JP2005042626A - Method of manufacturing friction-proof ring with cooling cavity - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関用ピストンのピストン本体に鋳包まれてピストンリングが組み込まれる耐摩環の製造方法に関し、特に、ピストンを冷却するための冷却オイルを還流させる環状の冷却空洞が内周側に付設された耐摩環の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a wear-resistant ring in which a piston ring is incorporated by being cast into a piston body of a piston for an internal combustion engine, and in particular, an annular cooling cavity for refluxing cooling oil for cooling the piston is provided on the inner peripheral side. The present invention relates to a method for manufacturing an attached wear-resistant ring.
近年、エンジンの高出力化が進み、圧縮・爆発による熱エネルギーによってピストンに加わる熱負荷が高くなってきている。特に、ピストンヘッド部やリングランド部は高温となり、加えて、エンジン潤滑油の炭化や燃焼による煤が発生して付着するため、リングランド部に設けられるピストンリングの摩耗による機能の低下が速まり、オイル消費量が増大している。 In recent years, the engine output has been increased, and the heat load applied to the piston by the thermal energy due to compression / explosion has increased. In particular, the piston head part and ring land part become hot, and in addition, soot is generated and adhered due to carbonization and combustion of engine lubricating oil, so that the deterioration of the function due to wear of the piston ring provided in the ring land part is accelerated. Oil consumption is increasing.
このような問題に対処するために、従来より、ピストンのリングランド部に、高温時における耐摩耗性の高い鋳物製ニジレスト材や鉄基焼結材からなる耐摩環を鋳包み、さらにその耐摩環の内周側にピストンを冷却するための冷却オイルを還流させる環状の冷却空洞を設けることが行われている。 In order to deal with such problems, conventionally, a ring ring portion of the piston is cast with a wear-resistant ring made of cast nizirest material or iron-based sintered material having high wear resistance at high temperatures. An annular cooling cavity for recirculating cooling oil for cooling the piston is provided on the inner peripheral side.
この冷却空洞を設ける方法としては、(1)可溶性中子の一種である塩中子によって冷却空洞を設ける方法(例えば、特許文献1参照。)、(2)耐摩環の内周側に環状で断面コ字状の金属板をろう付けや溶接により接合する方法(例えば、特許文献2参照。)、(3)環状の金属製パイプを耐摩環の内周側に焼結嵌めにより接合する方法(例えば、特許文献3参照。)等が知られている。
しかし、上記(1)の可溶性中子の一種である塩中子によって冷却空洞を設ける方法では、ピストンの鋳造後に塩中子を水で溶出する工程が必要となり、製造工程が多くなるといった問題がある。また、塩中子によって冷却空洞を設ける場合には、耐摩環から有る程度離間した位置に冷却空洞を設けることになるため、冷却能力が小さくなるといった問題がある。 However, the method of providing a cooling cavity with a salt core which is a kind of the soluble core of (1) requires a step of eluting the salt core with water after casting the piston, which increases the number of manufacturing steps. is there. Further, when the cooling cavity is provided by the salt core, the cooling cavity is provided at a position separated from the wear-resistant ring by a certain amount, so that there is a problem that the cooling capacity is reduced.
また、上記(2)の耐摩環の内周側に環状で断面コ字状の金属板をろう付けや溶接により接合する方法では、図7に示すように、ピストンヘッド部101の強度を確保するために、燃焼室壁面102と冷却空洞103との間の距離を一定以上離間させる必要がある。そのため、冷却空洞103のピストンの半径方向の長さが確保できないので、冷却空洞103の容積が小さくなり、冷却能力が小さくなるといった問題がある。また、環状で断面コ字状の金属板を得るには、金属板を環状に溶接した後にコ字状に絞り込み加工する必要があり、設備コストが高くなると共に製造工程が多くなるといった問題がある。また、上記(3)の環状の金属製パイプを耐摩環の内周側に焼結嵌めにより接合する方法でも、焼結工程に長時間を要し、製造全体にかかる時間が長時間化するといった問題がある。
Further, in the method (2) in which the annular metal plate having a U-shaped cross section is joined to the inner peripheral side of the wear-resistant ring by brazing or welding, the strength of the
そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、冷却能力が高い冷却空洞付き耐摩環を、低い設備コスト且つ少ない製造工程で製造する方法を提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the method of manufacturing a wear-resistant ring with a cooling cavity with high cooling capability with low equipment cost and few manufacturing processes in view of said problem.
上記課題を解決するために請求項1記載の発明は、ピストン本体に鋳包まれてピストンリングが組み込まれる耐摩環であって、冷却オイルを還流させる環状の冷却空洞が内周側に付設された耐摩環の製造方法において、環状の耐摩環の内周側に、外径が該耐摩環の内径と略同一の環状の金属管をセットし、断面円形でテーパ形状のパンチの周面を金属管の内周側から当接させ、該パンチに荷重を負荷して耐摩環に対して該耐摩環の円周方向及び半径方向の両方に垂直なピストン軸方向に相対移動させて耐摩環と金属管とを圧着接合し、該圧着接合された金属管によって冷却空洞を構成することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 is a wear-resistant ring that is cast into a piston body and in which a piston ring is incorporated, and an annular cooling cavity for returning cooling oil is attached to the inner peripheral side. In the manufacturing method of the wear-resistant ring, an annular metal tube having an outer diameter substantially the same as the inner diameter of the wear-resistant ring is set on the inner circumference side of the annular wear-resistant ring, and the circumferential surface of the punch having a circular cross section and a tapered shape is provided on the metal tube. The wear-resistant ring and the metal tube are made to contact from the inner peripheral side of the steel plate and are moved relative to the wear-resistant ring in the axial direction of the piston perpendicular to both the circumferential direction and the radial direction of the wear-resistant ring. And a cooling cavity is constituted by the pressure-bonded metal tube.
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載の冷却空洞付き耐摩環の製造方法であって、耐摩環がセットされて該耐摩環の半径方向の変位及びピストン軸方向のうち一方向への変位を規制する耐摩環セット部と、該耐摩環セット部の内周側に、金属管がセットされて前記ピストン軸方向のうち一方向への変位を規制する金属管セット部とを備えたセット治具に、耐摩環と金属管とをセットし、パンチを前記ピストン軸方向のうち他方向側から一方向に相対移動させることを特徴とする。
The invention according to
また、請求項3記載の発明は、請求項1記載の冷却空洞付き耐摩環の製造方法であって、耐摩環がセットされて該耐摩環の半径方向の変位を規制する耐摩環セット部を備えたセット治具に、耐摩環をセットすると共に該耐摩環の内周面に金属管の外周面を当接させてセットし、2つのパンチを前記ピストン軸方向のうち一方向側と逆方向側とから、それぞれ前記ピストン軸方向のうち逆方向と一方向に相対移動させることを特徴とする。
The invention described in
また、請求項4記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項記載の冷却空洞付き耐摩環の製造方法であって、冷却空洞付き耐摩環がピストン本体に鋳包まれた場合に、該ピストン本体上面に形成される燃焼室の壁面と冷却空洞との間で所定の強度が得られる距離が確保されるように、前記パンチの周面の形状が形成されていることを特徴とする。 The invention according to claim 4 is the method for producing a wear-resistant ring with a cooling cavity according to any one of claims 1 to 3, wherein the wear-resistant ring with a cooling cavity is cast into the piston body. The shape of the peripheral surface of the punch is formed so as to secure a distance at which a predetermined strength can be obtained between the wall surface of the combustion chamber formed on the upper surface of the piston body and the cooling cavity. .
また、請求項5記載の発明は、請求項1〜4のいずれか1項記載の冷却空洞付き耐摩環の製造方法であって、前記耐摩環が、ニジレスト鋳鉄、鉄基焼結材又はオーステナイト系ステンレスで構成されていることを特徴とする。
The invention according to
また、請求項6記載の発明は、請求項1〜5のいずれか1項記載の冷却空洞付き耐摩環の製造方法であって、前記金属管が、ステンレス鋼、アルミニウム合金又は銅合金で構成されていることを特徴とする。
The invention according to
本発明によれば、パンチの耐摩環に対する相対移動によって、金属管が耐摩環に圧着接合されるので、塩中子の溶出工程や焼結嵌めの為の焼結工程を必要とせず、低い設備コスト且つ少ない製造工程で簡易に金属管と耐摩環とを一体化することができる。また、金属管と耐摩環とが一体化されているので、金属管によって構成される冷却空洞の冷却能力が高くなる。 According to the present invention, since the metal tube is pressure-bonded to the wear-resistant ring by the relative movement of the punch with respect to the wear-resistant ring, a low-equipment is not required without a salt core elution process or a sintering process for sintering fitting. The metal tube and the wear-resistant ring can be easily integrated with a low cost and a small manufacturing process. Further, since the metal tube and the wear-resistant ring are integrated, the cooling capacity of the cooling cavity constituted by the metal tube is increased.
また、耐摩環セット部と金属管セット部とを備えたセット治具を使用すれば、パンチの形状及び治具の形状にならって金属管が変形し、耐摩環の背面に形状の自由度の高い冷却空洞を一体的に形成することができる。また、耐摩環セット部を備えたセット治具を使用し、該セット治具に耐摩環をセットすると共に該耐摩環の内周面に金属管の外周面を当接させてセットし、2つのパンチを前記ピストン軸方向のうち一方向側と逆方向側とから、それぞれ前記ピストン軸方向のうち逆方向と一方向に相対移動させれば、2つのパンチの形状にならって金属管が変形し、耐摩環の背面に形状の自由度の高い冷却空洞を一体的に形成することができる。 Moreover, if a set jig provided with a wear-resistant ring set part and a metal tube set part is used, the metal pipe will be deformed according to the shape of the punch and the jig, and the degree of freedom of shape on the back of the wear-resistant ring A high cooling cavity can be formed integrally. Further, using a setting jig provided with a wear-resistant ring setting portion, setting the wear-resistant ring on the setting jig and setting the outer peripheral surface of the metal tube in contact with the inner peripheral surface of the wear-resistant ring, If the punch is moved relative to the piston shaft direction from the one direction side and the opposite direction side in the piston shaft direction, respectively, the metal tube is deformed according to the shape of the two punches. A cooling cavity having a high degree of freedom in shape can be integrally formed on the back surface of the wear-resistant ring.
図1は、本発明に係る冷却空洞付き耐摩環を配設した内燃機関用ピストン1(以下、単にピストンという)を示す断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a piston 1 for an internal combustion engine (hereinafter simply referred to as a piston) provided with a wear-resistant ring with a cooling cavity according to the present invention.
このピストン1のピストンヘッド部2には、ピストンリング(図示せず)が組み込まれるトップリング溝3を有するニジレスト鋳鉄製の耐摩環4が鋳込まれて配設されており、耐摩環4の内周側にはピストン冷却用のエンジンオイルを還流させる冷却空洞5が一体的に設けられている。ピストンヘッド部2外周のトップリング溝3の下側には、セカンドリング溝6とオイルリング溝7とが形成されている。
The
耐摩環3の内周側に一体的に設けた冷却空洞5は、耐摩環3の内周面に沿う垂直面81と、該垂直面81の下端から内周側に延びる水平面82と、それら垂直面81及び水平面82を接続するピストンヘッド部2の中心方向に対して下方に傾く傾斜面83とを有するステンレス鋼製の金属管8で囲まれて形成されている。金属管8の水平面82は、耐摩環3の下端面31よりも下側に位置している。
The
次に、上記した冷却空洞付き耐摩環3の製造方法を、図2を参照して説明する。
Next, a manufacturing method of the above-described wear-
まず、図2(a)に示すように、セット治具9に耐摩環3をセットし、その後、断面楕円形の金属管8をセットする。セット治具9は、セットされた耐摩環3の下端面31と外周面32とに当接して該耐摩環3の半径方向の変位(図2(a)において左右方向)及びピストン軸方向(耐摩環3の円周方向及び半径方向の両方に垂直な方向で、図2(a)において上下方向)のうち一方向(図2(a)において下方向)への変位を規制する耐摩環セット部91と、該耐摩環セット部91よりも内周側に一段低く形成され、セットされた金属管8の下端に当接して該金属管8のピストン軸方向のうち一方向への変位を規制する金属管セット部92とを備えている。なお、この断面楕円形の金属管8は、突合せ溶接により製造することができる。
First, as shown to Fig.2 (a), the
続いて、断面円形でパンチ方向に先細りしているテーパ形状のパンチ10をピストン軸方向のうち他方向(図2(a)において上方向)側からピストン軸方向のうち一方向に移動し、パンチ10の周面101を、金属管8の内周側から当接させる。さらに、図2(b)に示すように、パンチ9に荷重を負荷してピストン軸方向のうち一方向に移動させて耐摩環3と金属管8とを圧着接合する。このとき、金属管8は、耐摩環3の内周面33と耐摩環セット部91の段壁に沿うように変形して前記垂直面81を形成し、耐摩環セット部91の上面に沿うように変形して前記水平面82を形成する。また、テーパ形状のパンチ9に沿うように変形して前記傾斜面83を形成する。
Subsequently, the taper-
このようにして製造された冷却空洞付き耐摩環3は、所定の金型(図示しない)内に保持され、その金型にアルミニウム合金の金属溶湯を注湯して重力鋳造又は低圧鋳造を行うことによってピストン1に組み込まれる。この鋳造工程後、所定の切削工程を経ることにより、トップリング溝3、セカンドリング溝6及びオイルリング溝7、冷却空洞5内にエンジンオイルを供給する供給孔(図示しない)及び排出する排出孔(図示しない)が形成される。
The
このように、本実施形態では、パンチ10の耐摩環3に対する移動によって、金属管8が耐摩環3に圧着接合されるので、塩中子の溶出工程や焼結嵌めの為の焼結工程を必要とせず、低い設備コスト且つ少ない製造工程で簡易に金属管と耐摩環とを一体化することができる。また、金属管8と耐摩環3とが一体化されているので、金属管8によって構成される冷却空洞の冷却能力が高くなる。さらに、金属管8がパンチ10のテーパ形状に沿って変形して冷却空洞5を形成することにより、冷却空洞5の容積を小さくせずに燃焼室壁面と冷却空洞5の間の距離を一定以上離間させることができるので、冷却能力が高くなる。
Thus, in this embodiment, since the
なお、本実施形態では、金属管セット部92を備えたセット治具9と1つのパンチ10とを用いて、金属管8と耐摩環3とを圧着接合しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図3(a)(b)に示すように、耐摩環3の半径方向のみの変位を規制する耐摩環セット部91を備えたセット治具9と2つのパンチ10とを用いて、金属管8と耐摩環3とを圧着接合してもよい。具体的には、セット治具9に耐摩環3をセットすると共にその耐摩環3の内周面に金属管の外周面を当接させてセットし(図3(a))、2つのパンチ10をピストン軸方向のうち一方向側と逆方向側とから、それぞれ逆方向と一方向に移動させて金属管8を変形させると共に耐摩環3に対して圧着させる(図3(b))。このようにして製造された冷却空洞付き耐摩環3も、上述したように所定の鋳造工程及び切削工程を経ることにより、ピストン1に組み込まれ、トップリング溝3、セカンドリング溝6及びオイルリング溝7、冷却空洞5内にエンジンオイルを供給する供給孔(図示しない)及び排出する排出孔(図示しない)が形成される。(図4)。
In the present embodiment, the
また、上述した実施形態では、パンチ10の垂直断面形状及び耐摩環3の内周面の垂直断面形状が直線的であり、これらの形状に沿ってパンチ時に金属管8が変形するが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図5(a)(b)に示すように、パンチ10の先端に非テーパ部102を設け、さらに、耐摩環3の内周面に断面三角形の凸条を設けることにより、金属管8の変形後の形状を7角形にすることができる。このようにして製造された冷却空洞付き耐摩環3も、上述したように所定の鋳造工程及び切削工程を経ることにより、ピストン1に組み込まれ、トップリング溝3、セカンドリング溝6及びオイルリング溝7、冷却空洞5内にエンジンオイルを供給する供給孔(図示しない)及び排出する排出孔(図示しない)が形成される。(図6)。
In the embodiment described above, the vertical cross-sectional shape of the
なお、本実施形態では、金属管8として、パンチ前の断面形状が楕円形のものを使用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、円形、長円形のものであっても良い。
In the present embodiment, the
なお、本実施形態では、耐摩環3をニジレスト鋳鉄で構成したが、鉄基焼結材やオーステナイト系ステンレスで構成しても良く、また、前記金属管は、ステンレス鋼の代わりにアルミニウム合金又は銅合金で構成しても良い。
In this embodiment, the wear-
なお、本発明は上記実施形態のものに限定されるものではなく、必要に応じて種々変更することが可能である。 In addition, this invention is not limited to the thing of the said embodiment, A various change is possible as needed.
1 耐摩環
5 冷却空洞
8 金属管
9 セット治具
10 パンチ
1 Wear-
Claims (6)
環状の耐摩環の内周側に、外径が該耐摩環の内径と略同一の環状の金属管をセットし、
断面円形でテーパ形状のパンチの周面を金属管の内周側から当接させ、
該パンチに荷重を負荷して耐摩環に対して該耐摩環の円周方向及び半径方向の両方に垂直なピストン軸方向に相対移動させて耐摩環と金属管とを圧着接合し、
該圧着接合された金属管によって冷却空洞を構成することを特徴とする冷却空洞付き耐摩環の製造方法。 In the method of manufacturing a wear-resistant ring in which a piston ring is cast into a piston body and a piston ring is incorporated, and an annular cooling cavity for refluxing cooling oil is attached to the inner peripheral side,
An annular metal tube having an outer diameter substantially the same as the inner diameter of the wear ring is set on the inner circumference side of the ring wear ring,
The circumferential surface of the punch having a circular cross section and a tapered shape is brought into contact with the inner peripheral side of the metal tube,
A load is applied to the punch, and the wear-resistant ring and the metal tube are pressure-bonded to the wear-resistant ring by relatively moving in the piston axial direction perpendicular to both the circumferential direction and the radial direction of the wear-resistant ring,
A manufacturing method of a wear-resistant ring with a cooling cavity, wherein the cooling cavity is constituted by the pressure-bonded metal pipe.
The said metal pipe is comprised with stainless steel, aluminum alloy, or copper alloy, The manufacturing method of the wear-resistant ring with a cooling cavity of any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned.
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