DE1224104B

DE1224104B - Piston manufactured using the hot extrusion process

Info

Publication number: DE1224104B
Application number: DEM60234A
Authority: DE
Inventors: Julius Schirm
Original assignee: Mahle GmbH
Current assignee: Mahle GmbH
Priority date: 1964-03-11
Filing date: 1964-03-11
Publication date: 1966-09-01
Also published as: FR1428213A; AT272813B; GB1044596A; CH426398A

Description

Nach dem Warmfließpreßverfahren hergestellter Kolben Die Erfindung bezieht sich auf einen insbesondere für Brennkraftmaschinen bestimmten, nach dem Warmfließpreßverfahren hergestellten Kolben mit einem aus Leichtmetall bestehenden Kolbengrundkörper und einer in diesen eingebetteten, gegossenen Einlage, z. B. einem Ringträger oder einer Bodenschutzplatte, aus einem Werkstoff mit höherem Schmelzpunkt als dem des Leichtmetalls, z. B. aus Eisen.Piston made by hot extrusion. The invention refers to a particular for internal combustion engines, after Piston produced by hot extrusion with a piston made of light metal Piston base body and a cast insert embedded therein, e.g. B. a Ring carrier or a floor protection plate, made of a material with a higher melting point than that of the light metal, e.g. B. made of iron.

Bei bekannten derartigen Kolben sind die Einlagen mit verhältnismäßig glatten, höchstens die Rauhigkeit einer normalen Gußhaut aufweisenden Oberflächen ausgestattet. Ihre Verankerung im Kolbengrundkörper wird ausschließlich durch eine entsprechende Querschnittsgestaltung, bei Ringträgern z. B. durch eine von außen nach innen zunehmende Wandstärke, erreicht. Bei thermisch wenig belasteten Kolben für langsam laufende Motoren hat sich diese Verankerungsart bewährt. Bei höheren Drehzahlen und größerer thermischer Belastung ist jedoch die Verbindung gefährdet. Es macht sich dann der Unterschied in der Wärmeausdehnung und in den spezifischen Gewichten des Kolbenwerkstoffs und des Einlagenwerkstoffs ungünstig bemerkbar und führt zur Lockerung und schließlich zur Lösung der Verbindung.In known pistons of this type, the deposits are proportionate smooth surfaces with at most the roughness of a normal cast skin fitted. Your anchoring in the piston body is exclusively through a appropriate cross-sectional design, for ring carriers z. B. by an outside wall thickness increasing inwards. For pistons with little thermal load This type of anchoring has proven itself for slow-running engines. At higher Speeds and higher thermal loads, the connection is at risk. The difference is then made in the thermal expansion and in the specific Weights of the piston material and the insert material are unfavorably noticeable and leads to loosening and finally loosening of the connection.

Derselbe Nachteil haftet den gegossenen Leichtmetallkolben mit durch Umgießen festgehaltenen Schwermetalleinlagen an. Hier war jedoch Abhilfe durch Herstellung einer metallischen Bindung zwischen dem Kolbenwerkstoff und dem Einlagenwerkstoff möglich, die jedoch nur entstehen kann, .wenn schmelzflüssiges Leichtmetall über einen genügend langen Zeitraum mit der Oberfläche der Einlage in Kontakt steht, und die man daher an den nach dem Warmfließpreßverfahren hergestellten Kolben nicht erzeugen kann.The cast light metal pistons have the same disadvantage Pouring over the heavy metal deposits. However, this was remedied by manufacturing a metallic bond between the piston material and the insert material possible, but this can only arise if molten light metal is over has been in contact with the surface of the insert for a sufficiently long period of time, and that is therefore not the case on the pistons produced by the hot extrusion process can generate.

Bei Leichtmetallzylindern mit eingegossenen Büchsen aus Eisen ist neben metallischer Bindung auch schon eine Verankerung durch Materialverkrallung angewandt worden. Zu diesem Zweck werden nach dem Schleudergießverfahren unter Verwendung eines porösen' Formüberzugs Büchsen mit einer Vielzahl unregelmäßig zapfenartiger, hinterschnittener Erhebungen hergestellt und nach dem Druckgießverfahren umgossen, wobei das angegossene Leichtmetall in die Zwischenräume zwischen den Erhebungen unter dem Gießdruck eindringt und dadurch die gewünschte Verkrallung entsteht. Das Angießen des Leichtmetallmantels ist nur nach dem Druckgußverfahren möglich, weil die erhabenen Vorsprünge der Büchsen beim beschriebenen Herstellungsverfahren einem starken Abschreckeffekt unterliegen und daher spröd sind und infolgedessen beim Anwenden des Fließpreßverfahrens abbrechen würden. Außerdem lassen sich nach dem angegebenen Schleudergußverfahren zwar Büchsen mit zerklüfteter Mantelfläche, aber nicht Ringträger mit zerklüfteten Flanken oder Bodenschutzplatten mit zerklüfteter Unterseite herstellen.In the case of light metal cylinders with cast iron sleeves In addition to a metallic bond, it is also anchored by means of material interlocking been applied. For this purpose, centrifugal casting is used of a porous' form coating cans with a multitude of irregularly cone-like, undercut elevations made and cast by the die-casting process, with the cast light metal in the spaces between the elevations penetrates under the casting pressure and creates the desired clawing. That Casting on the light metal jacket is only possible after the die-casting process, because the raised projections of the bushes in the manufacturing process described are subject to a strong deterrent effect and are therefore brittle and consequently when Applying the extrusion process would abort. In addition, after the specified centrifugal casting process bushes with a rugged outer surface, but not ring carriers with fissured flanks or ground protection plates with fissured Create the underside.

Letzteres trifft auch auf ein weiteres bekanntes Verfahren zu, nach dem ebenfalls Büchsen nach dem Schleudergießverfahren, jedoch unter Verwendung eines losen körnigen Formüberzugs hergestellt werden, wobei die Körner beim Gießen in die Mantelzone der Büchse eingebettet und nach dem Gießen auf chemischem Wege wieder herausgelöst werden, so daß der Form der eingebettet gewesenen Körner entsprechende, hinterschnittene Hohlräume entstehen. In diese Hohlräume dringt beim anschließenden Angießen eines Leichtmetallmantels nach dem Druckgießverfahren ebenfalls flüssiges Leichtmetall ein, so daß die gewünschte Verkrallung entsteht.The latter also applies to another known method the cans by the centrifugal casting process, but using a loose granular mold coating can be produced, the granules being poured into embedded in the jacket zone of the can and chemically again after casting be removed so that the shape of the embedded grains undercut cavities arise. Penetrates into these cavities during the subsequent Casting on a light metal jacket using the die-casting process is also liquid Light metal, so that the desired interlocking occurs.

Es liegt nun auf der Hand, daß eine derartige Materialverkrallung auch zum Verankern von Ringträgern oder Bodenschutzplatten in nach dem Warmfließpreßverfahren hergestellten Kolben gut geeignet wäre. Es fehlten jedoch bisher Ringträger und Bodenschutzplatten mit entsprechend zerklüfteter Oberfläche, und man hielt es auch nicht für möglich, die gewünschte Verkrallung bei Verbundwerkstücken aus einem Schwermetall und einem Leichtmetall anders als durch Angießen des Leichtmetallteils nach dem Druckgießverfahren herzustellen.It is now obvious that such a material clawing also for anchoring ring girders or floor protection plates using the hot extrusion process manufactured piston would be well suited. However, ring bearers and were missing so far Soil protection plates with a correspondingly rugged surface, and it was kept not possible, the desired clawing in composite workpieces made of a heavy metal and a light metal other than by casting on the light metal part after Manufacture die casting process.

Es wurde nun erkannt, daß sich auch Ringträger und Bodenschutzplatten mit stark zerklüfteter Gußhaut, welche zahlreiche unregelmäßig hinterschnittene Höhlungen enthält, durch Eingießen und Wiederherauslösen körnigen Materials herstellen lassen, daß die so erhaltene Gußhaut weniger spröde als eine mit zapfenartigen Vorsprüngen versehene Gußhaut eines Schleudergußstückes und daher widerstandsfähig genug ist, um auch mit Druck belastet werden zu können, und daß es möglich ist, eine innige Materialverkrallung auch durch Einpressen nicht schmelzflüssigen Leichtmetalls in die Höhlungen der Gußhaut solcher Ringträger und Bodenschutzplatten zu erzielen.It has now been recognized that there are also ring carriers and soil protection plates with strongly fissured cast skin, which numerous irregularly undercut Contains cavities, create by pouring and re-dissolving granular material let the casting skin obtained in this way be less brittle than one with peg-like projections provided cast skin one Centrifugal casting and therefore resistant is enough to be able to be subjected to pressure and that it is possible an intimate interlocking of the material, also by pressing in non-molten light metal to achieve in the cavities of the cast skin of such ring carriers and soil protection plates.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen nach dem Warmfließpreßverfahren hergestellten Kolben zu schaffen, dessen Einlagen so mit demWerkstoff des Kolbens verbunden sind, daß sich diese auch bei einer hohen mechanischen und thermischen Belastung des Kolbens nicht lockern können: Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß die Einlage eine stark zerklüftete Gußhaut mit zahlreichen, unregelmäßigen, hinterschnittenen Höhlungen aufweist, wie sie entstehen, wenn man beim Gießen der Einlage in deren Oberfläche körniges Material einbettet und nach dem Erstarren des Gußstückes auf chemischem Wege wieder herauslöst, und daß diese Höhlungen vollständig mit dem Werkstoff des Kolbengrundkörpers ausgefüllt sind, so daß der Kolbengrundkörper und die Einlage durch Materialverkrallung unlösbar miteinander verbunden sind.The invention is therefore based on the object of the hot extrusion process to create pistons whose inserts match the material of the piston are connected that these are also at a high mechanical and thermal Cannot loosen the load on the piston: This object is achieved according to the invention in that the insert has a strongly fissured cast skin with numerous, irregular, has undercut cavities, as they arise when casting the Inlay embeds granular material in the surface and after the solidification of the The casting dissolves out again chemically, and that these cavities are completely are filled with the material of the piston body, so that the piston body and the insert are inextricably connected to one another by means of material claws.

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels in den F i g. 1 bis 7 näher erläutert, wobei die F i g. 1 und 2 zur Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Kolbens und die F i g. 3 bis 7 zur Veranschaulichung eines Herstellungsverfahrens dienen. Die mit 2 und 3 bezeichneten Einlagen können im Sandguß hergestellt werden, wobei z. B. mittels eines Modells zunächst ein Formhohlraum mit mehr oder weniger glatten Begrenzungswänden erzeugt wird. Die Begrenzungswände werden dann mit einem Binder befeuchtet, und es wird körniges Material, z. B. loser Quarzsand oder feinkörniges Calciumkarbonat, aufgestreut. Beim Abgießen wird dieses körnige Material in die Oberflächen des Gußstücks eingebettet und anschließend durch geeignetes Lösungsmittel, z. B. Flußsäure oder Salzsäure, wieder herausgelöst, wodurch die zerklüftete Oberfläche. entsteht.The invention is illustrated in FIGS. 1 to 7 explained in more detail, FIG. 1 and 2 to illustrate one according to the invention Piston and the fig. 3 to 7 to illustrate a manufacturing process to serve. The inserts marked 2 and 3 can be sand-cast, where z. B. by means of a model initially a mold cavity with more or less smooth boundary walls is generated. The boundary walls are then with a Binder is moistened and granular material, e.g. B. loose quartz sand or fine-grained Calcium carbonate, sprinkled. When pouring, this granular material gets into the Surfaces of the casting embedded and then through a suitable solvent, z. B. hydrofluoric acid or hydrochloric acid, dissolved out again, whereby the rugged surface. arises.

So hergestellte Einlagen können mit dem Leichtmetallkolbenkörper nach jedem der bekannten Preßverfahren vereinigt werden. Zum Beispiel kann man zunächst eine Einlage 2 mit einem passenden Leichtmetallblöckchen 11 durch Warmpressen des letzteren zu einem vollzylindrischen Verbundwerkstück vereinigen, aus dem sich dann durch Hohlpressen ein Kolbenrohling herstellen läßt, wie das weiter unten an Hand der F i g. 3 bis 7 näher beschrieben wird.Inlays produced in this way can be followed by the light metal piston body each of the known pressing processes can be combined. For example, you can initially an insert 2 with a matching light metal block 11 by hot pressing the unite the latter to a fully cylindrical composite workpiece, from which then can produce a piston blank by hollow pressing, as shown below on hand the F i g. 3 to 7 will be described in more detail.

Man kann aber auch ein Vorwerkstück durch Umgießen der Einlage z. B. in einer Kokille oder Sandform herstellen und anschließend- dieses gegossene Vorwerkstück einem Wärmpreßverfahren unterwerfen, um dadurch die gewünschte innige Verbindung zu erreichen.But you can also create a preliminary workpiece by casting around the insert z. B. in a mold or sand mold and then- this cast Submit the pre-workpiece to a heat-pressing process to achieve the desired intimate Connection to achieve.

In der Zeichnung ist in F i g. 1 der Kopfteil eines erfindungsgemäßen Leichtmetallkolbens mit Ringträger und Bodenschutzschicht hälftig im Längsschnitt dargestellt, von dem F i g. 2 einen stark vergrößerten Ausschnitt zeigt. In F i g. 1 ist der aus Leichtmetall bestehende Grundkörper des Kolbens mit 1 bezeichnet, und in diesen Grundkörper ist einerseits ein Ringträger 2 z. B. aus austenitischem Kugelgraphiteisen und andererseits eine Bodenschutzplatte eingebettet. Die Oberflächen jedes dieser Einlagestücke sind, wie F i g. 2 erkennen läßt, stark zerklüftet und enthalten eine große Anzahl unregelmäßiger Hohlräume, die vom Leichtmetall des Kolbengrundkörpers vollständig ausgefüllt sind. Dadurch sind die Einlagen im Kolbengrundkörper formschlüssig verankert.In the drawing, FIG. 1 the head part of an inventive Light metal piston with ring carrier and bottom protective layer in half in longitudinal section shown, from the F i g. 2 shows a greatly enlarged section. In F i G. 1, the base body of the piston made of light metal is denoted by 1, and in this base body is on the one hand a ring carrier 2 z. B. austenitic Nodular iron and, on the other hand, a bottom protection plate embedded. The surfaces each of these inserts are, as shown in FIG. 2 shows, strongly fissured and contain a large number of irregular cavities made from the light metal of the piston body are completely filled out. As a result, the inserts in the piston body are form-fitting anchored.

Die F i g. 3 bis 7 zeigen schematisch die einzelnen Stufen eines zum Herstellen eines Kolbens mit Ringträger geeigneten Warmfließpreßverfahrens. In F i g. 3 liegt ein Ringträger-Rohling auf der Schulter 4 eines Preßgesenkes 5 auf, zu dem ein Preßstempel 6 gehört. Außerdem ist das Gesenk ein Leichtmetallstangenabschnitt 11 eingelegt, dessen Durchmesser etwa dem Innendurchmesser des Ringträgers entspricht und dessen Volumen gleich demjenigen des herzustellenden Kolbenkörpers ist.The F i g. 3 to 7 show schematically the individual stages of a for Manufacture of a piston with ring carrier suitable hot extrusion process. In F i g. 3 is a ring carrier blank on the shoulder 4 of a press die 5, to which a ram 6 belongs. In addition, the die is a light metal rod section 11 inserted, the diameter of which corresponds approximately to the inner diameter of the ring carrier and the volume of which is equal to that of the piston body to be manufactured.

In F i g. 4 ist durch Herabdrücken des Stempels. 6 der Stangenabschnitt zu einem Körper 12 verformt, der den Ringträger-Rohling 2 zum Teil umfaßt. Der Körper 12 mit dem Ringträger-Rohling 2 wird nun in ein zweites Gesenk 51 eingelegt,' dessen Schulter 41 etwas niedriger liegt (F i g. 5). In diesem Gesenk wird der Körper 12 nochmals gestaucht, so daß, wie F i g. 6 zeigt, ein zylindrisches Vorwerkstück 13 entsteht, in welchem der Ringträger-Rohling 2 vollständig eingebettet ist. Aus diesem Vorwerkstück 13 wird, wie F i g. 7 zeigt, durch Hohlpressen ein Kolbenrohling 14 hergestellt.In Fig. 4 is by pressing down the punch. 6 the rod section is deformed to form a body 12 which partially surrounds the ring carrier blank 2. The body 12 with the ring carrier blank 2 is now placed in a second die 51, the shoulder 41 of which is slightly lower (FIG. 5). In this die, the body 12 is upset again so that, as shown in FIG. 6 shows that a cylindrical preliminary workpiece 13 is produced, in which the ring carrier blank 2 is completely embedded. From this preliminary workpiece 13, as shown in FIG. 7 shows a piston blank 14 produced by hollow pressing.

Claims

Claim: Pistons produced by the hot extrusion process, especially for internal combustion engines, with a piston body made of light metal and with a cast insert made of a material embedded in this higher melting point than that of the light metal, e.g. B. made of iron, d a d u r c h g e -k e n n n n e i n e t that the insert has a strongly fissured cast skin with numerous, has irregular, undercut cavities, as they arise when one when pouring the insert in z. B. in composite cast cylinders in a known manner in the Surface of the insert embeds granular material and after the solidification of the casting dissolves out again chemically, and that these cavities completely with the Material of the piston body are filled so that the piston body and the insert are inextricably linked to one another by means of material claws. Into consideration Drawn pamphlets: British Patent Nos. 556 267, 557 070.