壁；
其中，所述上部分的所述径向向内面向表面与所述径向内碗表面限定非平行角度，所述径向内碗表面会合所述上部分的所述径向内匹配表面的径向最内边缘；
其中，由所述下部分限定并且从所述下部分的所述径向内匹配表面延伸的冷却油腔表面与所述活塞轴线限定第一非平行角度；
其中，所述冷却油腔表面在所述下活塞部分的所述径向内匹配表面下方轴向隔开的位置从所述第一非平行角度在顶点处过渡至第二非平行角度；
所述顶点具有相对于预加工活塞的轴向高度，对应于外匹配表面的轴向位置。
其中，所述上部分径向内匹配表面由上部分径向内壁限定，所述上部分径向内壁具有对应于所述上部分径向内匹配表面的第一径向宽度；以及
其中，所述下部分的所述径向内碗表面限定大于所述第一径向宽度的第二径向宽度。
其中，所述上部分径向内匹配表面由上部分径向内壁限定，所述上部分径向内壁具有对应于所述上部分径向内匹配表面的第一径向宽度；以及
其中，所述下部分的所述径向内碗表面从所述上部分径向内壁径向向内延伸离开。
其中，所述径向内匹配表面摩擦焊接于一起。
其中，所述上部分的所述径向外匹配表面与所述下部分的所述径向外匹配表面结合，使得所述冷却油腔是大致封闭的。
其中，所述第二非平行角度大于所述第一非平行角度。
其中，所述第一非平行角度不大于二十度，所述第二非平行角度不大于用于四十五度。
其中，所述下部分的所述径向内匹配表面相对于所述活塞轴线限定大致直角。
其中，所述下部分的所述径向内匹配表面相对于所述活塞上部分的所述径向向内面向表面限定大致直角。
其中，从两个所述径向内匹配表面生成的焊接材料形成两个从所述径向内匹配表面径向向外延伸的焊接卷边。
其中，所述上和下部分均由钢材料形成。
其中，所述上和下部分均由相同材料形成。
其中，所述径向内匹配表面焊接于一起，使得从两个所述径向内匹配表面生成的焊接材料仅形成一个从所述径向内匹配表面径向向内延伸的焊接卷边。
本发明还提供了一种结合预加工组件的方法，包括：
提供限定纵向轴线的下部分，所述下部分具有裙并且形成冷却油腔的下表面，所述下部分具有限定下部分径向内匹配表面的径向内碗表面，所述下部分包括限定径向外匹配表面的径向外壁；
使上部分邻接所述下部分，所述上部分具有在径向内接头会合所述径向内碗表面的径向外碗表面，所述上部分包括限定径向延伸以限定上部分径向内匹配表面的下表面的径向内壁，所述径向内壁限定向上离开所述上部分径向内匹配表面的径向向内面向表面，所述上部分包括限定上部分径向外匹配表面的径向外壁；
以及焊接所述径向内匹配表面于一起，其中，所述上部分的所述径向向内面向表面与所述径向内碗表面限定非平行角度，所述径向内碗表面会合所述上部分的所述径向内匹配表面的径向最内边缘；
其中，由所述下部分限定并且从所述下部分的所述径向内匹配表面延伸的冷却油腔表面与所述活塞轴线限定第一非平行角度；
其中，所述冷却油腔表面在所述下活塞部分的所述径向内匹配表面下方轴向隔开的位置从所述第一非平行角度在顶点处过渡至第二非平行角度；
所述顶点具有相对于预加工活塞的轴向高度，对应于外匹配表面的轴向位置。
其中，焊接所述径向内匹配表面于一起包括摩擦焊接所述径向内匹配表面。
进一步包括当径向向内延伸离开所述上部分径向内壁时建立所述下部分的所述径向内碗表面。
其中，所述第二非平行角度大于所述第一非平行角度。
进一步包括当相对于所述活塞轴线限定大致直角时建立所述下部分的所述径向内匹配表面。
其中，焊接所述径向内匹配表面于一起包括从两个所述径向内匹配表面生成焊接材料以仅形成一个从所述径向内匹配表面径向向内延伸的焊接卷边。
进一步包括机加工所述径向内碗表面及径向外碗表面以限定活塞燃烧碗表面，其中，所述活塞燃烧碗表面从所述活塞的顶表面限定最大高度，以及所述最大高度与活塞直径的比不大于15％。
附图说明
现在参考附图详细示出了示意性例子。虽然附图代表此处描述的示范例证，但是附图不必须按比例，特定特征可以放大以更好地图示以及解释示范例证的创造性方面。此外，此处描述的示范例证不旨在详尽地或者以其他方式限制或者约束附图示出以及以下具体实施方式中公开的精确形式以及构造。下文参考附图详细描述了本发明的示范例证：
图1A是示范活塞组件的立体图；
图1B是图1A的示范活塞组件的局部截面图；
图1C是图1A的示范活塞组件的截面图，从相关于图1B的截面九十度处截取；
图2A是示范活塞上部分以及活塞下部分的局部截面图；
图2B是示范活塞上部分以及活塞下部分的局部截面图，从相关于图1B的截面九十度处截取；
图3A是活塞上部分以及下部分的冷却油腔区域的放大截面图；
图3B是在示范焊接处理之后图3A的活塞上部分以及下部分的冷却油腔区域的放大截面图；
图4A是在示范焊接处理之后示范活塞上部分以及下部分的截面图；
图4B是在示范焊接处理之后示范活塞上部分以及下部分的截面图，从相关于图4A的截面九十度处截取；
图5是在示范焊接处理之后示范活塞上部分以及下部分的截面图；以及
图6是根据示范例证用于制造预加工活塞的方法的处理流图。
具体实施方式
参考说明书中的"示范例证"、"例子"或者类似语言意思是，描述的关于示范途径的特定特征、结构或者特性包括在至少一个例证中。出现的短语“在例证中”或者在说明书不同位置的类似类型语言不必须所有都参考相同例证或者例子。
此处提供的预加工活塞部分的各种示范例证可以用以形成活塞组件。预加工活塞可以包括限定活塞轴线的下部分，下部分具有裙并且形成的冷却油腔的下表面。下部分可以包括径向内碗表面，其限定径向内匹配表面的下部分；以及径向外壁，其限定径向外匹配表面。预加工活塞组件可以进一步包括上部分，其具有径向外碗表面，径向外碗表面在径向内接头会合径向内碗表面。上部分可以包括限定径向内上部分匹配表面的径向内壁以及限定上部分径向外匹配表面的径向外壁。径向内壁可以限定径向向内面向表面，该径向向内面向表面与径向内碗表面限定非平行角度，径向内碗表面会合径向内匹配表面的径向最内边缘。
示范方法可以包括形成预加工活塞组件的方法。示范方法可以包括提供限定活塞轴线的下部分，下部分具有裙并且形成冷却油腔的下表面，下部分具有限定下部分径向内匹配表面的径向内碗表面，下部分包括限定径向外匹配表面的径向外壁。方法可以进一步包括使上部分邻接下部分，上部分具有径向外碗表面，径向外碗表面在径向内接头会合径向内碗表面，上部分包括径向内壁，径向内壁限定了径向延伸以限定上部分径向内匹配表面的下表面，上部分包括限定上部分径向外匹配表面的径向外壁。方法可以进一步包括将径向内匹配表面焊接于一起，其中，上部分的径向向内面向表面与径向内碗表面限定非平行角度，径向内碗表面会合径向内匹配表面的径向最内边缘。
现在转到图1A、图1B和图1C，图示了示范活塞组件100。活塞组件100 可以包括活塞主体102和接合主体102的冷却油腔圈104。活塞主体102和冷却油腔圈104可以协作以限定燃烧碗122。主体102可以包括圈带部分106，圈带部分106构造为密封了接收活塞组件100的发动机镗孔(未示出)。例如，圈带部分106可以限定一个或多个接收活塞圈(未示出)的圆周凹槽，活塞圈在活塞组件100于发动机镗孔内往复运动期间又密封发动机镗孔表面。限定燃烧碗122的冷却油腔圈104和主体102的协作以及活塞100的下述其他特征可以大致允许在活塞100及其部件(例如，冷却油腔圈104和/或活塞主体102)的尺寸和形状方面的灵活性。仅作为一个例子，正如下文将进一步描述的，作为在关联成形处理期间冷却油腔圈104和主体102之间径向内接头的构造的结果，可以实现活塞组件100的下总体压缩高度和/或重力中心。
活塞主体102可以包括裙表面103，裙表面103在发动机操作期间大致支撑活塞组件100，例如，通过与发动机镗孔(未示出)的表面相接以在镗孔内的往复运动期间稳定活塞组件100。例如，裙表面103可以绕着活塞组件100 的周长的至少一部分大致限定圆形外形状。外形状可以对应于发动机镗孔表面，发动机镗孔表面可为大致柱形。
主体102还可以限定活塞销凸起105。活塞销凸起105可以大致形成有构造为接收活塞销(未示出)的孔口107。例如，活塞销可以插入通过活塞销凸起105中的孔口，从而大致将活塞100稳固至连接杆(未示出)。
现在转到图1B和图1C，主体102和冷却油腔圈104可以协作以限定冷却油腔108。冷却油腔108大致绕着活塞顶的周长延伸，并且可以在例如发动机油的操作期间使冷却剂循环，从而降低活塞的操作温度。此外，冷却剂的循环可以利于维持绕着活塞100更稳定或者更统一的温度，尤其在活塞组件100的上部分，例如邻近燃烧碗122。
活塞主体102和圈104可以固定地结合，例如，在焊接处理中。通过固定地结合活塞主体102和圈104，活塞组件100大致形成为一件式或者“单块”组件。正如下文将进一步描述的，在焊接处理中主体102和圈104部件可以沿着径向内及径向外结合界面区域I、O。因此，活塞主体102可以大致与冷却油腔圈104单元化，使得尽管主体102和圈104是独立部件，但是稳固至活塞顶之后相对于彼此都是不动的。
冷却油腔圈104可以稳固至主体102，使得活塞顶102和裙104协作以形成大致连续的活塞组件100的上燃烧碗表面122。例如，正如下文将进一步描述的，主体102和冷却油腔圈104的对应匹配表面可以沿着径向内界面区域I 在燃烧碗122内会合，使得活塞主体102限定燃烧碗122的径向内部分122a，而冷却油腔圈104限定燃烧碗122的径向外部分122b。径向外界面区域O可以定位成沿着圈带部分106。
活塞主体102和冷却油腔圈104可以以任何有利的方式稳固或者固定地结合至彼此，所述方式包括但不限于焊接方法，诸如摩擦焊接、光束焊接、激光器焊接、锡焊；或者非焊接方法，诸如粘着剂黏结，仅作为例子。在一个例子中，活塞顶以及裙焊接处理，例如，摩擦焊接结合。在另一示范例证中，对应于活塞主体102的下活塞部分的相应匹配表面，以及对应于冷却油腔圈104的上活塞部分的相应匹配表面，可以以摩擦焊接处理或者粘着剂黏结处理结合，仅作为例子，从而稳固活塞主体102和冷却油腔圈104于一起。
现在转到图2A和图2B，进一步详细解释与活塞100关联的示范摩擦焊接处理。活塞100可以大致由对应于冷却油腔圈104的上活塞部分104'以及对应于活塞主体102的下活塞部分102'形成。例如，上和下活塞部分104'、102'可以大致具有示出的对应于活塞100的特征，例如，上和下内表面111、113对应于冷却油腔108。而且，上和下活塞部分104'、102'可以大致适合于结合至彼此，例如，经由摩擦焊接处理，尽管它们无法具有加工外表面或者从上文活塞组件 100可见的活塞100的特征(诸如圈凹槽、燃烧碗122等)。
因此，正如下文将进一步描述的，最好从图3A、3B、4A、4B 和5可见，上和下活塞部分104'、102'可以大致结合于一起，例如，在摩擦焊接操作中，以形成预加工活塞部件100'。预加工活塞部件可以随后加工(例如，在机加工操作中)以提供活塞100所需的加工表面细节，例如，圈凹槽和燃烧碗122的最终形状或者轮廓。因此，最终活塞组件100的大致形状图示于图4A、图4B 和图5的虚影，不同于由预加工活塞部分100'限定的初始形状。
正如最好从图2A和图2B可见，上活塞部分104'的匹配表面114、116可以以任何有利的方式(例如，依靠焊接操作(诸如摩擦焊接)或者粘着剂黏结) 稳固至相应的下活塞部分102'的匹配表面118、120，仅作为例子，从而稳固上活塞部分104'和下活塞部分102'于一起。在示范摩擦焊接处理之后图3A、3B、 4A、4B和5进一步详细图示出活塞部分102'、104'。
如图3A所示，上部分104'以及下部分102'可以初始相对于彼此高速旋转，然后在高压下放置于一起。正如最好从图3B、4A和4B可见，这种摩擦焊接处理可以在上活塞部分104'以及下活塞部分102'之间形成焊接卷边124、126、128 和130。更具体来说，焊接卷边124、126可以分别形成为从径向内界面区域I 径向向内以及向外延伸。此外，焊接卷边128、130可以分别形成为从径向外界面区域O径向向内以及向外延伸。
正如最好从图3B、4A、4B和5可见，从径向内界面区域I径向向内延伸的焊接卷边124可以大致形成从活塞上和下部分104'、102'的匹配表面118、120 径向向内以及向上延伸的单个卷边124。相反，焊接卷边126、128和130每个均包括相应的上和下卷边部分。更具体来说，正如最好从图3B可见，焊接卷边128包括上卷边128a和下卷边128b，焊接卷边130包括上卷边130a和下卷边130b。典型地，在摩擦焊接处理期间，上和下卷边(例如，上卷边128a和下卷边128b)可以大致由关联匹配表面(例如，匹配表面114、116)的材料形成相等尺寸和形状。大致相等焊接卷边部分128a、128b、130a、130b可以部分来自关联匹配表面114、116的大致相等径向宽度，匹配表面114、116的对准大致垂直于活塞轴线(未示出于图3B)。
相反，大致单个向上延伸的焊接卷边124可以部分来自分别沿着径向内界面区域I的关联匹配表面116、120之间的宽度W1、W2的差。匹配表面116、 120可以分别由活塞上部分104'以及活塞下部分102'的对应壁构件170、172限定。此外，匹配表面114、118可以分别由活塞上部分104'以及活塞下部分102' 的对应壁构件174、176限定。更具体来说，从匹配表面118、120径向向外延伸的焊接卷边126可以以类似于焊接卷边128、130的方式形成两个有区别的上和下卷边部分126a、126b，焊接卷边124大致包括单个卷边，其从关联匹配表面118、120向上以及径向向内延伸。作为来自匹配表面118、120的焊接材料通过径向向内延伸匹配表面120迫使向上流动的结果，焊接卷边124可以形成单个卷边部分124a。更具体来说，由于来自匹配表面118、120的材料在摩擦焊接处理期间熔化，形成焊接卷边124的材料被迫使向上流动，并且由于径向向内延伸匹配表面120而不能够向下卷边。因而，形成焊接卷边124的材料被迫使从匹配表面118径向向内以及向上流动并且形成单个焊接卷边124。
在另一示范例证中，正如最好从图3A可见，匹配表面120从径向内界面区域I径向向内延伸。更具体来说，匹配表面120可以从上部分104的匹配表面118的径向最内边缘径向向内延伸。径向向内延伸匹配表面120可以大致迫使材料流从焊接接头向上流动，导致单个焊接卷边124从径向内界面区域I径向向内延伸。而且，正如最好从图3A和图3B可见，匹配表面120可以大致垂直于由活塞上部分104'的径向内壁部分140限定的径向内表面132延伸。
现在转到图5，其是示范活塞100以及预加工活塞组件100'的上部分的放大视图，进一步详细图示了浅碗构造。正如从上文注意到的，图5示出的外轮廓指示了在任何用以形成活塞组件100的最终构造的加工操作(例如，机加工) 之前预加工活塞组件100'的轮廓，如虚线图示的。由于径向内匹配表面118、 120的不匹配宽度，即，正如上文简要描述的，作为径向向内匹配表面120延伸离开界面区域I的结果，形成了大致从径向内界面区域I卷边向上以及径向向内的单个焊接卷边124。
而且，如图5所示，冷却油腔108相对于径向最外点152沿着活塞组件100 的最终构造的燃烧碗122大致径向向内延伸。换句话说，冷却油腔108的径向最内点150与活塞组件100的燃烧碗122的径向最外点152径向向内间隔开了径向距离D。从而放大的冷却油腔108提供给活塞100增强的冷却。
通过下冷却油腔表面113的图示的几何形状以及径向内界面区域I的方位，可以至少局部利于点150、152之间的径向向内间隔D。更具体来说，正如图5所示，下部分102'的冷却油腔表面113的最上区域154以相对于活塞100 的轴线A-A的初始角度α轴向向下延伸。如图5图示的，最上区域154可以限定线性或者大致线性路径，该路径直接从匹配表面120相对于预加工活塞100' 以角度α向下指向。冷却油腔表面113可以过渡至相对于活塞轴线A-A的第二角度β，在顶点180过渡至第二角度β。更具体来说，冷却油腔表面113的第二区域156可以限定线性或者大致线性路径，该路径相对于预加工活塞100'以角度β从顶点180向下。例如，如图5所示，顶点180可以具有相对于预加工活塞100'的轴向高度，约对应于外匹配表面114、118的轴向位置。角度β可以相对于活塞轴线A-A大于初始角度α。在一个示范例证中，角度α不大于二十 (20)度，而角度β大于角度β但不大于约四十五(45)度。
相反，在用于活塞的先前摩擦焊接方法中，由于大致大量值力作用在匹配表面上并且需要最大可能程度地支撑匹配表面，用以形成活塞的与上和下部分的匹配表面相邻的壁构件的表面是典型地以大致平行方式高于以及低于匹配表面延伸。但是，高于以及低于接头平行延伸的壁大致还增加了上活塞部分的总体高度，导致活塞总体的较大压缩高度。此外，在活塞中先前摩擦焊接方法通常要求的是，为了允许通过高速旋转来结合柱形部分要求部件对称旋转。通过对比，正如下文进一步描述的，此处可以分别采用匹配表面116、120的变化宽度W1、W2，导致形成可以随后移除的单个焊接卷边124。
再次提到示范预加工活塞部分100'以及关联活塞100，已经发现示范角度α以及β大致对径向内界面区域I的匹配表面116、120提供了足够支撑，同时允许增加冷却油腔108的总体体积，以及还缩短上活塞部分104'的总体高度。更短的总体高度可以大致是源自于相对于活塞100的顶表面160将径向内匹配表面116、120定位得轴向更高的能力，因为匹配表面120从匹配表面116、120 之间的界面区域I径向向内延伸，并且不平行于活塞轴线(先前活塞焊接方法中是平行的)。而且，径向向内延伸匹配表面120增加了对径向内界面区域I的支撑，从而抑制活塞上部分104'或者活塞下部分102'的任何变形，否则会因匹配表面116、120之间因表面154、156的角度的力应用的不平衡而导致变形。因此，下活塞部分102'的壁构件172可以大致限定延伸离开径向内匹配表面 116、120之间的接头的非平行表面。相反，在径向外界面区域O会合的壁构件 174、176均可以邻近匹配表面114、118之间的接头大致以类似平行方式相对于活塞轴线延伸，从而导致焊接卷边128a、128b、130a和130b，这些卷边是大致相等量值并且大致是对应活塞部分的焊接卷边的镜面图像。
在另一示范例证中，上部分104'的径向向内面向表面132可以与由下部分 102'限定的径向内碗表面122b'限定非平行角度，其对应于例如在机加工操作中从加工燃烧碗表面122分离的燃烧碗表面轮廓122。更具体来说，径向内碗表面122b'可以延伸以会合径向内匹配表面116的径向最内边缘185，在该点径向内碗表面122b'与上部分104'的径向向内面向表面132限定非平行角度。而且，在一些示范方法中，径向内碗表面122b'与上部分104'的径向向内面向表面132 限定直角，或者与上部分104'的径向向内面向表面132大致限定直角。
活塞上部分104'的更短总体高度降低了活塞的压缩高度，此处限定的活塞的压缩高度为(a)从活塞的顶表面以及销镗孔轴线(未示出于图5)的距离和 (b)活塞直径D之间的比。而且，活塞上部分104'降低的总体高度导致加工活塞100的燃烧碗122的较小高度H。在一个示范例证中，从活塞的上表面160 至燃烧碗122的最低位置测量的燃烧碗122的高度H不大于活塞直径D的15％。因此，邻近匹配表面116、120的下冷却油腔表面113的角度构造以及径向向内延伸匹配表面120利于相比于先前方法相对浅的燃烧碗122，同时还利于降低活塞100的总体压缩高度。
一旦完成摩擦焊接处理(焊接闪光)，例如焊接卷边124和130可以随后从活塞上部分104'以及活塞下部分102'的外表面移除以形成相对平滑的活塞组件 100的外表面。例如，焊接闪光可以经由机器加工操作移除。因此，燃烧碗表面122可以在冷却油腔圈104和活塞主体102之间的界面是平滑的，例如，使得表面122的中断和/或不连续最小化。而且，圈带部分106还可以机加工或者以其他方式作业以移除焊接卷边130并且形成圈凹槽。在正常长期操作期间最小化这种中断或者不连续可以大致沿着界面区域I、O降低主体102和圈104之间的界面的破裂或者其他松弛。因此，可以最小化燃烧碗表面122和/或圈带部分106的任何缺陷或者故障，例如，由于在发动机的操作期间使用活塞组件 100发生的磨损。
冷却油腔108可以有利地限定至少一个开口(未示出)，所述开口允许气体在摩擦焊接处理期间离开。此外，开口(一个或多个)可以允许冷却剂(例如，油)在操作期间通过冷却油腔循环。
活塞主体102和冷却油腔圈104可以由任何有利的材料构建。在一个示范例证中，主体102和冷却油腔圈104由不同的材料形成。在另一例子中，主体 102和冷却油腔圈104由相同材料(例如，钢)形成。因此，用于部件的材料可以更紧密地匹配相关于每个的大致要求以及操作条件。仅作为例子，活塞主体102可以包括与冷却油腔圈104不同的机械属性，例如，屈服点、拉伸强度或者凹口韧性。主体102和冷却油腔圈104可以采用任何有利的材料或者组合。仅作为例子，主体102和/或冷却油腔圈104可以由钢材料、铸铁、铝材料、复合材料或者粉末金属材料形成。主体102和/或冷却油腔圈104还可以以相同成型处理类型形成，例如，每个可以在高速锻造或者冷成型处理中形成。可替换地，冷却油腔圈104和主体102可以形成在不同的处理中，例如，主体102可以是大致单个铸造件，而冷却油腔圈104可以被锻造。可以采用任何有利的材料和/或成型组合。
现在转到图6，图示了用于制造预加工活塞组件100'和/或活塞组件100的示范处理600。处理600可以大致开始于块602，即提供活塞上部分。例如，如上所述，活塞上部分104'可以包括径向内及外匹配表面116、114。此外，活塞上部分104'可以至少局部限定绕着活塞上部分102'的外围延伸的冷却油腔108，例如，具有上冷却油腔表面111。处理600可以然后进行至块604。
在块604，活塞上部分的内以及外匹配表面可以邻接对应活塞下部分的内以及外匹配表面。例如，如上所述径向内界面区域I可以形成在内匹配表面116、 120之间，而径向外界面区域O可以形成在上部分104'以及下部分102'的外匹配表面114、118之间。而且，冷却油腔108可以布置在径向内以及外界面区域 I、O之间，并且可以通过由活塞下部分102'限定的冷却油腔下表面113被限定局部。此外，下部分102'可以包括一对相对布置的限定相应活塞销镗孔107的销凸起105。处理600可以然后进行至块606。
在块606，可以建立径向内界面区域几何形状。例如，如上所述下活塞部分102'的径向内匹配表面120可以从径向内界面区域I径向向内延伸和/或从径向内匹配表面116、120之间的接头径向向内延伸。在上文提到的一个示范例证中，径向内匹配表面120相对于活塞上部分104'的径向向内面向表面132限定大致直角，径向向内面向表面132延伸离开径向内界面区域I和/或匹配表面 116、120之间的接头。可替换地或者此外，由下部分102'限定的冷却油腔的表面可以以与冷却油腔108的在得到的活塞100的燃烧碗122至少一部分的内侧径向延伸的至少一部分成角度的方式延伸离开接头，即离开匹配表面120，从而利于增加冷却油腔108的体积。而且，还可以实现活塞100及其部件的降低的总体高度。
进行至块608，上和下活塞部分104'、102'可以沿着一个或多个径向内以及外界面区域固定地稳固至于一起。例如，如上所述上和下活塞部分104'、102' 可以沿着活塞顶以及裙的径向内和/或外匹配表面通过摩擦焊接、粘着剂黏结或者任何有利的其他方法固定地稳固于一起。在采用摩擦焊接的例子中，如图所示焊接闪光可以形成为邻近匹配表面114、116、118、120。在一个示范例证中，从径向内匹配表面116、120径向向内延伸的焊接闪光可以形成径向向内以及轴向向上延伸的单个焊接卷边124。处理600可以然后进行至块610。
在块610，可以形成活塞100的外轮廓。例如，如上所述，预加工活塞组件100'可以被机加工以形成燃烧碗122和/或圈带部分106。而且，预加工活塞组件100'的外表面的机加工可以移除布置在预加工活塞组件100'的外表面上的焊接闪光。
得到的活塞100的浅碗构造可以有利地允许实现较小总体几何形状的活塞 100。可以降低相对于顶表面160的压缩高度、活塞总体高度以及燃烧碗122 高度。而且，较小压缩高度降低了活塞100的尺寸以及重量，从而允许较小气缸体以及较小部件总体，从而在发动机缸体周围的车辆包装方面允许较大自由。在最小化压缩高度的情况下还可以采用较长连接杆，从而在发动机操作期间降低发动机镗孔的横向力，从而降低活塞100和镗孔之间的摩擦，并且改善发动机效率。
关于此处描述的处理、系统、方法、启发等，该应理解的是，虽然已经描述了根据特定顺序的序列发生的这种处理等的步骤，但是这种处理能够实践成以与此处描述的顺序不同的顺序来执行。进一步应该理解的是，特定步骤能够同时执行，能够添加其他步骤，或者能够省略此处描述的特定步骤。换句话说，此处提供的处理的说明是用于图示出特定实施例的目的，决不能视为如此限制要求保护的本发明。
因此，应该理解的是，上述说明书旨在示意性的并且不是约束性的。通过阅读上述说明书，还能提供除了上述例子之外的许多实施例以及应用。本发明的范围应该是确定的，无需参考上述说明书，而是应该由附随的权利要求确定本发明的范围，连同权利要求的等同结构确定的全部范围。可以预测并且想到未来的发展将发生在此处讨论的本领域中，而且公开的系统和方法将并入这种未来的实施例。总而言之，应该理解的是，本发明能够修改和变型，并且仅仅通过以下权利要求限制。
使用在权利要求中的所有术语旨在当本领域技术人员理解时给定它们最宽的合理构造以及它们最普遍的意思，除非此处进行了相反的明确指示。尤其，使用单数诸如“一”、“该”、“所述”等应该被理解为表示一个或多个指示元件，除非权利要求提出了相反的明确限制。

Claims (20)

1.一种用于制造活塞的预加工组件，包括：
限定活塞轴线的下部分，所述下部分具有裙并且形成冷却油腔的下表面，所述下部分具有限定下部分径向内匹配表面的径向内碗表面，所述径向内碗表面从所述径向内匹配表面的径向最内边缘朝向所述组件的中心部分延伸，所述下部分包括限定径向外匹配表面的径向外壁；以及
上部分，其具有在径向内接头会合所述径向内碗表面的径向外碗表面，所述上部分包括限定径向延伸以限定上部分径向内匹配表面的下表面的径向内壁，所述径向内壁限定向上离开所述上部分径向内匹配表面的径向向内面向表面，所述上部分包括限定上部分径向外匹配表面的径向外壁；
其中，所述上部分的所述径向向内面向表面与所述径向内碗表面限定非平行角度，所述径向内碗表面会合所述上部分的所述径向内匹配表面的径向最内边缘；
其中，由所述下部分限定并且从所述下部分的所述径向内匹配表面延伸的冷却油腔表面与所述活塞轴线限定第一非平行角度(α)；
其中，所述冷却油腔表面在所述下部分的所述径向内匹配表面下方轴向隔开的位置从所述第一非平行角度在顶点(180)处过渡至第二非平行角度(β)；
所述顶点(180)具有相对于预加工活塞(100’)的轴向高度，对应于外匹配表面(114,118)的轴向位置。
2.根据权利要求1所述的预加工组件，其中，所述上部分径向内匹配表面由上部分径向内壁限定，所述上部分径向内壁具有对应于所述上部分径向内匹配表面的第一径向宽度；以及
其中，所述下部分的所述径向内碗表面限定大于所述第一径向宽度的第二径向宽度。
3.根据权利要求1所述的预加工组件，其中，所述上部分径向内匹配表面由上部分径向内壁限定，所述上部分径向内壁具有对应于所述上部分径向内匹配表面的第一径向宽度；以及
其中，所述下部分的所述径向内碗表面从所述上部分径向内壁径向向内延伸离开。
4.根据权利要求1所述的预加工组件，其中，所述径向内匹配表面摩擦焊接于一起。
5.根据权利要求1所述的预加工组件，其中，所述上部分的所述径向外匹配表面与所述下部分的所述径向外匹配表面结合，使得所述冷却油腔是大致封闭的。
6.根据权利要求1所述的预加工组件，其中，所述第二非平行角度大于所述第一非平行角度。
7.根据权利要求6所述的预加工组件，其中，所述第一非平行角度不大于二十(20)度，所述第二非平行角度不大于用于四十五(45)度。
8.根据权利要求1所述的预加工组件，其中，所述下部分的所述径向内匹配表面相对于所述活塞轴线限定大致直角。
9.根据权利要求1所述的预加工组件，其中，所述下部分的所述径向内匹配表面相对于所述活塞上部分的所述径向向内面向表面限定大致直角。
10.根据权利要求1所述的预加工组件，其中，从两个所述径向内匹配表面生成的焊接材料形成两个从所述径向内匹配表面径向向外延伸的焊接卷边。
11.根据权利要求1所述的预加工组件，其中，所述上和下部分均由钢材料形成。
12.根据权利要求1所述的预加工组件，其中，所述上和下部分均由相同材料形成。
13.根据权利要求1所述的预加工组件，其中，所述径向内匹配表面焊接于一起，使得从两个所述径向内匹配表面生成的焊接材料仅形成一个从所述径向内匹配表面径向向内延伸的焊接卷边。
14.一种结合预加工组件的方法，包括：
提供限定活塞轴线的下部分，所述下部分具有裙并且形成冷却油腔的下表面，所述下部分具有限定下部分径向内匹配表面的径向内碗表面，所述下部分包括限定径向外匹配表面的径向外壁；
使上部分邻接所述下部分，所述上部分具有在径向内接头会合所述径向内碗表面的径向外碗表面，所述上部分包括限定径向延伸以限定上部分径向内匹配表面的下表面的径向内壁，所述径向内壁限定向上离开所述上部分径向内匹配表面的径向向内面向表面，所述上部分包括限定上部分径向外匹配表面的径向外壁；
以及焊接所述径向内匹配表面于一起，其中，所述上部分的所述径向向内面向表面与所述径向内碗表面限定非平行角度，所述径向内碗表面会合所述上部分的所述径向内匹配表面的径向最内边缘；
其中，由所述下部分限定并且从所述下部分的所述径向内匹配表面延伸的冷却油腔表面与所述活塞轴线限定第一非平行角度；
其中，所述冷却油腔表面在所述下部分的所述径向内匹配表面下方轴向隔开的位置从所述第一非平行角度在顶点(180)处过渡至第二非平行角度(β)；
所述顶点(180)具有相对于预加工活塞(100’)的轴向高度，对应于外匹配表面(114,118)的轴向位置。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，焊接所述径向内匹配表面于一起包括摩擦焊接所述径向内匹配表面。
16.根据权利要求14所述的方法，进一步包括当径向向内延伸离开所述上部分径向内壁时建立所述下部分的所述径向内碗表面。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第二非平行角度大于所述第一非平行角度。
18.根据权利要求14所述的方法，进一步包括当相对于所述活塞轴线限定大致直角时建立所述下部分的所述径向内匹配表面。
19.根据权利要求14所述的方法，其中，焊接所述径向内匹配表面于一起包括从两个所述径向内匹配表面生成焊接材料以仅形成一个从所述径向内匹配表面径向向内延伸的焊接卷边。
20.根据权利要求14所述的方法，进一步包括机加工所述径向内碗表面及径向外碗表面以限定活塞燃烧碗表面，其中，所述活塞燃烧碗表面从所述活塞的顶表面限定最大高度，以及所述最大高度与活塞直径的比不大于15％。
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