CN1095456A - 生产活塞缸单元的方法及按此法生产的活塞缸单元 - Google Patents

Abstract

一种在缸表面涂敷耐压塑料涂层的方法。至少 接触密封环的缸表面在粗预加工后用一种含添加剂 以改善干润滑性能的三维交联热固性塑料涂敷到足 够的厚度并交联固化。可免除表面的昂贵的切削细 加工与电镀处理，还达至高耐磨性与高抗腐蚀性。涂 层的磨损还可以通过简单再加工消除。通过三维交 联还能将最小的粗糙低谷充填，使促使塑料从金属表 面分离的含在空隙中的气体不再处于有害范围内，涂 层最大厚度应是500微米。

Description

本发明涉及一种生产活塞缸单元的方法，该活塞缸单元至少具有一个圆柱形的内表面和具有至少一个在该圆柱形内表面上滑动导行的活塞，同时在至少一个圆柱形表面上装有一个密封环，并且密封环和表面相互间是相对可移动安置以及每个缸内表面的端部用机械措施密封。

法国1202536号出版物公开了一种液压操作的立柱，其中已推荐了一种用于缸内表面和可滑动内件外表面的塑料涂层。按照该出版物不仅可应用热塑性塑料，而且也可应用热固性塑料。所涂敷的涂料层应当最小为1毫米厚，最厚为4毫米。作为涂敷塑料层的一个可能方案建议用喷射涂敷。根据这一出版物，同时应避免加热，因为对于用热固性塑料的情况必然涉及在溶剂中溶解的热固性塑料。另外建议一种至少对外缸涂敷塑料层的可能方案是，这种塑料层以一个塑料套或筒的形式嵌置。在嵌置塑料层后，内部的圆柱形表面应当进行附加的精整，以达到予期的外形和尺寸精确度。另一个优点是塑料层可以涂敷在未加工的表面上。

按照该出版物而构成的一种矿井立柱具有明显的缺点，也就是说，如果人们使用热塑料材料做为涂层，那么就必须容忍氧气和水蒸汽可顺利的透过涂层，以致于来自压力介质的物质，特别是当这种物质是水时，能很快通过塑料层而扩散，并，在塑料层与金属之间的边界层中导致金属腐蚀或导致水沉积，由此造成金属的涂层被溶解。在工作压力下，这样的液压缸的运行不再可能，因为通过缸内活塞的运动，处于边界层中水的沉积将沿着行程方向推进，并使整个塑料层剥落。此外，当有较大的积累时，活塞上的水沉积将顺便被推动，从而进入活塞后面的压力较低的区域，在低压区中这样的水泡会爆炸，从而该塑料被撕破了。另外，不仅是热塑性塑料，而且包括热固性塑料在内，在高压下采用厚度是1毫米或更厚则弹性过大了。塑料层通过高压在径向一定数量级内被压缩，该数量级是活塞密封元件不可能随之变化的，所以在高压下使用时缸立刻就不密封了。

若人们不使用热塑性塑料而是使用热固性塑料正如由法国出版物得出的，就要使热固性塑料借助于溶剂形成液体形式涂层，并应避免热量输入，同样如该出版物说明的那样，塑料层结网完成和溶剂完全蒸发需要一直延续到许多个月。因此按这种方法制造的液压缸，在它使用之前，首先必须储存几个月。此外在这种结网类型中结网度是较低的，所以，热固性塑料的粘结性能和强度性能应用于液压立柱是不够的。但是若流体涂敷的热固性塑料通过输入热结网，那样就必须在最短的时间内克服大量的溶剂气体流以保护环境。此外，一种涂层为可达4mm的并首先要溶化的并且由此为液体的塑料涂敷是特别困难的。对此需要的技术费用使这种加工成为完全无利可图的。此外，在任何情况下对于如此原的塑料涂层所要求的精整都是一种不希望的附加工序。

正如在法国出版物又建议的那样，该塑料外壳的涂敷是以一个外缸嵌置套筒的形式，这也是不利的，因为还在这样情况下已说明的大弹性缺点将以形成不密封性而引人注目，此外还因为该压力介质做为扩散的结果立刻穿透塑料与金属间的边界层，和因此该塑料筒变形。

但是在所有的情况下应当注意，在如此厚的壁厚下，当活塞密封由于压力介质的压缩而伴随径向运动时，仅在压力空间实现一种如此的径向变形。这种变形不出现在活塞后面的区域，因为在那里该缸腔是无压力的。这就意味着，在活塞的密封件区域形成一种塑料涂层的径向阶梯，这种径向阶梯，当活塞移动时担心的是塑料涂层被撕开。这种利用所述法国出版物建议的塑料涂层的液压立柱因此不能使用。此外这种在光滑的塑料表面滑动的活塞密封件迅速磨损，因为在那里没有润滑剂。

所以本发明的任务是建议一种开头说明类型的方法，利用该方法可以达到缸表面的一种耐压的塑料涂层，此外，该塑料涂层能避免在塑料涂层上滑动的非金属密封件的强烈磨损，并且允许利用水而无润滑填加物的运行。此外用于完工的精整修配也能避免。

本发明对基于开头说明类型的方法任务是如此解决的，即至少圆柱形表面上靠置密封环，该圆柱形表面在一种粗予加工之后进行涂层一直到厚度为500μm，最好是250μm，涂层材料是一种三维结网的热固性塑料屑或粉末，并且包括另外的成份，这些另外的成份中至少附加一种共结网的或者不共结网的成份以用于改善干润滑性能，接着通过加热引起结网成份的结网作用。为了改善干润滑性能，例如可以增加不共结网的石墨和/或二硫化钼或者类似作用的材料。三维结网的热固性塑料基本上比一般应用的热塑性塑料具有较小的弹性。一种缸内流动介的压力在具有以这样方式的薄涂敷的缸壁上可以不再引起涂层材料的大的弹性变形。在现有技术中由流动介质压力引起的涂层的弹性变形导致担心的是，随着活塞-缸单元的活塞轴向移动，一个涂层材料的波动来回运行，因此该涂层仅仅由于这种搓揉作用就会剥离。而本薄涂敷的三维结网的热固性塑料较微小的弹性变形性就可防止这种剥离。此外该热固性塑料可以例如作为屑粉以适当的混合和增加不同类型的添加剂进行涂层，接着通过加热实现极大程度地三维结网作用。由此达到了，涂层不是以塑料盖板的形式通过粗糙尖峰放置在金属表面上，而是该塑料渗透到所有粗糙低谷中，并在这些位置上进行三维结网，因此接着不再存在一个位于表面材料粗糙度上的塑料盖板而是在全部粗糙低谷中渗透的塑料层，并在这里保留着结网之后的三维结网构造。通过这种结网作用生成一种三维结构的巨分子构造。由此又值得注意的是，该活塞缸单元的内压不可能使塑料涂层的塑料压进活塞缸单元材料的表面粗糙度低谷内，因为这种粗糙度低谷已经填满了，所以一种进一步的搓揉作用，如现有技术中不得不存在的，也就避免了。此外，在至今为止的现有技术中，没有填满的粗糙度低谷内保留时剩余气体通过至今公知的塑料涂层的弹性变形而由它们的静止位置挤压出去，从而在金属表面和与其相对的塑料表面之间移动，并由此使该塑料表面附加地松开了，上述现象在本方法的涂层中被防止了。还有，水蒸汽或者氧透过扩散的有害量也通过三维结网的且薄的热固性塑料涂层而被阻止了。这样，一种利用水的运行是完全可能的，因为水蒸汽或者氧有害的扩散量不必再担心了。同时，利用附加的填料以改善三维结网的热固性塑料表面的润滑性能，就使得这种活塞-缸单元的活塞非金属密封件仅以非常小的磨损和非常小的摩擦系数在该三维热固性塑料的内表面上滑动。由此摩擦阻力和磨损是非常小的。同时，由此还实现一个相对已知的现有技术特别小的滞后现象。而且，任何一种润滑填加剂在用水的运行中都是不必要的。由于该热固性塑料薄的涂层在制作时一个精整修配也是不需要的了。

此外，这种三维结网的热固性塑料在所谓的活塞-缸单元中具有的优点是，利用这种热固性塑料涂层的缸内表面当出现纹痕或者出现磨损时完全可以例如通过研磨进行再加工，而不必担心该塑料涂层由金属的缸壁上脱落。

这样的热固性塑料以粉末的形式涂敷。而且这种粉末应该容易地涂敷和结网，并同时形成一种三维的、亦即空间构造的结网、为的是使塑料涂层不是以盖罩的形式放置在金属表面粗糙度尖峰上，而是将粗糙（度）的整个空隙用塑料填满，该塑料在涂敷后进行三维的和由此空间构造的结网，因此，在粗糙（度）区域内绝对不再保留空隙了。此外，该热固性塑料可以非常简单地混合一种填加剂，和用这种填加剂以改善热固性塑料的表面滑动性能。这样的添加剂，例如是上面提到的石墨和/或二硫化钼或者起类似作用的材料。

如果这种热固性塑料是以厚度直到最大为500μm进行涂敷的，那么例如由于形成纹痕而造成的表面损坏可以无问题地修理，因为在缸的热固性塑料涂层内可以很快地和费用低廉地磨修好。然而一种过厚的涂层要必须避免，因为垂直于表面弹性过大，会导致在压力下形成波动和不密封性。一种最佳的涂层厚度为150～250μm，而不应当超过大约为500μm的涂层厚度。这种具有热固性塑料的涂层同时形成一种抗腐蚀介质的可靠保护。因为具有热固性塑料的涂层同时不再进行电镀处理，所以这种涂层还可应用于高强度钢并有同样的效果，且没有如在高强度钢的电镀涂层时出现的氢脆危险。

为了进行结网作用，可能方案是将缸筒在涂层前后加热到结网合适的温度（例如大约200℃），并尽可能保持在这一温度上。一种用粉末作为这种结网的涂层是公知的，所以对此就不必详细说明了。

为了生产一种活塞-缸单元，例如一个缸筒做为一种半成品提供时，可简单地切割到需要的长度和清除毛刺，然后接着涂层。一种予加工，特别是一种切削予加工要涂敷的管表面，原则上是不需要的。

也许在一定情况下值得推荐的是应保证，要涂敷的表面是无油脂的和无氧化皮的。为此，一个简单的浸到溶剂中或者通过喷砂或擦刷处理就足够了。另外，喷砂或者擦刷具有的优点是，由此处理的表面被高度活化了，所以这对于涂敷是一种特别好的准备。＃

还有一种可能性，即作为缸筒利用了一种高强度钢的冷拔管。还有这里利用热固性塑料的涂层可以不进行管表面的予处理，因此在该管子上会导致氢脆的一种用于涂敷的电镀处理就可以避免。依此，这种高强度钢冷拔管是首次用于生产液压操作的矿井立柱缸筒。至今为止，这种矿井立柱必须，（因为公知的塑料涂层没有证明是可靠的）在利用水运行时具有电镀形成的防腐蚀保护。然而，由此可能因氢脆而使高强材料不能使用，所以这种已经够重的矿井立柱还要再重一些，因为不太坚固的材料需要更厚的壁厚。

更一般的，活塞-缸单元的所有圆柱形表面用一种三维结网的热固性塑料涂层，在这些圆柱形表面上滑动导行着密封环或者其它的密封元件。还有活塞杆也可以在其外侧相应的进行涂层。一种足够的厚度是例如涂层厚度为150～250μm。

为了这种必要的结网过程尽快的实现，至少该涂敷的部份必须足够高地加热，可以加热200～300℃。该温度取决于粉末的成份，最好实行感应加热，因为这可以很快地实现加热和温度好确定。

根据本发明的方法可以特别有利地生产一个矿井立柱，其具有至少一个外缸筒和一个在其中导行的内缸筒，同时，在外缸筒的内表面上，一个与内缸筒的内端连接的活塞密封件作滑动导行安置，而在内部可移动缸筒的外表面上，至少靠置一个密封件，该密封件通过一个箍环与外缸筒的上端相连接。这样一个矿井立柱的特征在于，至少该外缸筒的内圆柱形表面和该内缸筒的外圆柱形表面是由表面涂层构成的，而表面涂敷厚度可直到500μm，最好涂敷厚度250μm，该涂层为三维结网热固性塑料。其包括另外的共结网的或不共结网的成份，其中至少一种用于改善干润滑性能。

此外，一个特殊的优点在于，由于利用一种热固性塑料来进行功能有效的涂层，所以内和外缸筒可以由冷拉的高强度钢生产，而缸筒在切断之后和涂层前不再进行切削加工。这样结构设置时矿井立柱可以利用简单的水无问题地运行，但例如还可以利用盐水或其它含有溶解矿物的水，因为这种添加剂并不存在摩擦问题。同时，由于可以利用纯净的水运行，所以放弃了由于腐蚀的原因而多次使用的加重环境负担的乳液。乳液时常用于这样的矿井立柱，即该立柱的缸表面可以不电镀处理，因为顶件和底件与缸筒必须焊接而成，而这种焊接将使电镀层破坏。在这样的缸中至今为止仅仅可以精细加工相应的表面，并通过采用一种乳液进行防腐保护。然而液压操纵的矿井立柱的较新结构（DE-G8808519）不再需要这样焊接了。该装配可以冷状态下实现。由此，一方面可以应用高强度钢，因为不再由于焊接热而对材料组织发生影响，以及另一方面可以完全放弃所属缸筒相应的圆柱形表面的加工。至多去油脂和去氧化皮应当加以考虑。对此一个很好的可能方案是利用热固性塑料在矿井立柱装配之前进行涂层。因为，后续的热处理，例如通过焊接以及由此对涂层的破坏不再出现。废除电镀的涂敷和同时废除焊接，首先使得应用高强度钢以及由此建造较轻的矿井立柱成为可能。废除电镀的涂敷防止了高强度钢的氢脆。但是高强钢是不能焊接的或特别难于焊接的。然而在现有技术中，肯定不焊接的一些矿井立柱结构是已经公开的。但是这样的高强度钢以公知方式的涂层，正如开头描述的那样，并没有达到予期的结果。

一个在图1中表示的矿井立柱一般由具有安装阀和回收阀10的顶件9和一个底件11组成，同时底件11支承一个外缸筒5和顶件9具有一个内缸筒6。该缸筒5和6安装在顶件9或者底件11的相应的槽中，并且在该槽中经合适的粘合剂或者塑料固定和密封。这样的连接是公知的，因此这里不再说明。该外缸筒5在其上端具有一个箍环8，该环8带有一个密封环4，该密封环4紧贴在内缸筒6的外缸表面上和其上滑动，此时内缸筒6在轴向位移并如正常的液压缸的活塞杆一样作用。该内缸筒6的第二个端部具有一个活塞7，该活塞7也设置了一个密封环3，同时该密封环3紧贴在外缸筒5的内缸表面上，并在该表面上密封地滑动。在本实施例中，顶件9与活塞7之间又配置了一个管件12，该管件12做为压力水的连接管。该压力水经过安装阀和回收阀10和通过管件12和通过活塞7导入活塞下端侧的前面。

此时，该密封环3和4不再在筒5和6的内圆表面上滑动。该筒5和6可以由高强度钢拉制而成。这样产生的表面不适合与密封环3和4协同工作。为了尽可能的得到一种便宜的、但仍然很牢固的和适于修理的以及抗磨的表面，根据本发明方法内筒6的外圆柱形表面和外筒5的内圆表面利用一种三维结网的热固性塑料涂敷，同时如此的选择该涂层的厚度，即一方面根据加工好的筒的毛坯尺寸达到用于密封环3和4的必需的成品尺寸，以及另一方面达到用于修理的足够的涂层厚度。由此，该圆柱形表面1，在其上有活塞7的密封环3滑动，以及该圆柱形表面2，在其上有箍环8内配置的密封环4滑动，它们（表面1，2）不再由所属的缸筒5和6的表面构成，而最好由所述涂层的表面构成。该涂层另一方面应保持如此的薄，以使在垂直其表面方向的弹性小到在压力作用下不会产生不密封性。以这种类型构成的矿井立柱可完全放弃使用乳液。该立柱可以利用简单的水运行，这样用于油添加物的费用和用于管理该油添加物的费用就可以节约。同时还节约了用于缸筒的昂贵的表面处理的费用，该处理一方面要获得适合于滑动密封的质量，另一方面必要时还要使其防腐。本案所述的涂层还是防腐的，例如可以防盐水或者其它溶解于水的矿物。此外，这样一种热固性塑料涂层通过合适的和已知的添加剂同时产生一种优秀的干润滑性能。只要这种使用的热固性塑料对于相应的应用情况具有足够的滑动性能的话，就可以放弃改善滑动性能的添加剂。此外，这种涂层还具有有利的弹性特性，这样就不用担心在承载条件下当立柱弹性变形时该涂层会破坏或者损坏。涂敷足够厚的涂层是毫无问题的这样一方面避免一种切削管加工，另一方面，当出现磨损现象时，具有再加工的可能性。依此，涂层厚度保持在150μm～500μm是足够薄的了，以便避免一个垂直于该涂层表面过大的弹性。这样，一种电镀处理和由此在应用高强度材料时的氢脆危险就完全消除了。因为，这样产生的涂层表面是光滑的并借助添加剂就可与市场一般的密封件形成特别有利的配合运行，同时还达到了一种特别高的抗磨损性。

图2以示意的方式示出对内缸筒6与外缸筒5进行外内表面喷涂涂层的工艺流程。内外缸筒5与6在第一室内进行喷砂处理，然后分别进入不同的喷涂室内进行外或内表面喷涂。

采用的相关符号表

1  圆柱形表面

2  圆柱形表面

3  密封环

4  密封环

5  筒

6  筒

7  活塞

8  箍环

9  顶件

10  安装和回收阀

11  底件

12  筒

13  炉子

14  室

15  室

16  喷砂装置

17  贮存器

18  箭头

19  传动装置

20  喷咀

21  箭头

22  箭头

23  喷枪

24  反射板

25  箭头

26  摩擦轮等

Claims (11)

1、一种生产活塞-缸单元的方法，该单元至少具有一个圆柱形内表面和至少一个在该圆柱形内表面上滑动导行的活塞，同时在至少一个圆柱形表面上靠置一个密封环，以及密封环和表面配置成彼此可以相对滑动的，同时每个缸内表面的端部都用机械措施密封，其特征在于，至少在圆柱形表面(1，2)上靠置密封环(3，4)并且该圆柱形表面(1，2)在一个粗予加工之后，用一种三维结网的热固性塑料屑或粉末-同时含有其他组分，其中，至少为一种用于改善干润滑性能的共结网或不共(聚合)结网的成分-进行涂层，其厚度直达500μm，最好为250μm，然后，至少该热固性塑料通过加热进行(聚合)结网作用。

2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于，圆柱形表面（1，2）在筒（5，6）上构成，同时这种要涂层的圆柱形表面（1，2）在筒制成之后不用以前的切削加工就进行涂层。

3、按照权利要求2所述的方法，其特征在于，由高强度钢冷拉制成的管件用作筒（5，6）。

4、按照权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，每一个要涂层的圆柱形表面（1，2），在涂层之前要做喷砂和/或擦刷处理。

5、按照权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，结网作用是通过涂层前足够加热待涂层的部分实现的。

6、按照权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，为了结网作用将被涂层的部分与涂层一起进行足够地加热。

7、按照权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，该加热作用由电感应实现。

8、活塞缸单元，具有至少一个构成圆柱表面（1）的圆柱形内表面和至少一个在该圆柱内表面上滑动导行的活塞（7），同时，在至少一个圆柱表面（1，2）上，一个密封环（3，4）滑动导行，而且，在每个圆柱内表面的端部用机械装置密封，其特征在于：

至少在圆柱形表面（1，2）上靠置一个密封环（3，4）并在其上滑动导行，至少圆柱形表面（1，2），用一种三维结网的热固性塑料屑或粉末-含有其他组分，其中至少为一个用于改善干润滑性能的共（聚合）结网或不共（聚合）结网的成分-进行涂层，其厚度直达500μm，最好为250μm，同时，至少该热固性塑料通过加热下的聚合结网作用构成三维结网的巨分子结构。

9、按权利要求8所述的活塞缸单元，其特征在于：至少一个涂层的圆柱表面（1，2）是在一个由高强度钢冷拉制成的筒件上构成的。

10、设置成活塞缸单元的矿井立柱，具有

至少一个外筒和一个在其上导向移动的内缸筒，同时，在外缸筒（5）的内表面上，一个与内缸筒（6）的内端部相连接的活塞（7）之活塞密封件（34）可滑动地导行，而在移动的内缸筒（6）的外表面上至少贴置一个密封件（4），该密封件（4）通过一个箍环（8）与外缸筒（5）的上端连接，其特征在于，至少外缸筒（5）的内圆柱形表面（1）和内缸筒（6）的外圆柱形表面（2）是各由一个涂层构造的，这个涂层的厚度直至500μm，最好为250μm，并由三维结网的热固性塑料组成，该热固性塑料还包括另外的共结网或不共结网的成分，其中，至少一种可改善干润滑性。

11、按权利要求10所述的矿井立柱，其特征在于：

内和外圆缸筒（5，6）都由冷拉的高强度钢制成，这些钢筒在切割（定长）后和涂层之前不再切削加工。

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