CN105283269B - 用于生产用于内燃机的活塞的方法以及通过所述方法生产的活塞 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于生产用于内燃机的活塞(10)的方法，所述活塞包括活塞主体(11)和活塞环部件(17)，其中所述活塞主体(11)具有带有圆盖(13)的燃烧槽(12)，并且具有装备有凸台镗孔(15)的活塞凸台(14)，所述活塞凸台依靠运行表面(16)彼此连接，其中，所述活塞环部件(17)具有活塞地板(18)、圆周火地(19)以及环绕环段(21)，其中，所述活塞主体(11)和所述活塞环部件(17)形成环绕冷却导管(22)。根据本发明所述方法具有以下方法步骤：a)依靠变形处理生产所述活塞主体(11)的坯件(11′)；b)依靠变形处理或者铸造处理生产所述活塞环部件(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)依靠焊接方法连接活塞主体(11)和活塞环部件(17)的所述粗加工坯件(11″、111′’、17″)以形成活塞主体(30、130)；e)二次加工和/或精加工所述活塞主体(30、130)以形成所述完成的活塞(10)。根据本发明，在步骤a)，在生产所述活塞主体(11)的所述坯件(11′)期间，完全生产所述燃烧槽(12)外侧圆盖区域(13a、113a)的轮廓，所述燃烧槽(12)的所述圆盖区域(13a、113a)形成所述多余材料(23、123)，以及在步骤e)，在所述燃烧槽(12)的圆盖区域(13a、113a)中移除这种量的所述多余材料(23、123)，以导致所述燃烧槽(12)的预定的体积。

Description

用于生产用于内燃机的活塞的方法以及通过所述方法生产的 活塞
技术领域
本发明涉及一种用于生产用于内燃机的活塞的方法，活塞具有活塞主体和活塞环部件，其中，活塞主体具有带圆盖的燃烧槽并且具有装备有凸台镗孔的活塞凸台，活塞凸台依靠运行表面彼此连接，其中，活塞环段具有活塞顶，环绕着火部以及环绕环段，并且其中，活塞主体和活塞环段形成环绕冷却导管。本发明还涉及一种能够依靠该方法生产的活塞。
背景技术
从德国专利申请10 2011 013 141A1和DE10 2011 013 067A1公知一种用于生产活塞的方法，在该方法中，活塞主体的坯件通过在燃烧槽的整个区域中锻造完成。因而在二次加工处理中没有涉及燃烧槽的轮廓。
但是已经发现，在坯件的焊接期间活塞主体的局部加热导致微结构的改变以及材料中应力的损耗，这具有的效应是，燃烧槽的几何形状因而体积改变。因此，在完成的活塞中燃烧槽的体积会相当大地偏离预定值。因为燃烧槽是通过锻造完成，所以不再可能有额外切割机加工。这尤其适用于具有复杂几何形状的燃烧槽。
发明内容
本发明的目的是进一步发展通用方法，使得甚至在复杂几何形状的情形下，以尽可能简单的方式，在完成的活塞中燃烧槽的体积在预定容差范围内。
解决方案包括：在步骤a)，在活塞主体的坯件的生产期间，完全生产圆盖区域外侧的燃烧槽的轮廓，多余材料形成在燃烧槽的圆盖区域中，以及在步骤e)，移除燃烧槽的圆盖区域中的这种多余材料量以导致燃烧槽的预定体积。
本发明还涉及依靠根据本发明的方法可生产的活塞。
根据本发明的方法的特征在于，在通过变形处理来生产活塞主体期间，多余材料形成在燃烧槽的圆盖区域中，而完全生产燃烧槽的剩余区域，也即是说不要求进一步二次加工。通过移除特定量的多余材料，在焊接坯件之后能够精确地设定燃烧槽的预定体积，不需要操纵圆盖区域外侧的燃烧槽的几何形状。
有利的改进将见于从属权利要求。
根据本发明的方法的改进提供了，在步骤e)，为了检查燃烧槽的体积，在移除圆盖区域中的多余材料期间，检测燃烧槽的现存最低点，施加垂直运行至活塞中央轴线的平面至所述最低点，所述平面被用作用于活塞顶的精加工的开始点。
有利设置的是，在步骤c)，冷却导管区域形成在坯件中和/或被精加工，因为在焊接坯件之后冷却导管区域不再是可访问的。
此外有利的是，如果，在步骤c)，在活塞主体的坯件中，内部空间被精加工，用于冷却油的入口和出口开口形成在冷却导管区域中。为了此目的，活塞主体比焊接的活塞主体更容易处理。
此外，基于相同考虑，提倡的是，在步骤c)，在活塞主体的坯件和/或活塞环部件的坯件中，预加工出外径，和/或在活塞环部件的坯件上，预加工出活塞顶，和/或在活塞主体的坯件中，预加工出活塞凸台。
优选改进提供的是，在步骤e)，在已经精加工活塞顶之后将凸台镗孔形成在活塞凸台中。因为活塞的压缩高度由活塞顶以及凸台镗孔的中央轴线之间的距离限定，所以能够以特别简单的方式获得完成的活塞的预定压缩高度。
可以选择各种变形方法用于生产活塞主体的坯件。坯件可以通过1200℃至1300℃热作业而锻造并且随后遭受冷校准。坯件还可以通过1200℃至1300℃热作业而锻造并且随后遭受最高150℃温度的冷作业。此外坯件可以通过600℃至900℃温作业而锻造。此外，在温作业之后，坯件可以遭受最高150℃温度的冷作业。最后，坯件可以通过最高150℃冷作业而锻造。
附图说明
基于附随的附图下文将更详细地讨论本发明的示范实施例，在不成比例的示意图中在每个情况下：
图1示出了依靠根据本发明的方法生产的活塞的示范实施例；
图2示出了在每个情况下用于图1的活塞的活塞主体以及活塞环部件的一个坯件的第一示范实施例；
图3示出了在已经执行预机加工之后图2的坯件；
图4示出了由图3的预加工的坯件所形成的焊接活塞主体；
图5示出了具有用于活塞下部分的预加工坯件的另一实施例的焊接活塞主体的示范实施例。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的活塞10的示范实施例。活塞10具有活塞主体11，活塞主体11具有燃烧槽12，燃烧槽12装备有中央圆盖13。此外作为公知方式，活塞主体11具有带凸台镗孔15的活塞凸台14，凸台镗孔15用于接收活塞销(未图示)，以及活塞主体11具有内部空间24。活塞凸台14依靠运行表面16彼此连接。
此外活塞10具有活塞环部件17，活塞环部件17具有活塞顶18、环绕着火部19以及环绕环段21，环绕环段21具有环形槽以用于接收活塞环(未图示)。具有用于冷却油(未图示)的入口和出口开口的环绕冷却导管22设置在环段21的水平上。
在提出的示范实施例中，活塞主体11和活塞环部件17依靠焊接处理(例如电光束焊接或者激光焊接)彼此连接。
活塞主体11由能够遭受变形处理的材料生产。该材料典型地为回火钢，例如42CrMo4或者AFP钢诸如38MnVS6。
根据本发明，本发明的意图是生产活塞10，活塞10的燃烧槽12具有在预定容差范围内的体积。本发明的意图是为了实现该目标而不管燃烧槽的几何形状，使得在完成生产处理之后甚至复杂几何形状的燃烧槽也具有在预定容差范围内的体积。本发明的意图是，依靠根据本发明的方法，甚至对于相对活塞中央轴线径向偏置的燃烧槽或者倾斜布置的燃烧槽,能够实现根据本发明的目标。
为了该目的，如图2所示，情况首先是生产用于活塞主体11和活塞环部件17的坯件。在示范实施例中，用于活塞主体11的坯件11'已经进一步依靠1200°至1300°的热成型处理和后续冷校准(在室温下按压坯件11'的表面)被处理。
在示范实施例中，除了绕着圆盖13的圆盖区域13a，燃烧槽12的几何形状通过锻造完成。这意味着，除了圆盖区域13a，为了生产最终的活塞10不需要二次加工燃烧槽12。
重要的是，在锻造处理之后，圆盖区域13a具有适当量的多余材料23，以使得能够根据本发明精确地设定燃烧槽12的体积(在该方面，进一步参见下文)。
活塞环部件17的坯件17'可以由任何合适的材料生产，例如通过变形或者铸造。
如图3所示，在锻造处理之后，坯件11'、17'将被预加工以形成加工坯件11”、17”。在坯件11'、17'两者上，例如能够预加工外径。
在用于活塞主体11的坯件11'上，还能够预加工凸台区域。最后，能够精加工内部空间24。此外，冷却导管区域22a形成在坯件11'中，冷却导管区域22a在最终的活塞中10形成冷却导管22的一部分。冷却导管区域22a还可以在锻造处理期间形成，在该情况下在锻造处理之后被精加工。用于冷却油的入口和出口开口形成在冷却导管区域22a中。
在用于活塞环部件17的坯件17'上，例如，情况是冷却导管区域22b形成在坯件17'中，冷却导管区域22b在最终的活塞中10形成冷却导管22的一部分。
最后，在锻造处理之后，在坯件11'，17'两者上，分别依靠焊接表面26、27和28、29被精加工，坯件11'、17'是依靠这些表面彼此连接的。
然后，将坯件11”、17”依靠它们的焊接表面26和28和27和29以公知方式依靠合适的焊接处理分别彼此连接以形成活塞主体30，诸如图4所示。在该情况下，焊接处理分别导致在焊接表面26和28和27和29的区域中局部加热材料。所述局部加热将影响材料在微结构和应力的损耗方面的改变。这通常具有的效应是燃烧槽12的几何形状因而体积于是相当大地偏离于最终的活塞10预定的值。
然后，在后续方法步骤中，在从焊接处理得来的活塞主体30上，凭借移除多余材料23来对圆盖区域13a精加工。在这种程度上执行移除，由于此，在焊接坯件11”、17”之后精确地设定预定的体积活塞槽12，不需要操纵燃烧槽11外侧圆盖区域13a的几何形状。燃烧槽12的剩余区域已经完全依靠变形处理生产，也就是说不要求进一步二次加工。
因为仅在圆盖区域13a中移除多余材料23之后活塞顶18被精加工，情况是，为了检查燃烧槽12的体积，在圆盖区域13a中移除多余材料23期间，检测燃烧槽12的现存最低点P1，垂直于活塞中央轴线运行的平面E施加至最低点，所述平面被用作于精加工活塞顶18的开始点。
为了完成根据本发明的方法，活塞主体30被精加工，例如，凭借精加工良好的轮廓以及环形槽形成为环段21和凸台镗孔15形成为活塞凸台14。凸台镗孔15这样形成使得完成的活塞的预定压缩高度通过凸台镗孔相关于活塞顶18的中央轴线确定。结果获得正如图1的活塞。
图5示出了活塞主体130由用于活塞环部件17的加工坯件17”正如根据图1至4的每个第一示范实施例以及具有加工坯件111’用于活塞主体11组成，来自坯件11'的加工活塞主体11正如根据图1至4的第一示范实施例。相同附图标记用于活塞主体30、130的两个示范实施例的普通结构，在该方面，参考图1至4的说明书。
以图1至4的示范实施例描述的方式生产用于活塞主体11的加工坯件111”。以图1至4的示范实施例描述的方式执行加工坯件111”、17”的连接。
依然在该示范实施例中，除了圆盖区域113a，燃烧槽12的几何形状，通过锻造完成。相关于图1至4的示范实施例的主要差别在于，圆盖区域113a从圆盖13的末端延伸至燃烧槽13的最低点P11。这意味着，为了生产完成的活塞10，除了圆盖区域113a，不需要二次加工燃烧槽12。
依然在该示范实施例中，在从焊接处理得到的活塞主体130中，圆盖区域113a凭借移除的多余材料123被精加工。在这种程度上执行移除，由于此，在焊接坯件111”、17”之后精确地设定燃烧槽12a的预定体积，不需要操纵燃烧槽11外侧圆盖区域113a的几何形状。依靠变形处理已经完全生产燃烧槽12的剩余区域，也就是说不要求进一步二次加工。
因为仅在圆盖区域113a中移除多余材料123之后活塞顶18被精加工，情况是，为了检查燃烧槽的体积12，在圆盖区域113a中移除多余材料123期间，检测燃烧槽12的现存最低点P11，垂直于活塞中央轴线运行的平面E施加至所述最低点，所述平面被用作用于活塞顶18的精加工的开始点。
为了完成根据本发明的方法，正如图1至4的示范实施例已经描述的精加工活塞主体130。结果获得正如图1的活塞。

Claims (13)

1.一种用于生产用于内燃机的活塞(10)的方法，所述活塞具有活塞主体(11)和活塞环部件(17)，其中，所述活塞主体(11)具有带有圆盖(13)的燃烧槽(12)，并且具有装备有凸台镗孔(15)的活塞凸台(14)，所述活塞凸台依靠运行表面(16)彼此连接，其中，所述活塞环部件(17)具有活塞顶(18)、环绕着火部(19)以及环绕环段(21)，其中，所述活塞主体(11)和所述活塞环部件(17)形成环绕冷却导管(22)，所述方法具有以下方法步骤：
a)依靠变形处理生产所述活塞主体(11)的坯件(11')，
b)依靠变形处理或者铸造处理生产所述活塞环部件(17)的坯件(17')，
c)利用执行的焊接表面(26、28；27、29)的精加工预加工所述坯件(11'、17')，
d)依靠焊接处理连接活塞主体(11)的所述预加工坯件(11”、111'、17”)和活塞环部件(17)以形成活塞主体(30、130)，
e)执行所述活塞主体(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，在步骤a)，在生产所述活塞主体(11)的所述坯件(11')期间，完全生产所述燃烧槽(12)外侧圆盖区域(13a、113a)的轮廓，所述燃烧槽(12)的所述圆盖区域(113a)形成多余材料(23、123)，并且其特征在于，在步骤e)，在所述燃烧槽(12)的圆盖区域(13a、113a)中移除所述多余材料(23、123)，以导致所述燃烧槽(12)的预定体积。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤e)，为了检查所述燃烧槽(12)的所述体积，在所述燃烧槽(12)的圆盖区域(13a、113a)中移除所述多余材料(23、123)期间，检测现存最低点(P1，P11)，垂直于所述活塞中央轴线运行的平面(E)施加至所述最低点，所述平面被用作用于所述活塞顶(18)的所述后续精加工的开始点。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤c)，冷却导管区域(22a、22b)形成为所述坯件(11'、17')和/或被精加工。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤c)，在所述活塞主体(11)的坯件(11')中，精加工所述坯件(11’)的内部空间(24)，以及用于冷却油的入口和出口开口形成为所述冷却导管区域(22a)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤c)，在所述活塞主体(11)和/或所述活塞环部件(17)的坯件(11'、17')上，预加工出外径，以及/或者在该步骤，在所述活塞环部件(17)的坯件(17')上，预加工或者精加工所述活塞顶(18)，和/或在该步骤，在所述活塞主体(11)的所述坯件(11')上，预加工所述活塞凸台(14)。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤e)，在已经被精加工所述活塞顶(18)之后所述凸台镗孔(15)形成至所述活塞凸台(14)中。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过在1200℃至1300℃热作业锻造所述活塞主体(11)的所述坯件(11')以及随后遭受冷校准。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过在1200℃至1300℃热作业锻造所述活塞主体(11)的所述坯件(11')以及随后在最高150℃的温度遭受冷作业。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过在600℃至900℃温作业锻造所述活塞主体(11)的所述坯件(11')。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述温作业之后，所述活塞主体(11)的所述坯件(11')遭受在最高150℃温度的冷作业。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过最高150℃的冷作业而锻造所述活塞主体(11)的所述坯件(11')。
12.一种用于内燃机的活塞(10)，根据权利要求1至11中任一项所述的方法生产。
13.根据权利要求12所述的活塞，其特征在于，所述活塞具有燃烧槽(12)，其是不对称的和/或相对于所述活塞中央轴线径向偏置以及/或者倾斜。
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