DE1210301B - Method and device for the hot production of a light metal piston blank with a ring carrier - Google Patents
Method and device for the hot production of a light metal piston blank with a ring carrierInfo
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Description
Verfahren und Vorrichtung zur Warmherstellung eines Leichtmetall-Kolbenrohlings mit einem Ringträger Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Warmherstellung eines Leichtmetall-Kolbenrohlings, wonach ein vorwiegend aus einem verschleißfesten Schwermetall, beispielsweise Eisen, bestehender Ringträger zur Aufnahme der Verdichtungsringe !allseitig mit Ausnahme seiner äußeren Umfangsseite mit Odem Kolbenwerkstoff umschmiedet wird.Method and device for the hot production of a light metal piston blank with a ring carrier The invention relates to a method and an apparatus for the hot production of a light metal piston blank, after which a predominantly from a wear-resistant heavy metal, such as iron, existing ring carrier to accommodate the compression rings! on all sides with the exception of its outer peripheral side with Odem piston material is forged.
Um ;solche Ringträger im Kopf von Aluminiumkolben vorzusehen, wurden sie in vorgefertigter Form bislang beim Gießen des Kolbens mit eingegossen. Beim Aufbringen derartiger Ringträger in durch Schmieden oder Pressen gefertigte Kolben ergaben sich jedoch erhebliche Schwierigkeiten, die in erster Linie darin bestanden, den Ringträger so zu fixieren, rdaß er beidem nachträglichen Preßvorgang seine Lage genau einhält und sich auch durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der Werkstoffe bei der Herstellung und im Betrieb des Kolbens nicht lockert. Zudem können die bei Gußkolben wirksam werdenden Schrumpfkräfte während der Abkühlung ,des Gußstückes in der Kokille bei einem Preß- oder Schmiedekolben nicht wirksam werden, um den Ringträger festzuhalten.In order to provide such ring carriers in the head of aluminum pistons, were they were previously cast in prefabricated form when casting the piston. At the Application of such ring carriers in pistons manufactured by forging or pressing However, considerable difficulties arose, the main one being to fix the ring carrier in such a way that it is in its position during the subsequent pressing process adheres exactly and is also characterized by the different expansion coefficients the materials during manufacture and operation of the piston do not loosen. In addition the shrinkage forces that become effective with cast pistons during cooling , the casting in the mold in a pressed or forged piston is not effective to hold the ring bearer in place.
Es ist bereits versucht worden, diesen Schwierigkeiten dadurch zu begegnen, daß hei der Herstellung eines Kolbens aus dem allgemein hierfür verwendeten Strangguß,abschnitt vor der Durchführung .des Knetvorganges der Ringträger in diesen Stranggußabschnitt eingegossen wird. Dabei hat es 'sich jedoch herausgestellt, daß Lage und Form des Ringträgers während der Weiterformung unkontrollierbar verändert wurden.Attempts have already been made to overcome these difficulties encounter that he is producing a piston from the commonly used for this purpose Continuous casting, section before the kneading process of the ring carrier in this Continuous casting is poured. It has turned out, however, that The position and shape of the ring carrier changed in an uncontrollable manner during the further forming became.
Es ist weiterhin auch nicht mehr neu, bei Gußkolbenaus Leichtmetall in Ausnehmungen am Umfang seines Körpers einen Ringträger einzusetzen, der aus einzelnen Stücken eines härteren Werkstoffes, z. B. aus Eisen oder Rotguß, besteht, und ihn dann in den Kolbenwerkstoff einzupressen. Aber auch dieses Verfahren gewährleistet keine Sicherhäät zur Beibehaltung der genauen Lage der Ringträgerteile während des Preßvorganges des Kolbens, weil infolge unterschiedlichen Materialflusses (Bolzenaugen und dazwischenliegende Wandteile) ungleiche Kräfte einen wellenförmigen Verzug des Ringträgers verursachen.It is still no longer new, with cast pistons made of light metal to use a ring carrier in recesses on the circumference of his body, which consists of individual Pieces of a harder material, e.g. B. made of iron or gunmetal, and him then pressed into the piston material. But this procedure also guarantees No security to maintain the exact position of the ring carrier parts during the Compression process of the piston, because as a result of different material flow (bolt eyes and wall parts in between) unequal forces cause a wave-shaped distortion of the Cause ring bearer.
Nach einem anderen Vorschlag ist schon versucht worden, einen geschlitzten oder mehrteiligen Ringträger in einem geschmiedeten Leichtmetallkolben betriebssicher anzuordnen. Dabei ist insoweit von der oben beschriebenen Maßnahme für Gußkolben Gebrauch gemacht worden, als zum Einsetzen des Ringträgers der Preßkolben oder Schmiederohling im Bereich der Unterbringung des Ringes eine Ausnehmung erhält, die ,der Gestalt und den Abmessungen des Ringträgers .entspricht. Der in die Ringnut am Kolbenkopf eingelegte Ringträger wird dann durch Umschmieden oder Anpressen des Leichtmetall-Kolbenwerkstoffes festgehalten.Another suggestion has already been made to create a slotted one or multi-part ring carrier in a forged light metal piston to arrange. In this respect, the measure described above for cast pistons is not the same Use has been made when inserting the ring carrier of the plunger or forging blank in the area where the ring is accommodated, a recess is given, the shape and the dimensions of the ring carrier. The one in the ring groove on the piston head The inserted ring carrier is then forged or pressed onto the light metal piston material held.
Schließlich äst es nicht mehr neu, durch Warmpressen mittels eines Stempels und einer dazu passenden Form einen ringförmigen Körper außen am Umfang eines Kolbenrohlings bei dessen Herstellung vorzusehen. Es tritt bei diesem Verfahren eine physikalische Bindung zwischen den beiden Werkstoffen ein, wobei durch einen entsprechenden, an der Forminnenwandung angebrachten Absatz, auf welchem der Ringkörper beine Warmpressen aufliegt, und einer entsprechenden Rohkolbenform eine ausreichende Sicherheit gegenüber einem Verschieben des Ringkörpers bzw. Ringträgers vorhanden ist. Allerdings tritt zwischen der Innenfläche des Ringkörpers und dem Werkstoff des Kolbenrohlings eine nur ungenügende Bindung ein, da in diesem Bereich beidem bekannten Verfahren während des Warmpressens praktisch keine Relativbewegung, die für das Verschweißen für günstig gehalten wird, zwischen denbeiden Werkstoffen eintritt.After all, it no longer re-eats by hot pressing using a Stamp and a matching shape an annular body on the outside of the circumference to provide a piston blank during its manufacture. It occurs during this procedure a physical bond between the two materials, whereby by a corresponding paragraph attached to the inner wall of the mold, on which the ring body Legs hot pressing rests, and a corresponding raw piston shape a sufficient There is security against a displacement of the ring body or ring carrier is. However, occurs between the inner surface of the ring body and the material of the piston blank only has an insufficient bond, since both in this area known method during the hot pressing practically no relative movement, the is considered favorable for welding, occurs between the two materials.
Die Erfindung geht aus von diesem Verfahren zur Warmherstellung eines Leichtmetall-Kolbenrohlings mit einem Ringträger aus verschleißfestem Metall, wobei der Ringträger .in bestimmter Höhenlage in ein Gesenkeingelegt und dann der Leichtmetallrohling in ;den Ringträger eingeschoben wird, worauf durch Schmiedepressen der Ringträger und der Leichtmetallrohling auf drei Seiten miteinander verhunden werden und eine Formung zum Kolbenrohling stattfindet. Zur Vermeidung der nicht ausreichenden Bindung schlägt die Erfindung nun vor, daß .in "einem ersten Preßvorgang der Leichtmetallrohling nur .auf zwei Seiten mit dem Ringträger verbunden und -gleichzeitig der Kolbenrohling vorgeformt wird, worauf in einem getrennten, zweiten Preßvorgang unter Ausformung zum fertigen Kolbenrohling,die dritte, stirnseitig liegerüde Ringträgerseite verbunden wird. Die Vorrichtung zur Durchführung ;dieses Verfahrens besteht aus einem Gesenk, einem Formpreßstempel und einer Auflagemöglichkeit für den Ringträger im Gesenkhohlraum. Die Vorrichtung zeichnet sich erfindungsgemäß aus .durch eine eingesetzte erste Bodenplatte mit einer Auflageringfläche mit einer Ringgravur und gegenüber der Auflageringfläche zurückgesetzter Mittelfläche, auf die für dien zweiten Preßvorgang eine zweite Bodenplatte zentriert aufgesetzt ist.The invention is based on this method for hot production of a Light alloy piston blank with a ring carrier made of wear-resistant metal, whereby The ring carrier is placed in a die at a certain height and then the light metal blank in; the ring carrier is pushed in, whereupon the ring carrier is pressed by forging and the light metal blank can be joined to one another on three sides and one Forming the piston blank takes place. To avoid the no The invention proposes sufficient binding that .in "a first pressing process the light metal blank is only connected to the ring carrier on two sides and at the same time the piston blank is preformed, whereupon in a separate, second pressing process while shaping into the finished piston blank, the third ring carrier side, lying on the front side is connected. The apparatus for performing this procedure consists of a die, a compression molding die and a support option for the ring carrier in the die cavity. According to the invention, the device is distinguished by a inserted first base plate with a support ring surface with a ring engraving and Relative to the support ring surface, the center surface is set back, on that for the second Pressing process a second base plate is placed centered.
Nach .dem Verfahren und der dazugehörigen Vorrichtung gemäß der Erfindung gelingt es, einen massiven, einteiligen Ringträger in einem Leichtmetall-Preßkolben betriebssicher anzuordnen, derart, daß an -allen Berührungsflächen einte gute Bindung zwischen den beiden Werkstoffen eintritt. Der bei dem ersten Preßvongang auf der absolut steifen Gesenkbodenplatte ruhende Ringträger ist seitlich durch das Gesenk fixiert, was an sich bekannt ist, und er kann selbst bei den üblichen, hohen spezifischen Preß.drücken von 40 @kg/mm2 nicht ausweichen, sondern er läßt das in Verformung begriffene Leichtmetall an seiner oberen Stirnfläche und inneren Mantelfläche vorbeistreichen, wobei ein erwünschtes Aufschweißen des Leichtmetalls auf den Ringträger dadurch erreicht wird, daß man die Schmierung an den entsprechenden Stellen zwischen Vorpreßling und dem einzubringenden Ringträger unterläßt. Die erste Bodenplatte ist dabei so ausgebildet, daß der Leichtmetallwerkstoff über die Höhe des Ringträgers hinaus den Kolbenboden ausfüllt, woben -sich :im ersten Preßvorgang ein Ringwulst auf der Preßkolbenstirnfläche bildet. Dieser Ringwulst wind in einem zweiten und letzten Preßvorgang nach Einsetzen einer weiteren Bodenplatte in das Gesenk, deren Oberflächenform der gewünschten Kolbenbadenflächenform entspricht, derart nach .außen beigedrückt, daß der Ringträger nunmehr auch auf seiner Oberseite, die Dur Kolbenbodenseite hin gerichtet ist, vom Leichtmetall-Kolbenwerkstoff u schlossen ist. In besonderen Fällen, in denen das Beidrücken dies Ringwulstes infolge ungenügender radialer Kraftwirkung Schwierigkeiten bereitet, ist es vorteilhaft, die zweite Bodenplatte ballsg auszubilden. Die gewünschte Endform des Kolbenbodens kann sodann .furch spargebende Bearbeitung herbeigeführt werden. Mit Hilfe dieses neuen Verfahrens sowie der dazugehörenden neuen Vorrichtung ist es erstmalig gelungen, rainen Ringträger auch auf seiner inneren Mantelfläche eng mit dem Kolbenwerkstoff zu verbinden. Sehr vorteilhaft wirkt sich dabei die obererwähnte Verschweißung zwischen Kolbenwerkstoff und Ringträger aus. Eine sehr gute Verbindung zwischen Ringträger und Kolben wird in besonderem Hinblick auf die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten dann erreicht, wenn der Ringträger nicht wie üblich paus Eisen, sondern -aus verschleißfester Bronze oder aus einer verschleißfesten Aluminiumlegierung besteht. Als besonders verschleißfest erwies sich ein Ringträger aus einer übereutektischen Al-Si-Legierung. Darüber hinaus haben Ringträger aus Leichtmetall den besonderen Vorteil des geringeren spezifischen Gewichtes, so daß man seine Abmaße frei gestalten kann, ohne daß dabei das Gesamtgewicht des Kolbens erhöht wird. Der Ringträger wird im Rahmen der Erfindung angewärmt und mit einer Temperatur zwischen 200 und 300° C, je nach Werkstoff, in die Preßform eingelegt-Um einen schnelleren Verfahrensäbl-aüf während der beiden ,erforderlichen Preßvongänge zu ermöglichen, wurde weiterhin erfindungsgemäß die für den zweiten Preßvorgang eingebrachte zweite Bodenplatte so rausgebildet, daß sie ohne Entfernung der ersten Bodenplatte auf dieser formschlüssig zentriert ist. Durch kleine Hinterschnei!dungen in Form von Bohrurigen in der Stirnfläche der zweiten Bodenplatte bildet sich beim zweiten Pmeßvorgang eine schwache Verankerung zwischen dem Kolbenwerkstoff und der Bodenplatte :aus. Diese Verankerung reicht aus, um die zweite Bodenplatte mit dem Kolben aus dem Gesenk herauszuziehen, um die erfindungsgemäße Einrichtung für die Herstellung eines weiteren Kolbens betriebsklar zu halten.After .dem method and the associated device according to the invention succeeds in a massive, one-piece ring carrier in a light metal plunger to be arranged in a reliable manner so that all contact surfaces have a good bond occurs between the two materials. The one at the first press cycle on the absolutely rigid die base plate resting ring carrier is laterally through the die fixes what is known per se, and he can even with the usual, highly specific Pressing pressures of 40 @ kg / mm2 do not give way, but rather it lets it deform Brush grasped light metal past its upper end face and inner lateral surface, whereby a desired welding of the light metal onto the ring carrier thereby what is achieved is that the lubrication at the appropriate points between the pre-pressed part and omits the ring carrier to be introduced. The first base plate is like this designed that the light metal material beyond the height of the ring carrier fills the piston crown, with -sich: in the first pressing process an annular bead on the Forms plunger face. This torus winds in a second and last one Pressing process after inserting another base plate into the die, its surface shape corresponds to the desired shape of the piston bath area, pressed in towards the outside, that the ring carrier is now also on its upper side, the major side of the piston crown is directed, is closed by the light metal piston material u. In special cases, in which the pressing of this annular bead due to insufficient radial force Difficulties arise, it is advantageous to form the second base plate ballsg. The desired final shape of the piston head can then .furch saving machining be brought about. With the help of this new procedure and the associated one new device has succeeded for the first time, rainen ring carrier also on its inner To connect the outer surface closely with the piston material. Has a very beneficial effect the above-mentioned weld between the piston material and the ring carrier. A very good connection between the ring carrier and piston is particularly important on the different expansion coefficients then achieved when the ring carrier not as usual paus Eisen, but from wear-resistant bronze or from one wear-resistant aluminum alloy. Proven to be particularly wear-resistant a ring carrier made of a hypereutectic Al-Si alloy. In addition, have Ring carrier made of light metal the special advantage of the lower specific weight, so that you can freely design your dimensions without affecting the total weight of the Piston is increased. The ring carrier is heated in the context of the invention and with at a temperature between 200 and 300 ° C, depending on the material, inserted into the mold a faster process during the two necessary pressing processes to enable, was also according to the invention for the second pressing process introduced second base plate so that they can be without removing the first Base plate is positively centered on this. Through small undercuts in the form of drill holes in the end face of the second base plate is formed when second Pmeßvorgang a weak anchoring between the piston material and the Base plate: off. This anchoring is sufficient to connect the second floor slab to the To pull the piston out of the die to the device according to the invention for the To keep production of another piston ready for operation.
Die Figuren veranschaulichen die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie einzelne Verfahrensstufen.The figures illustrate the device for performing the process according to the invention as well as individual process stages.
F i g. 1 und 2 zeigen die für den ersten Preßvorgang wahlweise vorbereiteten PreßeinTschtungen, wobei die Preßeinrichtung nach F i g. 2 den Vorzug .erhält; F i g. 3 veranschaulicht die komplette Preßeinrichtung unmittelbar vor dem zweiten und letzten Preßvorgang; in Fi g. 4 ,ist lein zu umsch-miadender Ringträger dargestellt, während F i g. 5 einen fertigen Leichtmetall-Preßkolben zeigt, bei dem der Ringträger allseitig, mit Ausnahme seiner äußeren Mantelfläche, vom Kolbenwerkstoff u umschlossen ist.F i g. 1 and 2 show those optionally prepared for the first pressing process PreßeinTschtungen, wherein the pressing device according to F i g. 2 receives preference; F. i g. Figure 3 illustrates the complete press assembly just before the second and last pressing process; in Fig. 4, a ring bearer to be wrapped is shown, while F i g. 5 shows a finished light metal plunger in which the ring carrier on all sides, with the exception of its outer circumferential surface, surrounded by the piston material u is.
In ein Gesenk a zum Warmherstedlen von LeichtmetallrPreßkolben ist eine Bodenplatte b eingesetzt, in deren Oberfläche sich eine Ringgravuz c befindet. Auf die sich hierdurch bildende äußere Auflagersügfläche d ist der zu umschmiledende Ringträger e aufgesetzt, deraußerdem seitlich durch die ihn umgebende innere Mantelwand des Gesenks fixiert ist. Der Ringträger e ,darf nur ein ganz geringes Spiel gegenüber dem Gesenkdurchmesser haben, da er -anderenfalls beim Preßvorgang gesprengt wenden könnte. Auf der Mittelfläche f der Bodenplatte b sitzt konzentrisch der zylinderförmige Ausgangskörper g für den Kolben, der in einem ersten Preßvorgang von dem Stempel h, .dem Gesenk a, der Bodenplatte b und ,dem zu umschmiedenden Ringträger e seine vorläufige Form erhält. Hierbei kann der zylindrische Ausgangskörper g für den Kolben so gestaltet sein, daß er vor dem ersten Preßvorgang auf der Mittelfläche f der Bodenplatte b aufsitzt (vgl. F i g. 1), oder sein Durchmesser so groß sein, daß er sich mit seiner unteren, äußeren Kante auf dem zu umschmiedenden Ringträger e abstützt (vgl. Fi g.2). Aus der F-ig.3, die die Preßeinrichtung vor dem zweiten und letzten Preßvorgang darstellt, geht die Anordnung einer zweiten Bodenplatte i hervor, mit deren Hilfe der umlaufende Ringwulst k am Boden des Kolbenvorpreßlings Z im zweiten Preßvorgang mach -außengedrückt wird. Kleine Bohrungen m in der zweiten Bodenplatte i sorgen dafür, daß diese am ausgepreßten Kolben zunächst hängenbleibt und erst nach :dem Auswerfen des Kolbens von diesem abgeschlagen wird. Durch diese Maßnahme ist ein rascher Arbeitsablauf der beiden Preßvorgänge möglich. Kleine Hinterschneldungen n und trapezförmiger Anschnitt o des Ringträgers e sowie Kon izität seiner inneren Bohrung p sorgen für bessere Verbindung bzw. Verschweißung des in der F i g. 4 dargestellten Ringträgers mit dem Kolbenwerkstoff. Die Konizität der inneren Bohrung p erhöht die Freßneigung zwischen Kolbenwerkstoff und Ringträger, wodurch die Verschweißung zwischen den beiden Werkstoffen gefördert wird. Diese Einzelheiten bleiben jedoch außerhalb der zu schützenden Entwicklung. Die F i g. 5 zeigt den fertigen Leichtmetall-Preßkolben q mit einem eingeschmiedeten Ringträger e.A base plate b is inserted into a die a for the warming of light metal press pistons, in the surface of which there is a ring engraving c. The ring carrier e to be smeared is placed on the outer support surface d that is formed as a result, and is also fixed laterally by the inner shell wall of the die surrounding it. The ring carrier e, may only have a very small amount of play compared to the die diameter, since otherwise it could be blown up during the pressing process. On the central surface f of the base plate b sits concentrically the cylindrical output body g for the piston, which receives its preliminary shape in a first pressing process from the punch h, the die a, the base plate b and the ring carrier e to be reforged. Here, the cylindrical output body g for the piston can be designed so that it rests on the central surface f of the base plate b before the first pressing process (see FIG , outer edge is supported on the ring carrier e to be reforged (cf. Fi g.2). From Fig. 3, which shows the pressing device before the second and last pressing process, the arrangement of a second base plate i emerges, with the aid of which the circumferential annular bead k on the base of the piston pre-pressed part Z is pressed outside in the second pressing process. Small bores m in the second base plate i ensure that it initially sticks to the pressed piston and is only knocked off after the piston has been ejected. This measure enables the two pressing operations to be carried out quickly. Small undercuts n and a trapezoidal cut o of the ring carrier e and the con icity of its inner bore p ensure a better connection or welding of the in FIG. 4 shown ring carrier with the piston material. The conicity of the inner bore p increases the tendency to seize between the piston material and the ring carrier, which promotes the welding between the two materials. However, these details remain outside the development to be protected. The F i g. 5 shows the finished light metal plunger q with a forged ring carrier e.
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|---|---|---|---|
| DESCH32239A DE1210301B (en) | 1962-10-25 | 1962-10-25 | Method and device for the hot production of a light metal piston blank with a ring carrier |
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| DESCH32239A DE1210301B (en) | 1962-10-25 | 1962-10-25 | Method and device for the hot production of a light metal piston blank with a ring carrier |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE1210301B true DE1210301B (en) | 1966-02-03 |
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ID=7432375
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| DESCH32239A Pending DE1210301B (en) | 1962-10-25 | 1962-10-25 | Method and device for the hot production of a light metal piston blank with a ring carrier |
Country Status (1)
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| DE (1) | DE1210301B (en) |
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