JPH0354021B2 - - Google Patents

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JPH0354021B2
JPH0354021B2 JP61003713A JP371386A JPH0354021B2 JP H0354021 B2 JPH0354021 B2 JP H0354021B2 JP 61003713 A JP61003713 A JP 61003713A JP 371386 A JP371386 A JP 371386A JP H0354021 B2 JPH0354021 B2 JP H0354021B2
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00—Making machine elements
    • B21K1/18—Making machine elements pistons or plungers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
    • F02B1/02—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition
    • F02B1/04—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F2200/00—Manufacturing
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、内燃機関用ピストンの製造方法に係
り、殊に、シリンダー壁上を摺動するうになされ
ている（全体的に円筒状フランジの形の）ピスト
ンクラウンと、ピストンをピストンロツドに枢軸
結合し更にこのピストンロツドを介してクランク
軸に結合する（ピストンクラウンの中心部に在
る）ピストン本体又はピストン軸とを有する一体
ピストンの製造方法に係る。ピストンクラウン
は、必要であれば、ピストンリングを有していて
もよい。
（従来技術） 従来、多くのピストン製造方法が提案されてい
るが、本発明はドイツ連邦共和国特許公開第
3222582号公報及び米国特許第4532686号明細書に
記載された方法の改良であり、これら刊行物に
は、素材を型鍛造して、円盤状素材からピストン
クラウンフランジへ屈曲された円筒状フランジを
具備するピストンヘツドを製造することが記載さ
れている。
ピストン本体は、枢軸ピンを差し込んでピスト
ン又は連結ロツドをこの枢軸個所に連結するため
の目穴を具備している。
これら従来のシステムにおいて、ピストン軸は
独立した素子であり、一般に鋳造及び機械加工に
よつて形成され、ピストンクラウンとピストン軸
又はピストン本体とはねじによつて一体化されて
いる。
上記種類のピストンは重ジーゼルエンジン等に
適しているものと認められている。
高速内燃機関、即ち自動車用高圧縮エンジン等
の最近のガソリンエンジンでは、上記のようなピ
ストンはあまり適しているとはいえない。
高圧縮及び高燃料効率タイプの高速内燃機関で
は、複合又は組立ピストンは十分ではなく、好ま
しくは鋼製の一体ピストンがますます要望されて
いる。
従来、鋼製一体ピストンは、鋼製の本体を鋳造
し、次いでそれを所望の寸法及び形状に機械加工
することによつて製作されていた。
明らかに、この製作方法は費用がかかりすぎ、
その上この製作方法は最適の構造的特性を有する
一体ピストンを提供していない。例えば、強度も
耐ひずみ特性も多くの場合満足できるものではな
く、特に壁厚が比較的薄い構造の場合、強度及び
耐ひずみ性の両方に欠けたものとなる。
（発明が解決しようとする課題） 本発明の主目的は、軸又は本体及びクラウン又
はフランジを具備する鋼製の一体ピストンを、上
記の欠点がないように製作する改良方法を提供す
ることである。
本発明の他の目的は、比較的薄い壁厚で最適の
強度及び耐ひずみ性を有する一体ピストンの製造
方法を提供することである。
本発明の更に他の目的は、従来方法よりも経済
的で、最近の高燃焼率で作動する高速内燃機関用
の高性能ピストンを提供するのに特に適した、一
体ピストン製作改良方法を提供することである。
（課題を解決するための手段） 本発明によれば、上記の目的は、鋼製素材を型
鍛造して、一方側面においてピストンヘツドが突
入した凹所を包囲し、また上記側面と反対側の側
面から素材軸線と略々平行に立ち上がつている一
対の軸耳を有している円形状扁平フランジを製作
する工程と、上記のように鍛造した荒加工材を一
工程でプレス加工して、上記フランジを屈曲し、
熱流制止用環状間〓によつてピストンヘツドから
隔てられ且つピストンクラウン肩部によつてピス
トンヘツドに結合されている略々環状のカラーを
形成し、同時に上記の軸耳を相互に架橋する少な
くとも１つのリブを形成すると共に、上記の軸耳
を、ピストンにピストンロツドを揺動可能に結合
するための最終的な形状に成形する工程と、前記
のプレス加工に関連して、上記軸耳に穴あけ加工
を行つて目穴を形成し、同時にこれら軸耳を較正
する工程とを含むことを特徴とする、内燃機関用
ピストンの製造方法によつて達成される。
荒加工材は一般の鍛造温度にてプレス加工さ
れ、また、ばりは通常のとうり除去できる。ただ
ピストンは２番目の工程が終了する前に軸耳に目
穴を形成する以外は、機械加工による広範囲な面
加工は必要としない。もちろん、クラウンは、後
で、ピストンリングを収容する最終寸法形状とな
るように機械加工される。
本発明方法が一度のプレス工程で効果的に一体
ピストンを製造することができる第１の理由は、
ピストンヘツドから立上がつている軸耳が、クラ
ウンのカラーの曲げ加工と同時に較正されるばか
りでなく、プレス加工であるがために、ピストン
ヘツドと軸耳との間の鋼製本体における接続部
に、とりわけ好ましい繊維配向が認められるから
である。これは、部分的に、始めの型鍛造によつ
て、フランジに略々半径方向の繊維配向が与えら
れ、軸耳に軸線方向の繊維配向が与えられるから
である。
荒加工材の円盤状フランジを曲げ加工してクラ
ウンにする際、ピストンの少なくとも１つのトツ
プランドがこの曲げ加工と同時に形成されさえす
れば、強度の低下とか亀裂形成の原因となるよう
な問題は生じない。トツプランドは例えば軸耳を
架橋するリブである。
これらの利点は、曲げられてカラーを形成する
ようになされた荒加工材部分を含む粗成形ピスト
ンクラウンが、上記のように、軸耳に付加される
軸線方向繊維パターンとは別に、始めの鍛造工程
によつて形成される半径方向繊維パターンを有す
る場合に特に得られる。軸耳はプレス加工中に較
正されると同時に、強度を増大させ且つ安定性を
高めるように、有効な方向に指向された繊維パタ
ーンが与えられる。
本発明の一体ピストンは種々の材料で製作でき
るが、最良の結果はドイツ工業規格DIN17006の
40Mn4鋼及び42CrMo4鋼、又はニツケル合金に
よつて得られる。40Mn4鋼は0.36〜0.44重量パー
セントの炭素、0.25〜0.5重量パーセントのシリ
コン、及び0.80〜1.1重量パーセントのマンガン
とを鋼とバランスさせて含んでいる。
ニツケル合金は、インバー鋼から成つていても
よい。
代表的なニツケル鋼は、0.25〜0.35重量パーセ
ントの炭素、約0.25重量パーセントのシリコン、
約0.70重量パーセントのマンガン、1.2、1.4又は
２重量パーセントのニツケルを含んでいる。一般
に、ニツケル含有量は１〜９重量パーセントであ
る。
（実施例） 第１，２及び４図を比較対比すると明らかなよ
うに、ガソリン燃料タイプの高速内燃機関、殊に
高圧縮ガソリンエンジン用の一体ピストンの製造
工程が示されている。
例えば第１図から明らかなように、本発明の環
状ピストンカラーを製作するための出発物を形成
している荒加工材が鋼製素材から単一工程で型鍛
造される。上記の素材は凹所２′を有する環状フ
ランジ２を具備しており、上記凹所内にはピスト
ンヘツド３が盛り上がつており、隆起部を形成し
ている。凹所２′の裏側からは軸耳４が軸線５と
平行に立ち上がつており、この軸耳にはピストン
ロツドがピストンに対して揺動するように軸受さ
れる。荒加工材が第１図中１ａで示されており、
最終的にピストン１の形（第４図）になされる。
第１図に示されている荒加工材１ａから、第２
図に１ｂで示されている半完成ピストン形状にプ
レス加工され、この加工は軸線５に対して平行に
相対運動するダイとプレスラムとの間での一度の
プレス加工である。
第５図は荒加工材１ａの挿入前の分離位置にあ
るラムとダイを示している。
第１図と第２図を比較すると明らかなように、
一度の成形作業工程によつて、フランジ２は環状
カラー２ａの形に曲げられる。環状カラーは熱流
制止用環状間〓６によつて一定の間隔をあけられ
ており、ピストンクラウン肩部７に結合されてい
る。この作業工程によつてリブ８も、第３図から
明らかなように、同時に成形される。これらリブ
の少くとも１つは軸耳４を相互に結合している。
更に、第４図から明らかなように、ピストン体
が第５図のダイ２０，２１内に保持されている
間、穴明け工具又はエンボス加工工具９が軸線４
に対して直角に移動せしめられ、目穴１０が形成
される。この目穴１０は最終的にピストンロツド
をピストンに揺動可能に軸受するために用いられ
る。穴明け工具９は、第５図に示されているラム
が閉鎖位置に在る際に、このラムを通り抜けて穴
明けを行い、目穴１０を形成する。
第４図に示されているピストン体は、最終的に
第６図中１ｃにて示されているピストンになるよ
うに、鎖線に示されているように更に機械加工さ
れる。穴明け工具は例えば、くさび形の動力駆動
部材である。
フランジにおける半径方向繊維配向パターン及
び軸耳における軸線方向繊維配向パターンが第１
図中に矢印によつて示されている。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明による一体ピストンを形成す
るための荒加工材の軸線部縦断面図、第２図は、
第１図に相当する断面図であるが、クラウン肩部
又はクラウンフランジ及びトツプランドを有する
鍛造後の一体ピストン体を示す図、第３図は、第
２図中の−線に沿う断面図、第４図は、第２
図と同様の図面であるが、ピストン荒加工材の一
度のプレス加工の結果を示し、且つこのプレス加
工と同時に成形された軸耳を示す図、第５図は、
第１図の荒加工ピストン体を一度のプレス作業で
第２図の最終ピストン形状に変形させるためのプ
レスを示す図、第６図は、機械加工後の完成ピス
トンの横断面図である。 ２……フランジ、２′……凹所、３……ピスト
ンヘツド、４……軸耳、６……熱流制止用環状間
〓、７……クラウン肩部、８……リブ、１０……
目穴。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 鋼製素材を型鍛造して、一方側面においてピ
    ストンヘツド３が突入した凹所２′を包囲し、ま
    た上記側面と反対側の側面から素材軸線と略々平
    行に立ち上がつている一対の軸耳４を有している
    円形状扁平フランジ２を製作する工程と、 上記のように鍛造した荒加工材を一工程でプレ
    ス加工して、上記フランジ２を屈曲し、熱流制止
    用環状間〓６によつてピストンヘツドから隔てら
    れ且つピストンクラウン肩部７によつてピストン
    ヘツドに結合されている略々環状のカラーを形成
    し、同時に上記の軸耳４を相互に架橋する少なく
    とも１つのリブ８を形成すると共に、上記の軸耳
    ４を、ピストンにピストンロツドを揺動可能に結
    合するための最終的な形状に成形する工程と、 前記のプレス加工に関連して、上記軸耳４に穴
    あけ加工を行つて目穴１０を形成し、同時にこれ
    ら軸耳を較正する工程と を含むことを特徴とする、内燃機関用ピストンの
    製造方法。 ２ 上記のフランジ２に沿つて荒加工材が半径方
    向繊維走行パターンを有するように、素材が型鍛
    造される、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ ピストンの軸線に関して略々その軸線方向の
    繊維走行パターンを有するように、上記の軸耳４
    が型鍛造される、特許請求の範囲第１項記載の方
    法。 ４ 軸耳４が、プレス加工用工具内の通路上を横
    方向移動する押し抜き用マンドレルによつて材料
    の押し抜きを行うことによつて穴あけ加工され
    る、特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ５ 素材が40Mn4、42CrMo4又はニツケルをベ
    ースとする鋼合金から成る、特許請求の範囲第１
    項に記載の方法。
JP61003713A 1985-01-24 1986-01-13 内燃機関用ピストンの製造方法 Granted JPS61172643A (ja)

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