专利名称：活塞模具组件以及利用该组件构成活塞的方法
技术领域：
本发明大致上涉及活塞及构成该活塞的方法，更具体地，是活塞模具组件以及利用其铸模出来的活塞。
背景技术：
已知可利用环形冷却油腔构成活塞，该冷却油腔具有紧接活塞环带径向向内设置的外部底切部。该底切部提供环带的悬垂部分，这会在铸造活塞中导致问题。为避免在铸造之后加工该底切部，模具腔必须具有与期望底切部逆向形状(negative shape)的突出部或面板。但是，为从模具腔取出或移走经铸模的活塞，面板必须完全移出底切部和模具腔之外。因为该悬垂环带从底切部径向向外地形成，所以面板不能容易地在完全平行的方向上径向向外地移动。另外，从环带悬垂的销毂在铸模过程中形成。这些销毂彼此间隔开，并相对活塞的中心轴横向向外发散。由此，销毂阻止了形成面板的底切部在完全垂直的方向上向下移动。因此，为克服该问题，已知的模具组件包括必须在模具腔之外枢接的面板。但是，面板的枢转运动限制了可根据模具腔封装尺寸所形成的有效底切部的大小。
发明内容
—种用于形成活塞的模具组件，具有一对半模，其可沿大体上与该活塞的纵向中心轴相垂直的线性路径可移动地在配合位置和非配合位置之间彼此靠近和远离，该配合位置提供用于形成该活塞外部边缘的模具腔的至少一部分，该非配合位置容许该活塞从该模具腔取出。该组件还具有一对冷却油腔心轴，其在所述半模对之间沿倾斜于该中心轴的收敛线性路径可移动地彼此靠近至配合位置，以形成该活塞的底切冷却油腔。该冷却油腔心轴对可沿相对于该轴的发散线性路径彼此远离至非配合位置，以容许该活塞沿该轴垂直地取出。 根据本发明的另一个方面，提供了一种形成活塞的方法。该方法包括沿倾斜到该活塞中心轴的收敛线性路径移动一对第一心轴至配合位置。并且，朝向彼此移动一对半模至配合位置以提供模具腔的至少一部分，并且该第一心轴被收容在该模具腔内。然后，将一定量的流体活塞材料引入该模具腔，并固化该流体活塞材料以形成固体活塞，该活塞具有由该半模形成的上部冠顶以及由该第一心轴形成的冷却油腔，其中该冷却油腔在该上部冠顶内被底切。进一步地，沿倾斜到该中心轴的发散线性路径彼此远离地移动该第一心轴至大体上从该模具腔移走的非配合位置。进一步地，将该半模移动至非配合位置并将该固化活塞从该模具腔移走。 根据本发明的另一个方面，一种形成活塞的方法包括沿线性路径移动一对第一心
4轴至配合位置。进一步地，移动一对半模至配合位置，以提供模具腔的至少一部分，并且该 第一心轴当处于其配合位置时被收容在该模具腔内。然后，将一定量的流体活塞材料引入 该模具腔并固化该流体活塞材料以形成固体活塞，该活塞具有由该半模形成的上部冠顶 以及由该第一心轴形成的冷却油腔，其中该冷却油腔从该上部冠顶的环带径向向内地被底 切。接下来，线性地移动该第一心轴至大体上从该模具腔移走的非配合位置并将该半模移 动至非配合位置。最后，将该固化活塞从该模具腔移走。
通过结合以下对当前优选实施方式和最佳模式的具体描述、所附权利要求以及附 图，本发明的上述和其他方面的特点和优点将会被容易地理解，其中
图1是根据本发明一个当前优选方式的模具组件的立体图；
图2是单独显示的图1中模具组件面板和引导件的立体图；以及
图3是模具组件的截面立体图。
具体实施例方式
更具体地参考附图，其中在数个附图中，相同的标号代表对应的部件，图l-3显示 了根据一个当前优选的实施方式构成的模具组件，一般以20表示。模具组件20具有固定 在基座上(以下表示为支撑面24)的滑面，以下表示为平台22。第一半模(以下表示为左 半模26)可操作地连接到平台22，以提供模具腔的左边部分。相对的第二半模(以下表示 为右半模28)可操作地连接到平台22，以相对左边部分提供模具腔的右边部分。该左和右 半模26、2S在配合的、闭合位置和非配合的打开位置之间，沿平台22以线性滑动的方式彼 此靠近和远离移动。当处于配合位置时，左和右模具腔相结合，以提供绕纵向中心轴A的大 体上周缘封闭的模具腔。半模26、28具有内部模具表面27、29(图示为不带有环槽，但应认 为在半模内已形成)，配置为形成活塞21的外部边缘部分，包括具有绕中心轴A径向延伸 的环带的活塞冠顶。当处于非配合、打开位置时，左和右半模26、28彼此横向间隔开一段距 离，其足以容许制成的活塞从模具组件20垂直地移走或取出。 模具组件20包括一对第二心轴(第一心轴将在以下介绍)，包括左销孔心轴，以 下表示为左突出部30，其从左半模26大致上水平地点延伸，以及右销孔心轴，以下表示为 右突出部32，其从右半模28大致上水平地延伸。左和右突出部30、32可在延伸的、配合位 置以及收縮的、非配合位置之间移动。当处于配合位置时，左和右突出部30、32延伸入模具 腔，此时左和右半模26、28相配合，以分别形成左销毂的左销孔以及右销毂的右销孔。当处 于非配合位置时，左和右突出部30、32从模具腔彼此充分地移动分离，从而进一步地便于 活塞沿轴A在完全垂直的方向上从模具组件20取出。左和右突出部30、32可提供为形成 任何尺寸的销孔，并可在它们延伸和收縮运动中彼此保持共轴关系。 模具组件20还包括第三心轴或销毂心轴，以下表示为下部模具突出部34，其可操 作地连接到平台22，并大致上中心地设置于左和右半模26、28之间，用于沿轴A共轴地移 动。下部模具突出部34在抬升、配合的位置以及下降、非配合的位置之间相对于平台22移 动。当处于配合位置时，下部模具突出部34向上延伸入模具腔内，并在活塞21的左和右销 毂之间形成由突出部34占据的空间。当处于非配合位置时，下部模具突出部34向下降低并从模具腔移出，以进一步地便于活塞21从模具组件20取出。根据一个当前优选的实施 方式，下部模具突出部34形成为分开的、对称的左部分和右部分，其中需要时分开的部分 可在其配合和非配合位置之间相对彼此移动。下部模具突出部34以及左部分26和右半模 28相结合，以形成从活塞冠顶悬垂的销毂，其中销毂可以相对轴A成角度地向外发散的形 式形成。 模具组件20形成的活塞21具有底切冷却油腔，其中该底切部沿环带径向向内地 直接形成，从而环带的至少一部分与冷却油腔径向对齐。因此，悬垂环带的至少一部分形成 从冷却油腔外部直接径向进入的障碍。该底切部大致上沿环形的冷却油腔绕活塞21的中 心轴A延伸。冷却油腔吸收来自于在活塞冠顶上表面形成的燃烧室的热量。为便于铸造活 塞21的底切部，模具组件20包括第一心轴对或冷却油腔心轴，该冷却油腔心轴包括一个表 示为左面板36的冷却油腔心轴，以及另一个表示为右面板40的冷却油腔心轴。左和右面 板36、40配置成与成品底切冷却油腔的半部逆向吻合的形状，而不需要次级加工。左和右 面板36、40在延伸、配合的位置和收縮、非配合的位置之间可相对平台22、以及相对左和右 半模26、28移动。当处于配合位置时，左和右面板36、40与左和右半模26、28相结合，以提 供活塞的形状，包括该底切了冷却油腔。当处于非配合位置时，左和右面板36、40相对于对 应的左和右半模26、28以及活塞21向下移走，以容许制成的活塞21从模具组件20取出。 面板36、40能够在垂直方向上产生大于或等于30毫米深度的底切部，以及在水平方向上产 生大于或等于12毫米底切部。底切部的尺寸与其他铸造尺寸无关。 由于环带径向向内形成的底切部，以及向外发散的销毂，左和右面板36、40不能 在完全水平或完全垂直的方向上从活塞21移开。因此左面板36的非配合位置相对配合位 置向下并径向向外(相对于轴A)地设置。右面板40的非配合位置相对配合位置向下并径 向向外地设置。因此，左和右面板36、40当它们从非配合位置向配合位置移动时，沿收敛线 性路径朝向彼此移动，以及相反地，当它们从配合位置向非配合位置移动时，沿发散线性路 径彼此远离。左和右面板36、40包括相对、对称的的开口 45、47，以形成合适尺寸的孔，用于 当左和右突出部30、32在配合和非配合位置之间延伸时，可滑动地容纳穿过这些开口的左 和右突出部30、32。 为便于左和右面板36、40的滑动，左面板36具有横向延伸的左基肋44，带有形成 于其内的引导元件，此处通过示例而非限定的方式表示为左槽口 46 ;并且右面板具有横向 延伸的右基肋48，带有形成于其内的引导元件，此处通过示例而非限定的方式表示为右槽 口50。引导固定件，以下表示为引导件52，中心地设置于左和右面板36、40之间。引导件 52包括相对的两个引导元件，此处通过示例而非限定的方式表示为左和右滑轨54、56。左 槽口 46滑动地接收左轨道54，并且右槽口 50滑动地接收右轨道56。槽口 46、50以及对应 的轨道54、56使得左和右面板36、40能够在配合和非配合位置之间平稳滑动。
为进一步便于左和右面板36、40的滑动，左面板杆58在肋的第一末端连接到左面 板36。左面板杆58在肋的第二末端连接到左执行器60。左执行器60在左面板36的配合 和非配合位置之间移动左面板36。在左面板肋58的第二末端提供有左释放装置66，用于 有选择地从左执行器60拆卸左面板肋58。类似地，右面板肋62在第一末端连接到右面板 40。右面板肋62在第二末端连接到右执行器64。右执行器64在右面板40的配合和非配 合位置之间移动右面板40。在右面板肋62的第二末端提供有右释放装置68，用于有选择地从右执行器64拆卸右面板肋62。左和右释放装置66、68允许面板36、38简易地从模具 组件20拆卸，以用于维修、保养或替换。 执行器60、64可以是任何类型的能够产生线性移动的制动器，例如液压、气动或 机械制动器60、64。左和右面板肋58、62的使用确保了当左和右半模26、28处于模具周期 较早时的配合位置时，左和右面板36、40从模具腔取出。由此，降低了由于铸造活塞时在面 板36、40附近和其上的收縮而产生的碎片的可能。执行器60、64将左和右面板36、40设置 在用于铸模的位置。为使铸造活塞的面板36、40位于可靠、可重复以及准确地最终位置，左 和右肋44、48相配合，并且当半模26、28在铸模过程中从非配合位置向配合位置移动时，左 和右肋44、48由左和右半模26、28固定或锁定。 环70连接到平台22，并共轴地设置在引导件52下方。环70支撑引导件52并包 括一对通孔，以容纳左和右面板肋58、62。左和右面板肋58、62用于引导衬套(bushing)或 轴承穿过孔平滑地移动。衬套或轴承通过消除扭曲和粘合的倾向性，明显减少了在左和右 滑轨54、56和左和右槽口 46、50之间的连接处的负载。通过轨、凹槽、和衬套/轴承提供的 三个支撑点，增强了面板36、40滑动运动的稳定性以及生产过程中无差错运行的稳定性。
引导件52具有沿环70周向地延伸的基座。引导件52的倾斜轨道54、56绕轴A 径向地间隔开约180度，以支撑左和右面板36、40的相对端。下部模具突出部34通过环70 中心的开口 71向上延伸。左和右轨道54、56从环70向上延伸，并朝向彼此成角度收敛，形 成梯形轮廓。以合适的斜度沿轨道54、56线性移动左和右面板36、40远离活塞21，避免了 损坏由面板36、40构成的直接设置于从底切部径向向外的环带，并且还避免了损坏所述销 毂，该销毂从活塞21中心朝面板36、40向外发散在该示例性实施方式中，轨道54、56相对 于轴6成锐角，以避免干涉环带的基本垂直的运动和干涉销毂的基本上水平的运动。
根据本发明的另一个方面，提供了一种利用模具组件20铸造活塞21的方法。该 方法包括通过沿倾斜到轴A的收敛路径移动面板36、40至它们的配合位置而铸造活塞21， 该面板36、40具有线性地沿轨道54、56配置的期望底切部。面板36、40的移动将面板36、 40带至容纳模具腔的位置。该方法进一步包括在大体上垂直于轴A的方向上线性移动左 和右半模26、28至它们的配合位置，并彼此临近，以提供模具腔的至少一部分，该模具腔具 有期望活塞配置的周缘形状。半模26、28被引导为与面板36、40相配合，以确保它们在模 具腔内的合适位置。该配合处理过程包括当在铸模过程中半模26、28从它们的非配合位置 移动至配合位置时，利用半模26、28固定肋44、48。应当认识到，如有需要，左和右半模26、 28以及左和右面板36、40的运动的时序可以相反，其中在面板36、40和半模26、28之间的 固定装置可以改变。进一步地，该方法包括大致垂直于轴A移动左突出部30穿过左面板36 上的孔45，以提供穿过活塞21左销毂的左销孔；以及大致上与左突出部30同轴地移动右 突出部32穿过右面板40上的孔47，以提供穿过活塞21右销毂的右销孔。另外，该方法包 括与轴A成共轴关系地向上移动下部模具突出部34，至与左、右半模26、28相临近，并位于 左、右面板36、40之间，以在左销毂和右销毂之间提供空间。接下来，该方法包括在模具腔 内引入预定量的流体活塞材料，例如熔融金属。然后，该方法包括固化流体活塞材料以形成 固体活塞21。当熔融金属固化后，该方法包括从模具腔内移出形成的活塞21。
为从模具腔移出活塞21，该方法包括从模具腔移动左和右突出部30、32至它们的 非配合位置，并优选地横向地沿彼此远离的线性路径至少部分地朝向它们的非配合位置移
7动半模26、28。进一步地，移出过程包括沿着轨道54、56提供的与轴A和固体活塞扩散的 线性路径，垂直向下和水平向外地移动面板36、40，由此将面板36、40移出模具腔，并与半 模26、28脱开配合。面板36、40的移动通过肋58、62的滑动来实现，该肋58、62穿过支撑 环70的孔并连接到对应面板36、40。应当认识到，如上所述的任何合适的线性制动器都可 用来移动上述多种模具组件。最后，该方法包括从模具组件20取出固体活塞21。
应当理解，上述具体描述仅针对当前优选的实施方式，因此，在专利权利要求最大 允许范围内的可实现相同功能的其他实施方式也整合入此处。
权利要求
一种用于形成活塞的模具组件，包括一对半模，其沿大体上与该活塞的纵向中心轴相垂直的线性路径可移动地在配合位置和非配合位置之间彼此靠近和远离，该配合位置提供用于形成该活塞外部边缘的模具腔的至少一部分，该非配合位置容许该活塞从该模具腔取出；以及一对冷却油腔心轴，其在所述一对半模之间沿倾斜到所述中心轴的收敛线性路径可移动地彼此靠近至配合位置，以形成该活塞的底切冷却油腔，所述一对冷却油腔心轴可沿相对于所述轴的发散线性路径彼此远离至非配合位置，以容许该活塞沿所述轴垂直地取出。
2. 根据权利要求1所述的模具组件，其中所述半模具有内部模具表面，其配置为形成 从所述冷却油腔径向向外的环带。
3. 根据权利要求2所述的模具组件，其中所述半模形成横向间隔开的悬垂销毂，其相 对于该活塞的所述轴以一从所述轴向外发散的角度延伸，以避免所述冷却油腔心轴在完全 垂直的方向上从该活塞移出。
4. 根据权利要求1所述的模具组件，其中各所述冷却油腔心轴具有向外横向延伸的 肋，其上具有引导元件，所述肋设置成由相应的所述一个半模捕获，以相对该模具腔定位所 述冷却油腔心轴。
5. 根据权利要求4所述的模具组件，进一步包括中心地设置于所述冷却油腔心轴之间 的引导件，所述引导件具有一对相对面向的引导元件，所述冷却油腔心轴引导元件分别被 收容在该引导件上，用于在所述配合和非配合位置之间线性可滑动地引导所述冷却油腔心 轴。
6. 根据权利要求5所述的模具组件，其中所述冷却油腔心轴的所述引导元件包括在所 述肋内形成的槽口，并且所述引导件的所述引导元件包括其尺寸适于在所述槽口内接收的 轨道。
7. 根据权利要求1所述的模具组件，进一步包括一销毂心轴，其可在所述模具腔内的 配合位置和所述模具腔外部的非配合位置之间的所述半模之间沿所述轴移动，该配合位置 使得该活塞的左右销毂之间存在空间，该非配合位置容许该活塞从该模具腔取出。
8. 根据权利要求7所述的模具组件，其中所述销毂心轴具有在所述配合和非配合位置 之间可相对彼此移动的对称的左部分和右部分。
9. 根据权利要求7所述的模具组件，进一步包括一对销孔心轴，其沿大体上垂直于该 活塞所述纵向中心轴的线性路径可移动地靠近彼此至所述模具腔内的配合位置，以在一对 活塞销毂内形成销孔，并可彼此远离的移动至所述模具腔外部的非配合位置，以容许该活 塞从该模具腔取出。
10. 根据权利要求9所述的模具组件，其中所述冷却油腔心轴包括贯通孔，用于接收所 述销孔心轴使其可滑动地穿过该孔。
11. 一种形成活塞的方法，包括沿倾斜到该活塞中心轴的收敛线性路径移动一对第一心轴至配合位置； 朝向彼此移动一对半模至配合位置，以提供模具腔的至少一部分，并且所述第一心轴 在所述模具腔内被接收；将一定量的流体活塞材料引入该模具腔；固化该流体活塞材料以形成固体活塞，其具有由所述半模形成的上部冠顶以及由所述第一心轴形成的冷却油腔，所述冷却油腔在所述上部冠顶内被底切；沿倾斜到所述中心轴的发散线性路径彼此远离地移动所述第一心轴至大体上从该模 具腔移走的非配合位置；将所述半模移动至非配合位置；以及将该固化活塞从该模具腔移走。
12. 根据权利要求11所述的方法，进一步包括在所述配合和非配合位置之间沿大体上 垂直于所述中心轴的线性路径移动所述半模。
13. 根据权利要求12所述的方法，进一步包括移动所述半模至与所述配合位置内的所 述第一心轴锁固配合。
14. 根据权利要求11所述的方法，进一步包括通过所述第一心轴内的开口沿大体上垂 直于所述中心轴的线性路径朝向彼此移动一对第二心轴，并在绕所述第二心轴内的一对销 毂内形成销孔。
15. 根据权利要求14所述的方法，进一步包括沿所述轴共轴地移动第三心轴至该模具 腔内，并在该销毂之间形成由所述第三心轴占据的空间。
16. 根据权利要求11所述的方法，进一步包括在所述轴中心配置的引导件，所述引导 件具有镜像地对称于所述轴并相对于所述轴倾斜的引导元件，并在所述配合和非配合位置 之间沿所述引导元件滑动所述第一心轴。
17. 根据权利要求16所述的方法，包括提供具有引导元件的所述第一心轴，用于与所述弓I导件上的弓I导元件滑动配合。
18. —种铸造活塞的方法，包括 沿线性路径移动一对第一心轴至配合位置；移动一对半模至配合位置，以提供模具腔的至少一部分，并且所述第一心轴当处于其 配合位置时被收容在所述模具腔内；将一定量的流体活塞材料引入该模具腔；固化该流体活塞材料以形成固体活塞，其具有由所述半模形成的上部冠顶以及由所述 第一心轴形成的冷却油腔，所述冷却油腔从所述上部冠顶的环带径向向内地被底切； 线性地移动所述第一心轴至大体上从该模具腔移走的非配合位置； 将所述半模移动至非配合位置；以及 将该固化活塞从该模具腔移走。
19. 根据权利要求18所述的方法，进一步包括沿倾斜到该活塞中心轴的收敛线性路径 移动所述第一心轴至所述配合位置，并沿倾斜到所述中心轴的发散线性路径移动至所述非 配合位置。
20. 根据权利要求19所述的方法，进一步包括在所述配合和非配合位置之间沿大体上 垂直于所述中心轴的线性路径移动所述半模。
21. 根据权利要求18所述的方法，进一步包括通过所述第一心轴内的开口沿大体上垂 直于所述中心轴的线性路径朝向彼此移动一对第二心轴，并在绕所述第二心轴内的一对销 毂内形成销孔。
22. 据权利要求21所述的方法，进一步包括沿所述轴共轴地移动第三心轴至该模具腔 内，并在该销毂之间形成由所述第三心轴占据的空间。
全文摘要
一种用于形成活塞的模具组件以及利用该组件铸造活塞的方法，包括一对半模，其沿大体上与该活塞的纵向中心轴相垂直的线性路径可移动地在配合位置和非配合位置之间彼此靠近和远离，该配合位置提供用于形成该活塞外部边缘的模具腔的至少一部分，该非配合位置容许该活塞从该模具腔取出。该组件还具有一对冷却油腔心轴，其在该半模对之间沿线性路径可移动至配合位置，以形成该活塞的底切冷却油腔。该冷却油腔心轴对可移动至非配合位置，以容许该活塞沿该轴垂直地取出。
文档编号B22C9/10GK101720261SQ200880020063
公开日2010年6月2日 申请日期2008年4月14日 优先权日2007年4月13日
发明者克里斯托弗·T·肖普托, 蒂莫西·D·弗兰克 申请人:费德罗-莫格尔动力系公司