用于锻造活塞坯件的方法及所得近净形状单件式活塞坯件

申请号 CN201610237636.7 申请日 2016-04-15 公开(公告)号 CN106077416A 公开(公告)日 2016-11-09
申请人 KS科尔本施密特美国有限公司; 发明人 D·J·博伊;
摘要 本 申请 案涉及用于 锻造 活塞 坯件的方法及所得近净形状单件式活塞坯件。本 发明 揭示用于锻造活塞坯件,使得经锻造活塞坯件呈最终活塞的近净形状及大小的方法。可在使凸缘弯曲之前减少或不初步机加工掉芯材料的情况下完成使所述凸缘弯曲以形成冷却通道。
权利要求

1.一种用于将活塞坯件锻造为近净形状的方法,所述方法包括:
对坯料进行加热;
在加热时,通过在模具中进行至少一次敲打而使所述坯料成形;
允许所述经成形坯料冷却;
对所述经成形坯料的凸缘前体部分进行加热,同时使裙体部分维持足够冷却的温度以保持其形状;及
对所述坯料的所述凸缘前体部分进行镦锻以形成凸缘,借此形成近净形状活塞坯件。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述坯料包括
3.根据权利要求1所述的方法,其中所述使所述坯料成形的步骤包括进行至少一次敲打以形成粗略形状并进行至少一次额外敲打。
4.根据权利要求1所述的方法,其中所述冷却包括移除热源并准许环境空气接近所述经成形坯料。
5.根据权利要求1所述的方法,其中所述对凸缘前体部分进行加热的步骤包括应用感应加热
6.根据权利要求1所述的方法,其中所述凸缘前体部分具有为大致圆锥形的形状。
7.根据权利要求1所述的方法,其中所述镦锻工艺包括使材料物理地移位以形成所述凸缘。
8.一种具有通过根据权利要求1所述的方法形成的近净形状的单件式活塞坯件,所述活塞坯件具有与裙体相对的凸缘,可在不进行初步材料移除的情况下对所述凸缘进行旋转弯曲以形成冷却通道。
9.一种具有通过根据权利要求1所述的方法形成的近净形状的单件式活塞坯件,所述活塞坯件具有与裙体相对的凸缘,可在相对于常规经锻造活塞坯件进行减少的初步材料移除的情况下对所述凸缘进行旋转弯曲以形成冷却通道。
10.一种形成活塞的方法,所述方法包括:
锻造具有通过根据权利要求1所述的方法形成的近净形状的活塞坯件,所述活塞坯件具有与裙体相对的凸缘;及
对所述凸缘进行旋转弯曲以形成冷却通道。
11.一种用于将活塞坯件锻造为近净形状的方法,所述方法包括:
对钢坯料进行加热;
在加热时,使所述坯料成形以形成凸缘前体部分及裙体部分;
对所述经成形坯料进行冷却;
将所述凸缘前体部分加热到准许变形的温度,同时使所述裙体部分维持在基本上抵抗变形的温度;及
对所述坯料的所述凸缘前体部分进行镦锻以形成与所述裙体间隔开的凸缘,借此形成近净形状活塞坯件。
12.根据权利要求11所述的方法,其中所述凸缘前体部分具有为大体圆锥形的形状。
13.根据权利要求11所述的方法,其中所述使所述坯料成形的步骤包括在模具中进行多次敲打。
14.根据权利要求11所述的方法,其中与所述裙体间隔开的所述凸缘包括位于所述凸缘与所述裙体之间的钢芯。
15.一种具有通过根据权利要求14所述的方法形成的近净形状的单件式活塞坯件,可在不初步从所述钢芯移除材料的情况下对所述凸缘进行旋转弯曲以形成冷却通道。
16.根据权利要求14所述的方法,其进一步包括以下步骤:在不预先对所述钢芯进行机加工以移除材料的情况下对所述凸缘进行旋转弯曲以在所述活塞坯件中形成冷却通道。
17.一种用于将单件式活塞坯件锻造为近净形状的方法,所述方法包括:
对钢坯料的整体进行加热;
使所述坯料成形以形成(a)凸缘前体部分,其中此部分的至少一区域具有圆锥状形状,及(b)中空裙体部分;
对所述经成形坯料进行冷却;
将所述凸缘前体部分加热到准许变形的温度,同时使所述裙体部分维持在防止显著变形的温度;及
在所述中空裙体保持其形状的同时,对所述坯料的所述凸缘前体部分进行镦锻以形成与所述中空裙体间隔开的凸缘而在所述凸缘与所述中空裙体之间具有钢芯,借此形成近净形状活塞坯件。
18.一种具有通过根据权利要求17所述的方法形成的近净形状的单件式活塞坯件,可在不初步通过机加工从所述钢芯移除材料的情况下对所述凸缘进行旋转弯曲以形成冷却通道。
19.一种用于将活塞坯件锻造为近净形状的方法,所述方法包括:
对坯料的凸缘前体部分进行加热,同时使所述坯料的中空裙体部分维持在足够冷却的温度以保持其形状;及
对所述坯料的所述凸缘前体部分进行镦锻以形成凸缘,借此形成近净形状活塞坯件。

说明书全文

用于锻造活塞坯件的方法及所得近净形状单件式活塞坯件

[0001] 相关申请案交叉参考
[0002] 本发明主张第62/155,869号及第62/155,803号美国临时专利申请案的申请日期的权益,这两个美国临时专利申请案均是在2015年5月1日提出申请的。

技术领域

[0003] 本发明涉及用于锻造活塞坯件的经改进方法及使用此类方法由此类经锻造坯件产生的活塞。

背景技术

[0004] 当前,许多活塞坯件是以形成具有头重脚轻式凸缘的沉重经锻造坯件的方式被锻造而成。此类常规活塞坯件需要进行显著的机加工来切掉材料才能在凹部上方形成凸缘或法兰,使得所述法兰可接着被弯曲以形成闭合冷却通道。第6,763,757号及第7,918,022号美国专利中揭示了用于在单件式活塞中形成冷却通道的方法,这两个美国专利均以全文引用的方式并入本文中。
[0005] 将期望把活塞坯件锻造为更接近于最终活塞的形状,本文中称为“近净”形状。传统上,出于若干种原因,将活塞坯件锻造为近净形状被视为是困难的。锻造涉及高温及强。因此,以下是有点反直觉的:锻造可产生具有可预测且可重复尺寸的可预测活塞形状,而这对于近净形状活塞坯件来说是合意的。另外,以现有的设备锻造近净形状活塞坯件会向所属领域的一般技术人员呈现出显著的挑战。
[0006] 已开发出可提供制造及/或成本优点及效率优点的锻造方法。

发明内容

[0007] 以下呈现本发明的简化概要,以便提供对本发明的用于锻造活塞坯件的方法及所得近净形状单件式活塞坯件的基本理解。
[0008] 在一个实施例中,揭示一种用于将活塞坯件锻造为近净形状的方法。所述方法包括:对坯料进行加热;在加热时,通过在模具中进行至少一次敲打而使所述坯料成形;允许所述经成形坯料冷却;对所述经成形坯料的凸缘前体部分进行加热,同时使裙体部分维持足够冷却的温度以保持其形状;及对所述坯料的所述凸缘前体部分进行镦锻以形成凸缘,借此形成近净形状活塞坯件。
[0009] 在一个实施例中,揭示一种具有通过根据技术方案1所述的方法形成的近净形状的单件式活塞坯件。所述活塞坯件具有与裙体相对的凸缘,且可在不进行初步材料移除的情况下对所述凸缘进行旋转弯曲以形成冷却通道。
[0010] 在另一实施例中,揭示一种具有通过根据技术方案1所述的方法形成的近净形状的单件式活塞坯件。所述活塞坯件具有与裙体相对的凸缘,且可在相对于常规经锻造活塞坯件进行减少的初步材料移除的情况下对所述凸缘进行旋转弯曲以形成冷却通道。
[0011] 在另一实施例中,揭示一种形成活塞的方法。所述方法包括:锻造具有通过根据技术方案1所述的方法形成的近净形状的活塞坯件,所述活塞坯件具有与裙体相对的凸缘;及对所述凸缘进行旋转弯曲以形成冷却通道。
[0012] 在另一实施例中,揭示一种用于将活塞坯件锻造为近净形状的方法。所述方法包括:对坯料进行加热;在加热时,使所述坯料成形以形成凸缘前体部分及裙体部分;对所述经成形坯料进行冷却;将所述凸缘前体部分加热到准许变形的温度,同时使所述裙体部分维持在基本上抵抗变形的温度;及对所述坯料的所述凸缘前体部分进行镦锻以形成与所述裙体间隔开的凸缘,借此形成近净形状活塞坯件。
[0013] 在另一实施例中,揭示一种用于将单件式活塞坯件锻造为近净形状的方法。所述方法包括:对钢坯料的整体进行加热;使所述坯料成形以形成(a)凸缘前体部分,其中此部分的至少一区域具有圆锥状形状,及(b)中空裙体部分;对所述经成形坯料进行冷却;将所述凸缘前体部分加热到准许变形的温度,同时使所述裙体部分维持在防止显著变形的温度;及在所述中空裙体保持其形状的同时,对所述坯料的所述凸缘前体部分进行镦锻以形成与所述中空裙体间隔开的凸缘而在所述凸缘与所述中空裙体之间具有钢芯,借此形成近净形状活塞坯件。
[0014] 在另一实施例中,揭示一种用于将活塞坯件锻造为近净形状的方法。所述方法包括:对坯料的凸缘前体部分进行加热,同时使所述坯料的中空裙体部分维持在足够冷却的温度以保持其形状;及对所述坯料的所述凸缘前体部分进行镦锻以形成凸缘,借此形成近净形状活塞坯件。附图说明
[0015] 图1是示范性锻造工艺的流程图
[0016] 图2展示经过示范性成形工艺的坯料。
[0017] 图3展示示范性经锻造近净形状活塞坯件。
[0018] 图4展示示范性单件式活塞。

具体实施方式

[0019] 参考图1,其描述用于活塞坯件的示范性锻造工艺10。所述工艺提供一种用以将质量减小的坯料锻造成近终形状与大小的活塞坯件的方式,所述近终形状与大小的活塞坯件准备好进行进一步加工以变为活塞。有利地,本文中所揭示的方法准许圆柱形钢坯料小至常规坯料的约12%到15%。此外,由于可使用较小的坯料起始质量,因此潜在地提供节省。在一个实施例中,用于第8类车辆中的活塞的钢坯料的质量节省是1000g到1200g的材料。
[0020] 在步骤12开始之前,已在模具中对坯料进行加热及压制以及成形以形成裙体部分及凸缘前体(pre-flange)部分。可允许经成形坯料在环境空气中冷却或以其它方式被主动冷却。
[0021] 在步骤12中,对经成形坯料的凸缘前体部分进行加热。在此非限制性实例中,所述坯料是钢,因此通过感应加热来对凸缘前体部分进行加热,以使钢坯料的所述部分达到可使钢变形的温度。在非限制性实例中,执行感应加热使得钢裙体部分可保持或基本上保持其中空圆柱形形状。所选择的温度取决于经成形坯料的特定材料。钢的示范性成型温度是至少约1200℃。
[0022] 虽然步骤12中的加热并不限于感应加热,但感应加热可提供若干益处。此类益处可包含易于局部化加热、热效率、加热到所要温度的时间较短及温度控制较准确。另外,如果坯料不合规格,则使用此技术可容易地检测到此类质量问题。
[0023] 在步骤14中,对经加热凸缘前体部分进行镦锻以形成凸缘。镦锻涉及通过来自所应用的一个或多个模具的作用于凸缘前体部分上的所施加压力而进行移位,从而致使圆锥形部分中的材料向外流动且在凹部上方形成凸缘(或法兰)。这会形成呈近净形状的活塞坯件。可在不通过机加工或其它方法从凸缘与裙体之间的芯移除材料的情况下形成冷却通道。
[0024] 在步骤16中,接着可使凸缘弯曲(包含通过旋转弯曲(也称为旋转成型))以在活塞中形成闭合冷却通道。
[0025] 参考图2,示意图展示在图1中所识别的步骤之前及期间如何加工圆柱形坯料20。在此非限制性实例中,使用适当模具或模具组合将坯料20加热及锻造成预成型形状,其具有基本上圆锥形凸缘前体部分32及基座或裙体部分33。在图2的实例中,使裙体部分35及凸缘前体部分34成形需要两次敲打。预期可使用更少或更多敲打来实现所要形状。两个部分
35及34是基本上同时形成的,从而减少在模具分离时在裙体尖端处形成飞边(flash)的情况。这可有助于控制锻造件的质量,从而在生产中实现基本上一致的材料节省。
[0026] 接下来,选择性地对经成形坯料进行加热。在所述非限制性实例中,对凸缘前体部分36进行感应加热,以使其材料可变形,同时使裙体部分35的温度维持足够低,以使其可在凸缘前体部分36被操纵及变形的同时保持其形状或基本上保持其形状。
[0027] 除感应加热以外或结合感应加热,使用加热/冷却循环还可控制将活塞坯件的什么部分加热到什么程度。此类循环的数目、持续时间及温度可取决于在特定活塞中所使用的几何形状及材料而变化。
[0028] 位于凸缘前体部分36与裙体部分35之间的是芯37。芯37充当内轨道,将围绕其形成冷却通道。
[0029] 接下来,镦锻工艺致使凸缘前体部分36形成呈近净形状的活塞坯件40的凸缘48。芯47两侧是裙体45及凸缘48。在一些实施例中,凸缘48可被旋转弯曲以形成冷却通道,而不需要进行任何机加工来从芯47移除材料。在一些实施例中,在对凸缘48进行旋转弯曲之前可执行减少的初步机加工。在此类实施例中,待执行的机加工将大大少于使用常规活塞坯件所执行的机加工。
[0030] 镦锻工艺可以是一个、两个或两个以上步骤。也就是说,可抵靠经加热凸缘前体部分36应用一个或多个模具,且所述模具致使材料移位直到在凹部上面形成法兰或凸缘为止。所述一个或多个模具可在单个遍次或多个遍次中啮合于凸缘前体部分36上。任选地,可接近凸缘前体部分36放置可移除模具,使得在镦锻发生时,所述可移除模具引导材料流远离凹入区域,所述凹入区域将变为冷却通道。当任选模具被移除时,凹部保留在曾经有所述模具的地方,其中所述凹部顶部处的法兰或凸缘将被弯曲以形成闭合冷却通道。
[0031] 图3展示示范性单件式经锻造近净形状活塞坯件50,其具有裙体55及凸缘58。凸缘58可经弯曲以围绕芯57形成冷却通道。虽然可使材料移动,但在弯曲之前可进行很少预先机加工或不进行预先机加工来从芯57移除材料。
[0032] 图4展示另一示范性单件式经锻造近净形状活塞坯件60。已通过旋转成型使位于裙体65上面的凸缘68弯曲而形成冷却通道67。
[0033] 关于所描述的工艺,应理解,虽然此类工艺的步骤已被描述为以某一顺序发生,但可在所描述步骤是以不同次序来执行的情况下实践此类工艺。应理解,可同时执行某些步骤,可添加其他步骤,或可省略某些步骤。
[0034] 整个以上说明均打算仅是说明性的。在阅读以上说明后,将明了除所提供实例以外的许多实施例及应用。本发明的范围应参考所附权利要求书连同等效内容的全部范围来确定。预期,将出现将来的开发形式,且所揭示的装置及工艺可与此类将来的开发形式一起使用。也就是说,本发明能够有变化形式。
[0035] 除非明确地指示相反含义,否则权利要求书中所使用的所有术语均打算被赋予所描述技术中的知识人员所理解的普通含义。此外,除非权利要求明确地以其它方式进行陈述,否则例如“一(a)”、“所述(the、said)”等单数冠词均应被理解为叙述一个或多个所指示名词。
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