CN106061653A - 用于压铸活塞的磨损环、包括该磨损环的压铸活塞以及形成该磨损环的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于压铸设备的活塞的磨损环，包括环状本体，所述环状本体具有穿过该环状本体延伸的间隙。所述间隙被构造用以限定至少两对周向偏移的周向间隔开的面对表面。每对面对表面形成角度并且被构造成在磨损环被周向压缩时彼此以齐平方式接触。

Description

用于压铸活塞的磨损环、包括该磨损环的压铸活塞以及形成 该磨损环的方法

技术领域

本公开主要涉及压铸并且特别涉及用于压铸活塞的磨损环、包括该磨损环的压铸活塞以及形成该磨损环的方法。

背景技术

在汽车制造领域中，历史上由钢铁制成的结构性部件，诸如发动机架正日益被铝合金铸件代替。这些铸件通常庞大、复杂并且相对地薄，并且要求满足汽车制造的高质量标准。为了满足这些要求，通常使用真空辅助压铸生产这些铸件。

真空辅助压铸机包括活塞(有时称为“柱塞”)，该柱塞穿过有时称为“压射缸”的活塞孔前进，以将一定体积的液体金属推入模腔。真空被施加到活塞孔，以帮助液体金属穿过活塞孔流动。可替换的磨损环配合在活塞上，并且沿活塞的全部冲程持续地接触活塞孔的内部，以提供用于真空和液体金属两者的密封。磨损环自由地坐落在从活塞顶端的前表面向外的周向肋上，并且被分开，以允许其在使用前被安装在活塞顶端上，并且在使用后从活塞顶端移除。

例如，图1示出大致以参考标记20指示的现有技术的真空辅助压铸设备的一部分。真空辅助压铸设备20包括可在活塞孔22内移动的活塞，以将一定体积的液体金属(未示出)推入压铸模腔(未示出)，以形成铸件。在所示示例中，活塞位于其冲程的开始位置处，该位置处于通过其将一定体积的液体金属引入活塞孔22的端口24之后。

活塞包括安装在活塞杆(未示出)的前端上的活塞顶端30。活塞顶端30具有被构造用以接触经由端口24引入活塞孔22的一定体积的液体金属的前面32。活塞顶端30具有在其与前面32相邻的外表面上形成的周向肋34，以及位于活塞顶端30的顶表面上以接纳可移除的固位销38的上部孔36。活塞顶端30具有被布置在其外表面上的磨损环40。

可以在图2中更清楚地看出磨损环40。磨损环40由具有大致环状形状的本体组成，并且包括被成型用以接纳活塞顶端30的周向肋34的内侧周向凹槽42。磨损环40也包括间隙44，用于使得磨损环40在安装到活塞顶端30上和从活塞顶端30移除期间能够视需要地扩张。使用传统的直线切削加工间隙44，以便间隙的相对侧上的磨损环40的面对表面46平行于径向方向。磨损环40还包括半圆柱形槽口48，该半圆柱形槽口48在与间隙44径向相对的位置处被加工在磨损环40中，并且被成型用于容纳可移除固位销38。

在使用期间，通过首先将固位销38插入上部孔36中，然后使磨损环40周向扩张，并且将内侧周向凹槽42配合到活塞顶端的周向肋34上，半圆柱形槽口48与固位销38对齐，而将磨损环40安装到活塞顶端30上。一旦安装，磨损环40就被锁定在相对于活塞顶端30的旋转位置中，如图1中所示，间隙44位于活塞顶端30的下侧处。

然后，将具有已经在其上安装有磨损环40的活塞顶端30的活塞插入压铸设备的活塞孔22中。由于磨损环40按尺寸成型，使得其外径稍微大于活塞孔的内径，所以将活塞插入活塞孔内引起磨损环周向压缩。响应于该压缩，磨损环40的面对表面46移动而彼此接触。作为直线切削的结果，磨损环40的面对表面46仅部分地，或者沿如图3中所示的接触线45彼此接触。应理解的是，这种部分接触对其中暴露的任何液体金属提供不良密封。

已经公开了包括磨损环的其它压铸活塞。例如，Mueller的美国专利No.5,048,592公开了一种用于迫使熔融的铝或者铜流出压铸机的铸造缸的柱塞。柱塞包括柱塞盖，柱塞盖经由内螺纹而拧紧在支撑本体的外螺纹上，并且由特别是铜合金的材料制成，柱塞盖具有比铸造缸的材料(特别是钢)以及支撑本体的材料(特别是钢)更大的热膨胀系数。在一个实施例中，柱塞盖在其外部覆盖面上具有包括外部环状网的圆柱形延伸体，该圆柱形延伸体接合到密封环的对应的内部环状凹槽内。密封环被径向地分为阶梯形状。

Schivalocchi等的美国专利NO.7,900,552公开了一种包括本体和绕本体安装的至少一个密封带的冷室压铸机的活塞。本体和密封带具有联接装置，用于获得密封带到活塞本体的角度锁定和轴向锁定。

Müller等的美国专利No.8,136,574公开了一种用于固定至在冷室压铸机的铸造缸内轴向运行的活塞杆的高压侧端的组合活塞。该活塞包括在高压侧上形成活塞前面的活塞顶，以及连接至低压侧上的活塞顶的衬套形式的活塞本体。设置互补卡扣锁定装置，用于将活塞轴向固定至活塞顶和末端上的活塞杆的末端。在一个实施例中，活塞在其外部圆周上载有带狭槽的磨损环。带狭槽的磨损环具有形成多个阶梯的狭槽边缘，周向延伸的阶梯表面彼此抵靠。

本发明的目标至少在于提供一种用于压铸活塞的新型磨损环、包括该磨损环的压铸活塞以及形成该磨损环的方法。

发明内容

因而，一方面，提供一种用于压铸设备的活塞的磨损环，该磨损环包括：环状本体，该环状本体具有穿过其延伸的间隙，该间隙被构造用以限定至少两对周向偏移的周向间隔开的面对表面，每对面对表面形成角度并且被构造成在磨损环被周向压缩时彼此以齐平方式接触。

每对面对表面中的一个面对表面可以相对于在朝向本体的内径的方向上将面对表面之间的间隙等分的径向线向内形成角度。

每对面对表面的两个面对表面可以相对于在朝向本体的内径的方向上将面对表面之间的间隙等分的径向线向内形成角度。

每对面对表面的两个面对表面可以限定关于将面对表面之间的间隙等分的径向线的角度，由每个表面限定的角度相同。该角度可以从约1度至约4度。

每对面对表面中的一个面对表面可以限定关于将面对表面之间的间隙等分的径向线的角度。该角度可以从约1度至约4度。

每对面对表面中的两个面对表面可以在磨损环的轴向方向中延伸。

磨损环还可以包括被构造用以接合活塞的、位于环状本体上的至少一个特征。该至少一个特征可以是至少一个突出部和至少一个内侧周向凹槽中的一个。

磨损环可以与压铸设备的活塞一起使用。压铸设备可以是真空辅助压铸设备。

另一方面，提供一种压铸设备的活塞，该活塞包括：被构造用以推动液体金属穿过活塞孔的活塞顶端；和被布置在活塞顶端的外表面上的磨损环，磨损环包括环状本体，所述环状本体具有穿过其延伸的间隙，该间隙被构造用以限定至少两对周向偏移的周向间隔开的面对表面，每对面对表面形成角度并且被构造成在磨损环被周向压缩时彼此以齐平方式接触。

也提供一种包括该活塞的压铸设备。该压铸设备可以是真空辅助压铸设备。

另一方面，提供一种方法，包括：在压铸设备磨损环的环状本体中形成间隙，该间隙被构造用以限定至少两对周向偏移的周向间隔开的面对表面，每对面对表面形成角度并且被构造成在磨损环被周向压缩时彼此以齐平方式接触。

该形成可以包括通过电火花加工的切削。

附图说明

现在将参考附图更全面地描述实施例，其中：

图1是包括具有活塞顶端的活塞的现有技术压铸设备的一部分的侧视截面图；

图2是图1的活塞顶端的截面图，示出在活塞顶端上安装的磨损环；

图3是图2的磨损环的一部分的透视图，该磨损环正受到周向压缩；

图4是包括具有活塞顶端的活塞的压铸设备的一部分的侧视截面图；

图5是图4的活塞顶端的截面图，示出在活塞顶端上安装的磨损环；

图6是图5的磨损环的透视图；

图7是图5的磨损环的一部分的侧视截面图；

图8是图5的磨损环的一部分的透视图；

图9是图5的磨损环的前视图；并且

图10是图5的磨损环的一部分的透视图，该磨损环正受到周向压缩。

具体实施方式

现在参考图4和图5，其中示出并且大致以参考标记120指示的真空辅助压铸设备的一部分。真空辅助压铸设备120包括可在活塞孔122内移动的活塞，用于将一定体积的液体金属(未示出)推入压铸模腔(未示出)，以形成铸件。在所示示例中，活塞位于其冲程的开始位置处，该位置处于通过其将一定体积的液体金属引入活塞孔122的端口124之后。

活塞包括安装在活塞杆(未示出)的前端上的活塞顶端130。活塞顶端130具有被构造用以接触经由端口124引入活塞孔122的一定体积的液体金属的前面132。活塞顶端130具有在其在前面132后面的外表面上形成的周向肋134。活塞顶端130包括被布置在周向肋134上的可替换磨损环140。

在图6至10中更清楚地示出磨损环140。磨损环140包括具有大致环状形状并且由弹性材料制成的本体。在该实施例中，磨损环140由DIN 1.2344等级钢制成。磨损环140包括被成型用以接纳活塞顶端130的周向肋134的内侧周向凹槽142。磨损环140也包括周向凹槽144，周向凹槽144被构造用以拦截在操作期间穿过磨损环140和活塞顶端130之间的液体金属。磨损环140也包括用于在操作期间促进活塞穿过活塞孔的向后运动的后倾斜表面146。

磨损环140进一步包括间隙150，用于促进将磨损环140安装到活塞顶端130上以及从活塞顶端130移除。间隙150不是直线穿过磨损环延伸，而是包括通过至少一个阶梯或者凹凸部(jog)而连接在一起的两对或者更多对周向偏移的周向间隔开的面对表面。应理解的是，间隙150使得磨损环140在活塞操作期间能够视需要地扩张和收缩。

通过切割原本连续的环而形成间隙150。在该实施例中，通过电火花加工(EDM)形成间隙150。间隙150包括在轴向方向中延伸并且限定周向间隔开的面对表面154和156的第一部分152、在轴向方向中延伸并且限定周向间隔开的面对表面162和164的第二部分158，以及在周向方向中延伸并且连接第一部分152与第二部分158并且限定面对表面170和172的中间部分168。如图8中可以看到的，第一部分152和第二部分158周向偏移。

在该实施例中，使用斜切加工间隙150的第一部分152。结果，如图9中可以看到的，面对表面154和156每个都向内形成角度，使得面对表面154和156每个都与穿过第一部分152的中心延伸的径向线限定出角度θ。径向线将面对表面154和156之的间隙等分，并且面对表面154和156在朝向本体的内径的方向上形成角度。在该实施例中，也使用斜切加工间隙150的第二部分158，并且结果是面对表面162和164每个都向内形成角度，使得面对表面162和164每个都与穿过第二部分158的中心延伸的径向线限定出角度θ。径向线将面对表面162和164之间的间隙等分，并且面对表面162和164在朝向本体的内径的方向上形成角度。

在使用时，通过将内侧周向凹槽142配合到活塞顶端130的周向肋134上而将磨损环140安装到活塞顶端130上。然后，将已经在其上安装有活塞顶端130的活塞插入压铸设备的活塞孔内。由于磨损环140按尺寸成型，使得其外径稍微大于活塞孔122的内径，所以将活塞顶端插入活塞孔122中引起磨损环140周向压缩。响应于该压缩，使得面对表面154和156以及面对表面162和164相应地彼此接触。由于斜切，所以面对表面154和156以齐平方式彼此接触，使得基本上整个表面154接触基本上整个表面156。类似地，由于斜切，所以面对表面162和164以齐平方式彼此接触，使得基本上整个表面162接触基本上整个表面164。

在冲程循环开始时，活塞位于其在活塞孔122内的起始位置处，并且通过端口124将一定体积的液体金属引入活塞顶端130前方的活塞孔122中。然后，活塞穿过活塞孔122向前移动，以将一定体积的液体金属推入模腔中，以形成金属铸件，并且然后向后移动至其起始位置，以完成冲程循环。在该运动期间，被布置在活塞顶端130上的磨损环140持续地接触活塞孔122的内表面128，并且提供液体金属密封，以防止液体金属在活塞顶端130和活塞孔122的内表面128之间穿过。磨损环140也提供用于保持活塞孔122的前部体积内的真空(即，低压)的真空密封。该循环视需要地重复，以生产多个金属铸件。

应明白的是，磨损环140的斜切允许基本上整个面对表面154和156与基本上整个面对表面162和164以齐平方式分别彼此接触，这有利地使得磨损环140提供比传统磨损环更好的液体金属密封。结果，活塞顶端130可以有利地与被布置在其上的处于任何旋转位置的磨损环140一起操作。与传统的磨损环不同，不需要将间隙150定位在活塞顶端130的下侧上，以便降低其在操作期间对液体金属的暴露。因而，磨损环140能够有利地以比传统磨损环更容易做到的方式安装到活塞顶端130上以及从活塞顶端130移除。

此外，并且应明白的是，磨损环140被构造成安装到活塞顶端130上，而不需要固位销。结果，磨损环140不需要在其中加工槽口以容纳固位销，否则，这能够在磨损环内产生应力集中点，并且引起机械故障。因而，与旨在与固位销一起使用的传统磨损环相比，磨损环140有利地具有更好的结构整体性和较大的强度。

虽然在上述实施例中，活塞顶端具有在其外表面上形成的周向肋，并且磨损环包括被成型用以容纳该周向肋的内侧周向凹槽，但是在其它实施例中，可以可替选地使用其它构造。例如，在一个实施例中，活塞顶端可以可替选地包括一个或者更多凹部，每个凹部被构造用以接纳从磨损环的内表面向内突出的突出部。作为另一示例，在另一实施例中，活塞顶端可以可替选地具有在其外表面上形成的多个突出部，并且磨损环可以包括多个凹槽或者凹部，每个凹槽或者凹部都被构造用以接纳突出部。

虽然在上述实施例中，间隙包括第一部分和第二部分，第一和第二部分的每个部分在轴向方向中延伸并且限定周向间隔开的面对表面，但是在其它实施例中，第一部分和第二部分其中之一或者两者可以可替选地在非轴向方向中延伸。例如，在一个实施例中，第一部分和第二部分其中之一或者两者可以可替选地限定与轴向方向限定出角度的周向间隔开的面对表面。

虽然在上述实施例中，第一和第二部分中的每个部分的周向间隔开的面对表面的每个面对表面都向内形成角度，使得每个面对表面都与穿过该部分的中心的径向线限定出角度θ，但是在其它实施例中，第一和第二部分中的一个部分或两个部分的周向间隔开的面对表面中的仅一个面对表面可以可替选地向内形成角度，使得该带角度表面与穿过该部分的中心的径向线限定出角度θ。

虽然在上述实施例中，间隙包括三个(3)部分，即通过中间部分连接的第一部分和第二部分，但是在其它实施例中，间隙可以可替选地包括不同数目的部分。例如，虽然在上述实施例中，间隙包括每个都在轴向方向中延伸并且每个都限定向内形成角度的周向间隔开的面对表面的第一部分和第二部分，但是在其它实施例中，间隙可以可替选地包括不止两个部分，其每个都在轴向方向中延伸并且每个都限定向内形成角度的周向间隔开的面对表面。在相关实施例中，间隙可以进一步包括不止一个在周向方向中延伸并且限定面对表面的中间部分，其中限定周向间隔开、形成角度的面对表面的相邻部分通过相应的中间部分连接。

虽然在上述实施例中，通过对原本连续的环进行电火花加工(EDM)形成间隙，但是在其它实施例中，可以可替选地通过另一种适当的方法形成间隙。在又一其它实施例中，可以可替选地通过铸造形成包括间隙的磨损环。

虽然在上述实施例中，磨损环由DIN 1.2344等级钢制成，但是在其它实施例中，磨损环可以可替选地由另一等级的钢制成，诸如DIN1.2367级钢。在又一其它实施例中，磨损环可以可替选地由任何适当的工具钢，或者由任何其它适当的材料，诸如铜铍合金制成。

磨损环可以按适当的尺寸成型，以便可安装在活塞顶端上，以在具有从约1英寸至约10英寸范围的内径的活塞孔中使用。角度θ的值可以从约1度至约4度。

虽然在上述实施例中，活塞顶端和磨损环是在真空辅助压铸设备中使用的，但是应理解的是，活塞顶端和磨损环可以可替选地在非真空辅助压铸设备中使用。

以下示例示出上述实施例的应用。

示例

在该示例中，磨损环被构造成将被安装在活塞顶端上，以在具有约4.00英寸的内径的活塞孔的真空辅助压铸设备中使用。磨损环由DIN1.2344等级钢制成，并且通过电火花加工形成磨损环中的间隙。加工后，磨损环具有约4.06英寸的外径，约3.60英寸的最小内径，约0.79英寸的轴向长度，以及约2.92度的角度θ。

当被安装在活塞顶端上并且被插入活塞孔内时，磨损环受周向压缩，由此外径缩小为约4.00英寸，并且最小内径缩小为约3.54英寸。

虽然上文已经参考附图描述了实施例，但是本领域技术人员应明白，在不偏离所附权利要求书限定的本发明的范围的情况下，可以作出各种变型和修改。

Claims (35)

1.一种用于压铸设备的活塞的磨损环，所述磨损环包括：

环状本体，所述环状本体具有穿过其延伸的间隙，所述间隙被构造用以限定至少两对周向偏移的周向间隔开的面对表面，每对所述面对表面形成角度并且被构造成在所述磨损环被周向压缩时彼此以齐平方式接触。

2.根据权利要求1所述的磨损环，其中每对所述面对表面中的一个面对表面相对于在朝向所述本体的内径的方向上将所述面对表面之间的间隙等分的径向线向内形成角度。

3.根据权利要求1所述的磨损环，其中每对所述面对表面中的两个面对表面都相对于在朝向所述本体的内径的方向上将所述面对表面之间的间隙等分的径向线向内形成角度。

4.根据权利要求1所述的磨损环，其中每对所述面对表面中的两个面对表面都与将所述面对表面之间的间隙等分的径向线限定角度，由每个表面限定的所述角度是相同的。

5.根据权利要求4所述的磨损环，其中所述角度从约1度至约4度。

6.根据权利要求1所述的磨损环，其中每对所述面对表面中的一个面对表面与将所述面对表面之间的间隙等分的径向线限定角度。

7.根据权利要求6所述的磨损环，其中所述角度从约1度至约4度。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的磨损环，其中每对所述面对表面的两个面对表面都在所述磨损环的轴向方向中延伸。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的磨损环，进一步包括在所述环状本体上的被构造用以接合所述活塞的至少一个特征。

10.根据权利要求9所述的磨损环，其中所述至少一个特征是至少一个突出部和至少一个内侧周向凹槽中的一个。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的磨损环与压铸设备的活塞的用途。

12.根据权利要求11所述的用途，其中所述压铸设备是真空辅助压铸设备。

13.一种压铸设备的活塞，所述活塞包括：

被构造用以推动液体金属穿过活塞孔的活塞顶端；和

被布置在所述活塞顶端的外表面上的磨损环，所述磨损环包括环状本体，所述环状本体具有穿过其延伸的间隙，所述间隙被构造用以限定至少两对周向偏移的周向间隔开的面对表面，每对所述面对表面形成角度并且被构造成在所述磨损环被周向压缩时彼此以齐平方式接触。

14.根据权利要求13所述的活塞，其中每对所述面对表面中的一个面对表面相对于在朝向所述本体的内径的方向上将所述面对表面之间的间隙等分的径向线向内形成角度。

15.根据权利要求13所述的活塞，其中每对所述面对表面中的两个面对表面都相对于在朝向所述本体的内径的方向上将所述面对表面之间的间隙等分的径向线向内形成角度。

16.根据权利要求13所述的活塞，其中每对所述面对表面中的两个面对表面都与将所述面对表面之间的间隙等分的径向线限定角度，由每个表面限定的所述角度是相同的。

17.根据权利要求16所述的活塞，其中所述角度从约1度至约4度。

18.根据权利要求13所述的活塞，其中每对所述面对表面中的一个面对表面与将所述面对表面之间的间隙等分的径向线限定角度。

19.根据权利要求18所述的活塞，其中所述角度从约1度至约4度。

20.根据权利要求13至19中任一项所述的活塞，其中每对所述面对表面的两个面对表面都在所述磨损环的轴向方向中延伸。

21.根据权利要求13至20中任一项所述的活塞，进一步包括在所述环状本体上的被构造用以接合所述活塞的至少一个特征。

22.根据权利要求21所述的活塞，其中所述至少一个特征是至少一个突出部和至少一个内侧周向凹槽中的一个。

23.一种包括根据权利要求13至22中任一项所述的活塞的压铸设备。

24.根据权利要求23所述的压铸设备，其中所述压铸设备是真空辅助压铸设备。

25.一种方法，包括：

在压铸设备磨损环的环状本体中形成间隙，所述间隙被构造用以限定至少两对周向偏移的周向间隔开的面对表面，每对所述面对表面形成角度并且被构造成在所述磨损环被周向压缩时彼此以齐平方式接触。

26.根据权利要求25所述的方法，其中形成步骤包括通过电火花加工进行切削。

27.根据权利要求25或者26所述的方法，其中每对所述面对表面中的一个面对表面相对于在朝向所述本体的内径的方向上将所述面对表面之间的间隙等分的径向线向内形成角度。

28.根据权利要求25或者26所述的方法，其中每对所述面对表面中的两个面对表面都相对于在朝向所述本体的内径的方向上将所述面对表面之间的间隙等分的径向线向内形成角度。

29.根据权利要求25或者26所述的方法，其中每对所述面对表面中的两个面对表面都与将所述面对表面之间的间隙等分的径向线限定角度，由每个表面限定的所述角度是相同的。

30.根据权利要求29所述的方法，其中所述角度从约1度至约4度。

31.根据权利要求25或者26所述的方法，其中每对所述面对表面中的一个面对表面与将所述面对表面之间的间隙等分的径向线限定角度。

32.根据权利要求31所述的方法，其中所述角度从约1度至约4度。

33.根据权利要求25至32中任一项所述的方法，其中每对所述面对表面中的两个面对表面都在所述磨损环的轴向方向中延伸。

34.根据权利要求25至32中任一项所述的方法，其中所述环状本体包括用于接合所述活塞的至少一个特征。

35.根据权利要求34所述的方法，其中所述至少一个特征是至少一个突出部和至少一个内侧周向凹槽中的一个。