EP1247600A2 - Verfahren zur Herstellung von Kolben- bzw. Kolbenbauteilen sowie Schmiedewerkzeug - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for producing pistons or Piston components, such as piston heads, in particular for Internal combustion engines.
- DE-A 3801847 is a method for producing pistons for To remove internal combustion engines, with each piston at least one has metallic reinforcing part. That from a material with open Pore existing metallic reinforcement part is heated and in one preheated die introduced. A predeterminable amount is placed in the die an aluminum or aluminum alloy melt introduced. In the A die is inserted so that the aluminum or Aluminum alloy is pressurized during its solidification, whereby the metal under pressure flows around the metallic reinforcement part, the Piston shape fills and thereby the open pores of the metallic Filling reinforcement part. After the melt solidifies, the piston becomes with the metallic reinforcement part removed from the die and the The pistons are then machined to their final dimensions.
- DE-A 19935410 is a piston, in particular for one Internal combustion engine, has become known of a bolt hole having piston skirt and an adjoining ring field having. Starting from the bolt hole, webs extend in the direction of the ring field and / or in the direction of the end facing away from the ring field Piston skirt. Such a piston is preferably made by casting generated.
- DE-A 3222582 describes a method for producing a piston crown for a built piston, especially for large diesel engines, described with vaulted piston crown middle part encircling piston crown shoulder and inner rotating hub, with the piston crown shoulder intended for receiving piston rings and for placing on one separately manufactured piston skirt is set up, on which the circumferential Hub can be connected by means of screwing and / or welding.
- Out a forgeable heat-resistant steel is in a first Deforming a cup forged the one of the piston crown middle part corresponding area and a circumferential collar. After that in a second deformation step with further shaping of the Piston crown middle part from the collar, the piston crown shoulder, as well as the Forged all-round hub. That kind of forging in Axial direction of the piston crown only allows contours with predeterminable Wall thicknesses, especially radial wall thicknesses, with an increased Material costs are given with a correspondingly weight-intensive design.
- the invention has for its object a method for producing To design pistons or piston components, such as piston heads, by means of which the easily wearing aluminum aprons are dispensable and with reduced material expenditure, an optimized wall thickness lightweight piston or a corresponding piston component, such as a Piston head, is available.
- a forging tool is also designed by means of which such pistons or piston components in a simple manner can be produced, and also complicated designs are possible should.
- This object is achieved by a method for producing pistons or piston components, such as piston heads, in particular for Internal combustion engines by the in a first step later pistons or the later piston component resulting body in a definable axis direction by shaping corresponding contours pre-forged and in at least one further step the preformed piston body in at least one other axial direction Forming further contours is forged.
- This object is also achieved by using a forging tool several in the area of upper and lower die parts
- Tool parts that are used to pre-shape and shape pistons or piston components, like piston heads, in several planes formed by axes in the direction of a base body are movable, with tool parts at least one of the Die parts for pre-forging and tool parts for at least one of the Die parts can be used for finish forging.
- the piston is biaxial Forging a basic body made of steel, the forging axes are preferably perpendicular to each other. at more complex piston geometries, it is also conceivable that the Forging is carried out in at least one other level, which is then inclined to the above-mentioned perpendicular planes lies.
- the piston or piston component solves this The problem with conventional configurations, namely premature wear of aluminum aprons, characterized in that the piston or the piston component a (made of steel) has integrated guide apron. That in DE-A 3222582 The method described does not provide any suggestions for this.
- an optionally rod-like base body can also filigree contours are created that were previously only possible using casting technology were and with the least possible use of materials.
- Fig. 1 shows a schematic diagram of the manufacturing process for the production of Piston heads.
- a rod-shaped base body 1 made of steel is heated (for example induction heating) and in one if necessary preheated die compressed in the axial direction 1 '.
- the base body 1 is in the same die and in the same axial direction a hollow body 2 and formed first radial peripheral surfaces 3 are given in a corresponding manner.
- 4 first profiles 5 are in the area of the upper end face formed.
- Side regions 6 are formed on by further shaping and optimizes the contour of the cavity 2, the side areas 6 the Correspond to the outer radius of the hollow body 2.
- the preformed piston body 7 is freed from excess material 8.
- the previously described Forming of the base body 1 up to the production of the preformed Piston body 7 correspond to a first step A, especially since all circumferences Formations in the same axial direction (arrow) have been made.
- a second tool can now be found in one and the same forging tool Forming process of the preformed piston body 7 instead of by the each other opposite sides 6 are subjected to a radial compression, so that they are within the limits of the diameter of the preformed Piston body 7 are positioned. Possibly. material parts 9 that are not required removed, this process depends on the component and does not necessarily has taken place.
- Fig. 2 shows a schematic diagram of a forging tool 10 consisting of a upper die part 11 and a lower die part 12.
- the left side of Fig. 2 shows the forging tool 10 in the open state, while the right side of Fig. 2, the forging tool 10 in the closed state represents.
- Tool parts 13, 14, 15 are provided in the upper die part 11, while the lower die part 12 contains tool parts 16, 17.
- the in lower die part 12 positioned tool parts 16 are over Hydraulic cylinder 18 can be actuated in the direction of the arrow.
- the tool parts 13, 16 are in operative connection with sliding surfaces 19, 20 in the lower die part 12.
- For the first step A is the upper die part 11 together with tool parts 13, 14, 15 moved in the axial direction 1 'of the lower die part 12.
- the Tool parts 16 have assumed a corresponding basic position, thus the transformations in FIG. 1 for work step A in perpendicular direction can be performed.
- the tool parts 16 via the hydraulic cylinder 18 in radial Axis direction 1 "delivered so that the basis of step B. lying transformations can be brought about.
- Fig. 3 shows a spatial representation of the basic body 1 in the course multi-axis forging steps A, B Piston head 7, the side areas 6 within the limits of Diameter 21 are provided.
- the side areas 6 will be later bored out and serve for the sleeve-free reception of a compared to the State of the art, short piston pin, not shown.
- the piston skirt 22, which corresponds to the diameter 21 of the piston head 7 corresponds, is intended in a wall thickness-optimized form and runs under Formation of webs 23 in the radially recessed side regions 6.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Forging (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Abstract
Description
- Fig. 1
- Prinzipskizze des Herstellvorganges von Kolbenköpfen
- Fig. 2
- Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Schmiedewerkzeuges
- Fig. 3
- Nach dem Verfahren gem. Fig. 1 in einem Schmiedewerkzeug gem. Fig. 2 geschmiedeter Kolbenkopf
- 1
- Grundkörper
- 1'
- Achsrichtung
- 1"
- Achsrichtung
- 2
- Hohlkörper
- 3
- radiale Umfangsfläche
- 4
- obere Stirnfläche
- 5
- Profilierungen
- 6
- Seitenbereich
- 7
- vorgeformter Kolbenkörper (Kolbenkopf)
- 8
- Materialüberstand
- 9
- Materialteil
- 10
- Schmiedewerkzeug
- 11
- oberes Gesenkteil
- 12
- unteres Gesenkteil
- 13
- Werkzeugteil
- 14
- Werkzeugteil
- 15
- Werkzeugteil
- 16
- Werkzeugteil
- 17
- Werkzeugteil
- 18
- Hydraulikzylinder
- 19
- Gleitfläche
- 20
- Gleitfläche
- 21
- Durchmesser
- 22
- Kolbenschürze
- 23
- Steg
Claims (15)
- Verfahren zur Herstellung von Kolben bzw. Kolbenbauteilen wie Kolbenköpfen (7), insbesondere für Verbrennungskraftmaschinen, indem in einem ersten Arbeitsschritt (A) der den späteren Kolben bzw. das spätere Kolbenbauteil ergebende Grundkörper (1) in einer vorgebbaren Achsrichtung (1') durch Ausformung entsprechender Konturen (2,3,4,5,6) vorgeschmiedet und in mindestens einem weiteren Arbeitsschritt (B) der vorgeformte Kolbenkörper (7) in mindestens einer weiteren Achsrichtung (1'') unter Bildung weiterer Konturen (6) fertiggeschmiedet wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Arbeitsschritt (A) die Vorformung des Grundkörpers (1) in Richtung seiner Längsachse (1') umfaßt.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Arbeitsschritt (A) ein stabartiger, ggf. zylindrischer Grundkörper (1) gestaucht und unter Bildung einer Kolbenschürze (22) mit einem Hohlraum (2) versehen wird, wobei in dieser Achsrichtung (1')Konturen (3-6) im Bereich der inneren und äußeren Umfangs- (3) sowie oberen und unteren Stirnfläche (4) der Kolbenschürze (22) angeformt werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem weiteren Arbeitsschritt (B) am vorgeformten Kolbenkörper (7) in einer zweiten Achsrichtung (1") weitere Konturen (6) durch Schmieden etwa um 90° quer zur ersten Achsrichtung (1'), insbesondere der Längsachse, angeformt werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsschritte des Längs- (A) und des Querschmiedens (B) in dem gleichen Schmiedewerkzeug (10) durchgeführt werden, wobei der Grundkörper (1) vor Einbringung in das Schmiedewerkzeug (10) ggf. erwärmt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Verlauf des weiteren Arbeitsschrittes (B) die Wandstärken des vorgeformten Kolbenkörpers (7), ggf. unter Bildung von versteifenden Elementen (23), reduziert werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Verlauf eines der Arbeitsschritte (A,B) am vorgeformten Kolbenkörper (7) eine integrierte Kolbenschürze (22) dergestalt angeformt wird, daß sie im Verlauf des Arbeitsschrittes (B) innerhalb der Grenzen des Durchmessers (21) der Kolbenschürze (22) vorgesehen wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Grundkörper (1) aus Stahl eingesetzt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ggf. in einem weiteren Arbeitsschritt eine Umformung des Kolbenkörpers (7) in einer weiteren Ebene erfolgt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung insbesondere von Kolbenköpfen (7) im Verlauf mindestens eines der Arbeitsschritte (A,B) Materialüberstände (8) entfernt und/oder Ausnehmungen (9), insbesondere durch Stanzen, erzeugt werden.
- Schmiedewerkzeug, beinhaltend mehrere im Bereich oberer (11) und unterer Gesenkteile (12) vorgesehener Werkzeugteile (13,14,15,16,17) die zur Vor- und Ausformung von Kolben bzw. Kolbenbauteilen wie Kolbenköpfen (7) in mehreren, durch Achsen (1',1") gebildeten Ebenen in Richtung eines Grundkörpers (1) bewegbar sind, wobei Werkzeugteile (13-17) mindestens eines der Gesenkteile (11,12) für das Vorschmieden und Werkzeugteile (16) mindestens eines der Gesenkteile (12) für das Fertigschmieden einsetzbar sind.
- Schmiedewerkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Werkzeugteile (13-15) des oberen Gesenkteiles (11) für das Vorschmieden und diejenigen Werkzeugteile (16,17) des unteren Gesenkteiles (12) für das Fertigschmieden einsetzbar sind.
- Schmiedewerkzeug nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugteile (16,17) des unteren Gesenkteiles (12) etwa 90° quer zur Bewegungsrichtung der Werkzeugteile (13-15) des oberen Gesenkteiles (11) bewegbar sind.
- Schmiedewerkzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugteile (16) des unteren Gesenkteiles (12) insbesondere durch Hydraulikzylinder (18) quer zu den Werkzeugteilen (13-15) des oberen Gesenkteiles (11) bewegbar sind.
- Schmiedewerkzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Werkzeugteile (13,16) des oberen (11) sowie des unteren Gesenkteiles (12) im Bereich des unteren Gesenkteiles (12) mit in unterschiedlichen Ebenen angeordneten Gleitflächen (19,20) in Eingriff bringbar sind.
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