CN1222692C - 封闭腔活塞及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种封闭腔活塞(10)及其制造方法，该封闭腔活塞包括：一个伸长的活塞体(12)以及与其分离形成的活塞盖(14)。所述活塞体包括一个封闭端和开口端，带有一个具有靠近封闭端的底壁(40)的腔(18)和一个在开口端的边缘终止的外壁(42)。所述活塞盖包括一个伸长的杆(20)和在所述杆上的头部(54)。活塞盖的杆被惯性摩擦焊接到所述活塞体的底壁上，活塞盖的边缘被焊接到所述活塞体的边缘上，以便密封地形成一个腔(18)。活塞部件都是通过传统的相对低成本的冷成型的技术制造而成。活塞盖的杆被插入到活塞体的腔中直到与底壁接合。接着通过惯性摩擦焊接在杆/底壁和头部/边缘的界面将活塞盖焊接到活塞体上。

Description

封闭腔活塞及其制造方法
技术领域
本发明涉及诸如输水、泵和电动机的流体静力学技术领域。具体来说，涉及在液力装置的缸体中可往复滑动的封闭腔或油容积减少的活塞。
背景技术
传统的的封闭腔活塞被广泛应用在农业、畜牧业和建筑业中的液压装置中。一种传统的封闭腔或油容积减少的活塞具有伸长的主体和截短的盖。主体的一端是封闭的，另一端具有通过昂贵的“专用钻头”的加工操作形成的专门加工的或环状的腔。专门钻头的加工使在主体的中间具有一体的杆并伸向开口端。盖是通过冷成形制造并具有相反的封闭和开口端。开口端包括一个环形槽和截短的杆部分，于是盖与所述主体的杆和内壁在其开口端对齐和相互配合。传统的活塞通过在主体的内壁和杆之间靠近开口端的位置加入一个垫圈来进行组装。该垫圈起到在焊接中使杆对中和稳定地作用。接着盖和主体沿着一个它们开口端相互接合的单个横截面被惯性焊接在一起。这将导致重量较轻的中空的封闭腔活塞，但是由于使用了专用的钻头的加工，将使大大增加了活塞的制造成本。考虑到在流体静力学的应用技术领域中每个装置通常需要多个活塞，于是活塞的成本将极大地影响整个装置和设备的成本造价。
因此，需要一种不需要使用专用钻头加工的制造封闭腔活塞的装置和方法，以便减小制造成本。
发明内容
本发明涉及用于流体静力学技术领域的封闭腔活塞及其制造方法。本发明的封闭腔活塞包括：一个伸长的活塞体以及与其分离形成的活塞盖。所述活塞体包括一个封闭端和开口端，所述开口端在其中具有一个进入的开口和从该进入开口伸入到内部延伸的腔，以便限定一个靠近封闭端的底壁和一个靠近进入开口的在开口端的边缘终止的外壁。所述活塞盖包括一个伸长的杆和在所述杆上的头部。活塞盖的杆被惯性摩擦焊接到所述活塞体的底壁上；所述活塞盖的边缘被焊接到所述活塞体的边缘上。活塞部件都是通过传统的相对低成本的冷成型的技术制造而成。活塞盖的杆被插入到活塞体的腔中直到与底壁接合。接着通过惯性摩擦焊接在杆/底壁和头部/边缘的界面将活塞盖焊接到活塞体上。
附图说明
图1是传统活塞的中间纵向截面视图；
图2是在图1的活塞的纵向截面视图中的分解组装视图；
图3是根据本发明的活塞的中间纵向截面视图；
图4是在图3的活塞的纵向截面视图中的分解组装视图；
图5是与图4相似的分解组装视图，但是显示了一种可替代的杆端和底壁结构。
具体实施方式
图1和2显示了一种传统的通过惯性焊接形成的活塞10。如上所述，活塞10包括钢的活塞体12、通过冷加工形成的钢的活塞盖14和一个金属的垫圈16。活塞体12包括一个封闭端、一个开口端和一个环形的内部腔18。一个杆20从活塞体的封闭端伸出。杆20的自由端和活塞体12的边缘24位于相同的平面内。活塞盖14与活塞体12类似是圆柱状的并通过冷加工成型。可是，因为伸长的杆20和活塞体12不能通过冷加工成型，于是需要通过昂贵的专用钻头的加工操作来成型腔18和杆20。活塞盖14通过惯性焊接在一个单个的横向平面内连接到活塞体12上，该横向平面内包括边缘24和杆20的端部22。
现在参考图3和4，本发明的活塞30包括一个钢的活塞体32和钢的活塞盖34。活塞体32是伸长的并具有相反的开口和封闭端。活塞体32是圆柱状的并具有位于中间的、基本为圆柱状的内部空腔38。活塞体的开口端具有一个进入的开口，并且内部空腔38从进入开口向内延伸以便限定一个靠近封闭端的底壁40和终止于边缘44的外壁42，所述边缘44位于靠近进入开口的活塞体32的开口端。
底壁40具有在其中形成的插槽46，该插槽46包括一个凹陷的中间部分48和引导向中间部分48的埋头孔50。在图3和4所示的实施例中，凹陷的中间部分48是圆锥形的并且由一个在从90度到165度之间的夹角限定，更加优选的是，如果该部分不与底壁结构整体通过冷加工成型，可以使用具有118度夹角的标准钻头以便用大致为120度的夹角来限定。优选的是，埋头孔50相对于一个垂至于活塞体32的中间纵向轴线的平面形成一个大约15度的夹角B。
活塞盖34包括一个具有一中间纵向轴线的伸长的圆柱形杆52，所述杆52具有相反的第一和第二端以及在第一端的头部54。头部54沿着与杆的纵向轴线横截的方向向外突出。头部54的尺寸大小足够盖住活塞体32的进入开口。盖34的头部54可以包括一个可选的围绕着杆52的环形凹槽58以便进一步减少活塞30的重量。
在图3和4所述的实施例中，杆52的第二端是圆锥形的以便基本上与具有相似形状的在活塞体32的底壁中的插槽46的中间凹陷部分48相互接合。插槽46的埋头孔50帮助引导杆的第二端56进入到凹陷48中。杆的锥形的第二端具有一个在从大约90度到165度之间的夹角，优选的是大约为120度。
在图5中所示的实施例与在图3和4中所示的实施例类似，活塞盖34A连接到活塞体32A上，该活塞体32A包括在其中具有中间内部空腔38A、一个具有边缘44A的外壁42A和一个底壁40A。可是，杆52A的第二端具有一个平面，该平面垂至于杆的纵向轴线延伸。类似的是，插槽46A的凹陷的中间部分48A包括一个由一个垂至于活塞体32A的纵向轴线延伸的平面所限定的圆形区域。凹陷48A的圆形区域的直径基本上与杆52A的第二端56A的直径。设置了一个埋头孔50A以便将杆引导进入到凹陷48A中。
为了制造本发明的活塞30和30A，其基本的方法和工艺是相同的。优选在焊接好的状态下提供已经具有通过冷加工形成的杆和底壁的特征的活塞体32，32A和活塞盖34，34A。可选的是，所述部件可以通过一般的加工形成，而不需要进行昂贵的专用钻头的加工。
杆52，52A插入到内部空腔38，38A中直到它与底壁40，40A相接合。接着，部件32和34或32A和34A通过惯性摩擦焊接相对于彼此转动并且相互连接。杆52，52A的长度略微大于腔38，38A的深度，以便补偿由于惯性焊接而引起的长度的损失。这样，杆的长度LS比腔的深度CD大一个足够的量以便补偿在杆/底壁界面和头部/边缘界面上产生的材料损失。可是，应当注意，LS超过CD的长度不能太大。否则，在边缘上的焊接将受到不利的影响或杆将会变形。当以后穿过活塞通过杆钻削传统的小的纵向开口孔时，变形的杆将带来问题。在两个不同界面上形成惯性摩擦焊接，所述不同的界面位于至少两个不同的平面上。而传统的焊接是在一个单个平面上形成的。
从附图和上述的描述中可以理解的是，上述盖、杆端、活塞体等部件的各自尺寸参数是可以调整的以便对惯性摩擦焊接形成的整体进行优化。
从上面的描述可以看出，本发明可以满意地实现本发明所提出的目的。
在上述的附图和描述中，描述了本发明的优选实施例，尽管在描述中使用了一些特定的术语，但是它们都是为了解释和说明的目的并不对本发明构成任何限制。在不脱离本发明的范围和精神下，可以对上述的内容进行一些改变。

Claims (10)

1.一种封闭腔的活塞，包括：
一个伸长的活塞体，包括一个封闭端和开口端，所述开口端在其中具有一个进入的开口和从该进入开口伸入到内部延伸的腔，以便限定一个靠近封闭端的底壁和一个靠近进入开口的在开口端的边缘终止的外壁；
一个与所述活塞体分离的活塞盖，包括一个具有中间纵向轴线的伸长的杆，所述杆具有相反的第一和第二端部和在所述第一端部的头部，所述头部沿着与所述杆的纵向轴线横截的方向向外突出；
所述活塞盖的杆被连接到所述活塞体的底壁上；
所述活塞盖的头部具有足够大的尺寸并且被连接到所述活塞体的边缘上，以便盖住所述活塞体的进入开口并密封地围住所述内部腔。
2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述杆的第二端与一个在所述活塞体的底壁中形成的凹陷插槽相互接合。
3.根据权利要求2所述的活塞，其特征在于，所述插槽包括一个凹陷的中间部分和一个引导进入所述中间部分的埋头孔部分。
4.根据权利要求3所述的活塞，其特征在于，所述凹陷的中间部分为锥形。
5.根据权利要求3所述的活塞，其特征在于，所述凹陷的中间部分位于一个垂至于活塞体的纵向轴线延伸的平面上并包括一个用于与所述杆的第二端接合的圆形区域。
6.根据权利要求5所述的活塞，其特征在于，所述杆的第二端终止于一个基本上垂至于所述杆的纵向轴线的端部平表面。
7.根据权利要求6所述的活塞，其特征在于，所述杆的第二端的端部平表面是圆形的并且所具有的区域面积基本等于所述活塞体的底壁的凹陷的中间部分的圆形区域的面积。
8.一种形成封闭腔的活塞的方法，包括以下步骤：
提供一个伸长的活塞体，包括一个封闭端和开口端，所述开口端在其中具有一个进入的开口和从该进入开口伸入到内部延伸的腔，以便限定一个靠近封闭端的底壁和一个靠近进入开口的在开口端的边缘终止的外壁；
提供一个与所述活塞体分离的活塞盖，包括一个具有中间纵向轴线的伸长的杆，所述杆具有相反的第一和第二端部和在所述第一端部的头部，所述头部沿着与所述杆的纵向轴线横截的方向向外突出；
将所述活塞盖的杆插入到所述活塞体的底壁上直到所述杆与所述底壁接合；
将所述活塞盖的杆惯性摩擦焊接到所述活塞体的底壁上；
将所述活塞盖的边缘焊接到所述活塞体的边缘上；
借此，所述活塞盖和活塞体被密封地接合在一起以便围住所述内部腔。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过惯性摩擦焊接完成活塞体的边缘到活塞盖的边缘的焊接。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述活塞体和活塞盖相对于彼此旋转时，同时完成活塞盖的杆到活塞体的惯性摩擦焊接和活塞盖的边缘到活塞体的边缘的惯性摩擦焊接。
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