CN106958655A - 活塞销及制造活塞销的方法 - Google Patents
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Abstract
一种活塞销，具有偏心的重心并且由不同的材料构成并且安装成通过连杆的上端并通过活塞。活塞销包括圆柱形外部构件和圆柱形内部构件，圆柱形内部构件由具有比外部构件更低密度的材料构成并且布置在外部构件中。
Description
相关申请的交叉引证
本申请要求保护于2015年12月11日提交的韩国专利申请号10-2015-0176869的优先权权益，通过引证将其全部内容结合在此。
技术领域
本公开涉及一种用于连接发动机中的活塞和连杆的活塞销以及用于制造该活塞销的方法，更具体地，涉及一种具有偏心的重心的活塞销，包括由不同材料构成的外部构件和内部构件，并且涉及用于制造该活塞销的方法。
背景技术
如图1A和图1B示出的，用于连接发动机中的活塞1和连杆2的活塞销100形成圆柱形形状。
在活塞销100穿过连杆2的上端和活塞1的状态下，活塞销100通过卡环3被固定至活塞1，由此连接活塞1和连杆2。
常规的活塞销100由单一材料构成，并且活塞销100具有与活塞销100的几何中心重合的重心。
因此，当发动机操作时，因为活塞销100不旋转，所以不能正常执行润滑作用。
为了解决该问题，活塞销100被制造成相对于其几何中心具有偏心的重心。因此，当活塞1上升或下降时，活塞销100旋转。当活塞销100具有偏心的重心时，在活塞1上升或下降的同时，在竖直方向上施加加速度。因此，活塞销100旋转，以改善润滑作用。
然而，为了制造具有偏心的重心的活塞销100，必须考虑活塞1的弯曲变形或活塞1的截面形状的变形。即，为了在活塞1被安全地设计成防止活塞销100发生变形的状态下应用偏心率，就必须在保持最小厚度的同时减小活塞销的内径。因此，活塞销100的重量增加。当活塞销100的重心被偏心地设置成不增加活塞销100的重量时，则不可避免地损坏安全因素。
发明内容
本公开的一方面涉及一种具有偏心的重心并且由不同材料构成的活塞销，活塞销具有偏心的重心，但其重量不增加，并且活塞销在发动机操作过程中通过活塞上升或下降而旋转，由此改善润滑性能，并且本公开的一方面涉及一种用于制造活塞销的方法。
通过下列描述能够理解本公开其他目标和优点，并且参考本公开的实施方式，本公开的其他目标和优点将变得显而易见。进一步地，对本公开所属领域的技术人员显而易见的是，通过要求保护的手段及其组合能够实现本公开的目标和优点。
根据本公开的实施方式，活塞销具有偏心的重心并且由不同的材料构成并且安装成通过连杆的上端并通过活塞。活塞销可包括圆柱形外部构件和圆柱形内部构件，圆柱形内部构件由具有比外部构件更低密度的材料构成并且布置在外部构件中。
外部构件可由钢基合金构成。
外部构件可包含碳化钛(TiC)。
外部构件可由冷合金工具钢和TiC的混合物构成，冷合金工具钢包含1.4wt％至1.6wt％的碳(C)、11wt％至13wt％的铬(Cr)、11wt％至13wt％的钼(Mo)、0.8wt％至1.2wt％的镍(Ni)、0.2wt％至0.5wt％的钒(V)、0.0001wt％至0.4wt％的硅(Si)、0.0001wt％至0.6wt％的锰(Mn)、0.0001wt％至0.03wt％的磷(P)、0.0001wt％至0.03wt％的硫(S)以及剩余wt％的铁(Fe)。
外部构件可包含20wt％的TiC。
内部构件可由选自于铝(Al)合金、钛(Ti)合金以及碳纤维加固的塑料(CFRP)组成的组中的一种或多种材料构成。
内部构件可被迫使进入外部构件中。
在邻近于外部构件的端部的部位处，外部构件可具有朝向其端部增加的内径，从而使得末端的厚度减少。
外部构件可具有恒定的外径。
内部构件可以是倾斜的，以具有凹入的端部部分。
根据本公开的另一实施方式，活塞销具有偏心的重心并且由不同的材料构成并且安装成通过连杆的上端并通过活塞。活塞销可包括圆柱形外部构件和圆柱形内部构件，圆柱形内部构件形成在外部构件中并且具有布置在相对于外部构件的中心偏心的位置处的中心。
活塞销的重心可被定位成相对于外部构件的中心偏心。
活塞销的重心可定位在从外部构件的中心至内部构件的中心的相反方向上。
外部构件比内部构件具有更高的密度。
根据本公开的另一实施方式，活塞销具有偏心的重心并且由不同的材料构成，安装成通过连杆的上端并通过活塞。活塞销可包括圆柱形外部构件和圆柱形内部构件，圆柱形内部构件由具有比外部构件更低密度的材料构成、布置在外部构件中并且具有相对于外部构件的中心偏心的中心。
外部构件可由钢基合金构成。
外部构件可包括TiC。
外部构件可由冷合金工具钢与TiC的混合物构成，冷合金工具钢包含1.4wt％至1.6wt％的C、11wt％至13wt％的Cr、11wt％至13wt％的Mo、0.8wt％至1.2wt％的Ni、0.2wt％至0.5wt％的V、0.0001wt％至0.4wt％的Si、0.0001wt％至0.6wt％的Mn、0.0001wt％至0.03wt％的P、0.0001wt％至0.03wt％的S、以及剩余wt％的Fe。
外部构件可包含20wt％的TiC。
内部构件可由选自于Al合金、Ti合金以及CFRP组成的组中的一种或多种材料构成。
活塞销的重心可定位在从外部构件的中心至内部构件的中心的相反方向上。
在邻近于外部构件的端部的部位处，外部构件可具有朝向该端部增加的内径，以使得该端部的厚度减少。
外部构件可具有恒定的外径。
背部构件可以是倾斜的，以具有凹入的端部。
根据本公开的另一实施方式，该方法用于制造具有偏心的重心并且由不同材料构成的活塞销，活塞销安装成通过连杆的上端并通过活塞。该方法可包括：将圆柱形外部构件放置在模具中，在模具中，冲压设备被安装成待上升或下降；迫使圆柱形内部构件进入外部构件中，以使得内部构件布置在外部构件中，内部构件与外部构件由不同的材料构成；并且向外部构件和内部构件的两端加压，以使得内部构件不脱离外部构件。
外部构件可具有恒定的外径。在邻近于外部构件的端部的部位处，外部构件可具有朝向该端部减小的厚度。向外部构件和内部构件的两端加压可包括：相对于外部构件向内部构件的端部加压，以使得内部构件的端部凹入变形。
向外部构件和内部构件的两端加压可包括：使内部构件变形，以使得内部构件的外径在邻近于内部构件的端部的部位处增加。
在内部构件相对于外部构件偏心的状态下，内部构件可被迫使进入外部构件中。
内部构件可由具有比外部构件更低密度的材料构成。
外部构件由冷合金工具钢与TiC的混合物构成，冷合金工具钢包含1.4wt％至1.6wt％的C、11wt％至13wt％的Cr、11wt％至13wt％的Mo、0.8wt％至1.2wt％的Ni、0.2wt％至0.5wt％的V、0.0001wt％至0.4wt％的Si、0.0001wt％至0.6wt％的Mn、0.0001wt％至0.03wt％的P、0.0001wt％至0.03wt％的S、以及剩余wt％的Fe。
外部构件可包含20wt％的TiC。
附图说明
图1A和图1B是示出了通过常规活塞销连接活塞和连杆的状态的分解立体图。
图2是根据本公开的实施方式的具有偏心的重心并且由不同材料构成的活塞销的立体图。
图3是根据本公开的实施方式的具有偏心的重心并且由不同材料构成的活塞销的截面图。
图4是示出了根据本公开的实施方式的具有偏心的重心并且由不同材料构成的活塞销在活塞上升时发生旋转的原理的示意图。
图5是示出了根据本公开的实施方式的具有偏心的重心并且由不同材料构成的活塞销在活塞上升时发生旋转的状态的截面图。
图6是示出了根据本公开的实施方式的具有偏心的重心并且由不同材料构成的活塞销在活塞下降时发生旋转的状态的截面图。
图7是示出了根据本公开的实施方式的用于制造具有偏心的重心并且由不同材料构成的活塞销的方法的流程图。
图8A至图8D是示出了根据本公开的实施方式的用于制造具有偏心的重心并且由不同材料构成的活塞销的方法的简图。
图9A和图9B是示出了根据本公开的实施方式的向具有偏心的重心并且由不同材料构成的活塞销在活塞加压之前和之后的状态的截面图。
具体实施方式
将参考附图更为详细地描述下面所述的示例性实施方式。然而，本公开可涵盖不同的形式并且不应被视为局限于此处设置的实施方式。更确切地，这些实施方式被设置成使得本公开变得全面和完整并且将本公开的范围全部传递给本领域技术人员。在本公开中，本公开的各个图和实施方式中的类似参考标号指类似部件。
在下文中，将参考附图描述具有偏心的重心并且由不同材料构成的活塞销。
根据本公开的具有偏心的重心并且由不同材料构成的活塞销10可包括外部构件11和内部构件12，外部构件和内部构件由不同的材料构成，并且内部构件12偏心地定位在外部构件11中。
外部构件11可具有圆柱形形状。
当外部构件11独立存在时，外部构件11可具有相对于弯曲变形(即，活塞销10的纵向方向上的变形)稳定的厚度。外部构件11的在与其轴向方向垂直的方向上的截面可形成为具有偏心的内径。因此，外部构件11的周缘的一侧可比其另一侧具有更大的厚度。即，外部构件11的周缘的任意一侧可具有最小的厚度tmin，并且外部构件11的周缘的相对侧可具有最大的厚度tmax。
外部构件11可由钢或具有等于或大于钢的弹性系数的材料构成并且包含碳化钛(TiC)。
外部构件11可由锻钢(forging steel)制造。在特定实施方式中，可使用混合有冷合金工具钢和TiC的材料通过金属注塑成型工艺制造外部构件11。
冷合金工具钢(cold alloy tool steel)是与JIS-SKD11或KS-STD11对应的合金，可包括1.4wt％至1.6wt％的碳(C)、11wt％至13wt％的铬(Cr)、11wt％至13wt％的钼(Mo)、0.8wt％至1.2wt％的镍(Ni)、0.2wt％至0.5wt％的钒(V)、0.0001wt％至0.4wt％的硅(Si)、0.0001wt％至0.6wt％的锰(Mn)、0.0001wt％至0.03wt％的磷(P)、0.0001wt％至0.03wt％的硫(S)以及剩余wt％的铁(Fe)。
此时，可混合20wt％的TiC，以构成外部构件11。
如同外部构件11，内部构件12可具有圆柱形形状。
内部构件12可具有相对于截面形状的变形(椭圆变形)稳定的厚度并且包括形成在其中心处的中空部分13。
外部构件11的内径形成为与内部构件12的外径相匹配。进一步地，内部构件12可形成恒定的厚度。
内部构件12可由具有比外部构件11更低密度的材料构成。
内部构件12可包括铝(Al)合金、钛(Ti)合金、碳纤维加固塑料(CFRP)等。即，内部构件12可由选自于Al合金、Ti合金以及CFRP组成的组中的一种或多种合金构成。
具体地，内部构件12可由Al合金构成。当内部构件12由Al合金构成时，内部构件12的重量减少，并且在内部构件12被迫使进入外部构件11中的同时，内部构件12的热稳定性增加。
根据本公开，内部构件12可被迫使进入外部构件11中，以构成活塞销10。
在外部构件的外径恒定的状态下，外部构件11中邻近于端部的部位具有朝向端部减少的厚度，并且内部构件12具有凹入倾斜的端部部分(参考图9A和图9B)。
外部构件11的内径可相对于外部构件11的直径偏心。因此，当通过迫使内部构件12进入外部构件11中而制造活塞销10时，已制造的活塞销10的重心可存在于相对于外部构件11的几何中心偏心的位置处。
当将具有正常重心的内部构件12插入到具有偏心的重心的外部构件11中时，活塞销10可具有偏心的重心。
即，如图3中示出的，活塞销10可具有相对于活塞销10的中心OC偏心的重心(CG)。
具体地，因为外部构件11由具有比内部构件12更低密度的材料构成，所以外部构件11可具有在从外部构件11的中心OC至内部构件12的中心IEC的相反方向上偏心的重心CG。
因为根据本公开的活塞销10包括由不同材料构成的外部构件11和内部构件12并且内部构件12偏心地定位在外部构件11中，所以在发动机操作过程中，在活塞1上升或下降时，活塞销10可旋转。
即，如图4中示出的，当活塞1上升或下降时，可向活塞销10施加加速度。在图4中，当活塞1上升时，可在方向a上施加加速度，并且当活塞1下降时，可在方向a'上施加加速度。
此时，当活塞销10的重心偏心的一侧(外部构件具有最大厚度的一侧)朝向加速度的方向倾斜时，活塞销10可旋转。
例如，当活塞1上升时，活塞销10的重心偏心的一侧可从当前位置向上倾斜(参考图5)，并且当活塞1下降时，活塞销10的重心偏心的一侧可从当前位置向下倾斜(参考图6)。当重复上述所述过程时，活塞销10旋转，以改善润滑性能。
图7和图8A至图8D中示出了根据本公开的实施方式的用于制造具有偏心的重心并且由不同材料构成的活塞销的方法。
用于制造具有偏心的重心并且由不同材料构成的活塞销10的方法可包括：在步骤S110中，将圆柱形外部构件11放置在模具21中，在模具中，冲压设备22被安装成待上升和下降；在步骤S120中，迫使圆柱形内部构件12进入冲压设备22中，以便使得内部构件12布置在外部构件11中，内部构件12与外部构件11由不同的材料构成；并且在步骤S130中，向外部构件11和内部构件12的两端加压，以使得内部构件12不会脱离外部构件11。
在步骤S110中，之前制造的外部构件11可放置在模具21中。外部构件11可定位在模具21中形成的通孔内(参考图8A)。因此，可通过相对于模具21上升和下降的冲压设备22向外部构件11加压，并且外部构件11可定位在模具21中(参考图8B)。
在步骤S120中，形成为圆柱形形状的内部构件12可被迫使进入外部构件11中。内部构件12可通过其外径与外部构件11的内径重合的方式而定位，并且冲压设备22可朝向模具21移动，以迫使内部构件12进入外部构件11中(参考图8C)。
此时，因为外部构件11和内部构件12由不同的材料构成并且外部构件11具有偏心的内径，所以内部构件12可偏心地定位在外部构件11中，并且活塞销10可具有相对于活塞销10的几何中心偏心的重心CG。
在步骤S130中，当内部构件12定位在外部构件11中时，通过冲压设备22可向(彼此装配的)外部构件11和内部构件12的两端加压(参考图8D)。
贯穿步骤S130，外部构件11和内部构件12可耦接至彼此。
具体地，当外部构件11和内部构件12完成进入活塞销10时，外部构件11和内部构件12的端部或者外部构件11和内部构件12中邻近于端部的部位可发生变形，以防止内部构件12脱离外部构件11。
即，在步骤S130之前，外部构件11中邻近于端部的部位可具有朝向外部构件11的端部减少的厚度。即使在步骤S130之前或之后，外部构件11也具有恒定的厚度。贯穿步骤S130，当向活塞销10的两端加压时，外部构件11和内部构件12的端部以及外部构件11和内部构件12中邻近于端部的部位可发生变形(参考图9A和图9B)。如图9B中的放大部分A示出的，内部构件12的外径在内部构件12中邻近于端部的部位处增加，并且内部构件12可朝向其截面的中心发生凹入变形。从而改善了内部构件12与外部构件11的结合力。
根据本公开的实施方式，活塞销可包括由不同材料构成的外部构件和内部构件，并且内部构件可偏心地布置在外部构件中。
进一步地，在活塞销的重心偏心地设置的状态下，由于活塞销耦接至活塞时，所以在发动机操作过程中，当活塞下降和上升时，活塞销可旋转，由此改善润滑性能。
尽管已经参考具体实施方式描述了本公开，然而，令本领域技术人员显而易见的是，在不背离下列权利要求限定的发明的实质和范围的情况下，可以做出各种更改和变形。
Claims (20)
1.一种活塞销，所述活塞销由不同材料构成并且安装成通过连杆的上端并通过活塞，所述活塞销包括：
圆柱形外部构件；和
圆柱形内部构件，所述内部构件由具有比所述外部构件更低的密度的材料构成，所述内部构件布置在所述外部构件中。
2.根据权利要求1所述的活塞销，其中，所述外部构件包含碳化钛。
3.根据权利要求2所述的活塞销，其中，所述外部构件由冷合金工具钢与碳化钛的混合物构成，基于所述冷合金工具钢的总重量，所述冷合金工具钢包含1.4wt％至1.6wt％的碳、11wt％至13wt％的铬、11wt％至13wt％的钼、0.8wt％至1.2wt％的镍、0.2wt％至0.5wt％的钒、0.0001wt％至0.4wt％的硅、0.0001wt％至0.6wt％的锰、0.0001wt％至0.03wt％的磷、0.0001wt％至0.03wt％的硫、以及剩余wt％的铁。
4.根据权利要求3所述的活塞销，其中，所述外部构件包含20wt％的碳化钛。
5.根据权利要求1所述的活塞销，其中，所述内部构件由选自于铝合金、钛合金以及碳纤维加固的塑料组成的组中的一种或多种材料构成。
6.根据权利要求1所述的活塞销，其中，所述内部构件被迫使进入所述外部构件中。
7.根据权利要求6所述的活塞销，其中，在邻近于所述外部构件的端部的部位处，所述外部构件具有朝向所述外部构件的端部增加的内径，从而使得所述端部的厚度减少。
8.根据权利要求7所述的活塞销，其中，所述外部构件具有恒定的外径。
9.根据权利要求6所述的活塞销，其中，所述内部构件是倾斜的以具有凹入的端部部分。
10.一种活塞销，所述活塞销由不同材料构成并且安装成通过连杆的上端并通过活塞，所述活塞销包括：
圆柱形外部构件；和
圆柱形内部构件，所述内部构件形成在所述外部构件中，其中，所述圆柱形内部构件的中心布置在相对于所述外部构件的中心偏心的位置处。
11.根据权利要求10所述的活塞销，其中，所述活塞销的重心定位成相对于所述外部构件的中心偏心。
12.根据权利要求11所述的活塞销，其中，所述活塞销的重心定位在从所述外部构件的中心至所述内部构件的中心的相反方向上。
13.根据权利要求12所述的活塞销，其中，所述外部构件比所述内部构件具有更高的密度。
14.一种制造活塞销的方法，所述活塞销由不同的材料构成并且安装成通过连杆的上端并通过活塞，所述方法包括：
将圆柱形外部构件放置在模具中，在所述模具中，冲压设备被安装成待上升或下降；
迫使圆柱形内部构件进入所述外部构件中，以使得所述内部构件布置在所述外部构件中，所述内部构件与所述外部构件由不同的材料构成；并且
向所述外部构件和所述内部构件的两端加压，以使得所述内部构件不脱离所述外部构件。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述外部构件具有恒定的外径，
在邻近于所述外部构件的端部的部位处，所述外部构件具有朝向所述端部减小的厚度；并且
向所述外部构件和所述内部构件的两端加压包括：相对于所述外部构件向所述内部构件的端部加压，以使得所述内部构件的端部部分凹入变形。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，向所述外部构件和所述内部构件的两端加压包括：使所述内部构件变形，以使得所述内部构件的外径在邻近于所述内部构件的端部的部位处增加。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，在所述内部构件相对于所述外部构件偏心的状态下，所述内部构件被迫使进入所述外部构件中。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，所述内部构件由具有比所述外部构件更低的密度的材料构成。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述外部构件由冷合金工具钢与TiC的混合物构成，基于所述冷合金工具钢的总重量，所述冷合金工具钢包含1.4wt％至1.6wt％的C、11wt％至13wt％的Cr、11wt％至13wt％的Mo、0.8wt％至1.2wt％的Ni、0.2wt％至0.5wt％的V、0.0001wt％至0.4wt％的Si、0.0001wt％至0.6wt％的Mn、0.0001wt％至0.03wt％的P、0.0001wt％至0.03wt％的S以及剩余wt％的Fe。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述外部构件包含20wt％的TiC。
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