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Diese
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kolbens durch
Gebrauch eines Satzes von Formwerkzeugteilen, miteinander an Passoberflächen entsprechend
des Oberbegriffes des unabhängigen
Anspruchs 1, in Schmiede-Formwerkzeugteilen für das Herstellen eines Kolbens,
die ein oberes Formwerkzeug oder einen Stempel und ein unteres Formwerkzeug
aufweisen verbunden, und einen Kolben für eine Brennkraftmaschine entsprechend
des Oberbegriffs des unabhängigen
Anspruchs 12.
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Wenn
Kolben einer leichten Aluminiumlegierung für den Gebrauch in Brennkraftmaschinen,
z. B. in denen für
Fahrzeuge, durch Gießen
gebildet werden, wird die verfestigte Materialtextur grob, was für die Festigkeit
nachteilig ist. Demzufolge ist herkömmlich der geschmiedete Kolben
durch das Schmiede-Formgebungsverfahren einer Metallmasse als ein Rohmaterial
für den
Kolben in ein kolbenartiges Werkstück unter Verwendung eines Satzes
von Schmiedewerkzeugteilen entwickelt worden, die ein linear hin-
und hergehendes Werkzeugteil (einen Stempel) enthalten, gefolgt
durch eine Endbearbeitung des geformten Werkzeuges, z. B. Bohren
einer Kolbenbolzenbohrung, Schneiden von Kolbenringnuten etc., um
das Werkstück
in ein Erzeugnis zu bringen.
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Ein
herkömmlich
allgemein bekannter Kolben für
Brennkraftmaschinen wird z. B. aufgebaut, wie es in den 1(A) bis 1(C) gezeigt
ist, einstückig
gebildet mit; einem Kopfabschnitt, Bolzennabenabschnitten, Mantelabschnitten
und Rippenabschnitten, die sich von der Unterseite des Kopfabschnittes
nach unten erstrecken und die Bolzennabe und die Mantelabschnitte
verbinden. Wenn solch ein Kolben durch Schmieden hergestellt wird,
wie es z. B. in den 4(A) und 4(B) gezeigt ist, wird ein ungefähr kolbenförmiges Werkstück 11 durch
Pressen eines dicken, scheibenförmigen
Aluminiumlegierungs-Kolbenmaterials (eines Barrens) 10 zwischen einem
Formwerkzeugteil (oberes Formwerkzeug oder Stempel) 21 zum
Formen der Spitzenoberfläche des
Kopfabschnittes und einem Formwerkzeug (unteres Formwerkzeug) 22 zum
Bilden der Kolbennabe, des Mantels und der Rippenabschnitte an der
Unterseite des Kopfabschnittes durch ein zylindrisches Formwerkzeug 23 durch
Schmieden geformt.
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Zum
Schmiedeformen des Rohmaterials 10 für solch einen Kolben in das
Werkstück 11 bildet
das Formwerkzeug (unteres Werkzeug) zum Formen der Bolzennabe, des
Mantels und der Rippenabschnitte des Satzes von Formwerkzeugen tiefe
Rillen, um die Bolzennabe und die Rippenabschnitte zu bilden. Wenn
demzufolge das Metallmaterial in die gerillten Abschnitte (insbesondere
die Rillen für
die dünnwandigen
Rippenabschnitte) des Formwerkzeuges (unteres Werkzeug) 22 geschmiedet
wird, treten in einigen Fällen
Risse an den Bodenecken der Rillenabschnitte auf, Dies ist einer
der Faktoren, um die Lebensdauer des Formwerkzeuges zu reduzieren.
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Die
Druckschrift des Standes der Technik GB 415, 522 lehrt ein Verfahren
zum Herstellen eines Kolbens durch Verwenden eines Satzes von Formwerkzeugen,
die miteinander an Passoberflächen verbunden
sind, Schmiede-Formwerkzeugteile zum Herstellen eines Kolbens, mit
einem oberen Formwerkzeug oder Stempel und einem unteren Formwerkzeug,
sowie einem Kolben für
eine Brennkraftmaschine, wie oben angezeigt. Insbesondere lehrt das
Dokument ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schmieden eines
Kolbens, der mit einem Mantel, Kolbenbolzennaben und Rippen versehen
ist. Das jeweilige Formwerkzeug zum Schmieden des Kolbens wird durch
einen Satz von Formwerkzeugen gebildet. Überdies ist die spezielle Lehre
der Druckschrift des Standes der Technik auf das Bilden eines Flansches
an einem Mantelabschnitt des Kolbens gerichtet. Um den Flansch zu
bilden, wird ein Kern in den vorgeschmiedeten Kolben eingesetzt,
um die Innenoberfläche
des Kolbens zu tragen, wenn der Flansch geschmiedet wird. Der Kern
wird durch eine Mehrzahl von Kernelementen gebildet. Die Kernelemente
bilden Passoberflächen
auf der Unterseite der Kolbenbolzennaben. Insbesondere sind Aussparungen
vorgesehen, um die Kolbenbolzennaben aufzunehmen. Eine Trennlinie
ist zugehörig
zu den Aussparungen vorgesehen. Demzufolge wird ein Tragekern zum
Schmieden des Flansches des Mantelabschnittes vorgesehen. Der Kern
muss mit einem Satz von Elementen versehen werden, so dass der Kern nach
dem Schmiedeverfahren entfernt werden kann.
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Demzufolge
ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen
eines Kolben durch Gebrauch eines Satzes von Formwerkzeugen zu schaffen,
die miteinander an Passoberflächen
verbunden sind, die Schmiede-Formwerkzeugteile zum Herstellen eines
Kolbens, mit einem oberen Formwerkzeug oder Stempel, und einem unteren Formwerkzeug,
aufweisen, sowie, wie oben angezeigt, einen Kolben für eine Brennkraftmaschine,
was es erleichtert die Lebensdauer der Werkzeuge, wenn eine Metallmasse
als ein Rohmaterial für
den Kolben durch Schmieden geformt wird, zu verlängern, das einen Satz von den
Formwerkzeugen zu einem kolbenförmigen
Werk stück
gebraucht, das einen Kopfabschnitt, Kolbennabenabschnitte, Mantelabschnitte und
Rippenabschnitte hat, die sich von der Unterseite des Kopfabschnittes
nach unten erstrecken und die Bolzennabe und die Mantelabschnitte
verbinden, um gleichzeitig zu verhindern, dass Risse in den Rillenabschnitten
der Formwerkzeuge zum Formen der Bolzennabe und der Rippenabschnitte
erzeugt werden.
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Entsprechend
der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren
zum Herstellen eines Kolbens durch Verwenden eines Satzes von miteinander
durch Passoberflächen
verbundenen Formwerkzeugen gelöst,
die die Merkmale des unabhängigen
Anspruchs 1 haben.
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Wenn
die Formwerkzeugteile für
das Schmiedeformen der Metallmasse in das ungefähr kolbenförmige Werkstück geteilt
sind, wie oben beschrieben, werden selbst wenn die Metallmasse als ein
Rohmaterial in die Rillenabschnitte der Formwerkzeugteile zum Formen
der Nabenabschnitte und Rippenabschnitte gedrückt wird, da die Passoberflächen an
den Grundoberflächen
der Rillenabschnitte voneinander durch einen sehr kleinen Betrag
ein Teil sind, Risse gehindert, in den Rillenabschnitten erzeugt
zu werden.
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Entsprechend
eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe
durch Schmiede-Formwerkzeugteile beim Herstellen eines Kolbens,
mit einem oberen Formwerkzeug oder Stempel und einem unteren Formwerkzeug,
die die Merkmale des unabhängigen
Anspruchs 1 haben, gelöst.
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Überdies
wird diese Aufgabe durch einen Kolben für eine Brennkraftmaschine gelöst, der
die Merkmale des unabhängigen
Anspruchs 12 hat.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung sind in weiteren abhängigen Ansprüchen niedergelegt.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung in größerer Ausführlichkeit
in Bezug auf mehrere Ausführungsbeispiele
derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei:
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1 ein Beispiel des durch Schmieden geformten
Kolbens für
Brennkraftmaschinen, hergestellt mit dem Verfahren und dem Formwerkzeug
der Erfindung zeigt; in Seitenansicht (A), in Ansicht von unten
(B) und im Querschnitt entlang der Linie C-C in 1(B);
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2 ein durch Schmieden geformtes Werkstück für den in
der 1 gezeigten Kolben zeigt; in Seitenansicht
(A), in Ansicht von unten (B) und im Querschnitt entlang der Linie
C-C in 2(B);
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3 eine beispielhafte Querschnittsdarstellung
entsprechend des Querschnittes der 2(C) ist,
die das Schmiedeverfahren in zwei Schritten (A) und (B) zeigt:
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4 eine Ansicht ist, die dem Querschnitt der 2(C) entspricht, die ein Schmiedeformverfahren
einer Metallmasse als ein Kolbenmaterial in einem nahezu kolbenartigen
Werkstück
zeigt, das ein herkömmliches
Verfahren und Formwerkzeuge in zwei Schritten (A) und (B) verwendet;
und
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5 eine
beispielhafte Querschnittsdarstellung ist, die dem Querschnitt der 2(C) entspricht, die einen Satz von Schmiede-Formwerkzeugen
zeigt.
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Nachstehend
werden Ausführungsbeispiele des
Verfahrens zum Herstellen des Kolbens durch Schmieden und Schmiede-Formwerkzeuge
entsprechend der Erfindung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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1 zeigt ein Beispiel eines durch Schmieden
geformten Kolbens zum Gebrauch in Brennkraftmaschinen. 1(A) ist eine äußere Seitenansicht. 1(B) ist eine Ansicht, wenn von unten gesehen wird. 1(C) zeigt einen Querschnitt, wenn entlang der
Linie C-C in 1(B) gesehen.
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Ein
Kolbenhauptteil 1 hat einen Kopfabschnitt 2 mit
seiner Spitzenoberfläche,
die zu der Brennkammer freigelegt wird, Bolzennabenabschnitte 3 zum
Lagern eines Kolbenbolzens und Mantelabschnitte 4 mit seiner
Seitenoberfläche,
um mit der Innenoberfläche
des Zylinders zumindest an beiden Seiten in der Schwingrichtung
einer Pleuelstange, die mit einem Kolben verbunden ist, in Kontakt
zu kommen. Die Bolzennabenabschnitte 3 und die Mantelabschnitte 4 sind
durch Rippenabschnitte 5 verbunden, die sich von der Unterseite
des Kopfabschnittes 2 nach unten erstrecken. Die Ringnuten 6 sind
in der äußeren Umfangsoberfläche des
Kopfabschnittes 2 gebildet. Jeder der gegenüberliegenden Bolzennabenabschnitte 3 ist
mit einer Bolzenbohrung 7 gebildet, in die der Kolbenbolzen
einzusetzen ist.
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Um
das oben beschriebene Kolbenhauptteil herzustellen wird eine Metallmasse
(ein Barren) oder das Rohmaterial für den Kolben mit einem Formwerkzeug
in die Form des ungefähr
kolbenförmigen
Werkstückes
geschmiedet, das einen Kopfabschnitt, Bolzennabenabschnitte, Rippenabschnitte
und Mantelabschnitte hat. Das ungefähr kolbenförmige Werkstück wird
in ein Endprodukt durch abschließende spanende Bearbeitungsverfahren,
und, sofern erforderlich, durch ein Plattierungsverfahren der Formbolzenbohrungen
und Ringnuten gebracht.
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Die 2(A), 2(B) und 2(C) zeigen das halbfertige, durch Schmieden geformte
Werkstück 11 zum
Herstellen des in der 1 gezeigten Kolbenhauptteils 1.
Das durch Schmieden geformte Werkstück 11 hat einstückige, jeweils
Paarweise Bolzennabenabschnitte 3 und Mantelabschnitte 4,
verbunden durch Rippenabschnitte 5, die sich von der Unterseite
des Kopfabschnittes 2 nach unten erstrecken.
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Die 3(A) und 3(B) zeigen
des Verfahren des Schmiedeformens der Metallmasse als ein Rohmaterial
für den
Kolben in das kolbenförmige Werkstück 11 im
Querschnitt, wenn entlang der Linie C-C in der 2(B) gesehen wird, das das Verfahren und das Formwerkzeug
der Erfindung verwendet. Das dicke, scheibenförmige Rohmaterial (der Barren) 10 einer
Aluminiumlegierung wird ungefähr
in das kolbenförmige
Werkstück 11 durch
Schmieden geformt, da es zwischen ein Formwerkzeugteil (oberes Formwerkzeug
oder Stempel) 21 zum Formen der Spitzenoberfläche des
Kopfabschnittes und ein Formwerkzeugteil (unteres Formwerkzeug) 22 zum Formen
der Bolzennabe, des Mantels und der Rippenabschnitte auf der Unterseite
des Kopfabschnittes durch ein zylindrisches Formwerkzeugteil 23 gedrückt wird.
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In
dem Fall wird entsprechend dieser Erfindung das Formwerkzeugteil
(unteres Formwerkzeug) 22 zum Formen des Nabenabschnittes,
des Mantels und der Rippenabschnitte auf der Unterseite des Kopfabschnittes
durch Passoberflächen 24 geteilt, die
die unteren Endoberflächen
der Bolzennabe und der Randabschnitte in ein inneres Formwerkzeugteil 22a und äußeres Formwerkzeugteil 22b teilen.
Als ein Ergebnis werden nach dem Schmieden Schmiedegrate an den
unteren Endoberflächen
der Bolzennabenabschnitte 3, der Mantelabschnitte 4 und
der Rippenabschnitte 5 des durch Schmieden geformten Werkstückes 11 gelassen,
die den Positionen der Passoberflächen 24 entsprechen,
wie in der 2(B) gezeigt.
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In
dem Fall des Schmiedens mit dem oben beschriebenen Formwerkzeug
wird das zwischen den Teilen platzierte Rohmaterial 10 für den Kolben mit
einem Heizer oder Hei zern, vorgesehen für zumindest eines der Teile,
bis zu einer Temperatur zwischen 400 und 500°C erwärmt und warmgeschmiedet. Auf
diese Weise wird die Dehnbarkeit der Aluminiumlegierung vollständig verwendet,
um die Form des Werkstückes
mit hoher Präzision
zu schmieden.
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Alternativ
kann das Warmschmieden durch Erwärmen
des Rohmaterials 10 für
den Kolben bis zu einer Temperatur zwischen 400 und 500°C, bevor
es in dem Formwerkzeug platziert und geschmiedet wird, ausgeführt werden,
oder selbst in dem Fall kann das Schmieden ausgeführt werden,
während
das Formwerkzeug bis zu einer Temperatur zwischen 400 und 500°C vorerwärmt wird.
Das parallele Anordnen des Schmiedeverfahrens und des Erwärmungsverfahrens
für das
Rohmaterial 10 für
den Kolben kann die Zeitdauer für
das Schmieden verkürzen.
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Bei
dem Schmiedeherstellungsverfahren und dem Formwerkzeug für den Kolben
des oben beschriebenen Ausführungsbeispieles
wird das Teil 22 entlang der Passoberflächen 24, die die unteren Endoberflächen der
Bolzennabe, des Mantels und der Rippenabschnitte erreichen, geteilt.
Wenn demzufolge ein Kolbenmaterial einer Metallmasse 10 unter
Verwendung eines Satzes von Formwerkzeugen in ein kolbenförmiges Werkstück 11 durch
Schmieden geformt wird, das einen Kopfabschnitt 2, Bolzennabenabschnitte 3,
Mantelabschnitte 4 und Rippenabschnitte 5 hat,
die sich von der Unterseite des Kopfabschnittes 2 nach
unten erstrecken und die Bolzennabe und die Mantelabschnitte verbinden,
werden Risse gehindert in den Rillenbodenabschnitten des Teiles 22 zum
Formen des Bolzennabe und der Rippenabschnitte erzeugt zu werden,
da die Passoberflächen 24 voneinander
durch dünne
Beträge
teilen, wenn das Metallmaterial in die Rillen geschmiedet wird.
Als ein Ergebnis wird die Lebensdauer des Schmied-Formwerkzeuges
verlängert.
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Wenn
das Schmiede-Formwerkzeug, wie oben beschrieben, geteilt wird, werden
nach dem Schmieden an den unteren Endoberflächen der Bolzennabenabschnitte 3,
der Mantelabschnitte 4 und der Rippenabschnitte 5 des
durch Schmieden geformten Werkstückes 11,
Grate gelassen, die den Positionen der Passoberfläche 24 entsprechen.
Jedoch selbst wenn die nach dem Schmieden verbliebenen Grate gelassen
werden, ohne dass sie in einem abschließenden spanenden Verfahren
entfernt werden, beeinträchtigen
sie die eigentliche Funktion des Kolbens nicht. Das Dranlassen der
durch Schmieden geformten Grate, so wie sie sind, kann verhindern,
das das spanende Verfahren recht mühsam wird.
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Nebenbei
bemerkt, in dem Fall, dass die Steifigkeit des zylindrischen Formwerkzeugteiles 23, wie
in der 3 gezeigt, nicht hoch genug
gemacht werden kann, erhöht
sich nach dem Schmieden die Wanddicke des Mantels und der Bolzennabenabschnitte
und das notwendige Volumen des Kolbenmaterials 10 nimmt
zu. Demzufolge muss die Verbindung zwischen dem zylindrischen Formwerkzeugteil 23 und
dem äußeren unteren
Formwerkzeug 22b stärker
ausgebildet werden, was die Kosten für das Formwerkzeug erhöht. In diesem
Fall können
das zylindrische Formwerkzeugteil 23 und das äußere untere
Formwerkzeug 22b als ein Einzelteil ausgebildet werden.
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Alternativ
kann, wie in der 5 gezeigt, der Schmiede-Formwerkzeugsatz
verkehrt herum angeordnet werden, so dass der Mantel, die Bolzennabe und
die Rippenabschnitte über
dem Kopfabschnitt angeordnet sind. In diesem Fall werden das untere Formwerkzeugteil 22 und
das zylindrische Formwerkzeugteil 23 an einem stationären Bett
einer Schmiedemaschine befestigt, während das obere Formwerkzeug 21,
das das innere Formwerkzeugteil 21a, das äußere Formwerkzeugteil 21b,
ein Basisteil 21c und ein Verbindungsteil 21d aufweist
und mit einem Pressstempelteil verbunden ist, nach unten bewegt
wird, um das Schmieden auszuführen.
Auch in diesem Fall werden die Bolzennabe und die Rippenabschnitte
durch das Verwenden der zwei Formwerkzeugteile gebildet, dem inneren
Formwerkzeugteil 21a und dem äußeren Formwerkzeugteil 21b.
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Das
für den
durch Schmieden geformten Kolben verwendete Kolbenmaterial (der
Barren) 10 wird, wie oben beschrieben, von einem zylindrischen, stangenförmigen Stranggussmaterial
der Aluminiumlegierung geschnitten, die z. B. 10–25% Gew.-% von Silizium (Si),
1 Gew.-% von Eisen (Fe), 0,5–7
Gew.-% von Kupfer (Cu), 0,1–2
Gew.-% von Magnesium (Mg), 1,5 oder weniger Gew.-% von Mangan (Mn), 1,5
oder weniger Gew.-% von Nickel und 1,5 Gew.-% von Chrom (Cr) in
einer Aluminiumbasis enthält.
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Alternativ
kann das Kolbenmaterial 10 wie folgt erhalten werden: Gemeinsam
mit dem Herausziehen der Aluminiumlegierung der oben beschriebenen
Zusammensetzung in der Form eines zylindrischen Stranggusskörpers aus
der Bodenfläche
eines Schmelzofens wird eine Schütteleinrichtung,
gebildet mit Elektromagneten oder einem Ultraschall-Oszillator,
platziert rund um einen Teil der äußeren Umfangsfläche des
Materials, das unmittelbar aus dem Schmelzofen herausgetreten ist
und noch nicht verfestigt worden ist, um die Materialien in der
Mitte und in den äußeren Umfangsflächen des
zylindrischen Stranggusskörpers
zu bewegen und zusammen zu mischen, und das Material wird verfestigt,
während die
Bewegung anhält.
Auf diese Weise wird das kristallisierte Korn am Wachsen begrenzt
und das kleinformatige Korn wird über die Mitte und die äußeren Umfangsflächen des
zylindrischen Materials gleichmäßig verteilt,
von dem das Kolbenmaterial 10 in eine angemessene Größe geschnitten
wird.
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Wenn
das Kolbenmaterial 10 verwendet wird, das aus dem verfestigten,
zylindrischen Stranggussmaterial erhalten wird, während seine
inneren und äußeren Umfangsflächen, wie
oben beschrieben, durch Bewegung zusammengemischt sind, da die Kristallisationskorngröße klein
ist und die Kristalle gleichmäßig verteilt
sind, werden Risse mit geringerer Wahrscheinlichkeit während des
Schmiedeverfahrens auftreten und die Schmiedeausbeute wird erhöht. Wenn überdies
solch ein Kolben in Motoren verwendet und betrieben wird, zeigt
er eine hohe Ermüdungsfestigkeit
in dem Mantelabschnitt 4.
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Ein
alternatives Kolbenmaterial 10 kann auch verwendet werden,
das aus einer schnell abgekühlten,
verfestigten Pulveraluminiumlegierung mit einer anfänglichen
Kristallkorngröße von 10 μm oder weniger
besteht und das 10–22
Gew.-% von Silizium (Si) enthält.
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Eine
Zusammensetzung von solch einer schnell abgekühlten, verfestigten Pulveraluminiumlegierung
enthält
z. B. 10–22
Gew.-% von Silizium (Si), 1–10
Gew.-% von Eisen (Fe), 0,5–5
Gew.-% von Kupfer (Cu), 0,5–5
Gew.-% von Magnesium (Mg), 1 Gew.-% oder weniger von Mangan (Mn),
1 Gew.-% oder weniger von Nickel (Ni), 1 Gew.-% von Chrom (Cr),
2 Gew.-% oder weniger von Zirkon (Zr) und 1 Gew.-% oder weniger
von Molybdän
(Mo) in einer Aluminiumbasis.
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Von
den Bestandteilen solch einer Aluminiumlegierung von schnellverfestigtem
Pulver wird Silizium (Si) addiert, um den Widerstand gegen Verschleiß und Festfressen
durch Ausfällen
harter Ausgangskristalle und eutektischen Siliziumkorns in der Metallzusammensetzung
zu verbessern, Eisen (Fe), um die Festigkeit bei Temperaturen von
200 Grad C oder höher
durch verfestigende Metallzusammensetzungen durch Dispersion zu
erhöhen,
Kupfer (Cu) und Magnesium (mg), um die Festigkeit bei Temperaturen
von 200°C
oder weniger zu erhöhen.
Der beabsichtigte Widerstand gegen Verschleiß und Festfressen und die Festigkeit
bei hohen Temperaturen kann nicht erhalten werden, wenn die Zusatzmengen
von den oben angegebenen Bereichen abweichen.
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Die
schnell verfestigte Pulveraluminiumlegierung für das Kolbenmaterial 10 wird
durch Verteilen einer geschmolzenen Aluminiumlegierung im Nebelzustand,
hergestellt zu Pul ver durch schnelles Abkühlen und Erstarrung, erhalten
und geformt. Demzufolge beträgt
die durchschnittliche Korngröße der Pulveraluminiumlegierung
ungefähr
100 μm und
die durchschnittliche Korngröße von Silizium,
das in dem Pulver enthalten ist, ist 10 μm oder kleiner. Das Silizium
ist in jedem Aluminiumlegierungskorn gleichmäßig enthalten.
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Wenn
das Kolbenmaterial durch Schmieden in ein nahezu kolbenförmiges Werkstück 11 geformt wird,
wird das Material gestreckt und wird besonders in dem Mantelabschnitt 4 dünn.
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Da
jedoch, wie oben beschrieben, Silizium (Si) in feinem Korn erzeugt
und dispergiert wird, treten in dem Mantelabschnitt 4 als
ein Ergebnis der Rissbildung des Anfangskristallkorns keine Risse auf.
Somit ist die Ermüdungsfestigkeit
des Mantelabschnittes 4 des Kolbenhauptteiles 1 hoch.
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Die
schnell abgekühlte,
verfestigte Pulveraluminiumlegierung für das Kolbenmaterial 10 ist
nicht auf das oben beschriebene begrenzt, sondern kann eine Legierung
sein, die außerdem
Siliziumkarbid (SiC) enthält,
das härter
als Silizium (Si) ist, und das den Verschleißwiderstand weiter erhöht.
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Ein
Beispiel der schnell abgekühlten,
verfestigten Pulveraluminiumlegierung enthält Siliziumkarbid (SiC) und
weitere in der Aluminiumbasis enthaltene Elemente; 10–22 Gew.-% von Silizium (Si),
1–10 Gew.-%
von Eisen (Fe), 05–5%
Gew.-% von Kupfer (Cu), 0,5–5
Gew.-% von Magnesium (Mg), 1 Gew.-% oder weniger von Mangan (Mn),
1 Gew.-% von Nickel (Ni),
1 Gew.-% oder weniger von Chrom (Cr), 2 Gew.-% oder weniger von
Zirkon (Zr), 1 Gew.-% oder weniger von Molybdän (Mo) und 1–10 Gew.-%
von Siliziumkarbid (SiC).
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Die
schnell abgekühlte,
verfestigte Pulveraluminiumlegierung für das Kolbenmaterial 10 enthält Silizium
(Si) in dem Zustand von feinen Teilchen der Größe von 10 μm oder kleiner, die in der Metallzusammensetzung
verteilt sind, und enthält
außerdem Siliziumkarbid
(SiC) 1, eine unlösliche,
nicht-metallische Substanz, die härter als Silizium (Si) ist,
einer durchschnittlichen Teilchengröße von 10 μm oder kleiner, um den Widerstand
gegen Verschleiß und Festfressen
zu erhöhen.
Das aus dem Kolbenmaterial 10 durch Schmieden geformte
Kolbenhauptteil 1 enthält
die in der Aluminiumbasis gleichmäßig verteilten feinen Teilchen
von Siliziumkarbid (SiC). Dies schafft einen höheren Widerstand gegen Verschleiß.
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Um
das Kolbenmaterial 10 der schnell abgekühlten, verfestigten Pulveraluminiumlegierung
herzustellen, wird ein erster Aluminiumlegierungsbarren mit einer
Aluminiums-(Al)Basis vorbereitet, die die notwendigen Mengen von
Bestandteilen (z. B. Silizium, Siliziumkarbid etc.) enthält. Der
Barren wird durch Erwärmen
bei einer Temperatur von 700°C oder
höher geschmolzen,
in dem Nebelzustand versprüht
und schnell bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit
von 100°C
pro Sekunde oder schneller abgekühlt,
um in Pulver zu erstarren. Ein weiteres Verfahren zum Bilden der
Pulveraluminiumlegierung ist, ein Aluminiumpulver durch Schmelzen
und schnelles Abkühlen
der Aluminiumlegierung, die nicht die notwendigen Bestandteile enthält, herzustellen,
und durch Zusetzen von bestimmten Pulvermengen der notwendigen Bestandteile
der durchschnittlichen Teilchengröße von 1–10 μm vor der Verfestigung das Aluminiumlegierungspulver
zu erhalten.
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Beim
Verwenden des Aluminium-Legierungspulvers wird das Kolbenmaterial 10 entweder durch
Füllen
einer Gussform von gewünschter
Form und Größe mit dem
Pulver unter Druck und einer Temperatur von 400–500 (unter 700) Grad C gebildet,
oder das Aluminium-Legierungspulver wird erwärmt und als eine Stange stranggepresst,
verfestigt, und die runde Stange wird in ein dickes scheibenförmiges Material 10 eines
entsprechenden Volumens geschnitten, das einem Kolbenstück entspricht,
geschnitten.
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Weitere
alternative Verfahren für
das Herstellen des Kolbenmaterials 10 eines Aluminium-Legierungspulvers
enthalten Walzaluminium-Legierungspulver zwischen einem Rollenpaar
während des
Erwärmens
des Aluminium-Legierungspulvers bei einer Temperatur von 400–500 Grad
C. Das gewalzte Erzeugnis wird mit einer Presse gestanzt, um ein
scheibenförmiges
Kolbenmaterial zu erzeugen, oder abgeschert, um ein rechteckiges
und geformtes Material zu erhalten. Es ist auch möglich, ein
vorbereitendes Schmieden in das rechteckige Erzeugnis auszuführen, um
ein scheibenförmiges
Kolbenmaterial zu erzeugen.
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Mit
dem Schmiedeverfahren und dem Schmiede-Formwerkzeug zum Herstellen
des geschmiedeten Kolbens entsprechend der Erfindung, wenn eine
Metallmasse, wie das Material für
den Kolben durch Schmieden in das geformte Werkstück der Ausbildung
geformt wird, in der die Kolbennabenabschnitte und die Mantelabschnitte
durch die Rippenabschnitte verbunden sind, die sich von der Unterseite
des Kopfabschnittes des Kolbens nach unten erstrecken, werden Risse
in den Rillenabschnitten der Formwerkzeugteile zum Formen der Nabenabschnitte
und der Rippenabschnitte am Erscheinen gehindert. Dies verlängert die
Lebensdauer des Schmiedeformwerkzeuges.