專利名稱：活塞組件的制作方法
活塞組件
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)制造商不斷尋求提高其產(chǎn)品輸出功率和燃油效率的方法。一種通常提高效率和功率的方法是減輕發(fā)動機(jī)的振動質(zhì)量，例如，發(fā)動機(jī)的活塞、連桿和其他運(yùn)動零件的質(zhì)量。也可通過提高發(fā)動機(jī)的壓縮比來增大發(fā)動機(jī)功率。提高發(fā)動機(jī)的壓縮比通常也提高了運(yùn)轉(zhuǎn)期間燃燒室內(nèi)的壓力和溫度。由于這些與發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)相關(guān)聯(lián)的重量的減輕和壓力及溫度的提高，發(fā)動機(jī)(尤其是發(fā)動機(jī)活塞)因此處在應(yīng)力增大的狀態(tài)下。因此，用于承受發(fā)動機(jī)使用壽命中這樣運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的增大應(yīng)力的活塞冷卻變得越來越重要。為了減少活塞部件的運(yùn)行溫度，可在活塞周邊設(shè)置冷卻通道?？蓪⒅T如曲軸箱油等冷卻劑引至冷卻通道，并可通過活塞的往復(fù)運(yùn)動分布在冷卻通道中，從而降低活塞的運(yùn)行溫度。同時，冷卻通道可增加活塞組件的整體復(fù)雜性。例如，為了促進(jìn)冷卻劑貫穿整個冷卻通道的適當(dāng)循環(huán)，冷卻通道可能需要諸如冷卻通道蓋等額外的組件。冷卻通道可依靠于安裝至活塞冠部的蓋板，該蓋板通常將冷卻劑(例如，油)限制在冷卻通道內(nèi)，從而增強(qiáng)通道的冷卻效果。然而，該額外的組件也增加了復(fù)雜性。此外，冷卻通道可能較昂貴和/或在較小活塞應(yīng)用諸如在輕型或小功率活塞等情況中難以成形。因此，對于活塞存在這樣的需求，最大限度減小整體活塞的重量和制造復(fù)雜性，同時還允許諸如通過設(shè)置冷卻通道等獲得足夠的冷卻。


雖然權(quán)利要求書不限于圖示的示例，但最好通過對權(quán)利要求書各種示例的討論獲得其各個方面的理解?，F(xiàn)在參照附圖，詳細(xì)地示出說明性的實(shí)施例。雖然附圖表示實(shí)施例，但是附圖沒有必要按比例繪制，并且某些特征可能被夸大，以更好地說明和解釋實(shí)施例的創(chuàng)新方面。另外，在此描述的實(shí)施例并非意在窮舉或限制或約束在附圖所示和下面詳細(xì)說明中所公開的精確形式和配置。參照如下附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。圖1是示例性活塞組件的透視圖；圖2A是示例性活塞組件的局部剖視圖；圖2B是示例性活塞組件的局部剖視圖，經(jīng)過活塞銷孔截取剖面；圖2C是圖2A剖視圖的放大圖；圖3是示例性活塞冠部坯的透視圖；圖4A是示例性活塞裙部坯的下部透視圖；圖4B是圖4A中示例性活塞裙部坯的上部透視圖；圖5A是組裝活塞的示例性方法的過程流程圖；以及圖5B是將活塞冠部固定至活塞裙部的示例性子過程的示例性過程流程圖。
具體實(shí)施方式
本說明書中涉及“示例性圖示”、“示例”或類似的語言意味著與示例性方法有關(guān)的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在至少一個圖示中。說明書中不同位置出現(xiàn)的短語“在圖示中”或相似類型的語言不必都指相同的圖示或示例。本文提供了活塞組件和制造該組件的方法的各種示例性圖示。示例性活塞組件可包括活塞冠部和在該冠部中央開口中接收的活塞裙部。該活塞冠部可包括至少部分地限定冷卻通道的環(huán)帶部分。該冠部和裙部還可各自包括在冠部和裙部周邊延伸的相應(yīng)配合面。裙部配合面和冠部配合面通?？杀舜斯潭ǎ沟霉诓亢腿共抗餐纬蛇B續(xù)的上部燃燒碗表面。該裙部和冠部可共同限定在該活塞冠部周邊的徑向外側(cè)間隙。制造活塞組件的示例性方法可包括設(shè)置活塞冠部，該活塞冠部包括至少部分限定冷卻通道的環(huán)帶部分。示例性方法還可包括在冠部中央開口中接收的活塞裙部，使得冠部和裙部共同形成連續(xù)的上部燃燒碗表面。示例性方法還可包括將裙部沿裙部和冠部的相應(yīng)配合面固定至冠部。裙部和冠部通常可共同限定活塞冠部周邊的徑向外側(cè)間隙?，F(xiàn)在參照圖1、圖2A、圖2B，其圖示了示例性活塞組件100?；钊M件100可包括活塞冠部102和在冠部102的中央開口 112中接收的活塞裙部104。從而該活塞冠部102和活塞裙部104可限定燃燒碗120。該冠部102可包括環(huán)帶部分106，該環(huán)帶部分106配置為密封接收活塞組件100的發(fā)動機(jī)缸孔(未示出)。例如，該環(huán)帶部分106可限定一個或多個接收活塞環(huán)(未示出)的周向槽107，其進(jìn)而在活塞組件100于發(fā)動機(jī)缸孔中往復(fù)運(yùn)動期間密封發(fā)動機(jī)缸孔表面。將裙部104接收在冠部102中可允許有關(guān)冠部102和/或活塞組件100的大小和形狀的靈活性，例如，允許較低的整體冠部高度和/或活塞組件100的重心。裙部104通常在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間支撐冠部102，例如，在缸孔中往復(fù)運(yùn)動期間通過與發(fā)動機(jī)缸孔表面(未不出)連接來穩(wěn)定活塞組件100。例如,該裙部104可具有外表面126,該外表面通常在活塞組件100周邊的至少一部分處限定為圓形外形。該外形可與發(fā)動機(jī)缸孔表面相對應(yīng)，其通?？蔀閳A柱形。該圓形裙部表面126通?？呻S著活塞在缸孔內(nèi)往復(fù)移動而沿缸孔表面滑動。該裙部104可以任何合適的方式形成，例如鍛造、冷成型、機(jī)械加工
坐寸o裙部104也可限定活塞銷座105?；钊N座105通?？尚纬捎信渲脼榻邮栈钊N(未示出)的孔。例如，活塞銷可插入活塞銷座105中的孔，從而總體將裙部104固定至接觸桿(未示出)。冠部102的環(huán)帶部分106可至少部分地限定冷卻通道108，如圖2A和圖2B清楚示出的。冷卻通道108通常在活塞冠部的周邊延伸，并且可在運(yùn)行期間循環(huán)冷卻劑(例如，機(jī)油)，從而降低活塞運(yùn)行溫度。此外，冷卻劑的循環(huán)可有利于維持活塞100周圍更穩(wěn)定或均勻的溫度，尤其是在活塞組件100的上部，例如，冠部102和燃燒碗120。冷卻通道108通?？稍诠诓?02中完全封閉。例如，該冷卻通道108可通過冷卻通道蓋板116 (如圖2A和圖2B所示，但圖1中未示出)封閉。更具體而言，該蓋板116可形成冷卻通道108的下邊界，從而將冷卻通道108封閉在冠部102中，以及阻止冷卻劑自由進(jìn)入冷卻通道108或從冷卻通道108溢出。同時，也可設(shè)置一個或多個入口(未示出)和/或出口(未示出)，以允許油或其它冷卻劑以可控的方式貫穿整個冷卻通道108循環(huán)至發(fā)動機(jī)(未示出)或從發(fā)動機(jī)(未示出)循環(huán)貫穿整個冷卻通道108，從而降低和/或穩(wěn)定與活塞100及其部件相關(guān)聯(lián)的運(yùn)行溫度。
如圖2A清楚示出的，在冠部102和裙部104之間設(shè)置有周向間隙G。如下面進(jìn)一步描述的，在冠部102和裙部104彼此固定后，間隙G通常允許進(jìn)入冷卻通道108，例如，用于任何精加工操作，如機(jī)械加工，和/或蓋板116的安裝。在一個圖示中，該間隙在大約8毫米和大約15毫米之間。這樣的間隙通常可允許足夠的空間，用于在焊接操作后將蓋板116插入和/或安裝至通道108，下面將進(jìn)一步描述。通過以固定方式接合活塞冠部102和活塞裙部104，活塞組件100通常形成為單件或“單體”組件。如將在下面進(jìn)一步描述的，冠部102和裙部104部件可在配合面110和配合面114處接合，并且配合面110和配合面114可形成冠部102和裙部104之間的唯一連接。在一個示例性圖示中，如在圖2A和圖2B中清楚示出的，界面區(qū)域190包括配合面110和配合面114。因此，活塞冠部102通?？膳c活塞裙部104結(jié)合為一體，使得盡管冠部102和裙部104是單獨(dú)的部件，但是活塞裙部104固定至活塞誕部102之后相對于誕部固定不動。活塞冠部102和活塞裙部104可由任何合適的材料構(gòu)造。在一個示例性圖示中，該冠部102和裙部104由相同的材料例如鋼形成。在另一個示例中，活塞冠部102可由與活塞裙部104不同的材料形成。因此，用于活塞冠部102的材料可包括與活塞裙部104不同的機(jī)械性能，例如，屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度或缺口韌性。任何合適的材料或組合可用于冠部102和裙部104。僅僅作為示例，該冠部102和/或裙部104可由鋼材、鑄鐵、鋁材、復(fù)合材料或粉末金屬材料形成。冠部102和裙部104可在不同的過程中形成，例如，冠部102通?？蔀閱蝹€鑄造件，而裙部104可為鍛造件。可采用任何合適的材料和/或成形組合。冠部102和裙部104可以任何合適的方式彼此固定。在一個示例性圖示中，冠部102和裙部104可分別限定有繞冠部102和裙部104圓周延伸的相應(yīng)配合面。更具體而言，冠部102可限定通常在冠部102周邊延伸的冠部配合面110。如圖1、圖2A、圖2B、和圖2C清楚示出的，冠部配合面110可限定一般平面，至少當(dāng)在如圖2A和圖2B所示的剖視圖中觀察時，該平面與活塞裙部104的相應(yīng)配合面114對齊。如將在下面進(jìn)一步描述的，該裙部配合面114和冠部配合面110可總體平行對齊以允許面110和面114彼此鄰接設(shè)置。該配合面110和配合面114可諸如通過焊接操作或粘接(僅僅作為示例)彼此固定，從而將冠部102和裙部104固定在一起。裙部104可固定至冠部102，使得冠部102和裙部104在活塞組件100的燃燒碗?yún)^(qū)域120中共同形成連續(xù)的上部燃燒碗表面S。例如，如圖2A、圖2B和圖2C清楚示出的，相應(yīng)配合面110和配合面114在燃燒碗120內(nèi)連接，使得冠部102限制燃燒碗表面S的第一個徑向外部122。另外，裙部104限制燃燒碗表面S的徑向內(nèi)部124。燃燒碗表面S穿過裙部104和冠部102之間的界面基本是光滑的，例如，從而最小化表面S的中斷和/或不連續(xù)。最小化這樣的中斷和/或不連續(xù)通常可減少在長期正常運(yùn)行期間沿配合面110和配合面114在冠部102和裙部104之間的裂紋或其他界面松動。因此，可最小化例如由于使用活塞組件100的發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間出現(xiàn)的磨損而導(dǎo)致燃燒碗表面S的任何缺陷或失效。如將在下面進(jìn)一步描述的，在活塞組件100形成時使用的焊接和/或加工操作可減少燃燒碗表面S中的表面不規(guī)則性?；钊诓?02和活塞裙部104可以任何合適的方式彼此固定或以固定方式接合，該方式包括但不限于諸如電子束焊、激光焊、釬焊等焊接方法，或諸如粘接等非焊接方法(僅僅作為示例)。在一個示例中，該活塞冠部和裙部在例如激光焊等焊接過程中接合，該焊接過程允許焊接工具在與連接冠部102和裙部104相關(guān)聯(lián)的焊接過程之前和/或之后用最少的機(jī)械加工操作形成總體平滑的燃燒碗表面120。激光焊接操作通?？稍试S在冠部102和裙部104之間形成堅(jiān)固的金屬焊縫同時也最大限度減小相關(guān)聯(lián)熱影響區(qū)的范圍。更具體而言，如圖2A和圖2B清楚示出的，可通過焊接工具對包括配合面110和配合面114的界面區(qū)域190進(jìn)行操作，從而使冠部102和裙部104在界面區(qū)域190處接合。在一個示例性圖示中，采用波長在大約200 u m和大約400 u m之間的焊接激光。焊接激光通?？捎糜趥鞑ソ缑鎱^(qū)域190的熱影響區(qū)，該界面區(qū)域190可包括或直接鄰接配合面110和配合面114，使得配合面110和配合面114包括在相關(guān)聯(lián)的焊接熱影響區(qū)中。從而該冠部102和裙部104可在配合面110和配合面114周圍焊接在一起。在一個示例性圖示中，沿著配合面110和配合面114的圓周范圍進(jìn)行一系列焊接。在另一個示例性圖示中，焊接激光用于總體連續(xù)焊接過程，其基本沿配合面110和配合面114的整個圓周延伸，使得焊縫基本在整個冠部102和裙部104周圍延伸。激光焊接操作可以任何合適的方式進(jìn)行。圖2C中示出兩個示例性圖示。根據(jù)一個圖示，焊接激光La可從相對于活塞組件100的徑向內(nèi)部位置指向配合面110和配合面114。例如，可將激光La從燃燒碗?yún)^(qū)域120徑向向外朝配合面110和配合面114引導(dǎo)。焊接區(qū)域通常可包圍配合面110和配合面114，從而將各配合面焊接在一起。換句話說，可將該激光La可指向?yàn)槭沟猛ㄟ^激光傳播的熱影響區(qū)將冠部102和裙部104連接在一起。如圖2A和圖2B清楚示出的，雖然激光La可一般以平行于總體平的配合面110和配合面114的方式指向，但可采用任意角度，該角度足以在界面區(qū)域190 (包括至少各配合面110和配合面114)產(chǎn)生熱影響區(qū)，以接合冠部102和裙部104。如將在下面進(jìn)一步描述的，激光La的功率可使得激光不完全穿透接合深度，從而減少或完全消除任何焊渣。在圖2C所示的可選示例性圖示中，可將焊接激光匕徑向向內(nèi)指向配合面110和配合面114。更具體而言，焊接激光Lb可從活塞組件100的徑向向外的位置傳播，以及可指向配合面110和配合面114。如下面進(jìn)一步描述的，激光Lb的功率可使得激光Lb穿過與配合面110和配合面114相關(guān)聯(lián)的整個接合深度，從而可在燃燒碗120內(nèi)的相對表面上產(chǎn)生
一些焊渣?？墒购附蛹す釲a和焊接激光Lb以適當(dāng)?shù)拇┩干疃戎赶蚺浜厦?10和配合面114，該穿透深度通?？傻扔诨蛐∮谂c配合面110和配合面114相關(guān)聯(lián)的接合深度。例如，如圖2C所示，使焊接激光La以小于與配合面110和配合面114相關(guān)聯(lián)的整體接合深度的焊接深度指向配合面110和配合面114。換句話說，如圖2C所示，在與激光La相關(guān)聯(lián)的最大穿透深度和接縫的相對面之間設(shè)置有間隙D1，其形成冷卻通道108的邊界。因此，焊縫通常不完全延伸穿過配合面110和配合面114之間的接縫。另外，這也可減少或完全消除冷卻通道108中或與蓋板116 (圖2C中未示出)的徑向內(nèi)部相關(guān)聯(lián)的支持面140上的任何焊渣或其他表面不連續(xù)。從而，使支持面140相對平滑，最大限度地減少焊接操作后進(jìn)一步加工冷卻通道108表面的任何需要。在一個示例性圖示中，該間隙隊(duì)大約為I毫米。在此圖示中，大約I毫米的間隙通常使由焊接和接合起作用的材料量最大化。同時，該間隙也可足以阻止焊渣在接縫的相對側(cè)(例如相鄰支持面140)積聚。可選地，焊接激光Lb被示出穿透整個接合深度，導(dǎo)致在焊縫的相對側(cè)上(即沿著燃燒碗表面120)產(chǎn)生至少一些少量焊渣。雖然通常理想的是，最大限度減少由焊接操作引起的焊渣總量或其他表面不連續(xù)，但在一些圖示中，可允許存在一些焊渣量。例如，在焊接操作后，加工工具可易于進(jìn)入燃燒碗表面120，以便除去任何焊渣。相比之下，焊渣在冷卻通道108的相對受限空間中較不容易除去，因此，較理想的是，更密切控制激光(例如激光La)徑向向外指向時的穿透深度。此外，在焊接操作前，通過對活塞組件100的預(yù)加工(例如，關(guān)于冷卻通道108和裙部104的預(yù)加工)，可減少焊接操作后需要的任何精加工過程。例如，通常在接合冠部102和裙部104之前，冠部102和裙部104的精密成形可最大限度減小材料閃光、焊渣或可能由于所采用的各種成形和固定操作產(chǎn)生的其他不連續(xù)的清理需要。因此，可減少在裙部104和冠部102焊接之后任何必要的精加工操作的復(fù)雜性、范圍和/或成本?，F(xiàn)在參照圖3、圖4A和圖4B，其示出了可減少固定后需要的加工操作的示例性活塞組件100部件。更具體而言，圖3示出了活塞冠部坯102'。該活塞冠部坯102'最初可通過鑄造或機(jī)械加工而成。該活塞冠部坯102'通常限定為具有預(yù)制中心孔112'的環(huán)形。另外，冷卻通道108可在活塞冠部坯102'中預(yù)先形成。例如，可在活塞冠部坯102'中設(shè)置凹部108'或其他完整通道108的前體?？墒褂萌魏魏线m的成形過程(例如，鍛造、冷鍛、機(jī)械加工等)將該活塞冠部坯102'從最初的環(huán)形形成為最終活塞冠部102的形狀。冠部坯102'的最初環(huán)形形狀通?？勺畲笙薅鹊販p小完成冠部102所需的大量成形操作(例如，鍛造或機(jī)械加工)?，F(xiàn)在參照圖4A和圖4B，其圖示了活塞裙部坯104'，該活塞裙部坯104'可用于形成活塞裙部104。該裙部坯104'最初可以任何合適的方式形成，例如，鍛造和/或機(jī)械加工。如圖4A和圖4B所示，該活塞裙部坯104'在其任一側(cè)包括銷座延伸部分105'。該銷座延伸部分105'例如通過鍛造操作最終形成為銷座105。此外，活塞裙部坯104'的頂側(cè)通?？上薅◤较騼?nèi)部延伸部分124'，該徑向內(nèi)部延伸部分124'最終形成為燃燒碗表面S的徑向內(nèi)部124?；钊共颗?04'還可限定外表面126'，該外表面126'最終形成為活塞裙部104的總體為圓形的外表面126。通過去除形成冷卻通道特征需要的額外材料(例如，與裙部104 —體的蓋板)，通常可至少部分地簡化活塞裙部坯104'的復(fù)雜性及減小重量?，F(xiàn)在參照圖5A和圖5B，其描述了組裝活塞的示例性方法。過程500通?？稍诜綁K502處開始，在該步驟設(shè)置活塞冠部。例如，如上所述，活塞冠部102可設(shè)置為包括環(huán)帶部分106，該環(huán)帶部分至少部分地限定冷卻通道108。如上文所述，活塞冠部102可以任何合適的過程形成。在一個示例性圖示中，活塞冠部102由活塞冠部坯102,形成。例如，活塞冠部102可由活塞冠部坯102,在冷成型過程中成形，該冷成型過程允許對完成的活塞冠部102進(jìn)行硬化處理，從而通過冷成型過程加強(qiáng)。另外，如上所述，該活塞冠部坯102'通?？上薅ㄗ罱K形成活塞冠部102的中央開口112的中心孔112'。從而，該中心孔112'的設(shè)置可減少或消除任何所需的從活塞坯102'中心除去材料的操作(例如,沖孔)。之后過程500可進(jìn)行到方塊504。在方塊504處，活塞裙部可被接收在冠部的中央開口中。例如，如上所述，活塞裙部104可設(shè)置為接收在活塞冠部102的中央開口 122中。另外，在裙部104接收在冠部102中之后，冠部102和裙部104通?？晒餐纬蛇B續(xù)的上部燃燒碗表面S。如上文所述，該裙部104可以任何合適的方式例如鍛造、冷成型等形成。
在將裙部104接收在冠部102的開口 112中之后，相應(yīng)配合面110和配合面114通?？稍谌紵?20中鄰接。例如，如上文所述，冠部102可限定燃燒碗表面S的徑向外部，而裙部104限定燃燒碗表面S的徑向內(nèi)部。另外，裙部104和冠部102可共同限定在活塞冠部102周邊延伸的徑向外部間隙G。之后過程500可進(jìn)行到方塊506。在方塊506處，冠部102可沿相應(yīng)配合面110和配合面114固定至裙部104。在一個示例性圖示中，該相應(yīng)配合面110和配合面114通常可限定冠部102和裙部104之間的唯一連接，從而簡化活塞組件100的組裝。如上所述，冠部102和裙部104可以任何合適的方式彼此固定。例如，裙部和冠部可在焊接操作例如激光焊接中接合?，F(xiàn)在參照圖5B，其示出了示例性激光焊接過程。例如，在方塊600中，焊接激光La可徑向向外指向配合面110和配合面114，即從相對于配合面110和配合面114的徑向內(nèi)部位置。或者，在方塊606處，焊接激光(例如激光Lb)可從相對于配合面110和配合面114的徑向外部位置徑向向內(nèi)指向配合面110和配合面114。在其他情況下，理想的是同時使用兩者或其他過程。同樣如上所述，可將一束或多束焊接激光以可等于或小于與配合面110和配合面114相關(guān)聯(lián)的接合深度的穿透深度指向配合面110和配合面114。例如，上面描述的焊接激光La形成通常沿配合面110和配合面114不完全延伸穿過接合深度的焊縫。這可有利地減少或完全消除在冷卻通道108中和/或蓋板116 (在圖2C中未示出)的支持面140上的任何焊渣和其他表面不連續(xù)?；蛘?，焊接激光(例如激光Lb)可穿過整個焊縫，從而在焊縫的相對側(cè)產(chǎn)生至少一些少量焊渣。如上一般所述，穿透整個焊縫可產(chǎn)生更多焊渣，這樣需要一些額外的焊后清理操作，如機(jī)械加工。然而，穿透整個焊縫還可使得兩種材料之間的接合強(qiáng)度增加。另外，由配合面110和配合面114形成的位于遠(yuǎn)離碗狀燃燒表面S位置的剩余“接縫”是更允許的，在活塞運(yùn)行期間那里的溫度和/或壓力可能是最大的。因此，對于給定應(yīng)用，可根據(jù)較大的強(qiáng)度或最小焊后加工哪個更優(yōu)先來最優(yōu)化焊接。因此，在圖5B的示例性圖示中，在方塊600處，焊接徑向向內(nèi)指向，隨后在方塊602處需要加工燃燒碗表面S。在焊接徑向向外指向(例如在方塊606處)時可不需要該額外的步驟(方塊602)。在方塊606中的焊接或方塊602中的碗狀加工完成后，在方塊604中可采用精加工操作以完成冷卻通道108中和/或鄰接蓋板116的任何必要特征,從而允許蓋板116的安裝。例如，焊接操作完成后，少量的加工操作可應(yīng)用于活塞組件100以除去表面缺陷或完成活塞組件100的最終組裝。例如，可通過機(jī)械加工操作除去與激光焊接操作相關(guān)聯(lián)的焊接區(qū)域周圍的夾雜物。在一個示例性圖示中，機(jī)械加工操作可用于除去焊接操作產(chǎn)生的夾雜物，同時也對用于保持蓋板116以圍住冷卻通道108的支持面140進(jìn)行精加工。在焊接操作前，可通過對活塞組件100的預(yù)加工(例如對冷卻通道108和裙部104的預(yù)加工)來減少焊接操作后任何所需的精加工過程。例如，在將冠部102和裙部104接合在一起之前的冠部102和裙部104的一般精密成形可最大限度減小材料閃光、焊渣或可能由于所采用的各種成形和固定操作產(chǎn)生的其他表面不連續(xù)的清理需要。因此，可減少在裙部104和冠部102焊接之后的任何必要的精加工操作的復(fù)雜性、范圍和/或成本。在冠部102和裙部104焊接在一起的位置，冠部102和裙部104之間的焊縫可通過焊接過程之后的熱處理松弛?？蛇x地，可在焊接操作期間使用填充材料，例如焊條，以總體減少任何熱處理的需求。再次參照圖5A，在方塊508處，蓋板116可組裝至活塞組件100，從而總體圍住冷卻通道108。更具體而言，蓋板116可組裝為使其在徑向外部固定至活塞冠部102，以及在徑向內(nèi)部固定至裙部104的支持面。因此活塞組件100和制造該組件的示例性方法500通常允許簡化輕型活塞組件100的制造。此外，由于材料選擇的靈活性、由燃燒碗中焊縫的構(gòu)造生成的裙部和冠部之間相對小的間隙、以及由此產(chǎn)生的改進(jìn)的活塞動力和摩擦特性，活塞組件100通常具有更好的噪聲/振動/聲振粗糙度(NVH)特性。例如，減少摩擦可使活塞組件100由于往復(fù)運(yùn)動和沿發(fā)動機(jī)缸孔表面滑動引起的振動相應(yīng)減少。此外，通常由于活塞組件100的剛性和材料選擇的額外靈活性，活塞組件還能夠容許增加的峰值燃燒壓力。此外，在一些示例性圖示中可用的簡化鍛造和焊接過程可減少制造成本。關(guān)于在此描述的過程、系統(tǒng)、方法、探索等，應(yīng)理解，雖然這些過程等的步驟被描述為根據(jù)某種順序發(fā)生，但是能夠用除了在此描述的順序以外的順序執(zhí)行所描述的步驟來進(jìn)行該過程。還應(yīng)理解，可同時執(zhí)行某些步驟，可添加其他步驟，或者可忽略在此描述的某些步驟。換句話說，在此提供對過程的描述是為了說明某些實(shí)施例，以及不應(yīng)解釋為限制所要求保護(hù)的本發(fā)明。因此，應(yīng)當(dāng)理解，上面的說明旨在說明而不是限制。除了所提供示例之外的許多實(shí)施例和應(yīng)用將基于閱讀上面的說明。本發(fā)明的范圍應(yīng)該確定，不是參考上面的說明，而是應(yīng)該參考所附權(quán)利要求書以及該權(quán)利要求書等同物的全部范圍來確定。預(yù)計(jì)未來發(fā)展將出現(xiàn)在此討論的領(lǐng)域中，以及所公開的系統(tǒng)和方法將并入這樣的未來實(shí)施例中?？傊瑧?yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明能夠修改和變型，并僅由所附權(quán)利要求書限制。權(quán)利要求書中使用的所有術(shù)語旨在給出它們最廣泛合理的結(jié)構(gòu)及在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所理解的其普通含義，除非本文給出相反的明確指示。尤其是，單數(shù)冠詞如“一個” “該” “所述”等的使用應(yīng)理解為陳述一個或多個所指元素，除非權(quán)利要求記載相反的明確限制。
權(quán)利要求
1.一種方法，其包括: 設(shè)置活塞冠部，該活塞冠部包括至少部分限定冷卻通道的環(huán)帶部分； 在所述冠部的中央開口中接收活塞裙部，使得所述冠部和裙部共同形成連續(xù)的上部燃燒碗表面；以及 沿所述冠部和裙部之間的界面區(qū)域?qū)⑺鋈共抗潭ㄖ了龉诓?，所述界面區(qū)域包括所述裙部和冠部的相應(yīng)配合面，所述裙部和冠部共同限定在所述活塞冠部周邊的徑向外部間隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述相應(yīng)配合面限定所述冠部和裙部之間的唯一連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括當(dāng)將所述裙部焊接至所述冠部時，建立所述裙部至所述冠部的固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括當(dāng)將所述裙部激光焊接至所述冠部時，建立所述裙部至所述冠部的焊接。`
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，將所述裙部激光焊接至所述冠部包括將激光束徑向向內(nèi)指向所述相應(yīng)配合面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述相應(yīng)配合面共同限定接合深度，激光束沿所述相應(yīng)配合面穿透所述冠部和裙部至基本等于所述接合深度的光束深度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括加工所述燃燒碗表面，以形成基本平滑的所述燃燒碗表面，該燃燒碗表面鄰接所述相應(yīng)配合面。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，將所述裙部激光焊接至所述冠部包括將激光束徑向向外指向所述相應(yīng)的配合面。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述相應(yīng)配合面共同限定接合深度，激光束沿所述相應(yīng)配合面穿透所述冠部和裙部至小于所述接合深度的光束深度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，設(shè)置所述活塞冠部包括在冷成型過程中形成所述冠部。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，設(shè)置所述活塞冠部包括從限定有中心孔的毛坯形成所述冠部。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述相應(yīng)配合面在所述燃燒碗內(nèi)連接，使得所述冠部限定所述燃燒碗表面的徑向外部，以及所述裙部限定所述燃燒碗表面的徑向內(nèi)部。
13.—種方法,其包括: 設(shè)置活塞冠部，該活塞冠部包括至少部分限定冷卻通道的環(huán)帶部分； 在所述冠部的中央開口中接收活塞裙部，使得所述冠部和裙部共同形成連續(xù)的上部燃燒碗表面；以及 將激光指向所述冠部和裙部之間的界面區(qū)域，所述界面區(qū)域包括所述裙部和冠部的相應(yīng)配合面，從而沿所述相應(yīng)配合面將所述裙部焊接至所述冠部，所述裙部和冠部共同限定在所述活塞冠部周邊的徑向外部間隙。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述相應(yīng)配合面限定所述冠部和所述裙部之間的唯一連接。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，焊接所述裙部至所述冠部包括將激光徑向向外指向所述相應(yīng)配合面。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述相應(yīng)配合面在所述燃燒碗內(nèi)連接，使得所述冠部限定所述燃燒碗表面的徑向外部，以及所述裙部限定所述碗狀燃燒表面的徑向內(nèi)部。
17.一種活塞組件，其包括: 活塞冠部，其包括至少部分限定冷卻通道的環(huán)帶部分，所述冠部包括在所述冠部周邊延伸的冠部配合面；以及 接收在所述冠部的中央開口中的活塞裙部，所述裙部包括在所述裙部周邊延伸的裙部配合面，所述冠部和裙部配合面被包括在所述冠部和裙部之間的界面區(qū)域中，所述裙部通過所述界面區(qū)域固定至所述冠部，使得所述冠部和裙部共同形成連續(xù)的上部燃燒碗表面，所述裙部和冠部共同限定在所述活塞冠部周邊的徑向外部間隙。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的活塞組件，其還包括形成所述冷卻通道下邊界的冷卻通道蓋板，其中，所述冷卻通道通常由所述冠部和所述蓋板封閉。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的活塞組件，其中，所述相應(yīng)配合面在所述燃燒碗內(nèi)連接，使得所述冠部限定所述燃燒碗表面的徑向外部，以及所述裙部限定所述碗狀燃燒表面的徑向內(nèi)部。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的活塞組件，其中，所述燃燒碗表面穿過所述界面區(qū)域基本是平滑的。`
全文摘要
本發(fā)明公開了活塞組件和制造該活塞組件的方法。示例性活塞組件可包括活塞冠部和在該冠部中央開口中接收的活塞裙部。該活塞冠部可包括限定(至少部分地)冷卻通道的環(huán)帶部分。該冠部和裙部可各自還包括在冠部和裙部周邊延伸的相應(yīng)配合面。該裙部配合面和冠部配合面通?？杀舜斯潭?，使得冠部和裙部共同形成連續(xù)的上部燃燒碗表面。該裙部和冠部可共同限定在該活塞冠部周邊的徑向外部間隙。
文檔編號F02F3/22GK103201488SQ201180053390
公開日2013年7月10日 申請日期2011年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月5日
發(fā)明者萊安德羅·梅內(nèi)塞斯, 迪特爾·加布里埃爾, 邁克爾·T·拉普, 沃爾夫?qū)べ囈?申請人:馬勒國際公司