DD279203A1

DD279203A1 - PROCESS FOR PRODUCING PISTONS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES

Info

Publication number: DD279203A1
Application number: DD32474889A
Authority: DD
Inventors: Lutz Buechner; Alexander N Schalei; Evgenij G Ternowoi
Original assignee: Druckguss U Kolbenwerke Veb
Priority date: 1989-01-02
Filing date: 1989-01-02
Publication date: 1990-05-30

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Kolben fuer Brennkraftmaschinen, insbesondere fuer schnellaufende, thermisch und mechanisch hoch beanspruchte Dieselmotoren. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe durch ein Verfahren geloest, bei dem eine Kombination von Elektronenstrahl- und Plasmaumschmelzverfahren zur Herstellung ringnutenbewehrter Kuehlkanalkolben zur Anwendung gelangt. Die ringfoermigen Einsaetze, bestehend aus mehreren Teilen, werden im Kolbenkopfbereich eingesetzt und mit Elektronenstrahl verschweisst. Der obere Teil der Elektronenschweissnaht und des plasmaumschmolzenen Bereiches wird masslich mit der Lage der ersten Kolbenringnut in Uebereinstimmung gebracht. Die Umschmelzveredelung erfolgt bis zu einer Tiefe von 1,2 der Kolbenringnutentiefe der Kolbenringnutentiefe und 0,8 zur Tiefe des ringfoermigen Einsatzes. Der ringfoermige Einsatz besteht aus Material auf Al-Basis das sich in seiner chemischen Zusammensetzung vom Kolben unterscheidet und/oder aus einer Leichtmetall-Legierung mit einem Wasserstoffgehalt von 0,3 cm3/100 g Material besteht. Fig. 1 und 2Method for producing pistons for internal combustion engines, in particular for high-speed, thermally and mechanically highly stressed diesel engines. According to the invention, the object is achieved by a process in which a combination of electron beam and plasma fusion processes is used for producing annularly grooved cooling-chamber pistons. The ring-shaped inserts, consisting of several parts, are inserted in the piston head area and welded with electron beam. The upper part of the electron weld seam and the plasma melted area is brought into coincidence with the position of the first piston ring groove. The Umschmelzveredelung takes place to a depth of 1.2 of the Kolbenringnutentiefe the Kolbenringnutentiefe and 0.8 to the depth of the ring-shaped insert. The ring-shaped insert consists of Al-based material which differs in its chemical composition from the piston and / or consists of a light metal alloy with a hydrogen content of 0.3 cm3 / 100 g of material. Fig. 1 and 2

Description

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Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kolben für Brennkraftmaschinen, insbesondere für schnellaufende Dieselmotoren. Für diese thermisch und mechanisch hoch beanspruchten Kolben wird eine Möglichkeit aufgezeigt, in technologisch günstiger Weise einen Kühlkanal einzuarbeiten und zugleich verschleißfeste Ringnuten zu erzielen.The invention relates to a method for producing pistons for internal combustion engines, in particular for high-speed diesel engines. For these thermally and mechanically highly stressed pistons a way is shown to incorporate a cooling channel in a technologically favorable manner and at the same time to achieve wear-resistant annular grooves.

Characteristic of the known technical solutions

Für die Herstellung von Kolben mit Kühlkanälen sind Lösungen bekannt, die das Elektronenstrahlverfahren für die Verbindung von einem ringförmigen Element mit einem Kolbengrundkörper als Schweißverbindung nutzen. Derartige Lösungen sind beschrieben in den Patentschriften DD-PS 137334, DD-PS 146321, DD-PS 142372 und US-PS 3914574 (B32K). Die dort offenbarten Verfahren besitzen im Wesentlichen folgende Nachteile:For the production of pistons with cooling channels solutions are known which use the electron beam method for the connection of an annular element with a piston body as a welded joint. Such solutions are described in patents DD-PS 137334, DD-PS 146321, DD-PS 142372 and US-PS 3914574 (B32K). The methods disclosed therein essentially have the following disadvantages:

- Durchführung einer Beschichtung des Einsatzkörper vor der Montage bzw. Herstellung eines mit einem Ringträger versehenen Einsatzkörpers- Carrying out a coating of the insert body prior to assembly or manufacture of a provided with a ring carrier insert body

- Einbringung von mindestens 2 Schweißnähten in verschiedenen Elementen, welche Deformationen und Spannungen hervorrufen können.- Insertion of at least 2 welds in different elements, which can cause deformations and stresses.

Die in der Literatur beschriebenen Lösungen zur Herstellung von Kühlkanalkolben wenden ein Ladungsträgerstrählverfahren an, mit welchem vornehmlich ringförmige Elemente aufgesetzt und verschweißt werden.The solutions described in the literature for the production of cooling channel pistons employ a charge carrier screening method with which mainly annular elements are placed and welded.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung ist es, eine bessere verfahrens-technologische Lösung zur Herstellung von nutflankenbewehrten Kühlkanalkolben anzugeben. Bei Beibehaltung der Gebrauchswertparameter soll eine Senkung des Aufwandes bei der Herstellung nachgewiesen werden.The aim of the invention is to provide a better process-technological solution for the production of groove flank reinforced cooling channel piston. If the utility value parameters are retained, a reduction in the expense during production should be demonstrated.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren aufzuzeigen, mittels dessen der Kühlkanal im Bereich des Ringfeldes nach der Herstellung des Kolbengrundkörpers von außen verschlossen werden kann und zugleich eine Verfestigung des Bereiches der Nutenflanken erreicht wird.The invention has for its object to provide a method by means of which the cooling channel can be closed in the region of the ring field after the production of the piston body from the outside and at the same time a solidification of the region of the groove flanks is achieved.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, bei dem eine Kombination von Elektronenstrahl- und Plasmastrahiumschmelzverfahren zur Herstellung von ringnutbewehrten Kühlkanalkolben verwirklicht wird. Die Erfindung beinhaltet, daß in den Kolben ringförmige Einsätze aus mehreren Teilen (mindestens 2 Teile) im Kolbenkopfbereich eingesetzt werden. Die.«· " eile werden am Kolben mit 2 in radialer Richtung liegenden Schweißnähten mittels Elektronenstrahl verschweißt. Die ringiOrmigen Einsätze können mit Längsnähten mittels ES-Verfahron verschweißt werden. Der obere Teil der ES-Schweißnaht und des plasmaumschmolzenen Bereiches wird maßlich mit der Lage der ersten Kolbenringnut zur Übarfiin.timmung gebracht.According to the invention the object is achieved by a method in which a combination of electron beam and plasma arc melting process for the production of ringnutbewehrten cooling channel piston is realized. The invention involves inserting into the piston annular inserts of several parts (at least 2 parts) in the piston head area. The spokes are welded to the piston by means of 2 radially oriented welds by means of electron beam welding.The annular inserts can be welded to longitudinal seams by means of an ES method.The upper part of the ES weld seam and the plasma melted area is dimensionally aligned with the position of the first piston ring groove brought to Übarfiin.timmung.

Die Umschmelzveredlung erfolgt vorzugsweise bis zu einer Tiefe S 1,2 der Kolbenringnutentiefe und S 0,80 zur Tiefe des ringförmigen Einsatzes, wobei diese Tiefe S 1,6 der Kolbenriügnutentiefe betragen soll.The Umschmelzveredlung is preferably up to a depth S 1,2 of the Kolbenringnutentiefe and S 0,80 to the depth of the annular insert, said depth S 1,6 should be the Kolbenriügnutentiefe.

Der ringförmige Einsatz besteht aus Material auf Al-Basis das sich ir· _oeiner chemischen Zusammensetzung vom Kolbenmaterial unterscheiden kann, und/oder aus einer Leichtmetall-Legierung mit einem Wasserstoffgehalt H₂-Gehalt §0,3cm³/100g Metall besteht.The annular insert is made of material Al-base extending ir · _o can be a chemical composition different from the piston material, and / or from a light metal alloy having a hydrogen content H ₂ content §0,3cm ³ / 100g is metal.

Die Ringnut befindet sich im ringförmigen Einsatz. Zur Vorbereitung des Kolbens zurr Schweißen werden die hohlraumbildendt η Konturen in den Kolbenkopf eingearbeitet. Der ringförmige Einsatz wird aus mehreren Teilen gefertigt und vom Kolbenmantel in radialer Richtung in den Kolbenkörper eingefügt.The annular groove is located in the annular insert. To prepare the piston for welding, the cavity-forming η contours are worked into the piston head. The annular insert is made of several parts and inserted from the piston skirt in the radial direction in the piston body.

Die Schweißung wird mittels Elektronenstrahl ausgeführt. Die Erhöhung der Verschleißbeständigkeit der Kolbenringnut wird durch Legierung verschiedener Zusätze erreicht, wobei die Konzentration dieser Elemente 3 bis 12mafgrößer als im Grundmaterial ist.The welding is carried out by electron beam. The increase in the wear resistance of the piston ring groove is achieved by alloying various additives, the concentration of these elements is 3 to 12m greater than in the base material.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Figuren 1 und 2 zeigen die Ausführungsheispiele mit den Lösungsvarianten und die Möglichkeiten der ES-SchweilJnahtverbindungen sowie den plasma-umschmolzenen Bereich.Figures 1 and 2 show the Ausführungsheispiele with the solution variants and the possibilities of ES-SchweilJnahtverbindungen and the plasma-melted area.

Der Kolben 1 besteht aus dem Küh'kanal 2, den aus mehreren Teilen zusammensetzbaren (mindestens 2) ringförmigen Elementen 3.The piston 1 consists of the Küh'kanal 2, which can be composed of several parts (at least 2) annular elements. 3

Gemäß der Figuren 1 a und 1 b werden diese ringförmigen Elemente 3 von außen in den ausgearbeiteten Bereich eingesetzt.According to Figures 1 a and 1 b, these annular elements 3 are used from the outside in the elaborated area.

Diese verschließen den Kühlkanal 2 von außen.These close the cooling channel 2 from the outside.

Mit der Anwendung des ES-Schweißverfahrens werden diese ringförmigen Elemente 3 mit dem Kolbengrundkörper mit den radialen Nähten 4 und 5, Figur 1 c, verbunden.With the application of the ES welding process, these annular elements 3 are connected to the piston main body with the radial seams 4 and 5, Figure 1 c.

Mit diesen parallelen Nähten 4 und 5 entsteht der Kühlkanal 2 im Koben.With these parallel seams 4 and 5, the cooling channel 2 is formed in the box.

Die Längsnähte 6zwischenden ringförmigen Segmenten 3 Heger· «r.i Plasmaumschmelzbereich 7. Die Figuren 2a und 2bzeigen die Längsnähte 6 und den Plasmaumschmelzbereich 7 zur \ orfestigung der in diesem Bereich einzuarbeitenden Ringnuten.The longitudinal seams 6between the annular segments 3 Heger.R.i Plasmaumschmelzbereich 7. Figures 2a and 2b show the longitudinal seams 6 and the Plasmaumschmelzbereich 7 for or to be incorporated in this area annular grooves.

Durch die Plasmaumschmelzung, wobei zur Erhöhung der Verschleißbeständigkeit zusätzliche Elemente Ni, Cr, Cu sowie deren Legierungen eingeschmolzen werden, wird erfindungsgemäß auf den Einsatz von Ringträgern verzichtet.Due to the plasma melting, wherein additional elements Ni, Cr, Cu and their alloys are melted in order to increase the wear resistance, the use of ring carriers is dispensed with according to the invention.

Durch die Plasmaumschmelzbehandlung im Plasmaumschmelzbereich 7 wird der Kühlkanal hermetisiert, und an den Längsnähten 6 zwischen den ringförmigen Elementen 3 miteinander verbunden.By means of the plasma melt treatment in the plasma melting region 7, the cooling channel is hermetized and connected to one another at the longitudinal seams 6 between the annular elements 3.

Die Prozesse der Umschmelzbehandlung können unmittelbar nacheinander erfolgen und vereinfachen die Herstellungstechnologie. Die konstruktiv bedingte Lage der Kolbenringnut 7 kann so ausgewählt werden, daß gemäß der motorischen Anforderungen und Nutzungsdauer diese im Plasmaumschmelzbereich 7 angeordnet werden kann. Bei Verwendung von Zusatzwerkstoff im Plasmabereich 7 muß die Konzentration der Legierungsbestandteile, z. B. Nickel mindestens 3% betragen, damit eine spürbare Verbesserung des Verschleißwiderstandes eintritt. Das Verfahren wurde an Kolben 1 erprobt, welche im Schwerkraftkokillenguß mit einem H₂-Gehalt 0,3-0,9cm³/100g hergestellt werc'on.The processes of remelting can be done in quick succession, simplifying the manufacturing technology. The constructive condition of the piston ring groove 7 can be selected so that it can be arranged in the plasma melting region 7 according to the motor requirements and service life. When using filler material in the plasma region 7, the concentration of the alloy components, eg. B. nickel be at least 3%, so that a noticeable improvement in the wear resistance occurs. The method was tested on piston 1 which werc'on ³ / 100g prepared in the gravity die with an H ₂ content 0,3-0,9cm.

Während der Plasmaumschmelzung wurde vorzugsweise durch die Zuführung von Nickel direkt eine Konzentration von 6-7% in diesem Bereich 7 erreicht.During the plasma melting, it was preferable to achieve a concentration of 6-7% in this area 7 directly by supplying nickel.

Diese Konzentration im Plasmaumschmelzbereich erhöht nachgewiesen die Verschleißbeständigkeit.This concentration in the plasma melting range has been demonstrated to increase the wear resistance.

Claims

1. A method for producing pistons for internal combustion engines with a lying in the region of the ring field, by applying the ES method with an annular element same or similar material as the piston body closed cooling channel, characterized in that the annular element consists of at least 2 segments, which are used from the outside in the groove surrounding the cooling channel and close this, wherein the parallel seams are welded in the radial direction by ES welding to the piston body; that the inserted segments are solidified for solidification of the annular grooves to be incorporated by applying the charge carrier remelting, the seams between the segments are hermetically sealed, to which the depth of the segments at least 1.6 times the groove depth, the depth of the plasma jet melting at least 1.2 times the Groove depth, but less than the depth of the segment and the width of the plasma jet melt is at most 0.8 times the width of the segments.

2. A method for producing pistons for internal combustion engines according to claim 1, characterized in that additional alloying elements, notably Ni, Cr and Cu, are supplied individually or together in the plasma melted zone to increase the wear resistance during the remelting phase.