专利名称：一种制造活塞销的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制造具有坚硬外围区域的活塞销的方法和装置。
背景技术：
现有技术中已公开了制造具有一个硬度足够大以致可以免用轴瓦的外围区域的活塞销的方法。公开文献DE 197 04 224描述了一种圆柱形活塞销，该活塞销的外表面具有一层无定形碳。这种圆柱形活塞销直接安装在连杆的孔眼和活塞销座内，以避免使用滑动轴瓦。
美国专利US 1,742,015披露为了制造活塞销而装入一种钢管，然后采用供有冷却液的冷却罩，通过快速冷却对铸料进行硬化处理。
从现有技术可知，具有硬化外表面的活塞销的制造方法的缺点在于其非常复杂且成本很高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制造具有坚硬表面的活塞销的方法，该方法可以简单从而价廉地实施。
这些或其他问题的解决是通过本发明的冷硬铸造方法和装置实现。一方面，在铸模中嵌入一个冷铸模，该冷铸模具有用于至少一个活塞销的型腔；然后将铸铁浇注到冷铸模的型腔中。通过该工艺过程得到的一个或多个活塞销的外围区域被冷却并形成坚硬的莱氏体结构。
另一方面，提供实施本发明方法的装置，其中铸模为砂模。下面讨论可行的进一步改进。
本发明的其他目的和特征将通过下面结合附图的详细描述而变得清楚。但是应理解为，附图仅是用于说明目的，而不是用来限制本发明。
图1为一个用于制造活塞销的砂模的剖面图，该砂模具有冷铸模，并填有已经固化的铸铁。
图2为冷铸模的一个实施例的侧视图，该冷铸模由两个半壳组成，用于同时制造两个活塞销。
图3为冷铸模沿图2的III-III线的剖面图。
图3A为冷铸模另一实施例的透视图。
图4为活塞销的显微照片，显示了活塞销的外围区域和内部区域中的铸造材料的结构。
具体实施例方式
下面结合附图来详细说明本发明。图1显示了用于铸造圆柱形活塞销的砂模1的部分，在该砂模1内嵌入圆柱形管子样式的冷铸模3，该冷铸模3具有活塞销的型腔。用该模进行的该铸造方法称为冷铸法。
所示的砂模1包含完成铸造、固化后的活塞销2，其中活塞销2的外围区域4凝固(solidifies)成白色，这是由冷铸模3引起的快速冷却的结果，而活塞销2的内部区域5，因其冷却速度要比外围区域4冷却得更慢，呈现出黑色。在铸造工艺之后，当铸件从冷铸模3中移出之后，该铸件的外表面采用常规方法进行精加工，也就是磨削或抛光。
在活塞销2的外围区域4内形成莱氏体结构，其具有显著的碳化组织，在铸造工艺过程中，因为其冷却速度非常快，使得该外围区域4具有极好的硬度和耐磨性。活塞销2的内部区域5不具有外围区域4所达到的硬度。由于冷却速度相对较慢，在内部区域5内形成珠光体结构，其中至少部分碳以石墨形态存在。该石墨使内部区域5呈现出黑色。
关于这一点，采用球墨铸铁，即一种铁/碳铸造材料，该铸造材料的以石墨的形态出现的碳含量，几乎全部以基本为椭球状或以球粒状出现。
这样的铸件具有坚硬的，耐磨的表面以及改进的中心部位的延展性，因此，该铸件可以更大程度地吸收震动和冲击应力。
下面列举具有这样化学成分的铸铁的例子材料实施例a)，包括C3.4～3.9wt％；Si1.7～2.6wt％；
Mn0.2～0.4wt％；P0～0.1wt％；Mg0.03～0.08wt％；S0～0.015wt％。
材料实施例b)，包括C3.0～3.8wt％；Si1.2～1.6wt％；Mn0.2～1.0wt％；P0～0.1wt％；Cu0.2～1.0wt％；Mo0.2～0.4wt％；S0～0.02wt％。
图2为冷铸模6另一实施例的侧视图；该冷铸模6由两个横截面为“E”字型的半壳7和8组成，这两个半壳当它们的端面彼此放置在一起时形成用来制造两个活塞销的型腔9，10。冷铸模6是由热传导性高的材料制成，如灰(gray)铸铁。
图3为冷铸模6沿图2的III-III线剖切的横截面剖视图。
图3A显示了冷铸模6’另一实施例，该冷铸模6’由两个横截面为“E”字型的半壳7’和8’组成，该中空的圆柱形冷铸模6’在其两个端部14，16和中间区域15具有腹板。该结构制造出的活塞销在中间区域和两个端部具有坚硬的、耐磨的外围区域，该中间区域形成活塞销/连杆的接触区域，该两个端部形成活塞销/活塞销座的接触区域。
图4为活塞销2的显微照片，其中显微照片11显示了放大的活塞销整个横截面，显微照片12显示了放大的活塞销2外围区域4的结构，显微照片13显示了放大的活塞销2内部区域5的结构。活塞销2外部的白色区域4的显微照片12显示了莱氏体金属结构的碳化组织，该组织是在铸件的外围区域快速冷却时形成的。
显微照片13清楚地显示了以球状或是椭球状形成的石墨，这是冷却速度慢所导致的结果。
虽然这里仅示出并描述本发明的几个实施例，但是应当理解为，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神及范围内，可作各种更动及润饰。
权利要求
1.一种制造具有坚硬外围区域的活塞销的方法，其特征在于，包括如下步骤(a)在铸模中嵌入一个冷铸模，该冷铸模具有用于至少一个活塞销的型腔；(b)将铸铁浇注到冷铸模的型腔中，以形成至少一个活塞销；(c)通过冷铸模加速冷却至少部分外围区域，以形成坚硬的莱氏体结构。
2.如权利要求1所述的制造具有坚硬外围区域的活塞销的方法，其特征在于所述的铸铁为球墨铸铁，其中的石墨主要为球粒状。
3.如权利要求1所述的制造具有坚硬外围区域的活塞销的方法，其特征在于所述铸模为砂模。
4.如权利要求1所述的制造具有坚硬外围区域的活塞销的方法，其特征在于所述的冷铸模为圆柱形管子。
5.如权利要求1所述的制造具有坚硬外围区域的活塞销的方法，其特征在于所述冷铸模为中空圆柱体，该圆柱体具有第一端部，第二端部以及位于两个端部之间的中间区域，所述端部和中间区域具有腹板，以集中在中间区域和端部的外围区域的冷却作用，中间区域形成活塞销与连杆的接触区域，以及每一端部各自形成活塞销与活塞销座的接触区域。
6.如权利要求1所述的制造具有坚硬外围区域的活塞销的方法，其特征在于所述冷铸模为“8”字型，并且包括两个横截面为“E”字型的半壳。
7.一种制造具有坚硬外围区域的活塞销的装置，其特征在于，包括(a)砂模；以及(b)嵌入在所述砂模内的冷铸模，该冷铸模具有型腔。
8.如权利要求7所述的制造具有坚硬外围区域的活塞销的装置，其特征在于所述冷铸模为圆柱形管子。
9.如权利要求7所述的制造具有坚硬外围区域的活塞销的装置，其特征在于所述的冷铸模为中空圆柱体，该圆柱体具有第一端部，第二端部以及位于两个端部之间的中间区域，所述端部和中间区域具有腹板，以集中在中间区域和端部的外围区域的冷却作用，中间区域形成活塞销与连杆的接触区域，以及每一端部各自形成活塞销与活塞销座的接触区域。
10.如权利要求7所述的制造具有坚硬外围区域的活塞销的装置，其特征在于所述冷铸模为“8”字型，并包括两个横截面为“E”字型的半壳。
全文摘要
为了制造具有坚硬外围区域的活塞销的，采用了成本相对低廉的冷铸法。在铸模中嵌入一个具有活塞销型腔的冷铸模；将铸铁浇注到冷铸模的型腔中；以及然后由该工艺得到的活塞销的外围区域通过冷铸模得到冷却，固化成白色，从而形成具有坚硬的、耐磨的表面。
文档编号F16J1/16GK1981147SQ200580017771
公开日2007年6月13日 申请日期2005年4月27日 优先权日2004年4月29日
发明者马库斯·莱特曼, 戴维·伯纳德·罗思, 托马斯·格拉斯, 诺伯特·施奈德, 江世·源, 罗德里戈·乔斯·孔森蒂诺 申请人:玛勒有限公司