制造用于內(nèi)燃機(jī)的活塞的方法和通過所述方法制造的活塞的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制造用于內(nèi)燃機(jī)的活塞的方法，該活塞有活塞上部和活塞下部，其中活塞上部有活塞冠，該活塞冠有圓頂?shù)娜紵继?，有環(huán)繞的火地并且有環(huán)繞的環(huán)部分，其中活塞下部配備有銷孔的活塞銷轂，活塞銷轂借助于波狀表面彼此連接，該方法有以下方法步驟:
[0002]a)借助于變形過程制造活塞上部的坯件，b)借助于變形過程或鑄造過程制造活塞下部的坯件，c)借助于焊接過程連接活塞上部和活塞下部的坯件形成活塞體，d)對活塞體進(jìn)行二次加工和/或完成加工形成完成的活塞。本發(fā)明同樣涉及借助于所述方法制造的活塞。
【背景技術(shù)】
[0003]一般的制造方法和由此制造的活塞從德國專利申請10 2011 013 141 Al和DE10 2011 013 067 Al得知。根據(jù)該專利申請，活塞上部的坯體通過鍛造在燃燒凹處的整個區(qū)域完成，以致燃燒凹處的輪廓不需二次加工過程。
[0004]但是，發(fā)現(xiàn)在坯體的焊接期間對活塞體的局部加熱導(dǎo)致微觀結(jié)構(gòu)的變化以及材料壓力的損耗，產(chǎn)生燃燒凹處的幾何構(gòu)造以及因此體積變化的影響。因此，完成的活塞的燃燒凹處體積可與預(yù)期限定的值有相當(dāng)大的偏差。因?yàn)槿紵继幫ㄟ^鍛造完成，附加的切割加工不再可行。這特別適用于有復(fù)雜幾何構(gòu)造的燃燒凹處。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是進(jìn)一步發(fā)展一般的方法，以致在盡可能簡單的方式中，即使在幾何構(gòu)造復(fù)雜的情況下，完成的活塞的所述燃燒凹處體積在預(yù)先限定的公差范圍內(nèi)。
[0006]解決方法包括，在步驟a)中制造所述活塞上部的坯體期間，完整制造在圓頂區(qū)域外部的所述燃燒凹處輪廓，在所述燃燒凹處的圓頂區(qū)域形成多余材料，并且包括，在步驟d)中，去除在燃燒凹處的圓頂區(qū)域的所述多余材料，導(dǎo)致所述燃燒凹處為預(yù)定的體積。
[0007]本發(fā)明同樣涉及可借助于根據(jù)本發(fā)明所述方法制造的活塞。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的方法，其特征在于，通過變形過程制造所述活塞上部期間，在所述燃燒凹處的圓頂區(qū)域形成多余材料，然而燃燒凹處的所述其他區(qū)域?yàn)橥暾圃?，也就是說不要求進(jìn)一步的二次加工。通過去除特定額的所述多余材料，可在坯體的焊接后準(zhǔn)確設(shè)置所述燃燒凹處的預(yù)定體積，而不需改變圓頂區(qū)域外部所述燃燒凹處的幾何構(gòu)造。
[0009]有利的改進(jìn)將出現(xiàn)在附屬權(quán)利要求中。
[0010]在步驟a)中如果需要的話，有利的是至少一個閥位借助于變形過程在所述活塞冠和/或活塞凹處完整形成，以致同樣省略所述至少一個閥位的二次加工。
[0011]在步驟a)中，所述活塞冠同樣可借助于所述變形過程完整制造，以同樣消去所述活塞冠的二次加工。在這種情況下，對于多余材料合適的是在所述火地區(qū)域附加形成，因?yàn)樗霾牧峡梢子趶乃鰠^(qū)域去除，例如簡單的通過車削去除。僅必須確保的是，在所述燃燒凹處的圓頂區(qū)域形成足夠額的多余材料，以準(zhǔn)確設(shè)置所述燃燒凹處的預(yù)定體積。
[0012]根據(jù)本發(fā)明所述方法的一種改進(jìn)，在步驟d)中，提供為檢查所述燃燒凹處的體積，在所述燃燒凹處的最低點(diǎn)選擇參考點(diǎn)并且在完整制造的活塞冠的高度選擇參考點(diǎn)，并且因此決定所述燃燒凹處目前的深度。
[0013]相反，在步驟a)中，可提供多余材料在所述活塞冠區(qū)域附加形成。這樣的優(yōu)點(diǎn)在于，活塞冠的二次加工允許所述壓縮高度的靈活設(shè)置。
[0014]所述方法的一種改進(jìn)，在步驟d)中，提供為檢查所述燃燒凹處的體積，在從所述圓頂區(qū)域去除多余材料期間，檢驗(yàn)所述燃燒凹處目前的最低點(diǎn)，并且應(yīng)用與所述活塞中心軸垂直走向的平面至所述最低點(diǎn)，所述平面用作所述活塞冠完成加工的起始點(diǎn)。
[0015]在步驟a)和b)中，合適的提供焊接表面和冷卻管道區(qū)域在所述坯體中形成并且完成加工。在步驟c)的所述焊接過程中，要求準(zhǔn)確適合的焊接表面。所述冷卻管道區(qū)域在焊接所述坯件后不可再接近。
[0016]此外在步驟b)和步驟c)之間，有利的是在所述活塞下部的坯體中，所述內(nèi)部空間完成加工并且用于冷卻油的入口和出口開口在所述冷卻管道區(qū)域形成。為此所述活塞下部比起所述焊接的活塞體更易于處理。
[0017]此外，基于所述相同原因，在步驟a)和步驟c)之間，建議在所述活塞上部和/或所述活塞下部的坯體上預(yù)加工外徑，和/或建議在所述活塞下部的坯體上，預(yù)加工所述活塞銷轂。
[0018]—種優(yōu)選的改進(jìn)，在步驟d)，在所述活塞冠完成加工后提供所述銷孔在活塞銷轂內(nèi)形成。因?yàn)榛钊乃鰤嚎s高度由活塞冠和銷孔中心軸之間的距離限定，所述完成的活塞的預(yù)定壓縮高度可以特別簡單的方式獲得。
[0019]可選擇多種變形方法用于制造所述活塞上部的坯體。所述坯體可通過在1200°C到1300°C時熱加工鍛造，并且隨后進(jìn)行冷標(biāo)定。所述坯體同樣可通過在1200°C到1300°C時熱加工鍛造，并且隨后在最高150°C的溫度下進(jìn)行冷標(biāo)定。此外，所述坯體可通過在600°C到900°C時溫加工鍛造。此外，在溫加工后，所述坯體可在最高150°C的溫度下進(jìn)行冷加工。最后，所述還體可通過在最高150 0C時通過冷加工鍛造。
[0020]在步驟c)中，合適的提供所述坯體借助于摩擦焊接過程彼此連接。但是，摩擦焊接過程的使用不是強(qiáng)制的。
【附圖說明】
[0021]本發(fā)明的示例性實(shí)施方式將在下面基于所述附圖更加詳細(xì)的討論，其中該附圖在各種情況下為不按比例的示意圖:
[0022]圖1示出借助于根據(jù)本發(fā)明方法制造的活塞的示例性實(shí)施方式；
[0023]圖2示出活塞上部坯體的第一示例性實(shí)施方式，該活塞上部用于如圖1的活塞；
[0024]圖3示出活塞上部坯體的第二示例性實(shí)施方式，該活塞上部用于如圖1的活塞；
[0025]圖4示出活塞上部坯體的第三示例性實(shí)施方式，該活塞上部用于如圖1的活塞；
[0026]圖5示出有閥位的燃燒凹處的示例性實(shí)施方式，該燃燒凹處用于如圖1的活塞。
【具體實(shí)施方式】
[0027]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的活塞10的示例性實(shí)施方式?；钊?0有包括活塞冠12的活塞上部11。在活塞冠12中，提供有包括中央圓頂14的燃燒凹處13。此外，活塞上部11有環(huán)繞的火地15和環(huán)繞的環(huán)部分16，該環(huán)繞的環(huán)部分有用于接收活塞環(huán)(未示出)的環(huán)形槽。在環(huán)部分16的高度提供環(huán)繞的冷卻管道17。
[0028]此外，活塞10有活塞下部18，該活塞下部有用于接收活塞銷(未示出)的活塞銷轂19和銷孔21。活塞銷轂19借助于波狀表面22，23彼此連接。
[0029]在目前的示例性實(shí)施方式中，活塞上部11和活塞下部18借助于摩擦焊接過程彼此連接。
[0030]活塞上部11由可進(jìn)行變形過程的材料制造。這種材料通常是回火鋼，例如42CrMo4，或 AFP 鋼，例如 38MnVS6。
[0031]根據(jù)本發(fā)明，其目的為制造活塞10，該活塞的燃燒凹處13的體積在預(yù)定公差范圍內(nèi)。其目的為不管燃燒凹處的幾何構(gòu)造以實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，以致在完成制造過程后，甚至有復(fù)雜幾何構(gòu)造的燃燒凹處，例如圖5所示，其體積也在預(yù)定公差范圍內(nèi)。圖5示出在活塞上部Ila的燃燒凹處13a的平面圖。燃燒凹處13a有四葉草形輪廓。閥位24在活塞冠12上附加形成。借助于根據(jù)本發(fā)明的方法，其目的為實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的目標(biāo)，甚至是相對于活塞中心軸徑向偏離或?yàn)閮A斜布置的燃燒凹處。
[0032]為此，活塞上部11的坯體首先通過變形制造。所述類型的坯體11’的第一示例性實(shí)施方式在圖2中示出。在示例性實(shí)施方式中，坯體11’通過在600°到900°溫加工鍛造并且隨后在最高150°C時冷加工。坯體11’通過陰影以截面示出，然而完成活塞10的活塞上部11的最終輪廓通過點(diǎn)劃線指示。在示例性實(shí)施方式中，除圓頂14周圍的圓頂區(qū)域14’夕卜，燃燒凹處13的幾何構(gòu)造和活塞冠12通過鍛造完成。這意味著在制造完成的活塞10時，除了圓頂區(qū)域14’，活塞冠12和燃燒凹處13不需二次加工。
[0033]在鍛造過程之后，必要的是圓頂區(qū)域14’有足夠額的多余材料25，以讓燃燒凹處的體積可根據(jù)本發(fā)明精確設(shè)置(在這方面，見下文)。不要求用于設(shè)置燃燒凹處13體積的進(jìn)一步多余的材料26，可在活塞冠12外部形成，在該區(qū)域進(jìn)一步多余的材料可隨后成為火地15。
[0034]在鍛造過程之后，可預(yù)加工坯體11’的外徑，其中特別的是，可去除多余材料26。此外，冷卻管道區(qū)域17’在坯體11’中形成，該冷卻管道區(qū)域在完成的活塞10中形成冷卻管道17的一部分。冷卻管道區(qū)域17’同樣可在鍛造過程中形成，并且在這種情況下在鍛造過程之后完成加工。最終，在鍛造過程之后，完成加工焊接表面27，28，坯體借助于該焊接表面27，28連接至活塞下部18 (參照圖1)的坯體。
[0035]活塞下部18的坯體可由任何合適的材料通過變形或鑄造制造。在本身已知的方式中，坯體的外徑和轂區(qū)域可預(yù)加工。此外，內(nèi)部空間29和冷卻管道區(qū)域17”完成加工，該冷卻管道區(qū)域在完成的活塞10中形成冷卻管道17的一部分。用于冷卻油的入口和出口開口 31在冷卻管道區(qū)域17”(參照圖1)形成。最終，在鍛造過程之后，焊接表面32，33完成加工，坯體11’借助于該焊接表面32，33連接至活塞上部11 (參照圖1)的坯體。
[0036]接著，借助于焊接表面27，28，32，33，坯體借助于摩擦焊接過程以本身已知的方式彼此連接。在這種情況下，摩擦焊接過程導(dǎo)致焊接表面27，28，32，33區(qū)域的材料局部加熱。所述局部加熱招致材料微觀結(jié)構(gòu)的變化和壓力的損耗。一般這樣的影響是，燃燒凹處13的幾何構(gòu)造以及因此其體積與完成的活塞(10)預(yù)先限定的值有相對大的偏離。
[0037]接著在隨后的方法步驟中，在由焊接過程導(dǎo)致的活塞體上，圓頂區(qū)域14’憑借多余材料25的去除完成加工。該過程以所述程度執(zhí)行，結(jié)果在坯體焊接之后精確設(shè)置預(yù)定的體積，而不需操縱圓頂區(qū)域14’外部燃燒凹處13的幾何構(gòu)造。燃燒凹處的其他區(qū)域已經(jīng)借助于變形過程完整制造，也就是說不要求進(jìn)一步的二次加工。
[0038]在所述過程中，檢查燃燒凹處13的體積。為此，在燃燒凹處13的最低點(diǎn)選擇參照點(diǎn)Pl并且在完整制造的活塞冠12的高度選擇參照點(diǎn)P2。由此決定燃燒凹處13目前的深度。例如，如果燃燒凹處13的深度為公差上限，圓頂區(qū)域14’的加工必須大體為公差下限，以致燃燒凹處13體積的實(shí)際值盡可能接近預(yù)定體積公差范圍的中間值。
[0039]為完成根據(jù)本發(fā)明的方法，活塞體的完成加工，例如憑借于制造的最終精輪廓，在環(huán)部分16上形成的環(huán)形槽和在活塞銷轂19上形成的銷孔21。銷孔21以所述方式形成，以致完成的活塞的預(yù)定壓縮高度由所述銷孔相對于活塞冠12的中心軸決定。結(jié)果獲得參照圖1中的活