用于液壓缸體的活塞的制作方法
關鍵詞：缸體，液壓缸體，液壓缸筒 發布時間：2017-02-27 點擊數：1570
專利名稱用于液壓缸體的活塞的制作方法
技術領域本發明涉及一種液壓動力裝置，該動力裝置安裝有缸體，而缸體里包含往復運動的活塞，該活塞通過樞轉地安裝的滑塊而與旋轉斜盤相連接。這種液壓動力裝置可作為泵或馬達操作。具體地講，本發明與一種使用在這種液壓動力裝置里的改進的活塞有關。
通常，使用在上述類型的液壓動力裝置里的活塞是用金屬材料、常常是鋼制造而成的，這種鋼經過熱處理。所使用的具體材料和熱處理工藝是經過選擇的，以便提供為適當的活塞功能和壽命所必需的足夠的結構強度和磨損特性。美國專利第3,319,575號中揭示了端部封閉的中空活塞。美國專利第3,319,575號和美國專利第3,882,762號中揭示了沿活塞長度延伸的流體管道。
由于活塞與缸體和滑塊一旋轉斜盤連接的動力作用對活塞有不同的負載和磨損，因此已經確定，活塞所需要的材料特性對于整個活塞結構來說不一定是相同的。為此，有利地是提供一種用一種以上材料制造而成的活塞，這樣，活塞的不同結構部分在其*終形狀里具有不同的強度和磨損特性。
通常，已經確定，活塞的筒形本體(它與缸體中的孔往復接觸)需要的強度和表面磨損特性必需使用已硬化的中碳鋼。通過球形接頭與滑塊連接的活塞的一端經受壓縮旋轉和樞轉運動，它不需要筒形本體的額外強度和磨損特性。當活塞的球形端用未硬化的低碳鋼制造時，可提供令人滿意的功能和壽命。
此外，使活塞的球形端保持延展性常常是有利的，以便在組裝時使端部卷曲，保持滑塊對活塞處于安裝好的狀態。
某些使用在液壓動力裝置的缸體里的液壓活塞為實心鋼結構。雖然它們耐用、可靠且制造成本低廉，但它們相對較大的重量會給它們的運行速度帶來限制。它們還產生更多的運行摩擦力。
或者，可在此類活塞中構造一個中空腔，以便減輕實心鋼質活塞的重量。然而，該中空腔會被可壓縮的油充滿。于是，在壓力周期中，因此而發生的活塞空腔中的油壓縮和去壓會引起無效能量損耗，而且會對施加在活塞與其相互作用的旋轉斜盤上的慣性矩產生負面影響。
一種其中空腔充滿著輕質、且不象油那樣可壓縮的塑性材料的活塞可部分地克服中空活塞的缺點。然而，它難以獲得可在活塞的惡劣環境中持久工作的可靠的材料，該塑性材料通常會損壞。用空腔中的鋁塊來取代塑性材料更為耐久，但它們難以保持在空腔內。
某些活塞提供這樣一種中空腔，該空腔的一端由一帽狀件所封閉。由于一中空管延伸通過活塞和空腔、以便防止空腔被油充滿，因此油不會停留在空腔中。空腔中的管子通常由橫跨自管子外徑至空腔內徑的距離的墊圈及類似物來加固。雖然這種設計的活塞可解決以上已略述的問題中的至少一部分，但它們的造價很高。
因此，本發明的主要目的在于提供一種封閉式空腔的液壓活塞，和一種制造該活塞的方法，該方法能節省制造成本，并能克服現有活塞中的上述不足。
更具體地講，本發明一個目的在于提供一種封閉式空腔的液壓活塞，它具有其上帶有活塞插入件的中空活塞本體，這兩個零件均是由金屬注模工藝制造而成的。
本發明另一個目的在于提供一種封閉式空腔的液壓活塞及其制造方法，該方法用于將插入件粘著到活塞本體上，同時使活塞本體硬化，并使插入件保持卷曲或鍛造(Swag)的延展性(反之亦然)。
本發明又一個目的在于提供一種封閉式空腔的液壓活塞，其中油管與空腔分開成形，在該空腔中，插入件粘著在活塞本體上。
本發明再一個目的在于提供一種封閉式空腔的液壓活塞及其制造方法，該方法將基本免除對由金屬注模工藝制造而成的本體和插入件所進行的精修加工。
本發明還有一個目的在于提供一種液壓活塞，該活塞操作平穩、能高速運行、運行中能耗少且制造成本低廉。
本發明另一個目的在于提供一種由一種以上的材料所形成的活塞。
本發明又一個目的在于提供一種由多個零件形成的活塞，各零件使用不同的金屬材料。
本發明再一個目的在于提供一種包括硬化的筒形本體和可延展的球形端的活塞。
本發明還有一個目的在于提供一種活塞，該活塞內裝有橫穿本體和插入件的管道，該管道用作為將來自缸體孔的加壓流體傳送至滑塊一旋轉斜盤的操作連接的路徑。
此外，本發明另有一個目的在于將活塞組裝在滑塊上，以便在缸體孔內進行相應的往復操作，并與液壓動力裝置中的旋轉斜盤相連接。
本技術領域中的那些熟練技術人員將對這些和其它目的一目了然。
用于液壓動力裝置的缸體的活塞具有筒形本體和終止于球形表面的一端部。該筒形本體可呈實心柱形或中空筒形管狀。該球形表面可呈內凹空腔或外凸球體的形狀，并與一插入件連接，而該插入件是與筒形本體相分離的零件。筒形本體和插入件連接在一起構成一完整的活塞。
實心或中空的本體是用中碳鋼或高碳鋼材料制造而成的。該材料適用于硬化，以便提供高結構強度和高表面磨損特性。該筒形本體形成后包括位于一端處的內凹座，以便插入件的定位和固定。
呈內凹或外凸球形的插入件是用低碳鋼材料制造而成的。該材料可經受熱處理而仍保持延展性。該插入件呈簡單的帽狀，可與本體的一端相連接。或者，該插入件還可呈細長狀，它包括一自球形表面端部延伸的圓盤，該球形表面端部在一相鄰的管狀頸部結構旁。該細長插入件被用來與中空本體相連接，以形成一具有封閉的內部空腔的活塞。
在所有的情況下，*終形成的活塞內裝有一管道，該管道通過本體和插入件。該管道用于提供一路徑，以使來自缸體的壓力缸體孔的壓力流體通過活塞和滑塊，與旋轉斜盤可操作地連接。
本體和插入件較佳地通過采用模制時由金屬微粒和粘結材料混合而成的模制材料金屬注模加工而成。該本體和插入件經受除粘結(De-Binding)工藝，于是從模制材料中去除粘結材料，然后燒結這兩個零件，從而發生受控收縮。
該插入件適于終止于球體，以便與滑塊相連接；或者，由球窩所形成，以便容納一固接于滑塊的球形件。
附圖說明
圖1是活塞的縱剖圖，示出了中空本體、具有內凹球窩端的細長插入件以及外凸球形滑塊；圖2是另一種活塞的縱剖圖，示出了中空本體、具有外凸球形端的細長插入件以及內凹球窩滑塊；圖3是第三種活塞的縱剖圖，示出了中空本體、具有內凹球窩端的插入件以及外凸球形滑塊；圖4是第四種活塞的縱剖圖，示出了中空本體、具有外凸球形端的插入件以及內凹球窩滑塊；圖5是第五種活塞的縱剖圖，示出了實心本體、具有內凹球窩端的插入件以及外凸球形滑塊；以及圖6是第六種活塞的縱剖圖，示出了實心本體、具有外凸球形端的插入件以及內凹球窩滑塊。
請參閱圖1-6，相同的零件用相同的標號和/或連續的字母來表示，以便于了解已提出的本發明各實施例。標號10表示一活塞，它具有一筒形本體或套筒12和一中心孔14。該套筒12具有一底端16和一頭端18。(圖1。)插入件20安裝在中心孔14中，它具有一底端22和一頭端24。一環形突起部26形成于插入件底端22附近。類似地，頭部28位于頭端24處。一環形凹槽30形成于頭部靠近垂直環形臺肩32處。具有縮小的直徑的中心部或桿部34在底端22和頭端24之間延伸。直徑縮小的中心部34相對中心孔14的內徑形成一環繞其本身的空腔36。一細長的管道38沿著插入件的中心軸線延伸，并終止于位于頭部28中的球窩40處。
仍如圖1所示，滑塊42具有一球體44，它可轉動地容納在球窩40之中。薄邊緣46存在于插入件20的頭端24與球體44之間，它適于朝著球體的外表面向內卷曲，以便防止滑塊縱向移離球窩40。球體44仍然可轉動地安裝在球窩40之中。任何所需形狀的中心細長管道48從管道38的內端縱向延伸通過滑塊42，并終止于支承平表面50，該表面能與傳統的液壓泵或馬達的旋轉斜盤相連接。
本體12較佳地由中至高碳金屬材料(例如，AISI4140)所制成。插入件20則由低碳金屬材料(例如，AISI1010)所制成。
插入件20在突起部26處與本體12相接觸。插入件還在頭端18附近的臺肩32處固定于本體12。使用釬焊加工將本體12與插入件20連接和密封在一起。可對活塞10進行進一步的熱處理，以使本體12變硬，并使插入件20保持延展性。釬焊和硬化可在一單個熱循環操作中進行，以便進行簡化且經濟的制造。
然后，將活塞10組裝于滑塊42，這樣，如上所述，外凸球體44將位于內凹球窩40之中。接著，如上所述，使邊緣46卷曲在球體44上。由此形成的活塞10與滑塊42之間的連接將允許兩個零件之間轉動和樞轉的自由度，同時又防止兩者分離。
此外，還打算將本體和插入件制造成略微不同的形狀，它們將繼續具有前面所述的獨有的優良特征。
圖2示出了另一種活塞10A，其中，在活塞和滑塊上的球形表面形狀被調換。在這種替換設計中，插入件20A終止于球體52，該球體52容納在滑塊42A的球窩54之中。此外，組裝時必須使球體52位于球窩54之中，并使邊緣46A卷曲，如按照圖1中的結構所述的那樣。圖2中所示的諸零件的其余部分基本上與上述圖1中所示的零件相同。管道38A延伸通過插入件20A和球體52，以便與滑塊42A中的管道48A相連通。
圖3和4分別示出了另一對活塞結構10D和10E。在這些結構中，本體12D和12E呈具有內部空腔的中空筒形。可明了的是，上述所有的特點和特征在這些變化形式里均有。雖然本體12和插入件20用不同的金屬是較佳的，但本發明并不限于此。圖3和4中的敞開空腔的中空活塞10E和10D具有減輕重量的優點，從而適用于某些液壓動力裝置。
圖5示出了在實心活塞10B的情況下的一種縮短的插入件20B。圖5還示出了在插入件20B的端部處的內凹球窩40B，而對應的外凸球體44B則在滑塊42B的端部處。另外，圖6示出了一種等同的實心活塞10C，其中插入件和滑塊的球形表面被調換，從而使插入件20C的端部為外凸球體52C，而內凹球窩54C則處于滑塊42C的端部。
根據本發明，本體12-12E和插入件20-20E是由稱之為金屬注模(“MIM”)的工藝進行制造的。該工藝在冶金技術領域中是已知的，但尚未運用到液壓活塞的制造中去。插入件和本體可經由某些溫度上的分批釬焊操作相連接，在這些溫度上，活塞本體可由淬火而硬化，從而產生磨損特性，而插入件則相對保持延展性，以便進行上述的卷曲操作。該MIM工藝打算將金屬微粒與一種適當的粘結劑相混合。本體和帽狀件將被模制成圖中所示的形狀。一種典型的系統將包括利用一種用于粘性材料的釬焊媒體來組裝這兩個零件。該組裝的零件將在受控大氣或真空中以接近2050F°的溫度進行釬焊；冷卻至1550F°，以使釬焊媒體凝固；加熱并穩定在1550F°的溫度上；這些零件可在氣體、水、聚合物或油類中進行淬火；清洗這些零件(倘若是真空釬焊和氣體淬火的話，則無須清洗)；然后在350-400F°的溫度上進行回火。
這種工藝和設計形成了一種活塞，它包括下列成品特點球窩的尺寸和光潔度；平衡溝槽；以及貫穿活塞的孔。這種工藝去除了所有高成本的精修操作。