專利名稱：具有銷孔潤(rùn)滑的鑄造活塞及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種構(gòu)造成用于活塞銷孔潤(rùn)滑的活塞及其制造方法。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中的活塞頭在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因而被摩擦熱及由氣缸內(nèi)燃燒所產(chǎn)生的熱而加熱?；钊^有時(shí)會(huì)具有內(nèi)部冷卻通路(即，活塞頭內(nèi)的空腔)，可向該內(nèi)部冷卻通路中供給冷卻油來(lái)冷卻活塞頭?；钊^經(jīng)由嵌在氣缸蓋內(nèi)的活塞銷孔中的活塞銷而連接到活塞桿。當(dāng)活塞桿向上和向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞銷會(huì)部分地在銷孔內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。有時(shí)對(duì)銷孔進(jìn)行鍍覆，以減少摩擦熱。

發(fā)明內(nèi)容
提供了一種帶有活塞銷的活塞，該活塞具有單件式活塞頭，優(yōu)選是鑄鋁的，該活塞頭具有完全被其包圍并位于其內(nèi)部的冷卻油通路?；钊^具有用于活塞銷的銷孔，該銷孔不與冷卻油通路相交。將銷孔的尺寸設(shè)計(jì)成在活塞銷與活塞頭之間保持大致均勻的間隙。 活塞頭具有從銷孔延伸至冷卻油通路的通道，從而允許來(lái)自冷卻油通路的冷卻油潤(rùn)滑活塞銷。優(yōu)選地，在鑄造活塞頭之后鉆出所述通道。銷孔大致為圓柱形，并且所述通道在活塞銷與活塞孔之間大致均勻的間隙處開口。優(yōu)選地，銷孔在所述通道處沒有凹坑(recess)。因此，將冷卻油通路、通道和間隙的尺寸設(shè)計(jì)成在冷卻油流經(jīng)所述通道進(jìn)入所述間隙以潤(rùn)滑活塞銷時(shí)可將冷卻油保持在冷卻油通道和所述通道中。在銷孔與通道的相交處具有凹坑的設(shè)計(jì)會(huì)允許過(guò)多的油從通道中流失，因而造成在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)難以充分潤(rùn)滑活塞銷。此外， 與其他活塞頭的設(shè)計(jì)相比，鉆削通道使得能夠用較少的工序制成活塞頭，因?yàn)闊o(wú)需從活塞頭的圓周上的油控制環(huán)鉆出第一通道、然后從銷孔鉆出另一個(gè)通道以與第一通道相交。在一個(gè)實(shí)施例中，活塞頭具有凸起部(boss)，該凸起部部分地限定與冷卻油通路相對(duì)的銷孔。穿過(guò)該凸起部鉆出所述通道，使得所述通道具有延伸穿過(guò)該凸起部的部分和連接到冷卻油通路的部分。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述銷孔是第一銷孔，并且所述通道是第一鉆削通道。活塞頭具有凹陷開口和第二銷孔，第二銷孔與第一銷孔是共軸線的，并且凹陷開口將第二銷孔與第一銷孔隔開?；钊^具有從第二銷孔延伸至冷卻油通路的第二鉆削通道，從而允許來(lái)自通路的冷卻油潤(rùn)滑活塞銷。第二銷孔還具有以下特征在第二鉆削通道處沒有任何凹坑。一種制造用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞頭的方法，包括把鹽芯放置在用于活塞頭的模具型腔中。通過(guò)用鋁合金填充模具型腔，從而鑄造出帶有活塞銷孔的單件式活塞頭。將鹽芯除去，從而在活塞頭中形成冷卻油通路。鉆出從活塞銷孔到冷卻油通路的通道，使得來(lái)自冷卻油通路的油將會(huì)流到銷孔中。鹽芯允許將通道鑄造為單件，從而避免了通常在采用多件式鋼活塞頭時(shí)所需的額外的裝配和焊接步驟。本發(fā)明還涉及以下技術(shù)方案。方案1. 一種帶有活塞銷的活塞，包括單件式活塞頭，其具有完全被所述活塞頭包圍并且位于所述活塞頭內(nèi)部的冷卻油通
路；
其中，所述活塞頭具有用于所述活塞銷的銷孔，所述銷孔不與所述冷卻油通路相交；其中，將所述銷孔的尺寸設(shè)計(jì)成在所述活塞銷與所述活塞頭之間保持大致均勻的間隙；以及
其中，所述活塞頭具有從所述銷孔延伸至所述冷卻油通路的通道，從而允許來(lái)自所述通路的冷卻油潤(rùn)滑所述活塞銷。方案2.如方案1所述的活塞，其特征在于，所述活塞頭具有凸起部，所述凸起部部分地限定與所述冷卻油通路相對(duì)的所述銷孔；并且其中，所述通道的一部分延伸穿過(guò)所述凸起部。方案3.如方案1所述的活塞，其特征在于，所述銷孔是第一銷孔，并且所述通道是第一鉆削通道；其中，所述活塞頭具有凹陷開口和第二銷孔，所述第二銷孔與所述第一銷孔共軸線，并且所述凹陷開口把所述第二銷孔與所述第一銷孔隔開；其中，所述活塞頭具有從所述第二銷孔延伸至所述冷卻油通路的第二鉆削通道，從而允許來(lái)自所述通路的冷卻油潤(rùn)滑所述活塞銷。方案4.如方案1所述的活塞，其特征在于，所述活塞具有密封溝槽，所述密封溝槽圍繞所述單件式活塞頭并且與所述孔和所述通道沒有流體連通。方案5.如方案1所述的活塞，其特征在于，所述活塞頭是鑄鋁，并且所述冷卻油通路是利用鹽芯形成的。方案6. —種用于制造汽油發(fā)動(dòng)機(jī)所用活塞頭的方法，包括 把鹽芯放置在用于活塞頭的模具型腔內(nèi)；
通過(guò)用鋁合金填充所述模具型腔，來(lái)鑄造帶有鑄造活塞銷孔的單件式活塞頭； 除去所述鹽芯，從而在所述活塞頭中構(gòu)建出冷卻油通路；以及鉆出從所述活塞銷孔到所述冷卻油通路的通道。方案7.如方案6所述的方法，還包括
將所述活塞頭中的所述活塞銷孔的表面機(jī)械加工成大致均勻的直徑。方案8.如方案7所述的方法，其特征在于，所述鉆孔穿過(guò)圍繞所述活塞銷孔的所述活塞頭的凸起部，并且延伸穿過(guò)所述活塞銷孔。方案9.如方案7所述的方法，其特征在于，所述放置鹽芯包括將所述鹽芯放置于附接在所述模具型腔內(nèi)的樁上。方案10. —種制造用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞頭的方法，包括
鑄造單件式活塞頭，所述活塞頭具有軸向?qū)?zhǔn)的第一鑄造活塞銷孔和第二鑄造活塞銷孔，所述兩個(gè)活塞銷孔被處于它們之間的凹陷開口隔開；其中，所述活塞頭具有利用鹽芯形成的不與所述活塞銷孔相交的冷卻油通路；以及
通過(guò)在所述凹陷開口處進(jìn)入所述銷孔，鉆出分別從所述第一活塞銷孔和所述第二活塞銷孔到所述冷卻油通路的第一通道和第二通道；其中，所述鉆孔是在所述銷孔的大致圓柱形的部分進(jìn)行的，從而在軸向延伸穿過(guò)所述銷孔的活塞銷周圍形成大致均勻的間隙。從下面的對(duì)用以實(shí)施本發(fā)明的最佳方式的詳細(xì)描述中，并結(jié)合附圖，將很容易地了解本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)以及其他特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是活塞頭的第一實(shí)施例的剖面示意圖。圖2是活塞頭的第二實(shí)施例的剖面示意圖。圖3是在制造圖1的活塞頭中所使用的模具組件和鹽芯的剖面示意圖。圖4是示出了制造圖1和圖2中的活塞頭的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式參見附圖，在全部的若干圖中采用相同的附圖標(biāo)記指示相同的部件，圖1示出了包括單件式活塞頭12的活塞10，活塞銷16將活塞頭12與活塞桿14相連接，以使活塞頭 12與活塞桿14 一起運(yùn)動(dòng)。為了清楚地顯示活塞頭12，以假想線示出了活塞桿14和活塞銷 16?；钊N16為大致圓柱形并具有中心軸線A。活塞桿14與活塞銷16通過(guò)任何已知方式連接。活塞頭12是單件式鑄鋁合金。大致為圓柱形的第一活塞銷孔18A和第二活塞銷孔 18B被鑄造在活塞頭12中，并且可以被機(jī)械加工成具有平滑的內(nèi)表面20?；钊?8A與活塞孔18B關(guān)于中心軸線A相互軸向?qū)?zhǔn)，中心軸線A是活塞銷16與活塞銷孔18A、18B共同的中心軸線。將活塞銷16和活塞銷孔18A、18B的尺寸設(shè)計(jì)成在活塞銷16與活塞銷孔18A、 18B的表面20之間保持大致均勻的間隙22。鑄造在活塞頭12中的凹陷開口 23使活塞孔 18A與活塞孔18B相互隔開。凹陷的開口 23是活塞桿14與活塞銷16相連接的區(qū)域。在圖1的視圖中，大致環(huán)狀的冷卻油通路M被包在活塞頭12內(nèi)，冷卻油通路M 位于活塞孔18A、18B的上面并且不與活塞孔18A、18B相交。冷卻油通路M具有進(jìn)口和出口，進(jìn)口和出口在圖1中未示出，但在圖3中示出，進(jìn)口和出口被定位成可接收從位于凹陷開口 23內(nèi)的噴嘴中噴出的冷卻油。因此，冷卻油至少部分地填充冷卻油通路M并且從其中流過(guò)以冷卻周圍的鑄鋁。優(yōu)選地，根據(jù)圖4的方法，冷卻油通路M是利用鹽芯而形成。在活塞銷16和活塞桿14的插入之前，通過(guò)由凹陷開口 23的開放底部28進(jìn)入鉆孔位置的鉆頭來(lái)鉆出從相應(yīng)銷孔18A、18B到冷卻油通路M的第一鉆削通道2認(rèn)和第二鉆削通道^B。鉆削通道沈々、268在活塞銷孔18A、18B處的入口位于大致圓柱形的內(nèi)表面20 處，與活塞銷16相距相同的間隙22，在鉆削通道^A、26B處活塞銷孔18A、18B中沒有任何附加的凹坑。將通道^A、26B和間隙22的尺寸設(shè)計(jì)成確保當(dāng)活塞銷16運(yùn)動(dòng)時(shí)有一些冷卻油保留在通道中以便被分布在間隙的周圍，使得在運(yùn)行時(shí)和發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)活塞銷 16得到潤(rùn)滑，這不同于在通道^5A、26B處有附加的凹坑的設(shè)計(jì)，其中該附加凹坑會(huì)導(dǎo)致油立即從通道洸A、26B散開。活塞10的設(shè)計(jì)也優(yōu)于從位于活塞頭12外表面上的密封環(huán)溝槽30的區(qū)域向活塞孔提供冷卻油的設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)對(duì)于每個(gè)活塞孔來(lái)說(shuō)需要兩個(gè)鉆削通道，第一鉆削通道從密封環(huán)溝槽30向內(nèi)延伸至剛好在活塞孔的上面并且處在冷卻油通路與活塞孔之間，然后另一個(gè)鉆削通道從活塞孔向上延伸至與第一通道相交。這種設(shè)計(jì)不僅由于需要兩個(gè)分開的鉆削通道而有額外的加工步驟，而且氣缸蓋在冷卻油通路與活塞孔之間的厚度必須充分厚以保持結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，從而允許在此位置鉆出通道。因此，這樣的設(shè)計(jì)需要更大和更重的活塞頭，因而使燃料經(jīng)濟(jì)性和封裝空間變差。另外，活塞10優(yōu)于需用多件式活塞頭來(lái)構(gòu)成冷卻油通路的活塞設(shè)計(jì)，在后一種設(shè)
5計(jì)中冷卻油通路的一部分是由第一件和焊接到第一件以圍合冷卻油通路的第二件所構(gòu)成。 利用鹽芯而形成的冷卻油通路對(duì)，使得在單件式活塞頭12中的精確設(shè)計(jì)的通路形狀成為可能。參見圖2，圖中示出了帶有單件式鑄鋁合金活塞頭112的活塞110的另一個(gè)實(shí)施例。活塞頭112具有冷卻油通路124，該冷卻油通路優(yōu)選地是根據(jù)圖4的方法利用鹽芯而形成的。此外，活塞頭112具有被鑄造入活塞頭112中的活塞銷孔118?；钊N孔118為大致圓柱形，具有經(jīng)機(jī)械加工的內(nèi)表面120。大致圓柱形的活塞銷116被置于活塞銷孔中并且附接到活塞桿(未圖示)，以便在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸中進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)?；钊N116和活塞銷孔 118被配置成保持大致均勻的間隙122?；钊^112具有構(gòu)成活塞銷孔118的下部的凸起部 132。通過(guò)將鉆頭定位于凸起部132的下面并且鉆通到冷卻油通路124，從而鉆出通道118。 因此，通道118的一部分118A穿過(guò)凸起部132。通過(guò)以如圖所示方式來(lái)定位通道，將使鉆孔變得更加容易。這種設(shè)計(jì)與從密封環(huán)溝槽130向銷孔送油的設(shè)計(jì)相比避免了加工步驟，這是因?yàn)閺拿芊猸h(huán)溝槽130向銷孔送油的設(shè)計(jì)需要有兩個(gè)鉆削通道，其中第一鉆削通道從密封環(huán)溝槽130向內(nèi)延伸至冷卻油通路，然后另一個(gè)鉆削通道從銷孔向上延伸至與第一通道相交。此外，氣缸蓋12的厚度無(wú)需與這種設(shè)計(jì)的在鉆削通道位置處的厚度一樣。另外，活塞110優(yōu)于需用多件式活塞頭來(lái)構(gòu)成冷卻油通路的活塞設(shè)計(jì)，在后一種設(shè)計(jì)中冷卻油通路的一部分由第一件和焊接到第一件以圍合冷卻油通路的第二件所構(gòu)成。利用鹽芯而形成的冷卻油通路124，使得在單件式活塞頭112中的精確設(shè)計(jì)的油通路形狀成為可能。參見圖3，圖中示出了可用于鑄造圖1中的單件式活塞頭12的模具組件200。具有不同形狀模具的大致相似的模具組件，能夠以對(duì)照模具組件200和活塞頭12所描述的相同方式用于鑄造單件式活塞頭112。模具組件200包括上模202和下模204，這兩個(gè)模具被構(gòu)造成當(dāng)如圖所示那樣閉合模具202、204時(shí)形成模具型腔206。下模204的一部分205延伸到圖頁(yè)的平面中并從其延伸出去，并且在鑄造活塞頭12時(shí)將會(huì)形成活塞銷孔18A、18B。 模具202、204可各自具有不止一個(gè)零件，將它們組裝到一起可形成制造鑄造活塞頭12所需的形狀。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)容易地理解設(shè)計(jì)模具以提供活塞頭12的形狀的各種方法。將銷208固定到下模204。通過(guò)將鹽芯210定位于銷208上以被有效地懸置在型腔206中，從而把鹽芯210置于型腔206內(nèi)。然后閉合模具202、204，并且經(jīng)進(jìn)口 212澆注鋁合金，以鑄造圖1的單件式活塞頭12。然后將模具202、204打開，并且從模具202、204中移除鑄造活塞頭12。然后通過(guò)開口進(jìn)行噴水從而除去鹽芯210，所述開口是在圍繞銷208 澆鑄鋁合金并且從模具組件200中去除活塞頭12讓而銷208留在模具組件200中時(shí)形成的。水的作用是溶解鹽芯210，從而在鹽芯210的位置中留下冷卻油通路對(duì)。參見圖4，圖中示出了使用圖3的模具組件200制造圖1的單件式活塞頭12的方法300。方法300同樣可應(yīng)用于制造活塞頭112。方法300在步驟302開始，在該步驟中把鹽芯210置于模具型腔206內(nèi)。然后方法300進(jìn)入步驟304，在該步驟中鑄造具有活塞銷孔 18AU8B的單件式活塞頭12。然后，在步驟306，除去鹽芯210，從而形成冷卻油通路M。在步驟308，鉆出從相應(yīng)的活塞銷孔18A、18B到冷卻油通路M的通道^AJ6B。從活塞銷孔18A、18B以方便的角度來(lái)完成鉆孔，使得對(duì)于每個(gè)通道^5A、26B來(lái)說(shuō)只需一個(gè)鉆孔步驟。在活塞銷孔18A、18B中鉆削通道^A、26B與活塞銷孔18A、18B相交的位置處沒有凹坑。在步驟310，對(duì)活塞銷孔18A、18B的表面20進(jìn)行機(jī)械加工，使得在活塞銷孔18A、18B
6中的活塞銷16的周圍形成大致均勻的間隙22。不帶凹坑的通道^A、26B與孔18A、18B的構(gòu)造，將會(huì)保證發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)有一些冷卻油保留在通道^A J6B中以便潤(rùn)滑活塞銷16。
雖然已經(jīng)詳細(xì)描述了實(shí)施本發(fā)明的最佳方式，但是本發(fā)明相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)可在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的用于實(shí)施本發(fā)明的各種替代的設(shè)計(jì)和實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種帶有活塞銷的活塞，包括單件式活塞頭，其具有完全被所述活塞頭包圍并且位于所述活塞頭內(nèi)部的冷卻油通路；其中，所述活塞頭具有用于所述活塞銷的銷孔，所述銷孔不與所述冷卻油通路相交；其中，將所述銷孔的尺寸設(shè)計(jì)成在所述活塞銷與所述活塞頭之間保持大致均勻的間隙；以及其中，所述活塞頭具有從所述銷孔延伸至所述冷卻油通路的通道，從而允許來(lái)自所述通路的冷卻油潤(rùn)滑所述活塞銷。
2.如權(quán)利要求1所述的活塞，其特征在于，所述活塞頭具有凸起部，所述凸起部部分地限定與所述冷卻油通路相對(duì)的所述銷孔；并且其中，所述通道的一部分延伸穿過(guò)所述凸起部。
3.如權(quán)利要求1所述的活塞，其特征在于，所述銷孔是第一銷孔，并且所述通道是第一鉆削通道；其中，所述活塞頭具有凹陷開口和第二銷孔，所述第二銷孔與所述第一銷孔共軸線，并且所述凹陷開口把所述第二銷孔與所述第一銷孔隔開；其中，所述活塞頭具有從所述第二銷孔延伸至所述冷卻油通路的第二鉆削通道，從而允許來(lái)自所述通路的冷卻油潤(rùn)滑所述活塞銷。
4.如權(quán)利要求1所述的活塞，其特征在于，所述活塞具有密封溝槽，所述密封溝槽圍繞所述單件式活塞頭并且與所述孔和所述通道沒有流體連通。
5.如權(quán)利要求1所述的活塞，其特征在于，所述活塞頭是鑄鋁，并且所述冷卻油通路是利用鹽芯形成的。
6.一種用于制造汽油發(fā)動(dòng)機(jī)所用活塞頭的方法，包括把鹽芯放置在用于活塞頭的模具型腔內(nèi)；通過(guò)用鋁合金填充所述模具型腔，來(lái)鑄造帶有鑄造活塞銷孔的單件式活塞頭；除去所述鹽芯，從而在所述活塞頭中構(gòu)建出冷卻油通路；以及鉆出從所述活塞銷孔到所述冷卻油通路的通道。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，還包括將所述活塞頭中的所述活塞銷孔的表面機(jī)械加工成大致均勻的直徑。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述鉆孔穿過(guò)圍繞所述活塞銷孔的所述活塞頭的凸起部，并且延伸穿過(guò)所述活塞銷孔。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述放置鹽芯包括將所述鹽芯放置于附接在所述模具型腔內(nèi)的樁上。
10.一種制造用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞頭的方法，包括鑄造單件式活塞頭，所述活塞頭具有軸向?qū)?zhǔn)的第一鑄造活塞銷孔和第二鑄造活塞銷孔，所述兩個(gè)活塞銷孔被處于它們之間的凹陷開口隔開；其中，所述活塞頭具有利用鹽芯形成的不與所述活塞銷孔相交的冷卻油通路；以及通過(guò)在所述凹陷開口處進(jìn)入所述銷孔，鉆出分別從所述第一活塞銷孔和所述第二活塞銷孔到所述冷卻油通路的第一通道和第二通道；其中，所述鉆孔是在所述銷孔的大致圓柱形的部分進(jìn)行的，從而在軸向延伸穿過(guò)所述銷孔的活塞銷周圍形成大致均勻的間隙。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有銷孔潤(rùn)滑的鑄造活塞及其制造方法。具體地，提供了一種具有單件式且優(yōu)選為鑄鋁的活塞頭的活塞，該活塞頭具有完全被其包圍并位于其內(nèi)部的冷卻油通路。該活塞頭具有用于活塞銷的銷孔，該銷孔不與冷卻油通路相交。將銷孔的尺寸設(shè)計(jì)成在活塞銷與活塞頭之間保持大致均勻的間隙。該活塞頭具有從銷孔延伸至冷卻油通路的通道，從而允許來(lái)自通路的冷卻油潤(rùn)滑活塞銷。優(yōu)選地，在鑄造所述活塞頭之后鉆出通道。優(yōu)選地，銷孔在通道處沒有凹坑。本發(fā)明還涉及一種制造活塞的方法，包括鑄造單件式活塞頭，并且鉆出從銷孔到冷卻油通路的通道。
文檔編號(hào)F02F3/00GK102155325SQ20101055709
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月25日
發(fā)明者R. 阿羅 W. 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司