制造活塞或活塞軸的鍛造方法

制造活塞或活塞軸的鍛造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于活塞或活塞軸(1)的鍛造方法，所述活塞或活塞軸(1)包括兩個軸壁(2)和與所述軸壁(2)連接的兩個套筒壁(3)，其中，利用第一鍛造模(5)，所述軸壁(2)被鍛造為朝外至少輕微地呈錐形，且所述套筒壁(3)被鍛造為具有轂內側(7)和轂外側(8)，該轂內側(7)相對于活塞軸線(6)基本平行或輕微地傾斜，該轂外側(8)至少輕微地朝內指向自由端；利用第二鍛造模(9)，使所述套筒壁(3)成型，使得所述套筒壁的轂外側(8)相對于所述活塞軸線(6)基本平行走向，或以傾斜方式朝外走向，所述套筒壁的轂內側(7)朝外向所述自由端走向；且，在利用第二鍛造模(9)使所述套筒壁(3)成型時，所述軸壁(2)同時收縮至與所述活塞軸線(6)基本平行的位置。以此方式，活塞軸(1)能相對經濟且重量優化的方式制造。
【專利說明】制造活塞或活塞軸的鍛造方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種制造活塞或活塞軸的鍛造方法。本發明還涉及根據所述方法制得 的活塞軸，以及用于實施該方法的鍛造裝置。
【背景技術】
[0002]為了使用于內燃機中發生燃燒的空間閉合，現有的活塞在活塞頭部的區域通常形 成為圓柱形。為了減輕活塞的重量，用于容納活塞銷的銷轂相對于活塞軸的直徑向內回縮。 由于該情況，可節省外部區域中的材料，從而能實現重量減輕。
[0003]然而，通常，這種具有向內偏置的銷轂的銷在所述銷轂高度處以及所述銷轂下方 的部分圓周上還必須具有軸壁區，在安裝于內燃機的圓筒內之后，銷借由該軸壁區抵靠圓 筒壁，并能在其上得到支撐。這些軸壁區在加壓側和反壓側上還稱作荷載承壁區，因為它們 的作用是在圓筒內引導活塞。上述軸壁區特別防止頂部和底部的死頂尖中不期望的圍繞銷 的軸向的傾斜。兩個軸壁區和兩個軸壁利用包含活塞銷轂的套筒壁連接。
[0004]EP0838587B2公開了具有軸壁和連接軸壁的套筒壁的活塞，該套筒壁遵循軸壁的 邊線輪廓，該軸壁沿著活塞軸向方向運轉。在此情況下，兩個軸壁的寬度被設計為朝向活塞 軸的下端變大，由此，兩個套筒壁是斜的，并以使得在下部區域中它們之間的距離大于在上 部區域中的距離的方式相對于彼此傾斜。換句話說，連接的壁一定程度上彼此錐形走向。由 此能節省尤其是在軸壁能制成較窄的區段中的其它材料。
[0005]EP1348859B2公開了具有斜的套筒壁的另一活塞。
[0006]此外，DE102006020861B4公開了用于在模具中制造襯套狀鍛造部件的一步鍛造方 法，其中首先將生坯置于單個模腔內。上述模腔具有外模具環、下模芯和上模芯，通過下模 芯能驅動下噴射器，通過上模芯能驅動上噴射器，負抽取錐形提供于上模芯的腔體內。然 后，閉合模具，并通過將模芯朝向彼此壓合使生坯再成型，可能利用噴射器的組合驅動和模 具的同時打開來噴射已制造完成的活塞。具體地，通過根據本發明的方法應該能拓寬模的 用處。
[0007]本發明致力于提供一種改進的鍛造活塞軸的方法，借助于所述方法，可相對簡單 由此經濟地制造具有斜的套筒壁的重量減輕的活塞。
[0008]根據本發明該問題通過獨立權利要求的主題解決。有利的實施方式形成從屬權利 要求的主題。

【發明內容】

[0009]本發明基于設計一種鍛造方法以分兩個階段制造活塞軸的總體思想:在第一階段 中用第一鍛造模進行鍛造，且在隨后的第二階段中用第二鍛造模進行鍛造。所述活塞軸以 公知的方法具有兩個軸壁和與所述軸壁連接的兩個套筒壁。在根據本發明的鍛造方法中， 然后用第一鍛造模將所述軸壁鍛造為朝外至少輕微地呈錐形，且所述套筒壁被鍛造為具有 基本與活塞軸線平行的轂內側，以及向內指向至自由端的轂外側。所述軸壁能以彎曲的或筆直的錐形方式向外側變寬。輕微變寬對于更好地從模具中取出是必要的。然后，在第二 階段，以如下方式用第二鍛造模使所述套筒壁變形:所述套筒壁的轂外側基本平行于所述 活塞軸線運行，或輕微朝外打開，且所述套筒壁的轂內側向外朝向所述自由端運行。在利 用第二鍛造模使所述套筒壁再成型的過程中，所述軸壁同時收縮至優選與所述活塞軸線平 行的位置。利用根據本發明的兩階段的鍛造方法，在第一鍛造階段預鍛造如前已知的活塞 坯體，所述套筒壁可視地垂直地形成，即基本與活塞軸線平行，考慮必需的鍛造傾斜。所述 轂外側相應于所述鍛造傾斜對角地向下走向，同時所述轂內側基本平行于所述活塞軸線走 向，即在當前情況下基本垂直。在第一鍛造階段，各個軸區域，即各個軸壁同時以朝向底部 至少輕微增大的直徑同時鍛造。增大的直徑與壁厚無關，但是與軸壁的錐形排列有關。在 隨后的第二階段中，活塞的內部形狀利用第二鍛造模至少在整個內部高度的部分區域中錐 形變寬，在最簡單的情況中所述第二鍛造模僅由相應的內芯和第一鍛造階段中已使用的模 組成，由此轂的外輪廓垂直走向，或以向外傾斜的方式走向，且套筒壁對角地向下和向外走 向。同時，起始太大的軸直徑在軸壁的區域中向內收縮，從而對應于待鍛造的活塞軸的最終 輪廓變形。根據本發明的方法的根本優點在于其簡單性，因此，即使是以前只能極端困難鍛 造的斜的套筒壁也能以根據本發明的方法相對簡單地，從而也經濟地制造。
[0010]在根據本發明的方案的有利發展中，所述活塞軸由鋁合金鍛造，然后經退火和/ 或回火，具體地進行17熱處理工藝。鋁材料的機械性能具體能通過目的熱處理，諸如回火 或溶液退火額外提高。熱處理的原理在于通過剛好在液相線下的溫度下溶液退火并隨后在 水或油中淬火生成超飽和的混合晶體。更多的外來原子由此溶解在金屬結構中，其對應于 室溫下的平衡狀態。作為目的熱處理和由此的目的人工老化的結果，以超飽和形式存在于 金屬結構中的外來原子然后通過擴散為分散性沉淀物沉淀出來。具體地，在17熱處理的 情況下，可實現較高的伸長率，但由于沉淀物的凝聚而具有較低的強度。T7熱處理的優點 在于，因為結構已完全處于平衡狀態，從而在實際應用中的各組件的溫度負載期間不會發 生尺寸變化，且機械性能也不再變化。對于鋁合金，隨后緊接有人工老化的溶液退火特別合 適，借助于該溶液退火，通過沉淀硬化可實現強度增大。對于常規的活塞合金，溶液退火在 480?550°C的溫度下進行，選擇該溫度使得充足量的合金元素溶解在混合晶體中，從而在 淬火和人工老化后也確實出現硬化效果。在此情況下的判定參數具體為溶液退火溫度、初 次退火時間、冷卻劑溫度、淬火時的活塞軸溫度以及人工老化溫度和時間段。
[0011]作為本發明的另一個有利發展，活塞或活塞軸由鐵合金鍛造，然后經適當冷卻或 熱處理，以實現必要的強度和理想的內應力狀態。在后續的處理過程中可通過結合(例如 通過焊接、粘合劑接合、焊料接合等)或螺釘緊固由鍛造部件制造完整的單片活塞或活塞 下部，該活塞下部與活塞上部組合制造活塞。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]本發明的其它重要特征和優點可發現于所附權利要求、附圖以及利用附圖的相關 【專利附圖】

【附圖說明】中。
[0013]上述特征以及下文將要解釋的特征不僅能以分別列舉的組合使用，還能以其它組 合使用，或單獨使用，而不背離本發明的范圍，這是不言自明的。
[0014]本發明的優選示例性實施方式示于附圖中，并在以下說明中得到更詳細地解釋，相同的附圖標記指代相同或相似或功能相當的組件。
[0015]附圖中，
[0016]圖1示意性示出了根據本發明的兩階段鍛造方法，用于在第一階段中制備活塞 軸；
[0017]圖2示例性示出了根據本發明的兩階段鍛造方法第二鍛造階段的圖示；
[0018]圖3示例性示出了如圖1中所示的圖示，但在第一鍛造階段期間，具有單獨的封閉 的第二鍛造模；
[0019]圖4示例性示出了如圖2中所示的圖示，但在第二鍛造階段期間，具有散布的兩部 分的第二鍛造模。
【具體實施方式】
[0020]根據圖1至圖4，示出了用于制造活塞或活塞軸I的鍛造方法，該活塞或活塞軸I 具有兩個軸壁2和兩個套筒壁3，套筒壁3與所述軸壁2連接。圖1和圖2分別分成左側半 圖和右側半圖，該左側半圖示出了與銷的軸線4正交的截面圖，且該右側半圖示出了與銷 的軸線4平行的截面圖。作為對比，圖3和圖4分別示出了與銷的軸線4平行的完整截面 圖。
[0021]圖1和圖3分別示出了根據本發明包括兩個階段的鍛造方法的第一鍛造階段，而 圖2和圖4分別示出了相關的第二鍛造階段。根據本發明，在第一鍛造階段/階段(比較 圖1和圖3)，第一鍛造模5用于鍛造軸壁2為朝外至少輕微地呈錐形，并鍛造套筒壁3具有 轂內側7和轂外側8，該轂內側7與活塞軸線6基本平行，且該轂外側8指向自由端，在這種 情況下它是朝下且朝內的。在根據圖3和圖4的截面圖中不能看到軸壁2，因為它們位于 圖片平面的上方和下方。在根據本發明的鍛造方法的第二鍛造階段/階段(比較圖2和圖 4)，第二鍛造模9用于以如下方式使套筒壁3再成型，其轂內側8指向與活塞軸線6基本平 行或輕微朝外(比較圖2的虛線)，且其轂內側7指向自由端，這在該情況下是朝下且朝上 的。在利用第二鍛造模9使套筒壁3再成型的過程中，將軸壁2同時收縮至基本與活塞軸 線6平行的位置處，從而限定活塞軸I的外徑。
[0022]通常，用根據本發明的鍛造方法當然能只鍛造一個活塞軸I或活塞下部或其他完 整的活塞。在再成型的過程中，即在第二鍛造階段期間利用第二鍛造模9使套筒壁3變寬 的過程中，通過使套筒壁3變寬直至它們抵靠第二鍛造模9的外側面10，平行于活塞軸線6 來使軸壁2朝內收縮。在圖2的截面圖中，與第一鍛造模5的外側面10’相比，該外側面10 沒有錐形走向，但與活塞軸線6基本平行。
[0023]在相應的鍛造階段期間，將第一鍛造模5和第二鍛造模9壓靠在模11上，活塞軸 I位于鍛造模5、9以及模11之間，或者在整個鍛造過程中保留在模11中，即容納該模的鍛 造裝置12中，或者在用第一鍛造模5鍛造和用第二鍛造模9鍛造之間，即第一鍛造階段和 第二鍛造階段之間被取出并加熱。當然，完成第一鍛造階段后在鍛造裝置12中的直接加熱 也是容易想到的。
[0024]活塞軸I例如可由鋁合金、鎂合金、陶瓷或鐵類材料以及也日益容易想到的塑料 鍛造。為了使由鋁合金鍛造的活塞軸I硬化并回火，鋁合金然后可被退火和/或回火，特別 是進行已知為T7熱處理的。在這種通常發生在淬火之后的熱處理的情況下，以超飽和形式存在于金屬結構中的外來原子應通過擴散為分散性沉淀物沉淀出來。在預先已完成的例如 在油或水中的淬火過程中，與應當和室溫下的平衡狀態相對應相比，更多的外來原子溶解 于金屬結構中。該應力狀態可通過隨后的回火或熱處理減輕。
[0025]如果觀察到圖4的第二鍛造模9，可看出其形成為分離的鍛造模，例如圖3的第一 鍛造模。根據圖3進行第一鍛造階段，類似于圖1的第一鍛造階段，轂內側7形成為與活塞 軸線6平行，且轂外側8傾斜地朝外及朝內走向。在隨后的第二鍛造階段中，第一鍛造模5 被第二鍛造模9取代，第二鍛造模9通過例如利用邊緣13散布使套筒壁3變形，使得其轂 外側8平行于活塞軸線6走向，且其轂內側7相對其傾斜走向。同時，軸壁2朝內收縮，然 而，這并未基于圖3和圖4的所選截面圖不出。
[0026]利用根據本發明的方法以及根據本發明的鍛造裝置12，特別能相對簡單經濟地制 得具有斜的套筒壁3的活塞和活塞軸1，借助于該斜的套筒壁3，能實現材料節約，由此實現
重量減輕。
【權利要求】
1.一種用于制造活塞或活塞軸(I)的鍛造方法，所述活塞或活塞軸(I)具有兩個軸壁(2)以及與所述軸壁(2)連接的套筒壁(3)，其中:第一鍛造模(5)用于鍛造所述軸壁(2)為朝外至少輕微地呈錐形，以及具有轂內側(7) 和轂外側⑶的所述套筒壁(3)，所述轂內側(7)基本平行于活塞軸線(6)走向，或者向底 部朝外輕微地傾斜布置，所述轂外側(8)至少輕微地朝內指向自由端；第二鍛造模(9)用于使所述套筒壁(3)再成型，以使得所述套筒壁(3)的轂外側(8) 基本平行于所述活塞軸線(6)走向，或者朝外輕微地傾斜走向，且所述套筒壁(3)的轂內側(7)朝外向所述自由端走向；在利用所述第二鍛造模(9)使所述套筒壁(3)再成型的過程中，所述軸壁(2)同時收 縮至與所述活塞軸線(6)基本平行的位置。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在利用所述第二鍛造模(9)使所述套筒壁(3)再成型的過程中，所述軸壁(2)抵靠與 所述活塞軸線(6)基本平行的所述第二鍛造模(9)的側面(10)。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，在鍛造期間，所述第一和第二鍛造模(5，9)被壓靠在模(11)上，其中在整個鍛造過程 期間，位于所述鍛造模(5，9)以及所述模(11)之間的所述活塞軸(I)保留在所述模(11)中。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，在用所述第一鍛造模(5)鍛造和用所述第二鍛造模(9)鍛造之間加熱待鍛造的活塞軸⑴。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，所述活塞軸(I)由鋁合金、鎂合金、陶瓷或鐵類材料鍛造。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，所述活塞軸(I)由鋁合金鍛造，然后進行退火和/或回火，特別進行17熱處理。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，還與所述活塞軸(I) 一起鍛造活塞頭部。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于，至少所述第二鍛造模(9)被形成為獨立的鍛造模，并特別利用邊緣(13)散布以使所述 套筒壁(3)再成型。
9.一種用于多部分活塞或接合活性的活塞軸(I)，用根據前述權利要求中任一項所述 的方法制造。
10.一種單部分活塞(I)，用根據權利要求1?8中任一項所述的方法制造。
11.一種鍛造裝置(12)，用于實施根據權利要求1?8中任一項所述的方法，所述鍛造 裝置(12)包括模(11)、第一鍛造模(5)以及第二鍛造模(9)。
【文檔編號】B21K1/18GK103596711SQ201280027439
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年6月20日 優先權日:2011年6月27日
【發明者】沃爾夫岡·伊布勒 申請人:馬勒國際有限公司