用于连接内燃机活塞和连杆的复合式销钉及用于制造这种复合式销钉的压制装置 |
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| 申请号 | CN201180061819.3 | 申请日 | 2011-11-03 | 公开(公告)号 | CN103270350B | 公开(公告)日 | 2016-01-27 |
| 申请人 | 马勒国际公司; | 发明人 | 罗兰·洛赫曼; 乌尔里希·比朔夫贝格尔; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种用于连接 内燃机 活塞 和 连杆 的复合式销钉（14），其中该复合式销钉（14）由 钢 制套筒（3）和压入该套筒（3）中的、由能够 冷压 成型的轻金属 合金 制成的型芯（2）构成，其中套筒（3）的内表面具有成型部，由此在型芯（2）压入套筒（3）之后能够这样防止型芯（3）在轴向上的弹性延长，即，套筒（3）在复合式销钉（14）的两个末端上长于型芯（2）。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于连接内燃机活塞和连杆的复合式销钉，其中所述复合式销钉由具有圆柱形外表面的钢制套筒和压入所述套筒中的、由能够冷压成型的轻金属合金制成的型芯构成，其特征在于，所述套筒的内表面具有这样的型面，在所述型面中，套筒的内径向套筒的两个末端减小，由此在所述型芯压入套筒之后能够这样防止所述型芯在轴向上的弹性延长，即，所述套筒在复合式销钉的两个末端上长于所述型芯。 |
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| 说明书全文 | 用于连接内燃机活塞和连杆的复合式销钉及用于制造这种复合式销钉的压制装置 技术领域[0001] 本发明涉及一种用于连接内燃机活塞和连杆的复合式销钉，其中该复合式销钉由钢制套筒和压入该套筒中的、由能够冷压成型的轻金属合金制成的型芯构成。此外本发明还涉及一种用于制造这种复合式销钉的压制装置，该装置由用于容纳套筒和插进套筒中的型芯的凹模、与型芯的一侧相接触的凸模、及与型芯的另一侧相接触的冲头构成。 背景技术[0002] 由美国专利1，670，564已知开头所述类型的复合式销钉和压制装置。其缺点在于，不能防止已知的复合式销钉的型芯在套筒中轴向上的移动（特别是由于弹性形变），从而在这种情况下不能形成导致复合式销钉的强度得到改善的、轴向的挤压复合应力。 发明内容[0003] 相应地，本发明的目的在于，避免所述的缺点，并且提供一种具有改善了强度的复合式销钉，在该复合式销钉中防止了型芯轴向形变，从而能够形成导致复合式销钉的强度得到改善的、轴向的挤压复合应力。 [0007] 以下将根据图示对本发明的一些实施例进行阐述。其中， [0008] 图1示出了用于制造复合式销钉、将轻金属型芯压入钢套中的压制装置，[0009] 图2a至2f示出了钢套的设计方案， [0010] 图3示出了具有由两部分组成的凹模的压制装置的设计方案，该凹模的内腔具有在中心的凸起部，以及 [0011] 图4a至4g示出了能够以压制装置制造的复合式销钉的设计方案。 [0012] 附图标记说明 [0013] 1、1’ 压制装置 [0014] 2、2a至2g 型芯 [0015] 3、3a至3i 套筒 [0016] 4 支撑件 [0017] 5 凸模 [0018] 6 凹模 [0019] 6’ 组合凹模 [0020] 6’a、6’b 凹模的一半 [0021] 7 内腔9的区域 [0022] 8 内腔9的扩展部 [0023] 9、9’ 内腔 [0024] 10 空隙 [0025] 11 盖板 [0026] 12 孔 [0027] 13 冲头 [0028] 14、14’、14a至14f 复合式销钉 [0029] 15 箭头 [0030] 16、17、18、19、20、21 凸起部 具体实施方式[0031] 图1示出了用于将由可锻铝合金制成的型芯2压入钢制套筒3中的压制装置1，该压制装置用于由型芯2和套筒3构成的复合式销钉14的制造。压制装置1具有固定放置的支撑件4，该支撑件具有固定于其上的凸模5，凸模的外径与套筒3的内径这样相符合，即，套筒3能够轻松地推到凸模5上。 [0032] 此外，压制装置1具有管状的凹模6，凹模的内腔在一侧（这里为左侧）上的短的区域7中具有内径，该内径与凸模5的外径这样相符合，即，经由这个区域7能够将凹模6推到凸模5上。区域7的轴向长度以这样的尺寸小于凸模5的轴向长度，即，在一侧上型芯2短于套筒5的尺寸。 [0033] 在背离支撑件4的一侧上，区域7转入凹模6的内腔9的阶梯形的扩展部8，其中，凹模6的内腔9的内半径这样扩大，即，该内半径大于套筒3的外半径，并且当凹模6和套筒3已推到凸模5上时，套筒3的外壳和凹模6的内腔9之间得到小的空隙10，空隙的尺寸和作用将在下面进一步阐述。对此，内腔9的径向扩大的区域的轴向长度与套筒3的轴向长度相符合。 [0034] 在背离支撑件4的一侧上，一个中心具有孔12的盖板11可以将压制装置1锁住，可以将冲头13推入该孔。 [0035] 型芯2是由能够冷压成型的轻金属合金制成，该轻金属合金在本实施例中是可锻铝合金，除了铝以外，可锻铝合金还含有1.9至2.7重量百分比的铜、1.3至1.8重量百分比的镁和0.9至1.3重量百分比的铁。这种合金是能够淬硬的，其中可以在将型芯2压入套筒3之前或之后进行高温时效处理。这里也能够使用其他的能够冷压成型的轻金属合金，其优选应该是能够淬硬的。因此，轻金属合金也可以是可锻钛合金。 [0036] 套筒3可以由氮化钢（即，根据DIN17211，以元素铬、钼和铝制成合金的钢）制成。因为这些元素是良好的氮化物形成成份，所以钢在氮化之后获得了非常高的、具有良好抗磨损性的表面强度。 [0039] 装配压制装置1时，首先将凹模6移动到凸模5上，然后将套筒3引入凹模6的内腔9，并且同时移动到凸模5的突出到凹模6的内腔9的径向扩大区域中的部分上。然后将型芯2移动到套筒3的内腔中，使盖板11固定在凹模6上，并将冲头13移动到盖板11的孔12中。 [0040] 如果此时冲头13在箭头15的方向上施加压力到型芯2上，则凸模5引起了由两侧施加压力到型芯2上，从而使型芯2的轴向长度缩小，型芯2比套筒3稍微短一些，其中，型芯2均匀地在套筒3的方向上（即，径向上）伸展。因为这时没有加热型芯2，因此只涉及到冷挤压过程，这个过程可以在室温下进行，一般在温度为200℃以下时进行。这个过程的优点在于，该过程比其他挤压过程更便宜。此外，与如果使用热挤压方法制造复合式销钉14相比，在冷挤压时在型芯2和套筒3中更容易获得下面将详细阐述的挤压复合应力，因为通过热挤压将减小内应力。 [0041] 由于套筒3和凹模6之间的空隙10，型芯2的径向扩张可能导致套筒3的径向扩张。如果压制过程之后减小在型芯2上的冲头13的压力，则套筒3收缩，并且在型芯2和套筒3之间产生压制连接。这在套筒3中引起了拉应力以及在型芯2中引起了压应力，由此在型芯2和套筒3中产生了使复合式销钉14的负荷能力增加的挤压复合应力。此外，这种挤压复合应力由于型芯2的材料中的分子操作引起了型芯2的冷作硬化，这导致复合式销钉14的承载能力的进一步提高。 [0042] 图2a至2h示出了具有不同内部型面的套筒3的设计方案3a至3i。因为型芯2在压入套筒3时在轴向上缩短，所以为了在型芯2中提高挤压复合应力并且从而进一步改善复合式销钉14的强度，结束在型芯2上的轴向压力作用之后，由于型芯的弹性作用使型芯不再延长，即，保持型芯2的缩短状态，是值得追求的目标。套筒3a至3h的内部型面设计用作此用途。 [0043] 图2a和2b所示的套筒3a和3b的内腔分别具有在其整个长度上延伸的、环形的凸起部，其中根据图2a和2b的套筒3a和3b的壁厚在中间是最小的，在套筒3a中向套筒3a的两个末端线性增加，在套筒3b中向套筒3b的两个末端在截面呈弧形地增加。 [0044] 根据图2c和2d的套筒3c和3d在中间具有圆柱体的内腔，该内腔在其两个末端具有环形的凸起部17、18，其中套筒3c的多个凸起部17分别具有一个中点，从这个中点开始凸起部17向两侧线性减小，而套筒3d的多个凸起部18呈圆弓形截面。 [0045] 图2e和2f所示的套筒3e和3f的内腔具有在其整个轴向长度上优选为均匀分布的、环形的多个凸起部19、20，其中套筒3e的凸起部19呈弧形截面，套筒3f的多个凸起部20分别具有一个中点，从这个中点开始凸起部20向两侧线性减小。 [0046] 根据图2h的套筒3h的内腔具有位于中心的凸起部21，该凸起部具有一个中点，从这个中点开始凸起部21向两侧线性减小。该凸起部21在两侧以到套筒3h的末端一定距离处终止。在凸起部21的两侧上，套筒3h的内径直至套筒3h的各个末端线性增加，即，套筒3h的壁厚在套筒3h的两个末端区域中减小，这样的优势在于，由此减小了套筒的重量。 [0047] 图2g所示的套筒3i具有没有造型的圆柱体内腔，然而该套筒具有形成为凹形截面的外表面。在压制过程中，套筒的中间部分这样鼓起，即，套筒呈现出具有圆柱体外表面和位于中心的、呈圆弓形截面的环形凸起部的、图2b所示的套筒3b的形状，从而得到如图4b所示的复合式销钉14b，由于型芯2b和套筒3i、3b中的挤压复合应力，即使减小冲头13的压力后该销钉的形状也保持不变。 [0048] 然而在图中没有示出的形成为螺旋形的套筒3的内部型面也是可行的。将这种造型车削到套筒的内表面中。 [0049] 另一种图中没有示出的可行的方案是以悬浮液涂覆套筒内表面，悬浮液防止型芯2在套筒3中的轴向移动。该悬浮液具有由坚硬的材料构成的、在μm范围里的大小的超精细分布的微粒，该材料可以是金刚石粉、石英砂或SiO2粉末。悬浮液喷镀在套筒内表面上。 对此也可以以精细分布地含有以上材料的薄膜覆盖套筒内表面。 [0050] 本发明的另一个设计方案中，出于在套筒3中固定型芯2的目的，使套筒的内表面粗糙，其中，粗糙度处于μm范围中。通过凹槽的形成可以制造出这种粗糙面，精车或铣削的方法对此适用。 [0051] 此外，套筒内表面在轴向上观察分为不同的区段，对这些区段进行不同粗糙程度的成型。这样可以对轴向外部区段粗糙成型，对轴向内部区段精细成型。因为套筒内表面的成型越粗糙，那么型芯2相对于套筒3的加长部就必须越大，所以由此得到的优势在于，通过更精细的成型可以减小型芯2的加长部。 [0052] 图3所示的压制装置1’的设计方案具有由两个凹模部分6’a和6’b构成的组合凹模6’。此外，该组合凹模6’具有在其整个轴向长度上延伸的、环形的、内腔9’的径向凸起部16。由此导致在型芯2压入套筒3之后以及由此所引起的套筒3的径向扩张之后套筒3的中间部分保持已扩张的状态，从而整个的复合式销钉14’保持中心的凸起部，该凸起部导致复合式销钉14’的强度的进一步提高。复合式销钉14’变形带来一个必要性，即必须组合凹模6’是由两部分形成，其中，当带有中心凸起部的复合式销钉14’从压制装置1’中取出时，凹模的一半6’a和6’b向两边分开。 [0053] 图4a至4g示出了以套筒3和3a至3g制成的复合式销钉14’和14a至14f的设计方案。通过套筒3a至3g的内表面的形状防止了型芯2a至2f在轴向上的伸展，从而使型芯2a至2f在各个复合式销钉14’和14a至14f的两个末端上短于所属的套筒3和3a至3g。 [0054] 复合式销钉14’在具有组合凹模6’的压制装置1’中制造出来，其中在本实施例中使用不带有内部造型的套筒3。仅通过整个套筒3在组合凹模6’中以压制过程获得中间的凸起部，复合式销钉14’中的套筒3g的内表面具有在套筒3的整个轴向长度上延伸的、环形的径向凸起部，该凸起部防止相关的型芯2b在轴向上伸展。 [0055] 紧接着用于根据图4g的复合式销钉14’的制造的压制过程，借助于切削加工方法（车削、铣削）这样加工复合式销钉14’的外表面，即，使复合式销钉14’的外表面呈现出圆柱体的形状，并且从而呈现出图4b所示的复合式销钉14b的形状。 [0056] 最后必须指出，图2和4中套管的内部型面和图3所示的组合凹模6’的内部型面不是按尺寸绘制的，而是具有仅数μm的造型深度。在这些实施例中，套筒3的内部造型具有30μm的造型深度，图3所示的组合凹模的内部造型具有10μm的造型深度。 |
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