用于制造带锥形结构的活塞销的方法和由此制成的活塞销 |
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| 申请号 | CN200710112091.8 | 申请日 | 2007-06-22 | 公开(公告)号 | CN101121183B | 公开(公告)日 | 2010-12-08 |
| 申请人 | 伯吉斯-诺顿制造有限公司; | 发明人 | R·魏斯; S·班奇; J·恩达尔; P·费克图; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及用于制造带锥形结构的 活塞 销 的方法和由此制成的活塞销，其提供了一种用于在一个成型过程中冷成型中心 腹板 或无腹板的带锥形结构的活塞销的方法。该方法消除了辅助工序，这些辅助工序例如包括(但不限于)机加工、 退火 、涂敷以及辅助成型。该方法包括步骤：将金属棒材切割成基本为圆柱形的棒条段；对棒条段执行模具挤型，以在棒条段中形成第一空腔；可选地，对棒条段执行模具挤型，以在棒条段中形成第二空腔；将棒条段穿孔，以将其制成中空的圆筒件；在任一端对中空的圆筒件执行模具挤型，以形成这样的中空圆筒件：在任一端，该中空圆筒件的内表面具有锥形结构。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于制造带锥形结构的活塞销的方法，其包括步骤： |
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| 说明书全文 | 用于制造带锥形结构的活塞销的方法和由此制成的活塞销技术领域[0001] 本发明涉及一种用于制造活塞销的方法，具体而言，本发明涉及在一个或多个工序中制造活塞销的方法，其具有锥形内孔。本发明还包括利用该方法制成的带锥形结构的活塞销。 背景技术[0002] 往复式内燃机一般都使用在气缸中振荡运动的活塞。如图1所示，活塞12的作用是作为滑动的封塞，其紧密地配合到气缸的筒腔内。基本上，活塞在气缸内是被交替驱动的。燃料-空气混合物在活塞上方的燃烧将产生气体压力，该压力来自于被压缩且被点燃的燃烧气体。该压力沿向下的方向推动活塞。随着这一过程的发生，活塞将膨胀的燃烧气体的作用力经活塞销10传递给连杆14。活塞被连接到连杆上，进而再与曲轴16相连，由此将往复运动转换为旋转运动。 [0003] 活塞销构成了往复式内燃机系统中的一个重要部件。每个活塞销都延伸穿过活塞和连杆上相互对正的开孔，以便于在连杆与活塞之间建立枢转连接关系。随着发动机曲轴的转动，各连杆的一端将绕着曲轴的轴线转动。连杆的另一端绕着活塞中的活塞销作回旋运动，因而，各个活塞可将动力经连杆传递到曲轴上。各个活塞销成为了连杆与活塞之间的枢转连接件。 [0004] 由气体燃烧而施加在活塞、活塞销以及连杆上的作用力是巨大的。此外，活塞组件(上述的活塞、活塞销以及连杆)的摩擦损耗在发动机的性能中占有很大的比重。发动机的设计趋势是减小活塞组件(包括曲轴)的往复质量。因而，通过采用较轻的活塞销，可减小惯性损耗，从而可提高发动机的性能，由此就能提高发动机的效率。因此，轻量化是高效活塞销-活塞组件的一个重要特征。另外，理想的活塞销还具有其它的重要特性：耐磨性、刚性以及能承受极大作用力的高强度，其中的极大作用力来源于燃烧过程。减轻活塞销重量的一种方法是：通过形成向外锥扩的内部，来减小活塞销内径端的质量。 [0005] 如图3所示，某些活塞销被制成在其中间部位附近具有中心腹板。这些活塞销被称为中心带有腹板的、双向挤压或双向成型的活塞销。其它的活塞销通过如图4所示那样在活塞销的端部形成腹板，能进一步地减重。按照这种方法，为了进一步获得减轻质量的好处，可以将腹板完全去掉。这些活塞销被通常称为无腹板的、端部腹板的、单向挤压的或单向成型的活塞销。上述的这两种活塞销制造方法还被设计成采用锥形孔腔，以便于减轻重量。目前的技术是向活塞销中机加工出内部锥形结构，或者在中心腹板型活塞销的内部中挤压成形锥形结构。此外，通过利用辅助机加工或成型工序增大内部的锥度，可将单向成型活塞销的锥度加大一定量。这些另外的工序可包括如下工艺的任意组合形式：退火、施敷润滑油、辅助成型工序。这些方法中没有一种方法能实现成本有效化，也不能优化重量的减轻。且所有这些方法都是高成本的。 [0006] 如上所述，现有技术存在诸多的困难，这些困难涉及的方面是效率低、成本高、无法实现最优的减重效果。目前需要有一种成本有效化的制造方法，以便于在机器中利用一个成型过程就能制造出中心腹板或无腹板的带锥形结构的活塞销。此外，需要一种改进的且更为经济的方法，以便于在活塞销上形成内部锥形结构。 发明内容[0007] 对于目前的往复式内燃机系统，需要有一种这样的方法：其可经济地制造出轻质量和高强度的中心腹板或无腹板的带锥形结构的活塞销。 [0008] 根据本发明，提供了一种用于制造冷成型的带锥形结构的中心腹板或无腹板活塞销的方法，该方法采用了高效而成本有效的处理工艺。本发明消除了单独执行或组合执行的辅助工序，这些工序例如是机加工、涂敷以及辅助成型。在本发明的另一方面中，活塞销的锥形结构以更大的角度和长度形成，从而，与现有技术相比，能进一步促进重量的减轻。 [0009] 具体而言，本发明提供一种用于制造带锥形结构的活塞销的方法，其包括步骤：在任一端对中空的圆筒件执行模具挤型，以形成这样的中空圆筒件：在任一端，该中空圆筒件的内表面具有一定长度的锥形结构；将一个或多个初始冲头插入到圆筒件的一端或两端中，其中，所述初始冲头在圆筒件的内表面上以预定锐角形成锥形结构；以及将一个或多个后续冲头插入到中空圆筒件的一端或两端中，其中，所述后续冲头在中空圆筒件的内表面上以第二预定锐角形成第二锥形结构。 [0010] 本发明还提供一种用于制造带锥形结构的活塞销的方法，其包括步骤：将金属棒材切割成基本为圆柱形的棒条段；对棒条段执行模具挤型，以在棒条段中形成第一空腔；对棒条段执行模具挤型，以在棒条段中形成第二空腔；将棒条段穿孔，以将其制成中空的圆筒件；在任一端对中空的圆筒件执行模具挤型，以形成这样的中空圆筒件：在任一端，该中空圆筒件的内表面具有锥形结构；将第一冲模插入到中空圆筒件的端部中，其中，该第一冲模在中空圆筒件的内表面上以第一锐角形成第一锥形结构；以及将第二冲模插入到中空圆筒件的端部中，其中，该第二冲模在中空圆筒件的内表面上以第二预定锐角形成第二锥形结构。 [0011] 本发明还提供一种用于制造带锥形结构的活塞销的方法，其包括步骤：将棒条段穿孔，以将其制成中空的圆筒件；在任一端对中空的圆筒件执行模具挤型，以形成这样的中空圆筒件：在任一端，该中空圆筒件的内表面具有一定长度的锥形结构；将第一冲模插入到中空圆筒件的端部中，其中，该第一冲模在中空圆筒件的内表面上以第一预定锐角形成第一锥形结构；将第二冲模插入到中空圆筒件的端部中，其中，该第二冲模在中空圆筒件的内表面上以第二预定锐角形成第二锥形结构。 [0012] 相应地，本发明提供一种带锥形结构的活塞销，所述活塞销为中空圆筒件，在任一端，该中空圆筒件的内表面具有锥形结构，其包括在中空圆筒件的内表面上以第一锐角形成的第一锥形结构和以第二预定锐角形成的第二锥形结构，该活塞销是利用如下的步骤制成的：将金属棒材切割成基本为圆柱形的棒条段；对棒条段执行模具挤型，以在棒条段中形成第一空腔；对棒条段执行模具挤型，以在棒条段中形成第二空腔；将棒条段穿孔，以将其制成中空的圆筒件；在任一端对中空的圆筒件执行模具挤型，以形成这样的中空圆筒件：在任一端，该中空圆筒件的内表面具有锥形结构；将第一冲模插入到中空圆筒件的端部中，其中，该第一冲模在中空圆筒件的内表面上以第一锐角形成第一锥形结构；将第二冲模插入到中空圆筒件的端部中，其中，该第二冲模在中空圆筒件的内表面上以第二预定锐角形成第二锥形结构。 附图说明 [0013] 附图中， [0014] 图1是活塞系统的正视图，该活塞系统带有枢转连接在连杆与活塞之间的活塞销； [0016] 图2B中的示意图表示了在第一锥形结构成型工序中的较窄的坡口角度，该附图表示出了位于初始接触点处的下一工作台的冲头；以及 [0017] 图3中的示意图表示了一种用于制造带锥形结构的活塞销的、示例性的双向中心腹板的挤压方法；以及 [0018] 图4中的示意图表示了一种用于制造带锥形结构的活塞销的、示例性的单向无腹板的挤压方法。 具体实施方式[0019] 图3和图4中的A图示到D图示表示了典型的活塞销制造过程。这些过程是从棒钢或卷钢开始进行制造的。一般而言，使用的是碳素钢线材，原因在于：碳素钢的物理和机械特性对于制造活塞销而言是有吸引力的，且有效地满足了事关最终产品成本的必要特性。但是，也可以根据所涉及的应用场合而使用其它的金属。金属线材被拆卷并拉直。在从开卷机中退出之后，金属卷被切割成单个的件。这些件被整形成粗略的柱形。然后，将这些件准备好，以进行挤压成形工艺。根据用户所要求的具体指标，可能需要在活塞销上加工出锥形。下文将结合后续的附图对加工锥形的过程作进一步描述。 [0020] 参见图3，图中表示了一种与制造活塞销有关的、典型的双向/中心腹板挤压成形过程。熟悉冷成型技术的任何人员都能理解：这只是用来说明如何形成活塞销的一个示例。本发明的用意只是将其作为一个示例，本发明适用于所有在管状挤出坯料上形成锥形结构的方法。 [0021] 参见图4，图中表示了一种与制造活塞销有关的、单向/端部腹板挤压成形过程。熟悉冷成型技术的任何人员都能理解：这只是用来说明如何形成活塞销的一个示例。本发明的用意只是将其作为一个示例，本发明适用于所有在管状挤出坯料上形成锥形结构的方法。 [0022] 下面参见图2A，由管状成型的坯料(标为50)，本发明展示了用于在活塞销坯料内部的两端处形成锥形结构的成型工序。该附图反映的是在预定的长度处将锥形结构形成为大于最终需要(标为52)的坡口角度(标为58)的情形，该预定的长度可小于或等于在活塞销轴向上的最终锥形结构长度。最终获得的轮廓被表示为56。图中所示的仅是示例。熟悉成型技术的人员可领会到：可在一个或多个工作台上完成该工作，但本发明致力于获得成本最有效的在管状坯料的内部形成锥形结构的方法。但是，本发明的目的是涵盖在管状坯料的内部形成锥形结构的所有多个过程的方法。 [0023] 图2B是将活塞销从坯料68制为最终所需产品的实例，其中的坯料68来自于在先的锥形结构成型工序。该附图表示出了精加工工具62，其位于先前已被加工出锥形的坯料壁168上。最终获得的轮廓被表示为66。熟悉成型技术的人员可领会到：可在一个或多个工作台上完成该工作，但本发明致力于获得成本最有效的在管状坯料的内部形成锥形结构的方法。 [0024] 用于形成带锥形结构的活塞销的上述方法是一种示例的实施方式。该方法展示了一种可行的途径，其可被用来在活塞销中形成锥形结构，且无需采用高成本的机加工、涂敷、或其它的成型工艺。实际的实施方式可不同于上文所讨论的设计。另外，本领域技术人员可对本发明作出多种其它的改进和修改，这些改进和修改将落入到本发明请求保护的范围之内。 [0025] 在不悖离本发明实质思想或重要特征的前提下，可按照其它的具体形式来实施本发明。所描述的实施方式在各个方面都只是示例性的，而非限定性的。因而，本发明的范围不受上文所述具体示例的限制。在等效意义和范围内的所有改变或改型都应当被包含在本发明中。 |
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