修復活塞及其集合的制作方法
【專利說明】修復活塞及其集合
[0001]與其他專利申請的關系
[0002]本申請要求2013年4月8日提交的相同標題的臨時專利申請61/809，586的優(yōu)先權。
技術領域
[0003]本發(fā)明總體上涉及再制造領域，并且更具體地，涉及修復用于填充可互換的更換活塞的庫存的缺陷活塞。
【背景技術】
[0004]機器組件回收利用和再制造的領域在近些年顯著增長。最近才報廢的系統(tǒng)和組件現(xiàn)在被修理和/或翻新，并重新投入使用。多年來，往往只有出于需要在從原始規(guī)格修改組件的尺寸或其他的特征和性能后才常規(guī)地“重新組裝”并再次使用機械組件。在“重新組裝”內燃機期間增大缸徑將是一個熟悉的實例。然而，在許多情況下更理想的是，也可以在不改變規(guī)格的情況下再制造系統(tǒng)和組件使其狀況與新的一樣好或比新的更好?？紤]到這個目標，在某些技術領域和用于某些類組件的再制造策略取得了迅猛發(fā)展。然而，在其它領域，以及在某些類型的機器部件的情況下，工程師繼續(xù)發(fā)現(xiàn)其將組件返回到商業(yè)上和技術上可接受的狀態(tài)，這遠不如新的狀況那樣或不比新的好。調合這些挑戰(zhàn)是即便非常精確和仔細再制造的部件仍然存在外觀上的磨損或先前使用的趨勢，當像這樣被潛在消費者識破時可導致商業(yè)挑戰(zhàn)。
[0005]雖然已經(jīng)提出了用于修復組件中的裂縫的技術的所有方式，而除去腐蝕、修復表面光潔度和先前使用痕跡已提出多年，但是以使用尖端儀器檢修或恢復使用并觀察故障后才顯而易見的方式來使用這種技術會改變組件的材料性質，例如微結構。此外，即使存在能更充分滿足再制造的技術需求的這類技術，其仍然會呈現(xiàn)不美觀的組件。一類機械部件是內燃機活塞，其中已證實平衡這些技術充分度和美觀的有時是競爭性目標是相當具有挑戰(zhàn)性的。
[0006]內燃機具有很多不同的部件。當這種發(fā)動機停止使用并且拆卸用于再制造時，可以重復使用各種部件，而報廢其它部件。重新組裝一旦再制造的內燃機，因此常常需要混合使用再制造部件和新部件二者。在活塞的情況下，由于這樣的事實:假定停止使用的許多傳入活塞不適用(如果完全不適用，用于再制造)，對于讓提供用于安裝在再制造的發(fā)動機中的更換活塞煥然一新是常見的。Calvert等人提出的美國專利第6，779，660號涉及用于安裝預先包裝的活塞組件的方法和裝置。Calvert等人提出預先包裝的活塞組件，其中多個活塞環(huán)預先安裝在活塞以及圍繞活塞和環(huán)定位的套管上來使環(huán)保持在準備用于安裝的壓縮位置上。Calvert等人表明他們的開發(fā)減少了需要用于重新組裝發(fā)動機并增加重新組裝質量的時間和成本。盡管Calvert等人可以提供用于包裝和提供更換活塞的有利策略，但參考文獻看起來并沒有提供任何指導來從再制造的或新來源中獲得更換活塞本身。

【發(fā)明內容】

[0007]在一個方面，一種用于加工使用過的活塞的方法包括:接納使用過的活塞(其中的每個在內燃機中停止使用)，并包括多個無缺陷活塞，和多個有缺陷活塞(其中的每個在其外表面具有缺陷)。所述方法還包括將使用過的活塞的集合分類成用于再制造無缺陷活塞的標準加工類別、用于再制造滿足缺陷可焊接準則的缺陷活塞的擴展加工類別以及第三類別。所述方法還包括通過將熔融狀態(tài)下的焊接填充材料沉積到形成缺陷的活塞基材上并且一旦沉積的填充材料粘結到基材并凝固便對其進行加工來至少部分地修復缺陷。所述方法還包括用來自標準的和擴展的加工類別，而不是第三類別的再制造的活塞填充可互換更換活塞的庫存。
[0008]在另一方面，一種用于制備在內燃機中恢復使用使用過的活塞的方法，包括接納使用過的活塞，根據(jù)其外表面上的缺陷將使用過的活塞的集合分類成用于再制造的擴展加工類別。所述方法還包括通過將熔融狀態(tài)下的焊接填充材料沉積到形成缺陷的活塞基材上并且一旦沉積的填充材料粘結到基材并凝固便對其進行加工來至少部分地修復缺陷。所述方法還包括將一旦得以修復活塞轉送至可互換的更換活塞的庫存，所述庫存可由用于再制造的擴展加工類別和標準加工類別填充。
[0009]在又一方面，更換活塞的庫存包括多個標準活塞，所述多個標準活塞中的每個包括經(jīng)再制造的活塞主體，所述活塞主體具有限定了被環(huán)形活塞邊緣包圍的燃燒室的裙部和附接的冠部，并且每個標準活塞由基材均勻地構成使得每個標準活塞都具有相同的材料成分。所述庫存還包括多個非標準活塞，所述多個非標準活塞中的每個包括經(jīng)再制造的活塞主體，所述活塞主體具有限定了被環(huán)形邊緣包圍的燃燒室的裙部和附接的冠部。非標準活塞的活塞主體由基材和焊接填充材料不均勻地構成，焊接填充材料粘結到基材以修復其中的缺陷，并且使得非標準活塞中的每個具有獨特的材料成分。每個標準和非標準活塞還包括對應活塞主體上的外表面，并且外表面滿足共同規(guī)范集合，使得標準和非標準活塞可互換以用于恢復在內燃機中的服務。
[0010]在又一方面，修復活塞包括活塞主體，所述活塞主體限定了縱向軸線并且包括:具有冠部的第一主體端部、具有裙部的第二主體端部以及在第一和第二主體端部之間軸向延伸并且周向圍繞縱向軸線延伸的主體外表面。冠部由基材和焊接填充材料構成，并且包括周向圍繞燃燒室延伸并且在徑向向外方向上從燃燒室延伸到主體外表面的環(huán)形邊緣。環(huán)形邊緣主要由基材形成，并且次要由焊接填充材料形成，并且其中具有有限數(shù)量的修復缺陷，每個修復缺陷由基材中的空隙形成，所述空隙由焊接填充材料或由焊接填充材料和基材的混合物填充。修復缺陷具有受多方向間隔參數(shù)限制的空間分布，使得修復缺陷中的任意兩個之間在任意方向上的距離至少與所述兩個修復缺陷中的任一個的直徑一樣大。修復缺陷還具有受單方向尺寸參數(shù)限制的尺寸分布，所述單方向尺寸參數(shù)隨著與燃燒室的距離而變化，并且使得修復缺陷中的每個具有的直徑為在徑向向外方向上修復缺陷距燃燒室的距離的大約40%或更小。
[0011]在又一方面中，一種修復活塞的集合包括多個活塞主體，每一個活塞主體限定縱向軸線并且包括:具有冠部的第一主體端部，具有裙部的第二主體端部，和在第一和第二主體端部之間軸向延伸并且周向圍繞縱向軸線延伸的主體外表面。多個活塞主體中的每一個的冠部由基材和焊接填充材料構成，并且包括周向圍繞燃燒室延伸且在徑向向外方向上從燃燒室延伸到主體外表面的環(huán)形邊緣。環(huán)形邊緣主要由基材并且次要由焊接填充材料形成，并且其中具有有限數(shù)量的修復缺陷，所述修復缺陷中的每一個由基材中的空隙形成并且由焊接填充材料或由基材與焊接填充材料的混合物填充。修復缺陷具有在環(huán)形邊緣的每一個內受多方向間隔參數(shù)限制的空間分布，使得作為集合之間的平均值，在環(huán)形邊緣中的任何一個中任何兩個修復缺陷之間在任何方向上的距離至少與所述兩個中的任一個的直徑一樣大。修復缺陷還具有在環(huán)形邊緣的每一個內受單方向尺寸參數(shù)限制的尺寸分布，所述單方向尺寸參數(shù)隨著與對應的燃燒室的距離而改變，使得作為集合之間的平均值，修復缺陷具有的直徑為在對應的徑向向外方向上修復缺陷與對應的燃燒室的距離的大約40 %或更小。
[0012]在又一方面中，一種修復活塞包括活塞主體，所述活塞主體限定縱向軸線并且包括:具有冠部的第一主體端部，具有裙部的第二主體端部，和在第一和第二主體端部之間軸向延伸且周向圍繞縱向軸線延伸的主體外表面。冠部由基材和焊接填充材料構成，并且包括:周向圍繞燃燒室延伸且在徑向向外方向上從燃燒室延伸到主體外表面的環(huán)形邊緣。環(huán)形邊緣主要由基材并且次要由焊接填充材料形成，并且其中具有有限數(shù)量的修復缺陷，修復缺陷中的每一個由基材中的空隙形成，所述空隙由焊接填充材料或由基材與焊接填充材料的混合物填充。修復缺陷還具有受多方向間隔參數(shù)限制的空間分布，使得修復缺陷中的任何兩個之間在任何方向上的距離至少與兩個中的任一個的直徑一樣大。修復缺陷還具有受單方向尺寸參數(shù)限制的尺寸分布，所述單方向尺寸參數(shù)隨著與燃燒室的距離而改變，使得修復缺陷中的每一個的直徑等于或小于根據(jù)下述等式的Dg#:
[0013]D 最大=A*B+C
[0014]其中:
[0015]A和C是常數(shù)；以及
[0016]B是由修復缺陷的位置所確定的、從燃燒室到主體外表面的距離的百分比。
【附圖說明】
[0017]圖1是活塞的前后示意圖，示出根據(jù)本發(fā)明的在再制造之前的一個活塞半體和在再制造之后的另一活塞半體；
[0018]圖2是根據(jù)一個實施例的處于示例性再制造階段的活塞的示意圖；
[0019]圖3是示出根據(jù)一個實施例的活塞加工策略的多個階段的示意圖；
[0020]圖4是根據(jù)一個實施例的修復活塞的示意圖；
[0021]圖5是旋轉穿過圖4的修復活塞的一部分的輪廓圖；
[0022]圖6是根據(jù)一個實施例的修復活塞的集合的示意圖；
[0023]圖7是示出根據(jù)一個實施例的允許修復缺陷尺寸的圖案的曲線圖；以及
[0024]圖8是圖解說明根據(jù)一個實施例的缺陷尺寸參數(shù)的活塞的示意圖。
【具體實施方式】
[0025]參考圖1，示出了具有活塞主體12且已經(jīng)在內燃機內停止使用的活塞10。圖1中在活塞主體12上示出了線8。如同在根據(jù)本發(fā)明再制造之前所可能呈現(xiàn)的那樣，活塞主體12示出在線8的右側，并且如同在已經(jīng)再制造出來之后所呈現(xiàn)的那樣，活塞主體12描繪在線8的左側?；钊黧w12包括活塞冠部16和活塞裙部18且限定縱向軸線14。垂直于軸線14延伸的活塞銷孔20形成于裙部18中且配置為接納用于以傳統(tǒng)方式耦接活塞主體12和活塞桿的活塞銷。燃燒室22形成在冠部16中且被軸線14周向的環(huán)形邊緣24所圍繞。多個活塞環(huán)槽26形成在冠部16內的活塞主體12的外表面28中，且還圍繞縱向軸線14周向延伸。線8的右側示出了多個受腐蝕區(qū)域30和多個缺陷32。缺陷32可以具有例如彎折