CN112658144A - 一种安全、精度高及寿命长的超薄气缸的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安全、精度高及寿命长的超薄气缸的制备方法，包括准备活塞活塞杆组件、前端盖、后端盖及缸体，前端盖具有前盖本体及形成在前盖本体的前部的前盖轴肩结构，前盖轴肩结构的外圆周上设置有前盖凹槽，前端盖具有轴向前盖通孔；后端盖具有后盖本体及形成在后盖本体的后部的后盖轴肩结构，后盖轴肩结构的外圆周上设置有后盖凹槽，缸体具有缸体轴向通孔，缸体轴向通孔具有活塞段及位于活塞段两侧的前盖段和后盖段；将后端盖、活塞活塞杆组件及前端盖装在轴缸体向贯通孔上，并通过对缸体进行挤压的方式将后端盖及前端盖固定在缸体上；本发明的制备方法简单易操作，所制备的气缸性能高寿命长。

Description

一种安全、精度高及寿命长的超薄气缸的制备方法

技术领域

本发明属于气缸技术领域，涉及一种安全、精度高及寿命长的超薄气缸的制备方法。

背景技术

气缸作为主流执行器，广泛应用于印刷、半导体（点焊机、芯片研磨）、自动化控制、机器人等领域，近年来出现的薄型气缸，具有结构紧凑、重量轻、占用空间小、以及能够承受较大的横向负载等优点，并且，薄型气缸可以不安装附件直接使用在各种夹具和专用设备上，因此在工业界得到了广泛应用。

例如，中国发明专利CN201810928891.5公开了一种控制薄壁气缸表面同轴度的薄壁气缸的加工方法；中国实用新型专利CN201621037287.6公开了一种单作用薄型压回气缸；中国发明专利CN104989698A公开了一种新型三杆受力平衡薄型气缸；中国发明专利CN104121248A公开了一种薄型气缸。

目前，国内外的薄型气缸主要采用卡簧封住气缸的前后端盖，卡簧占据活塞运动的空间，缩短了活塞的有效行程，而且前后端盖和缸体之间，前后端盖和卡簧挡圈之间都存在间隙，严重影响定位及行程精度；进一步地，卡簧在压力下工作时容易弹出，造成气缸不能继续运作甚至出现伤人等意外危险；传统的薄型气缸存在着使用寿命短和行程精度不够等缺陷，制约着其进一步的发展和应用。因此，研发一种安全、高精度及长寿命的薄型气缸及其制造工艺，对气动技术在各行业的大规模应用极为重要和迫切。

发明内容

有鉴于此，需要克服现有技术中的上述缺陷中的至少一个。本发明提供了一种安全、精度高及寿命长的超薄气缸的制备方法包括以下步骤：步骤1，准备活塞活塞杆组件、前端盖、后端盖以及缸体，所述前端盖具有前盖本体以及形成在所述前盖本体的前部的前盖轴肩结构，所述前盖轴肩结构的外圆周上设置有前盖凹槽，所述前端盖具有轴向前盖通孔；所述后端盖具有后盖本体以及形成在所述后盖本体的后部的后盖轴肩结构，所述后盖轴肩结构的外圆周上设置有后盖凹槽，所述缸体具有缸体轴向通孔，所述缸体轴向通孔具有活塞段以及位于所述活塞段前后两侧且分别与所述前端盖以及所述后端盖相配合的前盖段和后盖段；步骤2，将所述后端盖、所述活塞活塞杆组件以及所述前端盖装在所述轴缸体向贯通孔上，并通过对缸体进行挤压的方式将所述后端盖以及所述前端盖固定在所述缸体上，其中，所述步骤2中，所述通过对缸体进行挤压的方式将所述后端盖或所述前端盖固定在所述缸体的方法为，通过上模和下模对缸体进行横向挤压，使所述前盖凹槽或所述后盖凹槽被缸体被挤压产生的横向变量填充。

根据本专利背景技术中对现有技术所述，薄型气缸主要采用卡簧封住气缸的前后端盖，活塞的有效行程短，行程精度低；卡簧在压力下工作时容易弹出而造成气缸不能继续运作甚至出现伤人等意外危险；而本发明公开的安全、精度高及寿命长的超薄气缸的制备方法，将前端盖放置在前盖段上，通过上模和下模的环状刃口对缸体进行横向挤压，使缸体内周面产生塑性变形，挤压变量被导入前盖凹槽中，使得前端盖被固接在前盖段上，同样地，将后端盖放置在后盖段上，通过上模和下模的环状刃口对缸体进行横向挤压，使得后端盖被固接在后盖段上，且前盖凹槽和后盖凹槽与缸体被挤压产生的横向挤压量完全契合，密封性以及气缸整体强度得到了保障，显著提高了气缸的安全性，且端盖不会晃动而影响气缸动作的精度，无需设置卡簧且无需预留安装间隙，使用寿命更长，保证气缸的密封性和强度，具有较高的行程精度。

本发明的制备工艺绿色智能，通过一步挤压成型可使气缸前后端盖完全密封固定在缸体上，显著提高了气缸的密封性能；设计了新的气缸结构，进一步改善气缸的工作性能和使用寿命，使用本发明的制备方法制备得到的超薄气缸在高频率工作状态下的使用寿命与现有技术中的薄型气缸相比，从6个月延长到18个月以上，因此，本发明工艺简单易操作，装配效率高，所制备的气缸性能高寿命长，有望在机械、自动化及汽车等领域中广泛应用。

另外，根据本发明公开的安全、精度高及寿命长的超薄气缸的制备方法还具有如下附加技术特征：

进一步地，所述上模包括上模主体以及设置在所述上模主体的前端的第一环状刃口，所述上模主体前端具有第一防干涉孔，所述第一环状刃口的内圆孔径与所述前盖段对应于所述前盖轴肩结构的部分的孔径相对应，即、所述第一环状刃口的内圈孔径等于所述前盖段对应于所述前盖轴肩结构的部分的孔径。

进一步地，所述下模包括下模主体以及设置在所述下模主体的前端的第二环状刃口，所述下模主体后端具有第二防干涉孔，所述第二环状刃口的内圆孔径与所述后盖段对应于所述后盖轴肩结构的部分的孔径相对应，即、所述第二环状刃口的内圈孔径等于所述后盖段对应于所述后盖轴肩结构的部分的孔径。

进一步地，在所述步骤1中，准备由铝合金材料制成的缸体。

更进一步地，所述铝合金材料中各元素重量百分比计为：铜0.15～0.4 wt%，锰0.15 wt%，镁0.8～1.2 wt%，锌0.25 wt%，铬0.04～0.35 wt%，钛基Mxene 0.01～0.1 wt%，硅0.4～0.8 wt%，铁0.7 wt%，其余成分为铝。

缸体为一种铝合金材质的构件，具有重量轻、导热性好的优点，且铝与活塞（活塞为铝合金材质）热膨胀系数完全一样，受热后间隙变化小，可减少冲击噪声和机油消耗，并且本案中研制了新的铝合金材料体系，该材料具有较好的强度和硬度，又具有适中的韧性和塑性。

进一步地，所述后端盖呈圆片形结构。

进一步地，所述前端盖呈圆片形结构。

进一步地，所述前盖凹槽为V型槽。

进一步地，所述后盖凹槽为V型槽。

进一步地，所述活塞活塞杆组件包括活塞以及固定在所述活塞上的活塞杆，所述活塞的外圆周面与所述活塞段相匹配，所述活塞的外圆周面上开设有环状的活塞密封圈槽；所述活塞杆与所述前盖轴向通孔相匹配，所述前盖轴向通孔的内壁上开设有两个环状的前盖密封圈槽；步骤2，将第一密封圈放置在所述活塞密封圈槽中后将所述活塞装入所述活塞段，将两个第二密封圈分别对应放置在两个所述前盖密封圈槽中后将所述前端盖套设在所述活塞杆上。

更进一步地，所述活塞杆采用45#钢材质。

更进一步地，所述第一密封圈为丁晴胶材质制成的密封圈。

更进一步地，所述第二密封圈为O型圈。

更进一步地，首先将后端盖放入后盖段，将缸体放置在设置好的工装上，通过上模和下模对缸体进行挤压，挤压后，检查后后端盖与缸体之间是否有松动及缝隙，确认没有松动及缝隙后，将活塞活塞杆组件装入缸体1中，将前端盖套设在活塞杆上并放入前盖段，再次将缸体放入设置好的工装上进行挤压成型，挤压过程中缸体外沿受到上模和下模的挤压，产生横向变形，由于前端盖和后端盖外圆设有V形槽，缸体1产生的横向变量分别被导入前端盖和后端盖的V形槽中，使前端盖和后端盖密封固定在缸体上，提高了气缸的整体强度高，不会因为橡胶密封圈的老化产生前后盖松动，压力泄漏，缸内气密性得到保证，使用寿命更长，保证气缸的密封性和强度，且不会因为端盖的晃动影响气缸动作的精度。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明的实施例中安全、精度高及寿命长的超薄气缸的制备方法的制备过程示意图；

图2为本发明的一个实施例中铝合金的抗拉强度与钛基Mxene含量的关系图；以及

图3为本发明的一个实施例中的铝合金的断裂韧性与钛基Mxene含量的关系图。

其中，1为缸体；2为前端盖；3为活塞；4为后端盖；5为下模；6为上模；7为活塞杆。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语 “上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“横”、“竖”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“联接”、“连通”、“相连”、“连接”、“配合”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；“配合”可以是面与面的配合，也可以是点与面或线与面的配合，也包括孔轴的配合，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的发明构思如下，提供一种安全、精度高及寿命长的超薄气缸的制备方法，将前端盖放置在前盖段上，通过上模和下模的环状刃口对缸体进行横向挤压，使缸体内周面产生塑性变形，挤压变量被导入前盖凹槽中，使得前端盖被固接在前盖段上，同样地，将后端盖放置在后盖段上，通过上模和下模的环状刃口对缸体进行横向挤压，使得后端盖被固接在后盖段上，且前盖凹槽和后盖凹槽被缸体的横向挤压量完全填充，密封性以及气缸整体强度得到了保障，显著提高了气缸的安全性，且端盖不会晃动而影响气缸动作的精度，无需设置卡簧且无需预留安装间隙，使用寿命更长，保证气缸的密封性和强度，具有较高的行程精度。

下面将参照附图来描述本发明，其中图1是本发明的实施例中安全、精度高及寿命长的超薄气缸的制备方法的制备过程示意图；图2为本发明的一个实施例中铝合金的抗拉强度与钛基Mxene含量的关系图；以及图3为本发明的一个实施例中的铝合金的断裂韧性与钛基Mxene含量的关系图。

如图1所示，根据本发明的实施例，一种安全、精度高及寿命长的超薄气缸的制备方法包括以下步骤：步骤1，准备活塞活塞杆组件、前端盖2、后端盖4以及缸体1，所述前端盖2具有前盖本体以及形成在所述前盖本体的前部的前盖轴肩结构，所述前盖轴肩结构的外圆周上设置有前盖凹槽，所述前端盖2具有轴向前盖通孔；所述后端盖4具有后盖本体以及形成在所述后盖本体的后部的后盖轴肩结构，所述后盖轴肩结构的外圆周上设置有后盖凹槽，所述缸体1具有缸体轴向通孔，所述缸体轴向通孔具有活塞段以及位于所述活塞段前后两侧且分别与所述前端盖2以及所述后端盖4相配合的前盖段和后盖段；步骤2，将所述后端盖4、所述活塞活塞杆组件以及所述前端盖2装在所述轴缸体1向贯通孔上，并通过对缸体1进行挤压的方式将所述后端盖4以及所述前端盖2固定在所述缸体1上，其中，所述步骤2中，所述通过对缸体1进行挤压的方式将所述后端盖4或所述前端盖2固定在所述缸体1的方法为，通过上模6和下模5对缸体1进行横向挤压，使所述前盖凹槽或所述后盖凹槽被缸体1被挤压产生的横向变量填充。

根据本专利背景技术中对现有技术所述，薄型气缸主要采用卡簧封住气缸的前后端盖4，活塞3的有效行程短，行程精度低；卡簧在压力下工作时容易弹出而造成气缸不能继续运作甚至出现伤人等意外危险；而本发明公开的安全、精度高及寿命长的超薄气缸的制备方法，将前端盖2放置在前盖段上，通过上模6和下模5的环状刃口对缸体1进行横向挤压，使缸体1内周面产生塑性变形，挤压变量被导入前盖凹槽中，使得前端盖2被固接在前盖段上，同样地，将后端盖4放置在后盖段上，通过上模6和下模5的环状刃口对缸体1进行横向挤压，使得后端盖4被固接在后盖段上，且前盖凹槽和后盖凹槽与缸体1被挤压产生的横向挤压量完全契合，密封性以及气缸整体强度得到了保障，显著提高了气缸的安全性，且端盖不会晃动而影响气缸动作的精度，无需设置卡簧且无需预留安装间隙，使用寿命更长，保证气缸的密封性和强度，具有较高的行程精度。

本发明的制备工艺绿色智能，通过一步挤压成型可使气缸前后端盖4完全密封固定在缸体1上，显著提高了气缸的密封性能；设计了新的气缸结构，进一步改善气缸的工作性能和使用寿命，使用本发明的制备方法制备得到的超薄气缸在高频率工作状态下的使用寿命与现有技术中的薄型气缸相比，从6个月延长到18个月以上，因此，本发明工艺简单易操作，装配效率高，所制备的气缸性能高寿命长，有望在机械、自动化及汽车等领域中广泛应用。

另外，根据本发明公开的安全、精度高及寿命长的超薄气缸的制备方法还具有如下附加技术特征：

根据本发明的一些实施例，所述上模6包括上模主体以及设置在所述上模主体的前端的第一环状刃口，所述上模主体前端具有第一防干涉孔，所述第一环状刃口的内圆孔径与所述前盖段对应于所述前盖轴肩结构的部分的孔径相对应，即、所述第一环状刃口的内圈孔径等于所述前盖段对应于所述前盖轴肩结构的部分的孔径。

根据本发明的一些实施例，所述下模5包括下模主体以及设置在所述下模主体的前端的第二环状刃口，所述下模主体后端具有第二防干涉孔，所述第二环状刃口的内圆孔径与所述后盖段对应于所述后盖轴肩结构的部分的孔径相对应，即、所述第二环状刃口的内圈孔径等于所述后盖段对应于所述后盖轴肩结构的部分的孔径。

根据本发明的一些实施例，在所述步骤1中，准备由铝合金材料制成的缸体1。

根据本发明的一些实施例，所述铝合金材料中各元素重量百分比计为：铜0.15～0.4 wt%，锰0.15 wt%，镁0.8～1.2 wt%，锌0.25 wt%，铬0.04～0.35 wt%，钛基Mxene 0.01～0.1 wt%，硅0.4～0.8 wt%，铁0.7 wt%，其余成分为铝。

缸体1为一种铝合金材质的构件，具有重量轻、导热性好的优点，且铝与活塞3（活塞3为铝合金材质）热膨胀系数完全一样，受热后间隙变化小，可减少冲击噪声和机油消耗，并且本案中研制了新的铝合金材料体系，该材料具有较好的强度和硬度，又具有适中的韧性和塑性。

图2为本发明的一个实施例中铝合金的抗拉强度与钛基Mxene含量的关系图。通过图2可以清晰的看到，添加钛基Mxene后的铝合金的强度可以由165提高到298兆帕，表明了添加钛基Mxene可以大幅度的提高铝合金的强度。而且最佳的钛基Mxene的掺杂量为0.1wt%，0.1 wt%时强度达到最大值，低于或高于此值强度都会降低。

图3为本发明的一个实施例中的铝合金的断裂韧性与钛基Mxene含量的关系图。通过图3可以清晰的看到，添加钛基Mxene后的铝合金的韧性可以由33提高到36兆帕*米1/2，表明了添加钛基Mxene可以稍提高铝合金的韧性。这与通常在提高强度的同时会降低韧性截然不同，也说明了本专利提出的添加钛基Mxene，具有不同于一般技术的独特优势，充分展示了其新颖性和独创性。

根据本发明的一些实施例，所述后端盖4呈圆片形结构。

根据本发明的一些实施例，所述前端盖2呈圆片形结构。

根据本发明的一些实施例，所述前盖凹槽为V型槽。

根据本发明的一些实施例，所述后盖凹槽为V型槽。

根据本发明的一些实施例，所述活塞活塞杆组件包括活塞3以及固定在所述活塞3上的活塞杆7，所述活塞3的外圆周面与所述活塞段相匹配，所述活塞3的外圆周面上开设有环状的活塞3密封圈槽；所述活塞杆7与所述前盖轴向通孔相匹配，所述前盖轴向通孔的内壁上开设有两个环状的前盖密封圈槽；步骤2，将第一密封圈放置在所述活塞3密封圈槽中后将所述活塞3装入所述活塞段，将两个第二密封圈分别对应放置在两个所述前盖密封圈槽中后将所述前端盖2套设在所述活塞杆7上。

根据本发明的一些实施例，所述活塞杆7采用45#钢材质。

根据本发明的一些实施例，所述第一密封圈为丁晴胶材质制成的密封圈。

根据本发明的一些实施例，所述第二密封圈为O型圈。

根据本发明的一些实施例，首先将后端盖4放入后盖段，将缸体1放置在设置好的工装上，通过上模6和下模5对缸体1进行挤压，挤压后，检查后后端盖4与缸体1之间是否有松动及缝隙，确认没有松动及缝隙后，将活塞活塞杆组件装入缸体11中，将前端盖2套设在活塞杆7上并放入前盖段，再次将缸体1放入设置好的工装上进行挤压成型，挤压过程中缸体1外沿受到上模6和下模5的挤压，产生横向变形，由于前端盖2和后端盖4外圆设有V形槽，缸体11产生的横向变量分别被导入前端盖2和后端盖4的V形槽中，使前端盖2和后端盖4密封固定在缸体1上，提高了气缸的整体强度高，不会因为橡胶密封圈的老化产生前后盖松动，压力泄漏，缸内气密性得到保证，使用寿命更长，保证气缸的密封性和强度，且不会因为端盖的晃动影响气缸动作的精度。

根据本发明的一些实施例，将活塞活塞杆组件装入缸体11中，将前端盖2套设在活塞杆7上并放入前盖段，将后端盖4放入后盖段，再次将缸体1放入设置好的工装上进行挤压成型，挤压过程中缸体1外沿受到上模6和下模5的挤压，产生横向变形，由于前端盖2和后端盖4外圆设有V形槽，缸体11产生的横向变量分别被导入前端盖2和后端盖4的V形槽中，使前端盖2和后端盖4密封固定在缸体1上，提高了气缸的整体强度高，不会因为橡胶密封圈的老化产生前后盖松动，压力泄漏，缸内气密性得到保证，使用寿命更长，保证气缸的密封性和强度，且不会因为端盖的晃动影响气缸动作的精度。

根据本发明的另一方面还提供了一种基于上述安全、精度高及寿命长的超薄气缸的制备方法制备得到的超薄气缸。

任何提及“一个实施例”、“实施例”、“示意性实施例”等意指结合该实施例描述的具体构件、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处的该示意性表述不一定指的是相同的实施例。而且，当结合任何实施例描述具体构件、结构或者特点时，所主张的是，结合其他的实施例实现这样的构件、结构或者特点均落在本领域技术人员的范围之内。

尽管参照本发明的多个示意性实施例对本发明的具体实施方式进行了详细的描述，但是必须理解，本领域技术人员可以设计出多种其他的改进和实施例，这些改进和实施例将落在本发明原理的精神和范围之内。具体而言，在前述公开、附图以及权利要求的范围之内，可以在零部件和/或者从属组合布局的布置方面作出合理的变型和改进，而不会脱离本发明的精神。除了零部件和/或布局方面的变型和改进，其范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种安全、精度高及寿命长的超薄气缸的制备方法，其特征在于,包括以下步骤：

步骤1，准备活塞活塞杆组件、前端盖、后端盖以及缸体，所述前端盖具有前盖本体以及形成在所述前盖本体的前部的前盖轴肩结构，所述前盖轴肩结构的外圆周上设置有前盖凹槽，所述前端盖具有轴向前盖通孔；所述后端盖具有后盖本体以及形成在所述后盖本体的后部的后盖轴肩结构，所述后盖轴肩结构的外圆周上设置有后盖凹槽，所述缸体具有缸体轴向通孔，所述缸体轴向通孔具有活塞段以及位于所述活塞段前后两侧且分别与所述前端盖以及所述后端盖相配合的前盖段和后盖段；

步骤2，将所述后端盖、所述活塞活塞杆组件以及所述前端盖装在所述轴缸体向贯通孔上，并通过对缸体进行挤压的方式将所述后端盖以及所述前端盖固定在所述缸体上，

其中，所述步骤2中，所述通过对缸体进行挤压的方式将所述后端盖或所述前端盖固定在所述缸体的方法为，通过上模和下模对缸体进行横向挤压，使所述前盖凹槽或所述后盖凹槽被缸体被挤压产生的横向变量填充。

2.根据权利要求1所述的安全、精度高及寿命长的超薄气缸的制备方法，其特征在于，所述上模包括上模主体以及设置在所述上模主体的前端的第一环状刃口，所述上模主体前端具有第一防干涉孔，所述第一环状刃口的内圆孔径与所述前盖段对应于所述前盖轴肩结构的部分的孔径相对应。

3.根据权利要求1所述的安全、精度高及寿命长的超薄气缸的制备方法，其特征在于，所述下模包括下模主体以及设置在所述下模主体的前端的第二环状刃口，所述第二环状刃口的内圆孔径与所述后盖段对应于所述后盖轴肩结构的部分的孔径相对应。

4.根据权利要求1所述的安全、精度高及寿命长的超薄气缸的制备方法，其特征在于，在所述步骤1中，准备由铝合金材料制成的缸体。

5.根据权利要求4所述的安全、精度高及寿命长的超薄气缸的制备方法，其特征在于，所述铝合金材料中各元素重量百分比计为：铜0.15～0.4 wt%，锰0.15 wt%，镁0.8～1.2wt%，锌0.25 wt%，铬0.04～0.35 wt%，钛基Mxene 0.01～0.1 wt%，硅0.4～0.8 wt%，铁0.7wt%，其余成分为铝。

6.根据权利要求1所述的安全、精度高及寿命长的超薄气缸的制备方法，其特征在于，所述前盖凹槽为V型槽。

7.根据权利要求1所述的安全、精度高及寿命长的超薄气缸的制备方法，其特征在于，所述后盖凹槽为V型槽。

8.根据权利要求1所述的安全、精度高及寿命长的超薄气缸的制备方法，其特征在于，所述活塞活塞杆组件包括活塞以及固定在所述活塞上的活塞杆，所述活塞的外圆周面与所述活塞段相匹配，所述活塞的外圆周面上开设有环状的活塞密封圈槽；所述活塞杆与所述前盖轴向通孔相匹配，所述前盖轴向通孔的内壁上开设有环状的前盖密封圈槽；

步骤2，将第一密封圈放置在所述活塞密封圈槽中后将所述活塞装入所述活塞段，将第二密封圈放置在所述前盖密封圈槽中后将所述前端盖套设在所述活塞杆上。

9.根据权利要求8所述的安全、精度高及寿命长的超薄气缸的制备方法，其特征在于，所述活塞杆采用45#钢材质。

10.根据权利要求8所述的安全、精度高及寿命长的超薄气缸的制备方法，其特征在于，所述第一密封圈为丁晴胶材质制成的密封圈。

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