DD279203A1

DD279203A1 - Verfahren zur herstellung von kolben fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DD279203A1
Application number: DD32474889A
Authority: DD
Inventors: Lutz Buechner; Alexander N Schalei; Evgenij G Ternowoi
Original assignee: Druckguss U Kolbenwerke Veb
Priority date: 1989-01-02
Filing date: 1989-01-02
Publication date: 1990-05-30

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Kolben fuer Brennkraftmaschinen, insbesondere fuer schnellaufende, thermisch und mechanisch hoch beanspruchte Dieselmotoren. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe durch ein Verfahren geloest, bei dem eine Kombination von Elektronenstrahl- und Plasmaumschmelzverfahren zur Herstellung ringnutenbewehrter Kuehlkanalkolben zur Anwendung gelangt. Die ringfoermigen Einsaetze, bestehend aus mehreren Teilen, werden im Kolbenkopfbereich eingesetzt und mit Elektronenstrahl verschweisst. Der obere Teil der Elektronenschweissnaht und des plasmaumschmolzenen Bereiches wird masslich mit der Lage der ersten Kolbenringnut in Uebereinstimmung gebracht. Die Umschmelzveredelung erfolgt bis zu einer Tiefe von 1,2 der Kolbenringnutentiefe der Kolbenringnutentiefe und 0,8 zur Tiefe des ringfoermigen Einsatzes. Der ringfoermige Einsatz besteht aus Material auf Al-Basis das sich in seiner chemischen Zusammensetzung vom Kolben unterscheidet und/oder aus einer Leichtmetall-Legierung mit einem Wasserstoffgehalt von 0,3 cm3/100 g Material besteht. Fig. 1 und 2

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kolben für Brennkraftmaschinen, insbesondere für schnellaufende Dieselmotoren. Für diese thermisch und mechanisch hoch beanspruchten Kolben wird eine Möglichkeit aufgezeigt, in technologisch günstiger Weise einen Kühlkanal einzuarbeiten und zugleich verschleißfeste Ringnuten zu erzielen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Für die Herstellung von Kolben mit Kühlkanälen sind Lösungen bekannt, die das Elektronenstrahlverfahren für die Verbindung von einem ringförmigen Element mit einem Kolbengrundkörper als Schweißverbindung nutzen. Derartige Lösungen sind beschrieben in den Patentschriften DD-PS 137334, DD-PS 146321, DD-PS 142372 und US-PS 3914574 (B32K). Die dort offenbarten Verfahren besitzen im Wesentlichen folgende Nachteile:

- Durchführung einer Beschichtung des Einsatzkörper vor der Montage bzw. Herstellung eines mit einem Ringträger versehenen Einsatzkörpers

- Einbringung von mindestens 2 Schweißnähten in verschiedenen Elementen, welche Deformationen und Spannungen hervorrufen können.

Die in der Literatur beschriebenen Lösungen zur Herstellung von Kühlkanalkolben wenden ein Ladungsträgerstrählverfahren an, mit welchem vornehmlich ringförmige Elemente aufgesetzt und verschweißt werden.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, eine bessere verfahrens-technologische Lösung zur Herstellung von nutflankenbewehrten Kühlkanalkolben anzugeben. Bei Beibehaltung der Gebrauchswertparameter soll eine Senkung des Aufwandes bei der Herstellung nachgewiesen werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren aufzuzeigen, mittels dessen der Kühlkanal im Bereich des Ringfeldes nach der Herstellung des Kolbengrundkörpers von außen verschlossen werden kann und zugleich eine Verfestigung des Bereiches der Nutenflanken erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, bei dem eine Kombination von Elektronenstrahl- und Plasmastrahiumschmelzverfahren zur Herstellung von ringnutbewehrten Kühlkanalkolben verwirklicht wird. Die Erfindung beinhaltet, daß in den Kolben ringförmige Einsätze aus mehreren Teilen (mindestens 2 Teile) im Kolbenkopfbereich eingesetzt werden. Die.«· " eile werden am Kolben mit 2 in radialer Richtung liegenden Schweißnähten mittels Elektronenstrahl verschweißt. Die ringiOrmigen Einsätze können mit Längsnähten mittels ES-Verfahron verschweißt werden. Der obere Teil der ES-Schweißnaht und des plasmaumschmolzenen Bereiches wird maßlich mit der Lage der ersten Kolbenringnut zur Übarfiin.timmung gebracht.

Die Umschmelzveredlung erfolgt vorzugsweise bis zu einer Tiefe S 1,2 der Kolbenringnutentiefe und S 0,80 zur Tiefe des ringförmigen Einsatzes, wobei diese Tiefe S 1,6 der Kolbenriügnutentiefe betragen soll.

Der ringförmige Einsatz besteht aus Material auf Al-Basis das sich ir· _oeiner chemischen Zusammensetzung vom Kolbenmaterial unterscheiden kann, und/oder aus einer Leichtmetall-Legierung mit einem Wasserstoffgehalt H₂-Gehalt §0,3cm³/100g Metall besteht.

Die Ringnut befindet sich im ringförmigen Einsatz. Zur Vorbereitung des Kolbens zurr Schweißen werden die hohlraumbildendt η Konturen in den Kolbenkopf eingearbeitet. Der ringförmige Einsatz wird aus mehreren Teilen gefertigt und vom Kolbenmantel in radialer Richtung in den Kolbenkörper eingefügt.

Die Schweißung wird mittels Elektronenstrahl ausgeführt. Die Erhöhung der Verschleißbeständigkeit der Kolbenringnut wird durch Legierung verschiedener Zusätze erreicht, wobei die Konzentration dieser Elemente 3 bis 12mafgrößer als im Grundmaterial ist.

Ausführungsbeispiel

Die Figuren 1 und 2 zeigen die Ausführungsheispiele mit den Lösungsvarianten und die Möglichkeiten der ES-SchweilJnahtverbindungen sowie den plasma-umschmolzenen Bereich.

Der Kolben 1 besteht aus dem Küh'kanal 2, den aus mehreren Teilen zusammensetzbaren (mindestens 2) ringförmigen Elementen 3.

Gemäß der Figuren 1 a und 1 b werden diese ringförmigen Elemente 3 von außen in den ausgearbeiteten Bereich eingesetzt.

Diese verschließen den Kühlkanal 2 von außen.

Mit der Anwendung des ES-Schweißverfahrens werden diese ringförmigen Elemente 3 mit dem Kolbengrundkörper mit den radialen Nähten 4 und 5, Figur 1 c, verbunden.

Mit diesen parallelen Nähten 4 und 5 entsteht der Kühlkanal 2 im Koben.

Die Längsnähte 6zwischenden ringförmigen Segmenten 3 Heger· «r.i Plasmaumschmelzbereich 7. Die Figuren 2a und 2bzeigen die Längsnähte 6 und den Plasmaumschmelzbereich 7 zur \ orfestigung der in diesem Bereich einzuarbeitenden Ringnuten.

Durch die Plasmaumschmelzung, wobei zur Erhöhung der Verschleißbeständigkeit zusätzliche Elemente Ni, Cr, Cu sowie deren Legierungen eingeschmolzen werden, wird erfindungsgemäß auf den Einsatz von Ringträgern verzichtet.

Durch die Plasmaumschmelzbehandlung im Plasmaumschmelzbereich 7 wird der Kühlkanal hermetisiert, und an den Längsnähten 6 zwischen den ringförmigen Elementen 3 miteinander verbunden.

Die Prozesse der Umschmelzbehandlung können unmittelbar nacheinander erfolgen und vereinfachen die Herstellungstechnologie. Die konstruktiv bedingte Lage der Kolbenringnut 7 kann so ausgewählt werden, daß gemäß der motorischen Anforderungen und Nutzungsdauer diese im Plasmaumschmelzbereich 7 angeordnet werden kann. Bei Verwendung von Zusatzwerkstoff im Plasmabereich 7 muß die Konzentration der Legierungsbestandteile, z. B. Nickel mindestens 3% betragen, damit eine spürbare Verbesserung des Verschleißwiderstandes eintritt. Das Verfahren wurde an Kolben 1 erprobt, welche im Schwerkraftkokillenguß mit einem H₂-Gehalt 0,3-0,9cm³/100g hergestellt werc'on.

Während der Plasmaumschmelzung wurde vorzugsweise durch die Zuführung von Nickel direkt eine Konzentration von 6-7% in diesem Bereich 7 erreicht.

Diese Konzentration im Plasmaumschmelzbereich erhöht nachgewiesen die Verschleißbeständigkeit.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Kolben für Brennkraftmaschinen mit einem im Bereich des Ringfeldes liegenden, durch Anwendung des ES-Verfahrens mit einem ringförmigen Element gleichen oder ähnlichen Materials wie der Kolbengrundkörper verschlossenen Kühlkanal, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Element aus mindestens 2 Segmenten besteht, die von außen in die den Kühlkanal umgebende Nut eingesetzt werden und diesen verschließen, wobei die parallelen Nähte in radialer Richtung durch ES-Schweißen mit dem Kolbengrundkörper verschweißt werden; daß die eingesetzten Segmente zur Verfestigung der darin einzuarbeitenden Ringnuten durch Anwendung des Ladungsträgerumschmelzverfahrens verfestigt werden, wobei die Nähte zwischen den Segmenten hermetisch verschlossen werden, wozu die Tiefe der Segmente mindestens das 1,6fache der Nuttiefe, die Tiefe der Plasmastrahlschmelzung mindestens das 1,2fache der Nuttiefe, jedoch weniger als die Tiefe des Segmentes und die Breite der Plasmastrahlschmelzung höchstens das 0,8fache dor Breite der Segmente beträgt.

2. Verfahren zum Herstellen von Kolben für Brennkraftmaschinen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der plasmaumschmelzveredeiten Zone zur Erhöhung der Verschleißbeständigkeit während der Umschmelzphase zusätzliche Legierungselemente, vornehmlich Ni, Cr und Cu, einzeln oder zusammen zugeführt werden.