具有埋頭孔設(shè)計的鋼活塞的制作方法
【專利說明】具有埋頭孔設(shè)計的鋼活塞
相關(guān)申請的交叉引用
[0001]本申請要求2012年9月18日提交的第61，702，549號美國臨時申請的權(quán)益，其全部內(nèi)容通過引用合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明大致涉及鋼活塞以及形成鋼活塞的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]許多傳統(tǒng)的整體的活塞本體由鋁制成并且包括一冠部、一對裙部、一對銷殼以及在裙部和銷殼之間延伸的多個銷殼橋。此類整體的活塞本體典型地通過鑄造或者鍛造工藝初始形成為粗糙的形狀并且后續(xù)機械加工為它們最終的形狀。機械加工操作通常始于在活塞的鑄造的或者鍛造的特征上定位基準(zhǔn)面或者參照點以及對每個活塞裙部的下端(但并不是整個下端)的內(nèi)部進行加工以形成具有大致平整表面的埋頭孔。一旦形成了這些埋頭孔，它們將被用作許多(如果不是所有)對活塞本體的后續(xù)機械加工工藝以及對活塞本體的最終檢驗的參考點和/或基準(zhǔn)點以確?；钊倔w可以履行它的預(yù)期功能。
[0004]許多現(xiàn)代發(fā)動機制造商采用先進技術(shù)，比如直接注塑以及渦輪增壓以提高性能以及燃油經(jīng)濟性。因此，這些和其它先進的技術(shù)常常導(dǎo)致可能損壞鋁活塞的增加的燃燒溫度以及壓力。為了對抗這些增加的燃燒溫度以及壓力，一些活塞制造商開始制造鋼活塞而非鋁活塞。由于鋼相對于鋁的增加的強度，理想的是形成具有較薄的裙部和銷殼橋壁厚的活塞以達到減重目的。但是，裙部的壁厚的任何減小典型地具有減少用以機械加工埋頭孔表面的材料的消極作用，從而使得某些機械加工操作更困難。一些活塞制造商已經(jīng)嘗試將埋頭孔表面加工入具有減小壁厚的裙部中。圖1和圖2示出了埋頭孔表面機械加工入其裙部的此類活塞本體。然而，該方法可能導(dǎo)致外部的、非加工的部分極薄、易碎且鋒利，并且可能導(dǎo)致在后續(xù)的機械加工操作期間或者在機械加工之前或之后的處理期間更容易受損傷。為了避免這些缺點，其他活塞制造商生產(chǎn)具有厚于結(jié)構(gòu)上所需厚度的裙部的鋼活塞，僅為了提供具有足夠厚度的裙部以在通過該裙部機械加工埋頭孔表面時不會在裙部上生成薄的、易碎且尖銳的外部的、非加工的表面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一個方面提供了用于內(nèi)燃機的活塞。該活塞包括由鋼制成的活塞本體。該活塞本體包括具有上燃燒表面的一冠部、從冠部懸垂的一對裙部、用以容置活塞銷的一對銷殼，以及從裙部延伸至銷殼并且軸向延伸至與冠部相對的下端的多個銷殼橋。每個銷殼橋在其各自的下端具有厚度增加的肋部。至少一個銷殼橋具有大致平面的埋頭孔表面以給活塞本體的機械加工提供參照位置。
[0006]在銷殼橋的下端處的肋部上定位埋頭孔表面由于一些原因是有利的。比如，活塞本體的總重或質(zhì)量相對于其它已知的鋼活塞減輕了，因為裙部的厚度可被優(yōu)化，因為它們不必足夠厚以具有埋頭孔表面。另外，由于銷殼橋的加厚區(qū)域(也就是肋部)僅定位于銷殼橋的橋下端，通過肋部而增加至活塞的重量或質(zhì)量是非常小的，尤其是當(dāng)與通過優(yōu)化裙部的厚度而節(jié)省的重量或質(zhì)量相比時。如此，活塞本體比其它已知的鋼活塞本體更輕。這是有益的，因為它提供了制造過程中減少的材料成本以及內(nèi)燃機的提高的性能。
[0007]本發(fā)明的另一個方面提供了一種制造活塞的方法。該方法包括將活塞本體形成為非最終的形狀的步驟，活塞本體具有一冠部、一對裙部、一對銷殼以及使裙部和銷殼互相連接的銷殼橋。該方法進而包括將埋頭孔表面機械加工入銷殼橋的橋下端的步驟。該方法繼續(xù)包括定位至少一個埋頭孔表面的步驟。該方法進而包括定位或固定至少一個埋頭孔表面的步驟。該方法繼續(xù)包括基于定位的埋頭孔表面機械加工活塞本體的步驟。
【附圖說明】
[0008]參閱以下詳細(xì)說明，同時參閱附圖，本發(fā)明的這些和其它特征以及優(yōu)點將更易于領(lǐng)會和理解，其中:
[0009]圖1是一種已知類型的由鋼制成的整體的活塞的仰視圖；
[0010]圖2是圖1的傳統(tǒng)的整體的活塞的立體示意圖；
[0011]圖2是圖1的活塞的仰視圖；
[0012]圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個方面構(gòu)造的活塞的立體示意圖；
[0013]圖4是圖3的活塞的仰視圖；
[0014]圖5是圖3的活塞的側(cè)視圖。
【具體實施方式】
[0015]參閱附圖，其中相同的附圖標(biāo)記用以標(biāo)示貫穿多個附圖的相應(yīng)部分，圖3-圖5大致示出了用于內(nèi)燃機(圖中未示)的整體的活塞本體20的一個典型實施例?；钊倔w20的該典型實施例由鋼制成并且具有多個銷殼橋22，銷殼橋22具有大致平面的埋頭孔表面24，埋頭孔表面24在鑄造和/或鍛造操作后被機械加工入銷殼橋22上。銷孔橋22上的該大致平面的埋頭孔表面24可用作活塞本體20上后續(xù)機械加工操作的基準(zhǔn)位置和/或參照位置。另外，由于該大致平面的埋頭孔表面24形成于銷孔橋22上而非活塞本體20的裙部26上，相對于其它已知的由鋼制成的活塞本體，裙部26可形成為具有減小的或者優(yōu)化的壁厚。
[0016]現(xiàn)在參閱圖3，該典型實施例的活塞本體20包括具有上燃燒表面的一冠部28以及一環(huán)帶30。該環(huán)帶30包括嵌入活塞本體20的外部環(huán)形表面并且彼此軸向間隔開以容納多個活塞環(huán)(圖中未示)的多個環(huán)槽。上環(huán)槽優(yōu)選地配置為容納壓縮環(huán)(圖中未示)以在活塞本體20上的燃燒室內(nèi)密封燃燒氣體，最下部的環(huán)槽優(yōu)選地配置為容納一刮油環(huán)或者成套活塞環(huán)(圖中未示)以在活塞本體20之下的曲軸箱(圖中未示)和油盤(圖中未示)中密封潤滑冷卻油。如圖5最優(yōu)所示，活塞本體20還形成有泄油槽34，泄油槽34在環(huán)槽之下軸向間隔開并且配置為控制從內(nèi)燃機的氣缸壁刮下的油流以最小化活塞環(huán)之外的油道。該泄油槽34圍繞裙部26的外表面延伸并且向銷殼橋22的外部平整表面敞開。
[0017]再參閱圖3，活塞本體20的裙部26在直徑方向上彼此相對并且從冠部28懸垂并且在軸向上從冠部28延伸至各自的裙部下端36。每個裙部26在從冠部28至它的裙部下端36基本它的整個高度上具有大致相同的壁厚?；钊倔w20還包括一對在直徑方向上相對的具有開口的銷殼38，開口彼此對準(zhǔn)用于容置活塞銷(圖中未示)以通過內(nèi)燃機的連桿(圖中未示)連接活塞本體20。每個銷殼橋22整體上與一個裙部26以及一個銷殼38連接并且在一個裙部26以及一個銷殼38之間延伸。當(dāng)裙部26為圓形以與內(nèi)燃機中的氣缸壁的形狀一致時，除了肋部40 (下文進一步詳細(xì)討論)，銷殼橋22大致為平面的或者平的。
[0018]在活塞本體20的典型實施例中，該銷殼橋22從冠部28懸垂并且從那里軸向延伸至各自的橋下端，每個銷殼橋22具有肋部40，肋部40在它的各自的橋下端具有增加的壁厚，也就是說，橋下端具有比銷殼橋22的其它部分更厚的厚度。在典型的實施例中，每個銷殼橋22的肋部40基本上在各自的裙部26和各自的銷殼38之間的整個間距上延伸。但是，應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會的是活塞本體可選擇地形成為具有在小于各自的裙部和各自的銷殼之間的整個間距上延伸的肋部。
[0019]現(xiàn)在參閱圖4的仰視圖，肋部40的下表面被機械加工以具有多個平的埋頭孔表面24，埋頭孔表面24可作為活塞本體20上后續(xù)的機械加工工藝以及如果施加的最終檢驗過程