JP3980336B2 - Method for manufacturing a closed cavity piston - Google Patents

Method for manufacturing a closed cavity piston Download PDF

Info

Publication number
JP3980336B2
JP3980336B2 JP2001360329A JP2001360329A JP3980336B2 JP 3980336 B2 JP3980336 B2 JP 3980336B2 JP 2001360329 A JP2001360329 A JP 2001360329A JP 2001360329 A JP2001360329 A JP 2001360329A JP 3980336 B2 JP3980336 B2 JP 3980336B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piston body
piston
stem
psi
rpm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2001360329A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2002267015A (en
Inventor
ジェイ ストペック ロバート
Original Assignee
サウアー ダンフォス インコーポレイテッド
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US09/722,617 external-priority patent/US6588321B1/en
Application filed by サウアー ダンフォス インコーポレイテッド filed Critical サウアー ダンフォス インコーポレイテッド
Publication of JP2002267015A publication Critical patent/JP2002267015A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3980336B2 publication Critical patent/JP3980336B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23PMETAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/10Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass pistons
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/14Pistons, piston-rods or piston-rod connections
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J1/00Pistons; Trunk pistons; Plungers
    • F16J1/005Pistons; Trunk pistons; Plungers obtained by assembling several pieces

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
  • Details Of Reciprocating Pumps (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体力学的ユニット、例えばトランスミッション、ポンプ、またはモータの分野に関し、より詳細には、本発明は、流体力学的ユニットのシリンダボア内でスライド可能に往復動する閉キャビティ、またはオイル容積低減ピストンに関する。
【0002】
【従来の技術】
種々の農業機械、芝刈機、および建設機械のための流体力学的ユニット内では、公知の閉キャビティピストンが使用されている。
【0003】
従来のあるタイプの閉キャビティ、またはオイル容積低減ピストンは、細長い円筒形主本体と、切頭円筒キャップとを有する。主本体の一端は、閉じられており、他端部は、比較的コストの高い「ターゲットドリル」作業によって内部に形成された深いターゲット状の、または環状のキャビティを有する。ターゲットドリル作業により、中心にステムが残る。このステムは主本体の閉じた端部と一体的であり、開端部に向かって突出している。
【0004】
キャップは、冷間形成され、対向する閉端部と開端部とを有する。開端部において、キャップは、主本体のステムおよび外側壁と整合し、かつ嵌合するように、キャップの開端部は、環状の溝と切頭ステム部分とを有する。
【0005】
この従来のピストンは、ステムと開端部に近い主本体の内側壁との間に、ワッシャーを増設することによって組み立てらる。このワッシャーは、溶接中にステムをセンタリングし、安定化するのを助けるようになっている。次に、キャップと主本体とは、それぞれの開端部が一致する単一の横方向平面に沿って慣性摩擦溶接される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
この結果、軽量の中空の閉キャビティピストンが得られるが、ターゲットドリル作業のコスト、および複雑さによって、ピストンは、比較的高価ものとなっている。
【0007】
流体力学的ユニットは、各ユニットに対して、一般にいくつかのピストンを必要とすることを考慮すると、ピストンのコストは、ユニットおよびこれらユニットが設けられる流体力学的トランスミッションの全体のコストに大きい影響を与える。
【0008】
従って、ターゲットドリル作業を必要とせず、コストを低減した閉キャビティピストン、およびその製造方法が求められている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、流体力学的ユニットのための閉キャビティピストン、およびその製造方法に関する。
【0010】
本発明の閉キャビティピストンは、細長いピストン本体と、細長いステムおよびその上に設けられたヘッドを有する、別個に形成されたピストンキャップとを備えている。ピストン本体は、閉端部と、キャビティを備えた開端部とを有する。キャビティは、閉端部に隣接する底部壁と、開端部でリムとして終端する外側壁とを有する。
【0011】
ピストンのキャップのステムは、ピストン本体の底部壁に慣性摩擦溶接され、ピストンキャップのヘッドは、ピストン本体のリムに溶接され、入口開口部をカバーし、内側キャビティをシール状態で閉じている。
【0012】
ピストン部品の双方は、公知の比較的安価な冷間形成技術によって形成できる。キャップのステムは、底部壁に係合するまで本体のキャビティ内に挿入され、次に、キャップの予熱後、ステムと底部壁との境界部、およびヘッドとリムとの境界部において、ピストン本体に慣性摩擦溶接される。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1および図2には、従来の慣性摩擦溶接によって形成されたピストンリムが示されている。これまで簡単に説明したように、ピストン10は、スチールピストン本体12と、冷間形成されたスチールピストンキャップ14と、金属ワッシャー16とを有する。ピストン本体12は、閉端部と、開端部と、環状内側キャビティ18とを有する。ピストン本体の閉端部からステム20が突出しており、このステム20の自由端22は、ピストン本体12のリム24と同じ平面内にある。ピストンキャップ14は、ピストン本体12と同様に円筒形であり、冷間形成される。
【0014】
しかし、細長いステム20のために、ピストン本体12を冷間形成することはできない。その代わりに、キャビティ18およびステム20を形成するのにコストが高くつくターゲットドリル作業が必要である。リム24とステム20の端部22とを含む単一の横方向平面内において、ピストン本体12にキャップ14が慣性溶接される。
【0015】
図3および図4を参照すると、本発明のピストン30は、スチールピストン本体32と、スチールピストンキャップ34とを含む。ピストン本体32は、細長くなっており、更に対向する開端部32Aと閉端部32とを有する(図4)。ピストン本体32は、円筒形であり、中心に位置するほぼ円筒形の内側キャビティ38を有し、このキャビティのまわりには円筒形の壁が延びている。
【0016】
ピストン本体32の開端部32Aは、内部に入口開口部39を有し、この入口開口部から、内側に内側キャビティ38が伸び、閉端部に隣接する底部壁40と、入口開口部39に隣接するピストン本体32の開端部32Aにおいて、リム44、すなわち接触部分として終端する外側壁42を構成している。
【0017】
底部壁40は、内部にソケット、または接触表面46を有し、この接触表面は、リセス状の中心部分48と、この部分内で延びるカウンターシンク50とを有する。
【0018】
図3および図4に示す実施例では、リセス状の中心部分48は円錐形であり、90度〜165度、より好ましくは、部品を完全な底部壁形状に冷間形成しない場合には、118度のドリルポイントを有する標準ドリルによる形成が可能な、約120度までの傾斜角とされている。
【0019】
カウンターシンク50は、ピストン本体32の長手方向の中心軸線に直角な平面に対して、ほぼ15度の角度Bを形成している。
【0020】
キャップ34は、中心長手方向軸線、対向する第1端部、および第2端部を備えた細長く円筒形ステム52と、第1端部に設けられたヘッド54とを有する。ステムの長手方向軸線に対して、横方向にステム52から外側にヘッド54が突出している。ヘッド54はピストン本体32の入口開口部49をカバーするような十分大きい寸法となっている。
【0021】
このキャップ34のヘッド54は、ピストン30を更に軽量にするように、ステム52を囲むオプションの環状リセスまたは溝8を備えていてもよい。キャップ34は、ピストン本体32上の接触表面44に一致するリム、または接触表面55(図4)を有する。
【0022】
図3および図4に示す実施例では、ステム52の第2端部、すなわち接触表面56は、ピストン本体32の底部壁内の同様な形状のリセス状中心部分48、すなわちソケット46の表面とほぼ一致し、係合するように円錐形となっている。
【0023】
ソケット46のカウンターシンク50は、第2ステム端部56をリセス48内にガイドするのを助ける。このステムの円錐形第2端部56は、約90度〜165度、より好ましくは、約120度までの傾斜角を有する。
【0024】
図5に示す実施例では、ピストン本体32にピストンキャップ34Aが取り付けられており、ピストン本体32が、内部に中心ボア、すなわち内側キャビティ38Aと、リム、すなわち接触表面44Aを備えた外側壁42Aと、底部壁40Aとを有するという点で、図3および図4の実施例と類似している。
【0025】
しかし、ステム52Aの第2端部、すなわち接触表面56Aは、ステムの長手方向軸線に直角に延びる平面の表面を有する。同様に、ソケット46Aのリセス状中心部分48Aは、ピストン本体32Aの長手方向軸線に直角に延びる平面状の接触表面によって構成された丸い領域を有する。リセス48い領域は、ステム52Aの第2端部56Aの直径とほぼ同じ直径を有する。
【0026】
ステムをリセス48A内にガイドするためのカウンターシンク50Aが設けられている。
【0027】
本発明のピストン30または30を製造するための方法は、基本的には同じである。ピストン本体32、32’およびピストンキャップ34、34Aの双方には、既に冷間形成方法によって形成されたステム、および底部壁を容易に溶接できるような状態で設けることが好ましい。
【0028】
これとは異なり、最初から、部品を機械加工することもできる。従って、いずれのケースにおいても、比較的高価なターゲットドリル作業は不要となっている。
【0029】
ステム52、52Aは、底部壁40、40Aに係合するまで、内側キャビティ38、38Aに挿入される。次に、部品32と34、または32’と34Aとを互いに回転させ、摩擦慣性溶接によってこれらを接合する。
【0030】
ステム52、52Aの長さは、慣性溶接に関連する長さの通常の損失を考慮して、キャビティ38、38Aの深さよりも若干長くなっている。従って、ステムの長さLSは、ステムと底部壁との境界部および平面とリムの境界部の双方における材料の損失を考慮した十分な長さだけ、キャビティの深さCDよりも長くなっている。
【0031】
しかし、LSはCDよりも過度に長くないように注意しなければならない。そのようにした場合、リムにおける溶接部に悪影響が及び、ステムが屈曲してしまうことになる。後にステムを介して、ピストンを貫通するように従来の小さい長手方向のオリフィス孔をドリル加工しようとする際に、屈曲したステムによって問題が生じる。
【0032】
少なくとも2つの異なる平面にある、2つの異なる境界部(55および44;56および48A)に摩擦慣性溶接部が形成される。このようなピストン本体(32および32’)、およびキャップ(34および34A)を冷間形成することによって、機械加工をすることなく、これらの部品の真の形状を得ることが可能となり、そのため、かなりコストを節約できる。
【0033】
しかし、これらの部品を冷間形成するには、2つの境界部の表面(図4および図5では、キャップ55とピストン本体のリム表面44との間、更に図4および図5の56および56Aと48および48Aとの間)を溶接しなければならない。これらの表面は、長手方向に離間しており、内外に位置している。内側境界部(例えば56および48はこれらの相互の面積が狭く、回転中の発熱量が少ないため、慣性により、溶接することが特に困難である。
【0034】
従って、本体32とキャップ34に逆方向に長手方向の力を加え、他の固定された部材に対して、一方の部材を回転しなければならない慣性方法によって、本発明に係わるピストン構造体を溶接できるようにするには、許容しうる溶接を行うために、重要な領域において部品を予熱しなければならないことが判った。許容しうる溶接とは、接合すべき最小横断面の厚さ(すなわち、内部溶接部に対してはステムの太さ)において欠陥のない溶接をすることを意味する。
【0035】
許容しうる溶接部の分析は、冶金方法で行なわれ、空隙、割れ、または他の従来の要素、他の強度および耐久性の点での欠点を有する溶接部を除くよう行なわれる。
【0036】
更に、本発明の装置での有効な溶接部、特に内側溶接部を許容できるようにするには、熱、圧力および回転速度の条件を所定のパラメータとバランスさせなければならないことが判った。実験によれば、許容できる慣性溶接を行うには、温度、圧力、および速度からの次の高(H)、中(M)および低(L)の次の値を満たさなければならないことが判った。
【0037】
表I − 内側溶接部のための流体力学的ピストンにおける許容しうる溶接
部に対する速度、圧力、および熱のパラメータ
低(L) 中(M) 高(H)
速度(rpm) 4700 4800 4900
圧力(psi) 1400 1500 1600
加える熱量(Kw) 8.1 8.8 9.5
【0038】
表2 − 流体力学的ピストンにおける内部溶接部に対して許容しうる溶接
部を製造するために許容できることが判った。(1)速度、(2) 圧力および(3)熱量のパラメータからの組み合わせ
HHH LHH LLH
HHL MMM HLH
LHL LLL HLL
【0039】
図面および上記記載から、キャップ、ステム端部、ピストン本体のそれぞれの幾何学的属性は、摩擦慣性溶接の完全性を最適にするように調節できるパラメータであることが分かる。
【0040】
上記に基づき、本発明は、少なくともこれまで説明した目的を満足できることが理解できよう。
【0041】
関連出願とのクロスレファレンス
本願は、2000年11月27日に米国特許庁に出願された継続中の特許出願第09/722,617号の一部継続出願に基づく出願である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来のピストンの長手方向中心横断面図である。
【図2】 図1のピストンの長手方向横断面における分解組み立て図である。
【図3】 本発明に従って製造されたピストンの長手方向中心横断面図である。
【図4】 図3のピストンの長手方向断面における分解組み立て図である。
【図5】 別のステムおよび底部壁構造を示す図4に類似した分解組み立て図である。
【符号の説明】
10 ピストン
12 ピストン本体
14 ピストンキャップ
16 ワッシャー
18 キャビティ
20 ステム
22 自由端
24 リム
30 ピストン
30A ピストン
32 ピストン本体
32’ ピストン本体
32A 開端部
32B 閉端部
34 ピストンキャップ
34A ピストンキャップ
38 キャビティ
38A キャビティ
39 入口開口部
40 底部壁
40A 底部壁
42 外側壁
42A 外側壁
44 リム
44A リム
46 接触表面
46A 接触表面
48 リセス状中心部分
48A リセス状中心部分
50 カウンターシンク
50A カウンターシンク
52 ステム
52A ステム
54 ヘッド
54A ヘッド
55 接触表面
55A 接触表面
56 第2端部
56A 第2端部
58 溝
58A 溝
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to the field of hydrodynamic units, such as transmissions, pumps, or motors, and more particularly, the invention relates to closed cavities that slidably reciprocate within a cylinder bore of a hydrodynamic unit, or oil volume reduction. Regarding the piston.
[0002]
[Prior art]
Known closed cavity pistons are used in hydrodynamic units for various agricultural machines, lawn mowers and construction machines.
[0003]
One conventional type of closed cavity, or oil volume reducing piston, has an elongated cylindrical main body and a truncated cylindrical cap. One end of the main body is closed and the other end has a deep target-like or annular cavity formed therein by a relatively costly “target drill” operation. The stem remains in the center by the target drilling operation. This stem is integral with the closed end of the main body and projects towards the open end.
[0004]
The cap is cold formed and has opposed closed and open ends. At the open end, the open end of the cap has an annular groove and a truncated stem portion so that the cap is aligned and mated with the stem and outer wall of the main body.
[0005]
This conventional piston is assembled by adding a washer between the stem and the inner wall of the main body near the open end. This washer is intended to help center and stabilize the stem during welding. Next, the cap and the main body are inertial friction welded along a single lateral plane where the respective open ends coincide.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
This results in a lightweight hollow closed cavity piston, but due to the cost and complexity of the target drilling operation, the piston is relatively expensive.
[0007]
Considering that a hydrodynamic unit typically requires several pistons for each unit, the cost of the piston has a significant impact on the overall cost of the unit and the hydrodynamic transmission in which these units are installed. give.
[0008]
Accordingly, there is a need for a closed cavity piston that does not require a target drill operation and that reduces costs, and a method for manufacturing the same.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a closed cavity piston for a hydrodynamic unit and a method of manufacturing the same.
[0010]
The closed cavity piston of the present invention includes an elongate piston body and a separately formed piston cap having an elongate stem and a head disposed thereon. The piston body has a closed end and an open end with a cavity. The cavity has a bottom wall adjacent to the closed end and an outer wall that terminates as a rim at the open end.
[0011]
The stem of the piston cap is inertial friction welded to the bottom wall of the piston body, and the head of the piston cap is welded to the rim of the piston body, covering the inlet opening and closing the inner cavity in a sealed state.
[0012]
Both piston parts can be formed by known relatively inexpensive cold forming techniques. The stem of the cap is inserted into the cavity of the body until it engages the bottom wall, and then after the preheating of the cap, at the boundary between the stem and the bottom wall and at the boundary between the head and the rim, the piston body Inertial friction welding.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 and 2 show a piston rim formed by conventional inertia friction welding. As briefly described so far, the piston 10 has a steel piston body 12 , a cold formed steel piston cap 14, and a metal washer 16. The piston body 12 has a closed end, an open end, and an annular inner cavity 18. A stem 20 projects from the closed end of the piston body, and the free end 22 of the stem 20 is in the same plane as the rim 24 of the piston body 12. The piston cap 14 is cylindrical like the piston body 12 and is formed cold.
[0014]
However, due to the elongated stem 20, the piston body 12 cannot be cold formed. Instead, costly target drill operations are required to form the cavity 18 and stem 20. The cap 14 is inertia welded to the piston body 12 in a single lateral plane that includes the rim 24 and the end 22 of the stem 20.
[0015]
With reference to FIGS. 3 and 4, the piston 30 of the present invention includes a steel piston body 32 and a steel piston cap 34. The piston body 32 is elongated further and a open end 32A and a closed end 32 B facing (Fig. 4). The piston body 32 is cylindrical and has a generally cylindrical inner cavity 38 located in the center, around which a cylindrical wall extends.
[0016]
The open end 32 </ b> A of the piston body 32 has an inlet opening 39 inside, from which an inner cavity 38 extends inward, a bottom wall 40 adjacent to the closed end, and adjacent to the inlet opening 39. In the open end portion 32A of the piston main body 32, a rim 44, that is, an outer wall 42 that terminates as a contact portion is formed.
[0017]
The bottom wall 40 has a socket or contact surface 46 therein that has a recessed central portion 48 and a countersink 50 that extends within the portion.
[0018]
In the embodiment shown in FIGS. 3 and 4, the recessed central portion 48 is conical and is between 90 degrees and 165 degrees, more preferably 118 if the part is not cold formed into a full bottom wall shape. The inclination angle is up to about 120 degrees, which can be formed by a standard drill having a drill point of degree.
[0019]
The counter sink 50 forms an angle B of approximately 15 degrees with respect to a plane perpendicular to the central axis in the longitudinal direction of the piston body 32.
[0020]
The cap 34 has an elongated cylindrical stem 52 with a central longitudinal axis, opposing first and second ends, and a head 54 provided at the first end. A head 54 protrudes outward from the stem 52 in the lateral direction with respect to the longitudinal axis of the stem. The head 54 is sufficiently large to cover the inlet opening 49 of the piston body 32.
[0021]
Head 54 of the cap 34, as the piston 30 further lighter may include an optional annular recess or groove 4 8 surrounding the stem 52. The cap 34 has a rim or contact surface 55 (FIG. 4) that coincides with the contact surface 44 on the piston body 32.
[0022]
In the embodiment shown in FIGS. 3 and 4, the second end of the stem 52, i.e. the contact surface 56, is approximately the same as the recess-shaped central portion 48 in the bottom wall of the piston body 32, i.e. the surface of the socket 46. It is conical to match and engage.
[0023]
The countersink 50 of the socket 46 helps guide the second stem end 56 into the recess 48. The conical second end 56 of the stem has a tilt angle of about 90 to 165 degrees, more preferably up to about 120 degrees.
[0024]
In the embodiment shown in FIG. 5, the piston cap 34A to the piston body 32 is attached, the piston body 32, inside the central bore, i.e. an inner cavity 38A, rim, namely an outer wall 42A having the contact surface 44A 3 and 4 in that it has a bottom wall 40A.
[0025]
However, the second end of the stem 52A, i.e. the contact surface 56A has a planar surface extending at right angles to the longitudinal axis of the stem. Similarly, the recessed central portion 48A of the socket 46A has a round region defined by a planar contact surface extending perpendicular to the longitudinal axis of the piston body 32A. Round have regions of the recess 48 A has approximately the same diameter as the diameter of the second end 56A of the stem 52A.
[0026]
A counter sink 50A is provided for guiding the stem into the recess 48A.
[0027]
The method for producing the piston 30 or 30 ' of the present invention is basically the same. It is preferable that both the piston bodies 32 and 32 ′ and the piston caps 34 and 34A are provided in such a state that the stem and the bottom wall already formed by the cold forming method can be easily welded.
[0028]
Alternatively, the part can be machined from the beginning. Therefore, in any case, a relatively expensive target drill operation is not necessary.
[0029]
The stems 52, 52A are inserted into the inner cavities 38, 38A until they engage the bottom walls 40, 40A. Next, parts 32 and 34 or 32 'and 34A are rotated together and joined together by friction inertia welding.
[0030]
The length of the stems 52, 52A is slightly longer than the depth of the cavities 38, 38A, taking into account the normal loss of length associated with inertial welding. Therefore, the stem length LS is longer than the cavity depth CD by a length sufficient to account for material loss at both the stem-bottom wall interface and the plane-rim interface. .
[0031]
However, care must be taken that the LS is not too long than the CD. In such a case, the welded portion of the rim is adversely affected and the stem is bent. Problems arise with bent stems when trying to drill a conventional small longitudinal orifice hole later through the stem and through the piston.
[0032]
Friction inertia welds are formed at two different boundaries (55 and 44; 56 and 48A) in at least two different planes. By cold forming such piston bodies (32 and 32 ') and caps (34 and 34A), it is possible to obtain the true shape of these parts without machining, so You can save a lot of money.
[0033]
However, to cold form these parts, the two boundary surfaces (in FIGS. 4 and 5, between the cap 55 and the rim surface 44 of the piston body, as well as 56 and 56A in FIGS. 4 and 5). And between 48 and 48A). These surfaces are spaced apart in the longitudinal direction and are located inside and outside. Inner boundaries (eg 56 and 48) are particularly difficult to weld due to inertia because their mutual areas are narrow and the amount of heat generated during rotation is small.
[0034]
Accordingly, the piston structure according to the present invention is welded by an inertial method in which a longitudinal force is applied to the main body 32 and the cap 34 in the opposite direction and one member must be rotated with respect to the other fixed member. In order to be able to do so, it has been found that parts must be preheated in critical areas in order to achieve acceptable welding. Acceptable welding means welding with no defects in the thickness of the smallest cross section to be joined (ie the thickness of the stem for the internal weld).
[0035]
An analysis of acceptable welds is performed by metallurgical methods to exclude welds that have voids, cracks, or other conventional elements, or other strength and durability imperfections.
[0036]
Furthermore, it has been found that heat, pressure and rotational speed conditions must be balanced with predetermined parameters in order to be able to tolerate an effective weld, particularly an inner weld, in the apparatus of the present invention. Experiments show that in order to achieve acceptable inertia welding, the following high (H), medium (M) and low (L) values from temperature, pressure, and speed must be met. It was.
[0037]
Table I-Acceptable welds in hydrodynamic pistons for inner welds
Speed, pressure, and heat parameters for the part
Low (L) Medium (M) High (H)
Speed (rpm) 4700 4800 4900
Pressure (psi) 1400 1500 1600
Amount of heat applied (Kw) 8.1 8.8 9.5
[0038]
Table 2-Acceptable welds for internal welds in hydrodynamic pistons
It has been found acceptable to produce parts. (1) Speed, (2) Pressure, and (3) Combination from heat quantity parameters
HHH LHH LLH
HHL MMM HLH
LHL LLL HLL
[0039]
From the drawings and the above description, it can be seen that the geometric attributes of the cap, stem end, and piston body are parameters that can be adjusted to optimize the integrity of the friction inertia weld.
[0040]
Based on the foregoing, it will be appreciated that the present invention can satisfy at least the objectives described above.
[0041]
CROSS REFERENCE WITH RELATED APPLICATIONS This application is based on a continuation-in-part of pending application 09 / 722,617 filed with the US Patent Office on November 27, 2000.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a transverse cross-sectional view in the longitudinal direction of a conventional piston.
2 is an exploded view of the piston of FIG. 1 in a longitudinal cross section.
FIG. 3 is a longitudinal central cross-sectional view of a piston manufactured in accordance with the present invention.
4 is an exploded view of the piston of FIG. 3 in a longitudinal section.
FIG. 5 is an exploded view similar to FIG. 4 showing another stem and bottom wall structure.
[Explanation of symbols]
10 piston 12 piston body 14 piston cap 16 washer 18 cavity 20 stem 22 free end 24 rim 30 piston
30A Piston 32 Piston body
32 'piston body
32A Open end
32B Closed end 34 Piston cap
34A Piston cap 38 Cavity
38A Cavity 39 Inlet opening 40 Bottom wall
40A Bottom wall 42 Outer wall
42A outer wall 44 rim
44A Rim 46 Contact surface
46A Contact surface 48 Recessed central portion
48A Recessed center part 50 Countersink
50A counter sink 52 stem
52A stem 54 head
54A Head 55 Contact surface
55A contact surface
56 Second end
56A Second end 58 groove
58A Groove

Claims (11)

閉キャビティピストンを製造する方法であって
内側キャビティと、閉端部と、開端部と、前記キャビティのまわりに延び、前記ピストン本体の開端部で第1接触表面として終端する外側壁とを有する細長いピストン本体を取り出す工程と、
前記第1接触表面から長手方向に離間した第2接触表面を前記キャビティ内に設ける工程と、
先端が円錐形または平面状の表面を有する細長いステムと該ステムの上に設けられたヘッドとを有し、かつピストン本体の第1および第2接触表面にそれぞれ整合する第3および第4接触表面を有するキャップ要素を取り出し、
慣性摩擦溶接により第1表面を第3表面に対し、第2表面を第4表面に対し、同時に溶接し、よってピストン本体およびキャップ要素に長手方向の圧力を加え、それぞれの接触表面を長手方向に密に係合した状態に維持し、次にピストン本体およびキャップ要素の一方を他方に対して回転し、係合した接触表面の間に十分な熱を発生させ、これら表面を共に溶着させる工程とを備えた、閉キャビティピストンを製造する方法。
A method of manufacturing a closed cavity piston comprising :
Removing an elongated piston body having an inner cavity, a closed end, an open end, and an outer wall extending around the cavity and terminating at a first contact surface at the open end of the piston body;
Providing in the cavity a second contact surface spaced longitudinally from the first contact surface;
Third and fourth contact surfaces having an elongated stem having a conical or planar surface at the tip and a head disposed on the stem and aligned with the first and second contact surfaces of the piston body, respectively Take out the cap element with
Inertial friction welding simultaneously welds the first surface to the third surface and the second surface to the fourth surface, thus applying longitudinal pressure to the piston body and cap element so that the respective contact surfaces are longitudinal. Maintaining in close engagement, then rotating one of the piston body and cap element relative to the other to generate sufficient heat between the engaged contact surfaces to weld the surfaces together; A method of manufacturing a closed cavity piston comprising:
慣性摩擦溶接を行う前に、係合した接触表面を予熱する、請求項1記載の方法。  The method of claim 1, wherein the engaged contact surface is preheated prior to performing the inertia friction welding. 印加する長手方向の圧力に対するパラメータが1400〜1600psiであり、回転する部材の回転速度に対するパラメータが4700〜4900rpmである、請求項1記載の方法。  The method of claim 1, wherein the parameter for the applied longitudinal pressure is 1400-1600 psi and the parameter for the rotational speed of the rotating member is 4700-4900 rpm. 慣性摩擦溶接を行う前に、係合した接触表面を予熱する、請求項3記載の方法。  The method of claim 3 wherein the engaged contact surface is preheated prior to performing the inertia friction welding. Kwを単位とする予熱量のパラメータが8.1〜9.5である、請求項4記載の方法。  The method according to claim 4, wherein the parameter of the preheat amount in Kw is 8.1 to 9.5. 低(L)、中(M)および高(H)の値が速度に関して(L):4700rpm;(M):4800rpm;および(H):4900rpmであり、圧力に関して(L):1400psi;(M):1500psi;および(H):1600psi、加える熱量に関して(L):8.1Kw;(M):8.8Kw;および(H):9.5Kwであり、速度、圧力および熱量のパラメータレベルがHHH;HHL;LHL;LHH;MMM;LLL;LLH;HLHおよびHLLのうちの1つの組み合わせ範囲内にほぼある、請求項5記載の方法  Low (L), medium (M) and high (H) values for speed (L): 4700 rpm; (M): 4800 rpm; and (H): 4900 rpm for pressure (L): 1400 psi; (M ): 1500 psi; and (H): 1600 psi, with respect to the amount of heat applied (L): 8.1 Kw; (M): 8.8 Kw; 6. The method of claim 5, wherein HHL; HHL; LHL; LHH; MMM; LLL; LLH; and approximately within the combined range of one of HLH and HLL. 内部溶接境界部を有し、先端が円錐形または平面状の表面を有する細長いステムと該ステムの上に設けられたヘッドを備えたキャップ要素とピストン本体との間に、慣性摩擦溶接によって内部溶接部を形成する方法において、
前記内部溶接インターフェースを予熱する工程と、
前記キャップ要素および前記ピストン本体に対向する長手方向の圧力を加え、境界部において前記キャップ要素と前記ピストン本体とを摩擦係合させる工程と、
前記キャップ要素または前記ピストン本体を回転させ、係合した接触表面の間に十分な熱を発生させ、これら表面を共に溶着する工程とを備えた、内部接続部を形成する方法。
It has a internal weld boundary, between the end cap element and the piston body with a head provided on the elongate stem and said stem having a conical shape or flat surface, internal welding by inertia friction welding In the method of forming the part,
Preheating the internal welding interface;
Applying a longitudinal pressure opposite the cap element and the piston body to frictionally engage the cap element and the piston body at a boundary;
Rotating the cap element or the piston body, generating sufficient heat between the engaged contact surfaces and welding the surfaces together to form an internal connection.
印加する長手方向の圧力に対するパラメータが1400〜1600psiであり、回転する部材の回転速度に対するパラメータが4700〜4900rpmである、請求項7記載の方法。  8. The method of claim 7, wherein the parameter for the applied longitudinal pressure is 1400-1600 psi and the parameter for the rotational speed of the rotating member is 4700-4900 rpm. 慣性摩擦溶接を行う前に、係合した接触表面を予熱する、請求項8記載の方法。  The method of claim 8 wherein the engaged contact surface is preheated prior to performing the inertia friction welding. Kwを単位とする予熱量のパラメータが8.1〜9.5である、請求項9記載の方法。  The method according to claim 9, wherein the parameter of the preheat amount in Kw is 8.1 to 9.5. 低(L)、中(M)および高(H)の値が速度に関して(L):4700rpm;(M):4800rpm;および(H):4900rpmであり、圧力に関して(L):1400psi;(M):1500psi;および(H):1600psi、加える熱量に関して(L):8.1Kw;(M):8.8Kw;および(H):9.5Kwであり、速度、圧力および熱のパラメータレベルはHHH;HHL;LHL;LHH;MMM;LLL;LLH;HLHおよびHLLのうちの1つの組み合わせ範囲内にほぼある、請求項10記載の方法。  Low (L), medium (M) and high (H) values for speed (L): 4700 rpm; (M): 4800 rpm; and (H): 4900 rpm for pressure (L): 1400 psi; (M ): 1500 psi; and (H): 1600 psi, with respect to the amount of heat applied (L): 8.1 Kw; (M): 8.8 Kw; and (H): 9.5 Kw, and the speed, pressure and heat parameter levels are 11. The method of claim 10, wherein the method is approximately within the combined range of one of HHH; HHL; LHL; LHH; MMM; LLL;
JP2001360329A 2000-11-27 2001-11-27 Method for manufacturing a closed cavity piston Expired - Lifetime JP3980336B2 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/722,617 US6588321B1 (en) 2000-11-27 2000-11-27 Closed cavity piston and method of making the same
US09/975691 2001-10-11
US09/722617 2001-10-11
US09/975,691 US6491206B2 (en) 2000-11-27 2001-10-11 Method of making closed cavity pistons

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002267015A JP2002267015A (en) 2002-09-18
JP3980336B2 true JP3980336B2 (en) 2007-09-26

Family

ID=27110615

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001360329A Expired - Lifetime JP3980336B2 (en) 2000-11-27 2001-11-27 Method for manufacturing a closed cavity piston

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP3980336B2 (en)
CN (1) CN1214888C (en)
DE (1) DE10158111A1 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7005620B2 (en) * 2003-11-04 2006-02-28 Federal-Mogul World Wide, Inc. Piston and method of manufacture
JP2011056531A (en) * 2009-09-09 2011-03-24 Kyb Co Ltd Method for manufacturing piston rod
DE102011103883A1 (en) * 2011-06-10 2012-12-13 Robert Bosch Gmbh Method for manufacturing piston for piston engine, involves arranging coaxial bore in contact with end face of hollow piston, and connecting cover with hollow piston by friction welding through relative rotation of hollow piston and cover
CH707789A1 (en) * 2013-03-25 2014-09-30 Liebherr Machines Bulle Sa Piston for an axial piston.
JP5981877B2 (en) * 2013-04-26 2016-08-31 川崎重工業株式会社 Piston and hydraulic rotating machine provided in hydraulic rotating machine
DE102016119413A1 (en) * 2016-10-12 2018-04-12 Linde Hydraulics Gmbh & Co. Kg Method for producing a piston of a hydrostatic displacement machine
CN107598502A (en) * 2017-09-19 2018-01-19 中国电子科技集团公司第十六研究所 A kind of processing method of piston
NL2020336B1 (en) * 2018-01-29 2019-08-02 Actuant Corp Piston and piston rod assembly manufacturing method.

Also Published As

Publication number Publication date
CN1214888C (en) 2005-08-17
DE10158111A1 (en) 2002-07-04
JP2002267015A (en) 2002-09-18
CN1358601A (en) 2002-07-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6491206B2 (en) Method of making closed cavity pistons
JP3980336B2 (en) Method for manufacturing a closed cavity piston
JP4253644B2 (en) Manufacturing method of piston for internal combustion engine
JP5351192B2 (en) Method for manufacturing a piston
US5642654A (en) Piston and method of manufacturing the same
US20090220820A1 (en) Method of friction welding and friction welded part with at least two friction weld points
KR20090018932A (en) Piston for an internal combustion engine and method for its production
BRPI0417566B1 (en) METHOD FOR MANUFACTURING A PISTON, AND, PISTON
JP2002235514A (en) Joining structure of valve seat
JP2016518555A (en) Hydro pump and piston for the above hydro pump
JP4366044B2 (en) Twist drill
JP4280251B2 (en) Closed cavity piston for hydrostatic power unit and method of manufacturing closed cavity piston
CN108015503A (en) Method for manufacturing piston
JP2018505341A (en) Piston with sealed cooling gallery and method of construction
US6314864B1 (en) Closed cavity piston for hydrostatic units
JP2003520686A (en) Method of joining two parts by friction welding and machine parts manufactured by this method
JP2001173573A (en) Loaded hydraulic piston and manufacturing method therefor
JPH025704A (en) Intake/exhaust valve for engine and manufacture thereof
JPH10128481A (en) Manufacture of connecting rod
RU2003134540A (en) METHOD FOR PRODUCING A BALL VALVE BETWEEN TWO PIPES
CN108386442B (en) A kind of depth blind hole inner spline axis and its processing method
JP2004092636A (en) Method for manufacturing block cavity type piston
JP6947704B2 (en) Welded part forming structure and joining method of metal members
JP2668035B2 (en) Hollow valve for internal combustion engine and method of manufacturing the same
US20180243817A1 (en) Piston of an Internal Combustion Engine Having Alkali Metal Cooling and Method for Production Thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040524

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060811

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20061010

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20061225

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20070104

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070327

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070619

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070627

R150 Certificate of patent (=grant) or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100706

Year of fee payment: 3