專利名稱：用于制造帶錐形結(jié)構(gòu)的活塞銷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造活塞銷的方法，具體而言，本發(fā)明涉及 在一個(gè)或多個(gè)工序中制造活塞銷的方法，其具有錐形內(nèi)孔。本發(fā)明還 包括利用該方法制成的帶錐形結(jié)構(gòu)的活塞銷。
背景技術(shù)：
往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)一般都使用在氣缸中振蕩運(yùn)動(dòng)的活塞。如圖l所示，活塞12的作用是作為滑動(dòng)的封塞，其緊密地配合到氣缸的筒腔內(nèi)?；?本上，活塞在氣缸內(nèi)是被交替驅(qū)動(dòng)的。燃料-空氣混合物在活塞上方 的燃燒將產(chǎn)生氣體壓力，該壓力來自于被壓縮且被點(diǎn)燃的燃燒氣體。 該壓力沿向下的方向推動(dòng)活塞。隨著這一過程的發(fā)生，活塞將膨脹的 燃燒氣體的作用力經(jīng)活塞銷10傳遞給連桿14?；钊贿B接到連桿上， 進(jìn)而再與曲軸相連，由此將往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。活塞銷構(gòu)成了往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)重要部件。每個(gè)活塞銷 都延伸穿過活塞和連桿上相互對正的開孔，以便于在連桿與活塞之間 建立樞轉(zhuǎn)連接關(guān)系。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，各連桿的一端將繞著曲 軸的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。連桿的另一端繞著活塞中的活塞銷作回旋運(yùn)動(dòng)，因而， 各個(gè)活塞可將動(dòng)力經(jīng)連桿傳遞到曲軸上。各個(gè)活塞銷成為了連桿與活 塞之間的樞轉(zhuǎn)連接件。由氣體燃燒而施加在活塞、活塞銷以及連桿上的作用力是巨大的。 此外，活塞組件(上迷的活塞、活塞銷以及連桿)的摩擦損耗在發(fā)動(dòng) 機(jī)的性能中占有很大的比重。發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)趨勢是減小活塞組件(包 括曲軸)的往復(fù)質(zhì)量。因而，通過采用較輕的活塞銷，可減小慣性損 耗，從而可提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，由此就能提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。因此， 輕量化是高效活塞銷-活塞組件的一個(gè)重要特征。另外，理想的活塞銷還具有其它的重要特性耐磨性、剛性以及能承受極大作用力的高 強(qiáng)度，其中的極大作用力來源于燃燒過程。減輕活塞銷重量的一種方 法是通過形成向外錐擴(kuò)的內(nèi)部，來減小活塞銷內(nèi)徑端的質(zhì)量。如圖3所示，某些活塞銷被制成在其中間部位附近具有中心腹板。 這些活塞銷被稱為中心帶有腹板的、雙向擠壓或雙向成型的活塞銷。 其它的活塞銷通過如圖4所示那樣在活塞銷的端部形成腹板，能進(jìn)一 步地減重。按照這種方法，為了進(jìn)一步獲得減輕質(zhì)量的好處，可以將 腹板完全去掉。這些活塞銷被通常稱為無腹板的、端部腹板的、單向 擠壓的或單向成型的活塞銷。上述的這兩種活塞銷制造方法還被設(shè)計(jì) 成采用錐形孔腔，以便于減輕重量。目前的技術(shù)是向活塞銷中機(jī)加工 出內(nèi)部錐形結(jié)構(gòu)，或者在中心腹板型活塞銷的內(nèi)部中擠壓成形錐形結(jié) 構(gòu)。此外，通過利用輔助機(jī)加工或成型工序增大內(nèi)部的錐度，可將單 向成型活塞銷的錐度加大一定量。這些另外的工序可包括如下工藝的 任意組合形式退火、施敷潤滑油、輔助成型工序。這些方法中沒有 一種方法能實(shí)現(xiàn)成本有效化，也不能優(yōu)化重量的減輕。且所有這些方 法都是高成本的。如上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在諸多的困難，這些困難涉及的方面是效 率低、成本高、無法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的減重效果。目前需要有一種成本有效 化的制造方法，以便于在機(jī)器中利用 一個(gè)成型過程就能制造出中心腹 板或無腹板的帶錐形結(jié)構(gòu)的活塞銷。此外，需要一種改進(jìn)的且更為經(jīng) 濟(jì)的方法，以便于在活塞銷上形成內(nèi)部錐形結(jié)構(gòu)。發(fā)明內(nèi)容對于目前的往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)，需要有一種這樣的方法其可經(jīng) 濟(jì)地制造出輕質(zhì)量和高強(qiáng)度的中心腹板或無腹板的帶錐形結(jié)構(gòu)的活塞 銷。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于制造冷成型的帶錐形結(jié)構(gòu)的中心腹 板或無腹板活塞銷的方法，該方法采用了高效而成本有效的處理工藝。 本發(fā)明消除了單獨(dú)執(zhí)行或組合執(zhí)行的輔助工序，這些工序例如是機(jī)加 工、涂敷以及輔助成型。在本發(fā)明的另一方面中，活塞銷的錐形結(jié)構(gòu)
以更大的角度和長度形成，從而，與現(xiàn)有技術(shù)相比，能進(jìn)一步促進(jìn)重 量的減輕。


附圖中，圖l是活塞系統(tǒng)的正視圖，該活塞系統(tǒng)帶有樞轉(zhuǎn)連接在連桿與活塞之間的活塞銷；圖2A中的示意圖表示了在第一錐形結(jié)構(gòu)成型工序中的較寬的坡 口角度，該附圖表示出了處于初始接觸點(diǎn)處的下一工作臺的沖頭；以 及圖2B中的示意圖表示了在第一錐形結(jié)構(gòu)成型工序中的較窄的坡 口角度，該附圖表示出了位于初始接觸點(diǎn)處的下一工作臺的沖頭；以 及圖3中的示意圖表示了一種用于制造帶錐形結(jié)構(gòu)的活塞銷的、示 例性的雙向中心腹板的擠壓方法；以及圖4中的示意圖表示了一種用于制造帶錐形結(jié)構(gòu)的活塞銷的、示 例性的單向無腹板的擠壓方法。
具體實(shí)施例方式
圖3和圖4中的A圖示到D圖示表示了典型的活塞銷制造過程。 這些過程是從棒鋼或巻鋼開始進(jìn)行制造的。 一般而言，使用的是碳素 鋼線材，原因在于碳素鋼的物理和機(jī)械特性對于制造活塞銷而言是 有吸引力的，且有效地滿足了事關(guān)最終產(chǎn)品成本的必要特性。但是， 也可以根據(jù)所涉及的應(yīng)用場合而使用其它的金屬。金屬線材被拆巻并 拉直。在從開巻機(jī)中退出之后，金屬巻被切割成單個(gè)的件。這些件被 整形成粗略的柱形。然后，將這些件準(zhǔn)備好，以進(jìn)行擠壓成形工藝。 根據(jù)用戶所要求的具體指標(biāo)，可能需要在活塞銷上加工出錐形。下文 將結(jié)合后續(xù)的附圖對加工錐形的過程作進(jìn)一步描述。
參見圖3，圖中表示了一種與制造活塞銷有關(guān)的、典型的雙向/中心腹板擠壓成形過程。熟悉冷成型技術(shù)的任何人員都能理解這只是 用來說明如何形成活塞銷的一個(gè)示例。本發(fā)明的用意只是將其作為一 個(gè)示例，本發(fā)明適用于所有在管狀擠出坯料上形成錐形結(jié)構(gòu)的方法。參見圖4，圖中表示了一種與制造活塞銷有關(guān)的、單向/端部腹板 擠壓成形過程。熟悉冷成型技術(shù)的任何人員都能理解這只是用來說 明如何形成活塞銷的 一 個(gè)示例。本發(fā)明的用意只是將其作為 一 個(gè)示例， 本發(fā)明適用于所有在管狀擠出坯料上形成錐形結(jié)構(gòu)的方法。下面參見圖2A，由管狀成型的坯料(標(biāo)為50),本發(fā)明展示了用 于在活塞銷坯料內(nèi)部的兩端處形成錐形結(jié)構(gòu)的成型工序。該附圖反映 的是在預(yù)定的長度處將錐形結(jié)構(gòu)形成為大于最終需要(標(biāo)為52)的坡 口角度(標(biāo)為58)的情形，該預(yù)定的長度可小于或等于在活塞銷軸向 上的最終錐形結(jié)構(gòu)長度。最終獲得的輪廓被表示為56。圖中所示的僅 是示例。熟悉成型技術(shù)的人員可領(lǐng)會到可在一個(gè)或多個(gè)工作臺上完 成該工作，但本發(fā)明致力于獲得成本最有效的在管狀坯料的內(nèi)部形成 錐形結(jié)構(gòu)的方法。但是，本發(fā)明的目的是涵蓋在管狀坯料的內(nèi)部形成 錐形結(jié)構(gòu)的所有多個(gè)過程的方法。圖2B是將活塞銷從坯料68制為最終所需產(chǎn)品的實(shí)例，其中的坯 料68來自于在先的錐形結(jié)構(gòu)成型工序。該附圖表示出了精加工工具 62,其位于先前已被加工出錐形的坯料壁168上。最終獲得的輪廓被 表示為66。熟悉成型技術(shù)的人員可領(lǐng)會到可在一個(gè)或多個(gè)工作臺上 完成該工作，但本發(fā)明致力于獲得成本最有效的在管狀坯料的內(nèi)部形 成錐形結(jié)構(gòu)的方法。用于形成帶錐形結(jié)構(gòu)的活塞銷的上述方法是一種示例的實(shí)施方 式。該方法展示了一種可行的途徑，其可被用來在活塞銷中形成錐形 結(jié)構(gòu)，且無需采用高成本的機(jī)加工、涂敷、或其它的成型工藝。實(shí)際 的實(shí)施方式可不同于上文所討論的設(shè)計(jì)。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可對 本發(fā)明作出多種其它的改進(jìn)和修改，這些改進(jìn)和修改將落入到由后附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍之內(nèi)。在不悖離本發(fā)明實(shí)質(zhì)思想或重要特征的前提下，可按照其它的具
體形式來實(shí)施本發(fā)明。所描述的實(shí)施方式在各個(gè)方面都只是示例性的， 而非限定性的。因而，本發(fā)明的范圍不受上文所述具體示例的限制。 在等效意義和范圍內(nèi)的所有改變或改型都應(yīng)當(dāng)被包含在本發(fā)明中。
權(quán)利要求
1. 一種用于制造帶錐形結(jié)構(gòu)的活塞銷的方法，其包括步驟 在任一端對中空的圓筒件執(zhí)行模具擠型，以形成這樣的中空圓筒件在任一端，該中空圓筒件的內(nèi)表面具有一定長度的錐形結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其還包括步驟 將一個(gè)或多個(gè)初始沖頭插入到圓筒件的一端或兩端中，其中，所述初始沖頭在圓筒件的內(nèi)表面上以預(yù)定銳角形成錐形結(jié)構(gòu)；以及將一個(gè)或多個(gè)后續(xù)沖頭插入到中空圓筒件的一端或兩端中，其中， 所述后續(xù)沖頭在中空圓筒件的內(nèi)表面上以第二預(yù)定銳角形成第二錐形 結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于第二錐形結(jié)構(gòu)的第 二預(yù)定銳角小于第一錐形結(jié)構(gòu)的第一預(yù)定銳角。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于第二錐形結(jié)構(gòu)的第 二預(yù)定銳角大于第一錐形結(jié)構(gòu)的第一預(yù)定銳角。
5. —種用于制造帶錐形結(jié)構(gòu)的活塞銷的方法，其包括步驟 將金屬棒材切割成基本為圓柱形的棒條段； 對棒條段執(zhí)行模具擠型，以在棒條段中形成第一空腔； 對棒條段執(zhí)行模具擠型，以在棒條段中形成第二空腔； 將棒條段穿孔，以將其制成中空的圓筒件； 在任一端對中空的圓筒件執(zhí)行模具擠型，以形成這樣的中空圓筒件在任一端，該中空圓筒件的內(nèi)表面具有錐形結(jié)構(gòu)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括步驟 將第一沖模插入到中空圓筒件的端部中，其中，該第一沖模在中空圓筒件的內(nèi)表面上以第一銳角形成第一錐形結(jié)構(gòu)；以及將第二沖模插入到中空圓筒件的端部中，其中，該第二沖模在中空圓筒件的內(nèi)表面上以第二預(yù)定銳角形成第二錐形結(jié)構(gòu)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于第二錐形結(jié)構(gòu)的第 二預(yù)定銳角小于第一錐形結(jié)構(gòu)的第一預(yù)定銳角。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于第二錐形結(jié)構(gòu)的第 二預(yù)定銳角大于第一錐形結(jié)構(gòu)的第一預(yù)定銳角。
9. 一種用于制造帶錐形結(jié)構(gòu)的活塞銷的方法，其包括步驟 將棒條段穿孔，以將其制成中空的圓筒件； 在任一端對中空的圓筒件執(zhí)行模具擠型，以形成這樣的中空圓筒件在任一端，該中空圓筒件的內(nèi)表面具有一定長度的錐形結(jié)構(gòu)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括步驟 將第一沖模插入到中空圓筒件的端部中，其中，該第一沖模在中空圓筒件的內(nèi)表面上以第一預(yù)定銳角形成第一錐形結(jié)構(gòu)
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括步驟 將第二沖模插入到中空圓筒件的端部中，其中，該第二沖模在中空圓筒件的內(nèi)表面上以笫二預(yù)定銳角形成第二錐形結(jié)構(gòu)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其特征在于第二錐形結(jié)構(gòu)的 第二預(yù)定銳角小于第一錐形結(jié)構(gòu)的第一預(yù)定銳角。
13. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其特征在于第二錐形結(jié)構(gòu)的 第二預(yù)定銳角大于第一錐形結(jié)構(gòu)的第一預(yù)定銳角。
14. 一種帶錐形結(jié)構(gòu)的活塞銷，其是利用如下的步驟制成的 將金屬棒材切割成基本為圓柱形的棒條段； 對棒條段執(zhí)行模具擠型，以在棒條段中形成第一空腔； 對棒條段執(zhí)行模具擠型，以在棒條段中形成第二空腔； 將棒條段穿孔，以將其制成中空的圓筒件； 在任一端對中空的圓筒件執(zhí)行模具擠型，以形成這樣的中空圓筒件在任一端，該中空圓筒件的內(nèi)表面具有錐形結(jié)構(gòu)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的帶錐形結(jié)構(gòu)的活塞銷，該活塞銷的制 造還采用了步驟將第一沖模插入到中空圓筒件的端部中，其中，該第一沖模在中空圓筒件的內(nèi)表面上以笫一銳角形成第一錐形結(jié)構(gòu)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的帶錐形結(jié)構(gòu)的活塞銷，該活塞銷的制 造還采用了步驟 將第二沖模插入到中空圓筒件的端部中，其中，該第二沖模在中 空圓筒件的內(nèi)表面上以第二預(yù)定銳角形成第二錐形結(jié)構(gòu)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的帶錐形結(jié)構(gòu)的活塞銷，其特征在于 第二錐形結(jié)構(gòu)的第二預(yù)定銳角小于第一錐形結(jié)構(gòu)的第一預(yù)定銳角。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的帶錐形結(jié)構(gòu)的活塞銷，其特征在于 第二錐形結(jié)構(gòu)的第二預(yù)定銳角大于第一錐形結(jié)構(gòu)的第一預(yù)定銳角。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于制造帶錐形結(jié)構(gòu)的活塞銷的方法，其提供了一種用于在一個(gè)成型過程中冷成型中心腹板或無腹板的帶錐形結(jié)構(gòu)的活塞銷的方法。該方法消除了輔助工序，這些輔助工序例如包括(但不限于)機(jī)加工、退火、涂敷以及輔助成型。該方法包括步驟將金屬棒材切割成基本為圓柱形的棒條段；對棒條段執(zhí)行模具擠型，以在棒條段中形成第一空腔；可選地，對棒條段執(zhí)行模具擠型，以在棒條段中形成第二空腔；將棒條段穿孔，以將其制成中空的圓筒件；在任一端對中空的圓筒件執(zhí)行模具擠型，以形成這樣的中空圓筒件在任一端，該中空圓筒件的內(nèi)表面具有錐形結(jié)構(gòu)。
文檔編號F02B75/32GK101121183SQ20071011209
公開日2008年2月13日 申請日期2007年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月11日
發(fā)明者J·恩達(dá)爾, P·費(fèi)克圖, R·魏斯, S·班奇 申請人:伯吉斯-諾頓制造有限公司