CN100362258C - 粉末冶金制成的具有支承筋的活塞体及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种粉末冶金制成的用于活塞-油缸装置、尤其是减震活塞的活塞体，它有一个整体的活塞体(6)，该活塞体在其圆周面上在一个邻接活塞端面(4.1)的部位设有一个环绕的、突出圆周面的环绕筋(12)，在该筋上连接有一直至活塞的另一个端面(5.1)的平行的、相互间距并排的纵向支承筋(10)，其中在这活塞两个端面(4.1，5.1)之间的至少一个部分上设有至少一个横槽(11.1)，其中各有两个相邻的支承筋(10)限定了一个槽形的缺口(11)，该缺口在其背离环绕筋(12)的端部在纵向是敞开的，其中在活塞体(6)上可以成型出一个由一种可热变形的密封材料构成的皮碗形密封部分(9)，因而无论是环绕筋(12)还是支承筋(10)至少在其一部分高度上都成型到皮碗状密封部分(9)的材料里。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于活塞-缸体装置的由粉末冶金制成的活塞体及其制造方法。
背景技术
由EP-A-0 658 611已知有一种减震活塞，它有一个活塞体，在活塞体的圆周面上设有一个环绕的筋，有许多轴向布置的筋连接此筋，它们设于环绕筋的一侧。在这活塞体上以压注法压注有一个由热塑性塑料制成的密封部分，其中尤其是布置在轴向的筋用位于它们之间，完全填满密封材料的槽来可靠地固定住密封材料并用于活塞的导向。压注时生成的密封部分可以实现窄的公差，以避免所谓“blow-by”(缝隙泄漏)，并因此使相互配合的缸体腔实现可靠的密封。这种压注的密封部分的制造方法相对来说是费用高的。
由US-A-3 212 411已知有一种活塞-缸体装置，其活塞体在其圆周面上具有许多环绕的槽。为了施加密封部分设有一个由PTFE(聚四氟乙烯)制成的杯状预成型件，首先该预成型件松装在活塞体上。这样准备好的活塞体接着首先被压入一个高温加热的模型缸体和精整缸体里，其中在热影响作用下使PTFE材料压入活塞体的圆周面上的槽里。接着使活塞体连同压在上面的密封部分在一个相应设计的冷却缸里冷却。这些槽完全填满密封材料，以便使密封部分与活塞体的圆周表面形成一种形状配合的固定的连接。为了作为减震活塞使用必须接着还要将在一侧上盖住活塞体端面的预成形件的底面去除掉。
由EP-A-682 190已知有一种减振活塞，它在其制造中与上面所述的方法的主要区别在于：为了装上密封部分使用了一个冲压的圆环盘来代替一个杯形的预成型件。将这预环盘套装在活塞体的一端上。这样准备好的活塞体又被压入到一个加热的模型缸体的精整缸体里，其中圆环盘作为带(Bund)围包在活塞体的圆周面上，并接着在热影响作用下压入在活塞体圆周方向上的槽里。接着使设有其压上的密封部分的活塞导引通过一个冷却管。密封材料此时也实际上完全填满这些槽，从而使密封部分形状配合固定地与活塞体的圆周面连接起来。
上面所述两种方法的缺点是：将密封材料变形并完全压入活塞体圆周面上的槽里可能需要很大的挤压力，而且构成密封部分的密封材料经受很大的变形，这会对密封材料的构造产生不利的影响。
由DE-A-198 47 342已知有一种用于活塞-缸体装置的活塞，尤其是减振活塞，它有一个活塞体，活塞体在其圆周面上在一个邻接活塞端部位里设有一个环绕的，突出于圆周面的环绕筋，连接于此筋的是向另一活塞端方向上伸展的平行地相互间距布置的纵向支承筋，其中对应的两个相邻的支承筋限住了一个槽形缺口，这些缺口在其背离环绕筋的端部在纵向上是敞开的；并且活塞有一个由一种可以热变形的密封材料制成的皮碗状密封件，它成型在这活塞体上，因此无论是环绕筋还是支承筋都只是在其一部分高度上成型到密封件的材料里。
这种先前已知的解决方案已经表明，对于一边是活塞的皮碗状密封件，另一边为活塞体的外轮廓，在它们之间保持良好密封不需要使密封件致密地贴靠在活塞体的整个圆周上。若密封皮碗在圆周方向上只是牢固贴靠在相对窄的环绕筋上，那就对于一系列的使用情况就足够了。另外还更加出人意料的是，对于密封件和活塞体之间的完好和可靠的连接来说不需要使纵向的支承筋之间的槽形缺口完全被密封材料填满。因此留有足够的自由空腔，由于温度升高产生膨胀时密封材料就可以偏移进入此空腔，其中然而活塞通过这些纵向的支承筋而顺利地导向。
只是一个突出于这圆周表面的用于固定这皮碗状密封部分的环绕筋的布局在一定情况下就不够了，因此最好两端侧各设有环绕筋，它们通过纵向布置的、相互间隔而平行的支承筋连接起来。这样一种活塞体的粉末冶金制造都是压制由一种可烧结的金属粉末的坯料并接着进行烧结，但这带来很多成型技术方面的问题，因此在DE-A-101 08 246中已经建议：将活塞体分成二个分体，它们分别在一端具有一个环绕筋，从这筋起引出纵向布置的并且相互间隔开布置的支承筋。这两个分体可以没有大的困难地分别由一种可烧结金属粉末成型成坯料，然后进行烧结。然后完整的活塞由这两个烧结完的部分组装起来，使环绕筋分别布置在背离分开平面的活塞端。由于支承筋在其对着分开平面的端部有一个斜面因而可以还设有一个附加的横向槽。这种方案的缺点在于如果这些分体必须以规定的配属相互连接的话两个分体的连接方法很费事。这例如在减振活塞的活塞体时就是如此，因为这里在两个分体里存在的部分通道必须准确地对准。
发明内容
本发明的任务是提出一种制造简单的活塞，尤其是减振活塞。
该项任务通过一种按照发明的整体活塞体来解决。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于活塞-缸体装置的粉末冶金制成的活塞体，它具有一个成整体的活塞体，该活塞体在其圆周面上在一个邻接于活塞一个端面的部位里设有一个环绕的、突出于圆周面的环绕筋，在该筋上连接有一个直至活塞的另一个端面的平行的相互间隔并排的纵向支承筋，其中在该活塞的两个端面之间的至少一个部分上设有至少一个横槽其中各有两个相邻的支承筋限定了一个槽形缺口，该缺口在其背离环绕筋的端部在纵向是敞开的，其中在活塞体上可以成型出一个由一种可以热变形的密封材料所构成的皮碗形密封部分，因而无论是环绕筋还是支承筋至少在其一部分高度上成型到皮碗状密封部分的材料里，其特征在于，横槽的深度小于槽状缺口的深度。
根据本发明的第二方面，提供了用于上述活塞体的制造方法，其特征在于，在一个第一工序中由一种可烧结的冶金粉末压成一个坯料，坯料具有环绕筋和纵向支承筋；在一个第二工序里将该坯料烧结成一个坯件；在一个第三工序里至少在一部分支承筋里通过冷变形借助于径向移动导向的精压模具在材料挤压的作用下成型出横槽；并且在一个第四工序中将这样的带有横槽的坯件通过用精整模具的挤压而精整至其最终形状。
本发明的其它设计方案在以下对实施例的说明中加以说明。
附图说明
根据一个实施例的示意图对本发明详细加以说明。附图所示为：
图1：一种减振器的活塞-缸体装置的一个局部剖面图；
图2：一种减振器的一个烧结完的坯件的局部剖切侧视图；
图3：按图2III-III线的坯件的一个水平剖视示意图，去掉了密封皮碗；
图4：局部剖切的，装有密封皮碗的一个成型完毕的活塞体的侧视图；
图5：图4所示局部断面的放大图；
图6：作为制造工艺的工序，用于形成横向槽和精整一个活塞体坯件的装置；
图7：在成型和精整工序中按图6所示的装置；
图8：成型和精整工序结束时按图6所示的装置；
图9：按图6所示模具的成型站的一个垂直断面，在成型过程中装入了坯件；
图10：精压模具结构的放大图；
图11：按图9所示成型站的俯视图，布置有精压模具。
具体实施方式
图1作为功能简图表示了一个减振器的轴向断面，减振器将两个相互可相对运动的部件，例如一个汽车轴和一个汽车车架相互连接起来。减振器具有一个缸体部件1，它与两个相互可相对运动的零部件中的一个相连接。活塞2在缸体1里移动导向，活塞固定在一个活塞杆3上，这活塞杆用其自由端固定在两个相互可以相对运动的零部件中的另一个上。缸体1此处两边都封闭住并充有液压液，使活塞缸体装置设计成双作用式的，其中活塞将两个缸体腔4，5相互分开。
活塞2的活塞体6具有多个并排布置的贯通通道7、8。贯通通道7、8分别在其就功能而言尚需加以说明的出口侧上盖上一个节流阀7.1或8.1。这种布置为各有多个贯通通道7和多个贯通通道8交替地围着缸体轴线而布置。
活塞2的圆周面设有一个皮碗状密封部分9，它用于保证使缸腔4相对于缸腔5密封。当活塞2移动到缸体腔4里时，就克服节流阀7.1的复位力使液体压过贯通通道7。贯通孔8此时由于加在节流阀8.1上的液体腔4的压力而关闭着。当相反方向运动时贯通通道7则通过节流阀7.1而关闭住，而液体则可以通过流动通道8从缸腔5回流至缸腔4里。
由于如上面所述的一种活塞体来回运动并在高负荷时即使在返回运动时也相应地对皮碗状密封部分9加载，因此在活塞体一端的端侧环绕筋对于保证皮碗状密封部克服载荷在轴向方向上可靠固定在一定条件下就不够了。为了能够制造整体形状的这样一种活塞体，它具有附加的横向槽用于固定皮碗状的密封部分，首先由可烧结的金属粉末压成一个在图2中所示出的并且以后还要加以详细说明的形状的坯料，并接着烧结成一个坯件6.1。
坯件6.1在其圆周面上设有许多纵向布置的支承筋10，它们分别限定了相应的槽形缺口11，并且从与一个环绕筋12对应的端面4.1一直伸展至坯件6.1靠近端面5.1部位的另一端。环绕筋12和纵向布置的支承筋10形成了活塞体6的外表面，它们是等水平的。为使表示更清楚这外表面用阴影线表示。支承筋10和相应地这些槽11都是轴向平行布置的。
图3用一个按图2中的III-III线的水平剖视图表示了活塞体6，这样就可以看到支承筋10和槽11的构造。
图4为不带密封部分9的活塞体的6的侧视局部剖面部，这是在纵向筋10的表面上作出横槽11.1之后的最终形状。横槽11.1通过如以后还要叙述的精压法，施加到烧结后的坯件6.1里，这个坯件然后在精压法后还要进行精整。然后将密封部分9装到这样制成的经过精整的活塞体6上。
布置在活塞体6圆周上的皮碗状密封部分9由一种可以热变形的塑料，最好是PTFE制成。在此处所示的实施例中这皮碗状密封部分9通过热变形而成型到活塞体6上。
密封材料可由一个预成批生产的圆环盘或一个预成批生产的管子段组成，在对其进行热变形加工时只是在其一部分高度上使支承筋10和环绕筋12成型入皮碗状密封部分9的材料里，因此在密封部分9的材料和槽形缺口11的底部之间还保留一定的自由空腔，因而在密封部分9成型时密封材料可以自由地而且不是强迫地流入槽11内。在这种变形加工过程中同时使密封部分9的圆柱形外表面13进行精整，因此就可以保证与缸体1内径的所希望的公差。由于尤其在应用一种这样的活塞-缸体-装置作为减振器时在工作时整个系统会发热，因此这种留下的槽底的自由空腔在一定限度之内也就允许使密封材料膨胀进入这槽里，从而使密封部分9在其邻接边缘的圆柱形圆周表面上的磨损减少。活塞2在其高度上总体来说实际上无倾倒地被支承住。密封部分9支承在环绕筋12的内侧上的一个槽端处。
图5中以对应于图4的一个局部剖视图放大很多地表示了密封部分9的定位。此处密封部分9由一种均质材料组成，它在前面所述的热变形加工中局部地变形进入纵向布置的槽11和横向槽11.1里，而另一方面纵向布置的支承筋10以及环绕筋12相应地成形进入密封材料里。为了清楚起见将成形进入纵向槽11里的材料用交叉阴影线表示，这就可以清楚见到，纵向槽11并没有完全填满。
为了在热变形加工时在纵向的槽11内的密封部分9的材料在至环绕筋12的过渡范围B内不至于过加载，这里规定了：纵向槽11在这范围内在指向环绕筋的方向上有一个变少的也就是说减少的深度。这样引起的密封材料在环绕筋12上的轴向支承面的减少通过附加的横槽11.1的在轴向方向作用的支承面来补偿并具有以下优点：在这以后运行中受载高的范围里通过热变形在密封材料接合处使材料受载较小并因此具有较高的稳定性。
根据图6，7和8对图4所示形式的一种活塞体的按本发明的制造方法进行详细叙述。首先在第一步里由一种可烧结的冶金粉末压成一个对应于图2的坯料并接着烧结成一个坯件6.1，如在图6中所示那样，各从一个坯料6.1的料库S1取出一个坯料6.1a并输送给一个挤压装置P，该装置具有第一个挤压位置I和第二个挤压位置II。
第一个挤压位置I除了通常的上模15.1和下冲击16之外还设有径向导向的精压模具14，通过下还要详细说明的模具在支承筋10里加工出横槽11.1。
然后这在先行精压工序中在挤压位置I上加工出横槽的坯件6.1b输送给第二个挤压位置II，在这个第二位置上使准备好的坯件6.1b既相对于活塞端面又相对于环绕筋和支承筋的外圆周表面对应地精整成一个最终的活塞体6。该过程表示于图7中。
在挤压位置II上有一个下模16.2对应于活动的上模15.2，下模的模型表面对应于所要装入的坯件6.1a或6.1b的成型表面。在第一个挤压位置I上可活动的模15.1和固定的对置模16.1实际上只是保持坯件6.1a，而在第二个挤压位置II上则使挤压模15.2加压，从而使装入的坯件6.1b进行精整的最终变形以形成加工完的活塞体6。
如图8所示，接着使挤压模15退回并通过一个推料工具17在两个挤压位置上将现在已有横槽的坯件6.1b和精整过的活塞体6从挤压模型里推出去，从而使坯件6.1b可以输送至挤压位置II，及可以将加工完的活塞体6取到一个存储区S2里，然后从这存储区里将这加工完的活塞体取出用于装上皮碗状密封部分9。
在图9中以一个通过这第一个挤压位置I的垂直断面表示出了装入有坯料6.1a的布局。此处未表示出移入了的上模15.1。精压模具14压入到支承筋10的材料里并成型出横槽11.1。这可见放大图10。
径向可进给的精压模具14设计成滑动件状，如由图6，7，10和11可见的那样，可以径向向着坯件6.1a进给。在此处所示的实施例中设有三个精压模具14，它们相互成相同角度间隔布置。根据尺寸大小这种布局可以设有多于三个精压模具。尽管原则上说可以只布置二个直径方向对置的精压模具。
如由放大图10可见，用于在一个坯件6.1的支承筋10上各压出两个横槽11.1的每个精压模具14具有两个平行的刀形精压棱边18，通过这棱边在对精压模具14加压时对应于图7挤压材料使烧结材料受到冷变形并形成横槽11.1。如由图10可见，这种冷变形只是在支承筋10的总高度的一部分上进行，因此产生的横槽11.1的深度小于槽11的深度。
成型过程和精整过程可以只用一个挤压位进行，其构造基本上对应于挤压位I。只是上模和下模对应于上模15.2和下模16.2。与之相应地在第一步中上模和下模只是固定住坯件6.1a，因此可以成型出横向槽11.1。接着使精压模具14退回，并提高在上模和下模上的压力，并使坯件精整，然后将成型件作为加工完的活塞体取出。
Claims (9)
1.用于一种活塞-缸体装置的粉末冶金制成的活塞体，它具有一个成整体的活塞体(6)，该活塞体在其圆周面上在一个邻接于活塞一个端面(4.1)的部位里设有一个环绕的、突出于圆周面的环绕筋(12)，在该筋上连接有一个直至活塞的另一个端面(5.1)的平行的相互间隔并排的纵向支承筋(10)，其中在该活塞两个端面(4.1，5.1)之间的至少一个部分上设有至少一个横槽(11.1)，其中各有两个相邻的支承筋(10)限定了一个槽形缺口(11)，该缺口在其背离环绕筋(12)的端部在纵向是敞开的，其中在活塞体(6)上可以成型出一个由一种可以热变形的密封材料所构成的皮碗形密封部分(9)，因而无论是环绕筋(12)还是支承筋(10)至少在其一部分高度上成型到皮碗状密封部分(9)的材料里，其特征在于，横槽(11.1)的深度小于槽状缺口(11)的深度。
2.按权利要求1所述的活塞体，其特征在于，槽形缺口(11)在一个邻近环绕筋(12)的部位(B)里的深度小于在背离环绕筋(12)的端面(5.1)部位里的深度。
3.按权利要求1或2所述的活塞体，其特征在于，至少设有两个横槽(11.1)。
4.按权利要求1或2所述的活塞体，其特征在于，在活塞体上借助于热变形成型出皮碗状密封部分(9)，它由PTFE制成，其中密封部分(9)并未将槽状缺口(11)完全填满，而将横槽(11.1)完全填满。
5.用于按权利要求1所述的活塞体的制造方法，其特征在于，在一个第一工序中由一种可烧结的冶金粉末压成一个坯料，坯料具有环绕筋和纵向支承筋；在一个第二工序里将该坯料烧结成一个坯件(6.1)；在一个第三工序里至少在一部分支承筋(10)里通过冷变形借助于径向移动导向的精压模具(14)在材料挤压的作用下成型出横槽(11.1)；并且在一个第四工序中将这样的带有横槽(11.1)的坯件(6.1)通过用精整模具的挤压而精整至其最终形状。
6.按权利要求5所述的方法，其特征在于，至少应用两个径向可以压向坯件的精压模具(14)，它们各有至少一个刀状的精压棱边。
7.按权利要求5或6所述的方法，其特征在于，应用了具有至少两个挤压位(I，II)的一种挤压装置(P)，其中在第一个挤压位(I)上使一个坯件(6.1a)压出横槽(11.1)，并同时在第二个挤压位(II)上对一个带有横槽(11.1)的坯件(6.1b)进行精整。
8.按权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在用以制出横槽(11.1)的第三工序中，一个可活动的上模(15.1)和一个固定的下模(16.1)实际上只是使坯件(6.1a)保持住，而横槽(11.1)则由径向导向移动的精压模具(14)在支承筋(10)里压出，其深度小于槽状缺口(11)的深度。
9.按权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在第四工序里使坯件(6.1b)相对于活塞端面(4.1，5.1)以及环绕筋(12)和支承筋(1)的外圆周通过一个可移动的、加压的上模(15.2)和一个固定的下模(16.2)进行精整，此时径向可导向移动的精压模具(14)移入至横槽(11.1)里。
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