HU197419B - Method for producing piston of ring-carrying insert used first for internal combustion engines - Google Patents

Abstract

A találmány lényege abban van, hogy a gyűrűhordozó betétet (2) és a dugattyútörzset (1) az illeszkedő felületeken zsírtalanítjuk és adott esetben kémiai maratással érdesítjük, majd a gyűrűhordozó betétet (2), célszerűen 500 °C-ra felmelegitjük, a hideg dugattyútörzsre (1) helyezzük és előnyösen 20 kN nagyságú erővel rányomjuk, majd célszerűen 500°C-ra melegített zárógyúrűt (3) az összeszerelt dugattyútőrzs(l)-gyűrűhordozó betétre (2) helyezzük és előnyösen 20 kN-os nyomóerővel megnyomjuk. (1. ábra) 197419

Description

A találmány tárgya eljárás, elsősorban belsőégésű motorokhoz felhasznált gyűrűhordozó betétes dugattyú előállítására, amelynek folyamán az öntéssel, sajtolással, továbbá kovácsolással és forgácsolással kialakított dugattyúra gyűrűhordozó betétet és zárógyűrűt helyezünk.

Imsretes, hogy a belsőégésű motorokkal működő járműveknél, különösen diesel motorok esetén a legnagyobb igénybevételnek a dugattyúk vannak kitéve. A diesel motoroktól manapság mintegy 500.000 km futásteljesítményt várnak el. A dugattyút összetett, mechanikai- ée hőterhelésnek vetik alá, amely mellett a legnagyobb hó és mechanikai i igénybevételnek kitett kompresszió gyűrű hornya könnyen kikopik. Ez a jelenség egyúttal meghatározza a dugattyú élettartamát. A belsőégésű motorok fejlesztésével együttjáró teljesítmény emelkedés a fent említett típusú terhelések növekedését hozta magával, amelyek a felső kompresszió gyűrű hornyának rövidebb időszak alatt lezajló kikopásához vezetnek. Hasonló hibajelenségeket tapasztaltak, továbbá egyes nagyteljesítményű kompresszorok dugattyúinál.

A nagy mechanikai hőterhelésnek megfelelő. dugattyúk anyagának fejlesztési lehetőségeit a szilárdság vonatkozásában többé kevésbé kimerítették. Az igénybevételek mérséklésére a hóterhelés egyenletes elosztására számos megoldást dolgoztak ki, amelyek egyik az ún. gyűrűhordozó betét alkalmazása. A gyűrűhordozó betéteket különféle szerkezeti kialakítással és eljárásokkal rögzítik a dugattyúra. A gyűrűhordozó betétet általában a dugattyúéval megegyező hótágulási együtthatójú ötvezetböl (pl. Ni- resist) gyártják. A gyűrűhordozó betétes könnyűfém dugattyúkat különböző öntési és sajtolási megoldásokkal állítják elő.

A DE-1 224 104, valamint a DE-1 165 934 sz. szabadalmi leírásban olyan gyűrűhordozó betétes megoldásokat ismertetnek, ahol a gyűrűhordozó betétet több lépcsőben, megfelelően kialakított szerszámokkal sajtolják be.

A DE-2 405 339 sz. szabadalmi iratban a gyűrűhordozó betét alakjának kialakításával megoldott gyűrühordozó betét előállításánál alfinálási eljárást alkalmaznak.

A DE-2 533 746 sz. szabadalmi leírás a kimunkált hornyú dugattyúba robbantásos, vagy elektromágneses eljárással beillesztett gyűrűhordozó betétet ismertet, ahol az alfinálási technológiára nincs szükség.

A DE-4 079 661 sz. szabadalmi leírásban több darabból összeállított öntéshez külön összefogó gyűrűvel összefogott gyűrűhordozó betétet ismertetnek. Az ósszegfogó gyűrűt eltávolitva megfelelő szorítóeró alkalmazásával érik el, hogy a gyűrűhordozó betétet a rugalmas energiája révén a megkívánt helyzetben rögzítsék.

A 167 408 sz. magyar szabadalmi leírás olyan eljárást ismertet, amelynél szerszámban folyatással alakítják ki a gyűrühordozó betétek helyét. A második műveletnél a felsó szerszámot cserélve a gyűrűhordozó betétre rásajtolták az előrefolyatott anyagrészt. A gyűrűhordozó betét ülékét többnyire utólagos megmunkálással alakítják ki.

A fentiekben ismertetett megoldások hiánya, hogy valamennyihez több művelettel, illetve szerszámmal megvalósítható eljárásra, vagy bonyolult, speciális kialakítású elótermékekre és gyűrűhordozó betétre van szükség, ami önmagában, valamint figyelembe véve a többszöri előmelegítést, számottevő költségtöbbletet jelent.

További hiányossága az, hogy a gyűrűhordozó betétes dugattyúkat leggyakrabban öntéssel állítjuk elő és az ily módon megvalósítható szövetszerkezet a nagyteljesítményű motorokban fellépő terheléseknek nem megfelelő.

A találmánnyal célunk a fenti hiányosságok kiküszöbölése, azaz a gyűrűhordozó betétes dugattyú tökéletesítése, amely lényegesen jobb hatásfokkal működik, mint az ismert megoldások.

A találmánnyal feladatunk a gyűrűhordozó betétes dugattyú továbbfejlesztése, amelynek szerkezeti kialakítása, szerelhetősége, szerkezeti anyaga, előnyösebb.

A találmány alapja az a felismerés, hogy a kitűzött feladat megoldódik, ha a gyűrűhordozó betét dugattyúhoz történő rögzítését a gyűrűhordozó betét kialakítása révén, valamint illesztésével és záróelem alkalmazásával oldjuk meg.

A kitűzött feladatot a bevezetőben leírt típusú eljárásnál úgy oldottuk meg a találmány szerint, hogy a gyűrűhordozó betétet és a dugattyútörzset az illeszkedő felületeken zsírtalanítjuk és adott esetben kémiai maratással érdesitjük, majd a gyűrühordozó betétet, célszerűen 500 °C-ra felmelegitjük, a hideg dugattyútörzsre helyezzük és előnyösen 20 kN nagyságú erővel rányomjuk, majd a célszerűen 500 °C-ra melegített zárógyűrűt az összeszerelt dugattyútörzs-gyúrűhordozó betétre helyezzük és előnyösen 20 kN-os nyomóerővel me nyomjuk.

A találmány szempontjából célszerű, hogy a zárógyűrűt a dugattyúra zsugorkötéssel rögzítjük, oly módon, hogy a fellépő mechanikai feszültség az adott hőmérsékleten meghatározott folyási határértéke alatt marad.

A találmány szempontjából továbbá előnyös, hogy a zárógyűrűt a dugattyú zsugorkötéssel és képlékeny alakítással rögzítjük, oly módon, hogy a fellépő mechanikai feszültség értéke az adott hőmérsékleten meghatározott folyási hatás és szakitási határ közötti értékű.

A találmány szerinti megoldást részletesebben rajzon megvalósítási példa segítségével ismertetjük. A rajzon az 1. ábra a találmány szerinti eljárással előállított dugattyú összeállítási rajza metszetben, a 2a-cábra a találmány szerinti eljárással előállított dugattyútörzs fejrésze különböző kiviteli alakokban (metszetben), a

3a-c ábra a 3 zárógyűrű különböző kiviteli alakjainak metszete, a

4. ábra a 2 gyürűhordozö betét részben metszve.

Az 1. ábrán az 1 dugattyútörzset a 2 gyűrűhordozó betétet és a 3 zárógyűrűt szemléltetjük összeállítási rajzon. Az 1 dugattyútörzs fejrészét először kovácsolással, vagy sajtolással lépcsős fejrésszé alakítjuk ki Az 1 dugattyútórzs fejrészét forgácsolással úgy munkáljuk meg, hogy biztosítsuk a 2 gyűrűhordozó betét megfelelő illeszkedését, továbbá a 2 gyűrűhordozó betét és a 3 zárógyűrű szilárd kötését. Ezt az 1 dugattyútörzs fejrészén a 3 zárógyűrűvel illeszkedő felület olyan megmunkálásával oldottuk meg, amelyet túlfedéses mérettel és felfelé bővülő kúppal, más kiviteli változatoknál pedig hullámos-recézett forgásfelülettel, vagy alámetszett lépcsős kialakítással jellemezhetjük. A 2 gyűrűhordozó betétet forgácsolással Ni-resist ötvözetből úgy alatottuk ki, hogy a 2 gyűrűhordozó betét belsó átmérője és a dugattyutőrzs fejrészének illeszkedő felülete között túlfedés legyen, amely összeszerelésnél felmelegítéssel kiküszöbölhető. Az 1 dugattyútörzset és a 3 zárógyűrű előgyártmányt bármilyen a dugattyú gyártásához használatos anyagból kovácsolással vagy sajtolással állíthatjuk elő. A 3 zárógyűrű anyagának hőtágulási együtthatója nem lehet nagyobb az 1 dugattyútörzs anyagáénál.

A 2a-c ábrán az 1 dugattyútörzs fejrészének különböző kiviteli alakjait ábrázoltuk. Az illeszkedő felületeket 1,5 °-os kúpszöggel alakítottuk ki, és 0,2 mm túlfedéssel munkáltuk meg. Az illeszkedő felületeket pácoltuk.

A 2a ábrán felfelé bővülő kúpos 1 dugattyútörzs fejrészt, a 2b ábrán továbbá hullámos- recézett forgásfelülettel, a 2c ábrán alámetszett lépcsős kialakítással megmunkált 1 dugattyú törzs fejrészt szemléltettük.

A 3a, 3b és 3c ábrákon a 2a-c ábrákon ismertetett 1 dugattyútörzs fejrészekhez illeszthető 3 zárógyűrű kiviteli változatokat ismertettük. A 4. ábrán a dugattyúéval megegyező hőtágulási Ni-resist ötvözetből forgácsolással kialakitott 2 gyűrűhordozó betétet ismertettük. A 2 gyűrűhordozó betétet ékalakúra 60-75 °-os szöggel készítettük, hogy elősegítsük jobb rögzítését az 1 dugattyútórzs fejrészén.

A találmány szerinti eljárással a dugattyú összeszerelését úgy végezzük, hogy a megmunkált fejrészű 1 dugattyútörzset az illeszkedő felületeket zsírtalanítjuk, esetleg kémiai maratással a felületeket érdesítjük, a kötés szilárdságának fokozása céljából. A forgácsolt 1 gyűrűhordozó betétet pácolással zsírtalanítjuk. A 2 gyűrűhordozó betétet olyan hőmérsékletűre melegitjük fel, hogy belső átmérője és az 1 dugattyú törzs fejrészének illeszkedő felülete közötti túlfedés megszűnjék és a 2 gyűrűhordozó betétet a hideg 1 dugattyútörzsre felülről könnyen rácsúsztathassuk. Közben a 2 gyűrűhordozó betétet meghatározott terheléssel nyomjuk, hogy a felületek záródása tökéletes legyen.

A továbbiakban a 3 zárógyűrűt előmelegítéssel illesztjük helyére. A 3 zárógyűrűt olyan terheléssel nyomjuk, ami a zsugorkötés kialakításához szükséges. Különösen nagy igénybevételnek kitett dugattyúknál a 3 zérógyűrű zsugorkötését folyatással is megerősítjük. A gyűrűhordozó betétes dugattyúk gyártásánál minden esetben megfelelő elógyártmányokat alakítottunk ki. Kiviteli példánknál a dugattyútörzs és a zárógyűrű előgyártmányát is kovácsolássá! alakítottuk ki, hipereutektikus szilícium tartalmú alumínium ötvözetekből. A gyűrűhordozó betét Ni-resist ötvözetből forgácsolással lett kialakitva.

A találmányunk szerinti eljárással, amelyet elsősorban belsőégésű motorokhoz felhasznált gyűrűhordozó betétes dugattyú előállításéra alkalmazunk, az eljárás folyamán az öntött, sajtolt, továbbá kovácsolással és forgácsolással célszerű formára kialakított dugattyúra szereléssel gyűrűhordozó betétet helyezünk.

A találmányunk szerinti eljárás specifikuma, hogy a gyűrűhordozó betét és a dugattyú közötti kapcsolatot zsugorkötéssel hozzuk létre, és a gyűrűhordozó betét elmozdulását célszerűen kialakitott zárógyűrűvel akadályozzuk meg.

Az előbbiekben ismertetett találmányunk szerinti eljárás egyik célszerű megvalósítási módja oly módon realizálható, hogy a zárógyűrűt a dugattyúra zsugorkőtéssel rögzítjük oly módon, hogy a fellépő mechanikai feszültség az adott hőmérsékleten meghatározott folyási határértéke alatt marad.

A találmányunk szerinti eljárás további megvalósítási módja folyamán a zárógyűrűt a dugattyúra zsugorkötéssel és képlékeny alakítással rögzítjük oly módon, hogy a fellépő mechanikai feszültség értéke az adott hőmérsékleten meghatározott folyási határ és szakítás! határ közötti értékű.

A találmányunk szerinti eljárással a dugattyútörzs a betétezetlen dugattyú gyártószerszámával és bevált gyártástechnológiájával míg a zárógyűrű egy további egyszerű szerszámmal készíthető el. Ugyanakkor a dugattyűtörzs és a zárógyűrű azonos vagy eltérő gyártási eljárással, kovácsolással, sajtolással vagy öntéssel is készíthető. Előnye az, hogy a betétgyürű alakjának változtatásához nem szükséges a szerszám módosítása.

A találmányunk szerinti eljárás három darabból álló, szerelt gyűrűhordozó betétes dugattyú előállítását teszi lehetővé, amelynek először kovácsolással vagy sajtolással lépcsős fejrésszel rendelkező dugattyútörzsét alakít-37 juk ki. A dugattyútörzs fejrészét forgácsolással úgy munkáljuk meg, hogy az egyrészt biztosítsa a gyűrühordozó betétnek a megfelelő illeszkedését, másrészt pedig a gyűrűhordozó betét és a zárógyűrű megfelelő szilárdságú kötését is. A dugattyútörzs fejrészén a zárógyűrűvel illeszkedő felületet úgy kell megmunkálni, hogy a felület alakja a zárógyűrű minél nagyobb szilárdságú és élettartamú kötését biztosítsa. Ezt megfelelő túlfedéssel és felfelé bővülő kúppal vagy hullámos-recézett felülettel vagy alámetszett lépcsővel állíthatjuk elő.

A zárógyürű előgyártmánya mind kovácsoló- sajtoló technológiával, mind pedig öntési eljárásokkal elkészíthető, amelyből forgácsolással kell kialakítania a gyűrühordozó betét felső részét és a dugattyútórzs fejrészéhez illeszkedő felületeket. A zárógyűrű anyaga megegyezhet vagy eltérhet a dugatytyú törzs anyagával, illetve attól azzal a kikötéssel, hogy a zárógyűrű anyagának hőtágulási együtthatója nem lehet nagyobb, mint a dugattyútörzsé.

A dugattyútörzs és a zárógyűrű anyagául bármilyen, a dugattyú gyártásához használatos anyag technológiába illeszthető.

A gűrűhordozó betétes dugattyú összeszerelése folyamán a megmunkált fejrészű dugattyútőrzset az illeszkedő felületeken zsírtalanítjuk, adott esetben kémiai maratással a felületet érdesitjük ezáltal elősegítjük a kötés szilárdságának fokozását. A kész alakra forgácsolt gyűrűhordozó betétet pácoláesal zsírtalanítjuk. A gyűrűhordozó betétet célszerűen 500 °C-ra felmelegitjük, hogy a gyűrűk belső átmérője és dugattyútörzs fejrészének illeszkedő felülete közötti túlfedés megszűnjön és a gyűrűhordozó betétet a hideg dugattyútörzsre felülről könnyen rá lehessen csúsztatni. Miközben a gyűrühordozó betétet felülről célszerűen 20 kN erővel nyomjuk, hogy a felületek zárása tökéletes legyen.

A találmányunk szerinti eljárás következő műveleti lépésében a megfelelően kimunkált és célszerűen 500 °C-ra előmelegített zárógyűrűt illesztjük a helyére. Miközben a zárógyűrű a hideg dugattyútörzs fejrészének megfelelő helyére zsugorodik, a zárógyűrüt olyan erővel nyomjuk, hogy a zárógyűrű (célszerűen 20 kN-os erővel) a dugattyútörzs fejrészéhez és a gyűrűhordozó betéthez a lehető legjobban illeszkedjék. Igen nagy igénybevételnek kitett dugattúknál a zárógyűrű zsugorkötését folyatással is megerősíthetjük. A gyűrühordozó betét és a zárógyűrű esetében úgy kell a túlfedéseket méretezni, hogy a dugattyú működési hőmérsékletén a maradó feszültség az anyag folyáshatárát ne érje el, ugyanakkor a felületeket összeszoritó erő mind a tehetetlenségi erőkből, mind pedig az egyéb terhelésekből adódó igénybevételnek ellenálljon.

A találmányunk szerinti eljárás konkrét megvalósítási részleteire az alábbiakban térünk ki. A szerelt gyűrühordozó betétes dugattyúk gyártása minden esetben a megfelelő előgyárlmányok kialakításával történik. Példáinknál a dugattyútörzs és a zárógyűrű elógyártmanyat is kovácsolással alakítottuk ki, mégpedig hipereutektikus szilíciumtartalmú aluminiumötvözetekból (AlSi 17). Az elógyártmányokat kovácsolással állítottuk elő. A gyűrühordozó betétet Ni-resist ötvözetből forgácsoltuk. A gyűrühordozó betét keresztmetszetét ékalakúra 60-75°-ο8 szöggel készítettük, amely a jobb rögzítést valósítja meg.

A dugattyútörzs fejrészénél és a zárógyűrűnél az illeszkedő felületeket 1,5 °-os kúpszöggel és mintegy 0,2 mm túlfedéssel munkáltuk meg. Az Ni-resist gyűrűhordozó betét és a dugattyútörzs között az illesztési túlfedést szintén 0,2 mm-re vettük. Az illeszke iő felületeket pácoltuk. Az Ni-resist gyűrűt kemencében 500 °C-ra felmelegitettük, majd melegen a hideg dugattyútörzsre helyeztük, ahol a fejrész és a gyűrű felületei között a hűlés következtében zsugorkötés jött létre. A zsugorkötés alatt az Ni-resist gyűrűt felülről mintegy 20 kN nagyságú erővel nyomtuk, hogy a gyűrű a teljes érintkező felülete mentén jól felfeküdjék.

A megfelelően előkészített zárógyűrűt szintén 500 °C-ra melegítettük eló, majd a meleg zárógyűrűt az összeszerelt dugattyútörzs- Ni-resist gyűrűre helyeztük. A zárógyűrű hűlése idején az illeszkedő felületeken zsugorkötés alakult ki, miközben 20 kN-os nyomóerővel biztosítottuk a jó tapadást.

A találmányunk szerinti eljárás további megvalósítási változatai az előbbiektől abban térnek el, hogy a dugattyútórzs és a zárógyűrű kialakításában formai változásokat eszközöltünk.

A találmányunk szerinti eljárás további megvalósítási módjainak konkrét részleteinél a dugattyútörzs fejrészét és a zárógyűrű alakját változtattuk. Az Ni-resist gyűrűhordozó betét felhelyezése az 1. megvalósítási módnak megfelelően történt. Ugyanakkor ezeknél a megoldási változatoknál az előmelegített zárógyűrüt egy, a fejrészt körülfogó szerszámban a dugattyútörzs alakjához folyattuk.

Az Ni-resist gyűrűhordozó betétes dugattyú összeszerelt elmozdulás biztos megoldást valósít meg.

A találmányunk szerinti megoldás előnye, hogy a dugattyútörzs a betétezetlen dugattyú gyártószerszámával és hagyományos gyártótechnológiával elkészíthető, a zárógyűrű pedig egy további egyszerű szerszámmal állítható eló.

A találmányunk szerinti megoldással s szerelhetőség egyszerűségében és szerkezeti anyagok sokféleségében egyaránt előny mutatkozik.

Claims (3)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eljárás, elsősorban belsőégésű motorokhoz felhasznált gyűrűhordozó betétes dugattyú előállítására, amelynek folyamán az 5 öntéssel, sajtolással, továbbá kovácsolással és forgácsolással kialakított dugattyúra gyűrűhordozó betétet és zárógyűrűt helyezünk, azzal jellemezve, hogy a gyűrűhordozó betétet és a dugattyútörzset az illeszkedő felü- 10 leteken zsírtalanítjuk és adott esetben kémiai maratással érdesitjük, majd a gyűrűhordozó betétet, célszerűen 500 °C-ra feímelegítjük, a hideg dugattyútörzsre helyezzük és előnyösen 20 kN nagyságú erővel rányomjuk, majd 15 a célszerűen 500 °C-ra melegített zárógyürüt az összeszerelt dugattyútörzs-gyűrűhordozó betétre helyezzük és előnyösen 20 kN-os nyomóerővel megnyomjuk.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a zárógyűrűt a dugattyúra zsugorkótéssel rögzítjük oly módon, hogy a fellépő mechanikai feszültség az adott hőmérsékleten meghatározott folyási határ értéke alatt marad.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a zárógyűrűt a dugattyúra zsugorkötéssel és képlékeny alakítással rögzítjük, oly módon, hogy a fellépő mechanikai feszültség értéke az adott hőmérsékleten meghatározott folyási határ és szakítási határ közötti értékű.