CN1316594A - 用于液压缸体的活塞 - Google Patents

Abstract

一种用于液压动力装置的缸体的活塞，包括具有中心孔的细长筒形本体和位于孔内、且具有终止于球形表面的第一端的插入件。筒形本体由第一种金属材料制成，而插入件则由第二种不同的金属材料制成。筒形本体和插入件通过钎焊连接在一起形成柱形活塞。该筒形本体和插入件是通过采用模制时由金属微粒和粘结剂混合而成的模制材料金属注模加工而成的。

Description

用于液压缸体的活塞

本发明涉及一种液压动力装置，该动力装置安装有缸体，而缸体里包含往复运动的活塞，该活塞通过枢转地安装的滑块而与旋转斜盘相连接。这种液压动力装置可作为泵或马达操作。具体地讲，本发明与一种使用在这种液压动力装置里的改进的活塞有关。

通常，使用在上述类型的液压动力装置里的活塞是用金属材料、常常是钢制造而成的，这种钢经过热处理。所使用的具体材料和热处理工艺是经过选择的，以便提供为适当的活塞功能和寿命所必需的足够的结构强度和磨损特性。美国专利第3,319,575号中揭示了端部封闭的中空活塞。美国专利第3,319,575号和美国专利第3,882,762号中揭示了沿活塞长度延伸的流体管道。

由于活塞与缸体和滑块一旋转斜盘连接的动力作用对活塞有不同的负载和磨损，因此已经确定，活塞所需要的材料特性对于整个活塞结构来说不一定是相同的。为此，有利地是提供一种用一种以上材料制造而成的活塞，这样，活塞的不同结构部分在其最终形状里具有不同的强度和磨损特性。

通常，已经确定，活塞的筒形本体(它与缸体中的孔往复接触)需要的强度和表面磨损特性必需使用已硬化的中碳钢。通过球形接头与滑块连接的活塞的一端经受压缩旋转和枢转运动，它不需要筒形本体的额外强度和磨损特性。当活塞的球形端用未硬化的低碳钢制造时，可提供令人满意的功能和寿命。

此外，使活塞的球形端保持延展性常常是有利的，以便在组装时使端部卷曲，保持滑块对活塞处于安装好的状态。

某些使用在液压动力装置的缸体里的液压活塞为实心钢结构。虽然它们耐用、可靠且制造成本低廉，但它们相对较大的重量会给它们的运行速度带来限制。它们还产生更多的运行摩擦力。

或者，可在此类活塞中构造一个中空腔，以便减轻实心钢质活塞的重量。然而，该中空腔会被可压缩的油充满。于是，在压力周期中，因此而发生的活塞空腔中的油压缩和去压会引起无效能量损耗，而且会对施加在活塞与其相互作用的旋转斜盘上的惯性矩产生负面影响。

一种其中空腔充满着轻质、且不象油那样可压缩的塑性材料的活塞可部分地克服中空活塞的缺点。然而，它难以获得可在活塞的恶劣环境中持久工作的可靠的材料，该塑性材料通常会损坏。用空腔中的铝块来取代塑性材料更为耐久，但它们难以保持在空腔内。

某些活塞提供这样一种中空腔，该空腔的一端由一帽状件所封闭。由于一中空管延伸通过活塞和空腔、以便防止空腔被油充满，因此油不会停留在空腔中。空腔中的管子通常由横跨自管子外径至空腔内径的距离的垫圈及类似物来加固。虽然这种设计的活塞可解决以上已略述的问题中的至少一部分，但它们的造价很高。

因此，本发明的主要目的在于提供一种封闭式空腔的液压活塞，和一种制造该活塞的方法，该方法能节省制造成本，并能克服现有活塞中的上述不足。

更具体地讲，本发明一个目的在于提供一种封闭式空腔的液压活塞，它具有其上带有活塞插入件的中空活塞本体，这两个零件均是由金属注模工艺制造而成的。

本发明另一个目的在于提供一种封闭式空腔的液压活塞及其制造方法，该方法用于将插入件粘着到活塞本体上，同时使活塞本体硬化，并使插入件保持卷曲或锻造(swag)的延展性(反之亦然)。

本发明又一个目的在于提供一种封闭式空腔的液压活塞，其中油管与空腔分开成形，在该空腔中，插入件粘着在活塞本体上。

本发明再一个目的在于提供一种封闭式空腔的液压活塞及其制造方法，该方法将基本免除对由金属注模工艺制造而成的本体和插入件所进行的精修加工。

本发明还有一个目的在于提供一种液压活塞，该活塞操作平稳、能高速运行、运行中能耗少且制造成本低廉。

本发明另一个目的在于提供一种由一种以上的材料所形成的活塞。

本发明又一个目的在于提供一种由多个零件形成的活塞，各零件使用不同的金属材料。

本发明再一个目的在于提供一种包括硬化的筒形本体和可延展的球形端的活塞。

本发明还有一个目的在于提供一种活塞，该活塞内装有横穿本体和插入件的管道，该管道用作为将来自缸体孔的加压流体传送至滑块一旋转斜盘的操作连接的路径。

此外，本发明另有一个目的在于将活塞组装在滑块上，以便在缸体孔内进行相应的往复操作，并与液压动力装置中的旋转斜盘相连接。

本技术领域中的那些熟练技术人员将对这些和其它目的一目了然。

用于液压动力装置的缸体的活塞具有筒形本体和终止于球形表面的一端部。该筒形本体可呈实心柱形或中空筒形管状。该球形表面可呈内凹空腔或外凸球体的形状，并与一插入件连接，而该插入件是与筒形本体相分离的零件。筒形本体和插入件连接在一起构成一完整的活塞。

实心或中空的本体是用中碳钢或高碳钢材料制造而成的。该材料适用于硬化，以便提供高结构强度和高表面磨损特性。该筒形本体形成后包括位于一端处的内凹座，以便插入件的定位和固定。

呈内凹或外凸球形的插入件是用低碳钢材料制造而成的。该材料可经受热处理而仍保持延展性。该插入件呈简单的帽状，可与本体的一端相连接。或者，该插入件还可呈细长状，它包括一自球形表面端部延伸的圆盘，该球形表面端部在一相邻的管状颈部结构旁。该细长插入件被用来与中空本体相连接，以形成一具有封闭的内部空腔的活塞。

在所有的情况下，最终形成的活塞内装有一管道，该管道通过本体和插入件。该管道用于提供一路径，以使来自缸体的压力缸体孔的压力流体通过活塞和滑块，与旋转斜盘可操作地连接。

本体和插入件较佳地通过采用模制时由金属微粒和粘结材料混合而成的模制材料金属注模加工而成。该本体和插入件经受除粘结(de-binding)工艺，于是从模制材料中去除粘结材料，然后烧结这两个零件，从而发生受控收缩。

该插入件适于终止于球体，以便与滑块相连接；或者，由球窝所形成，以便容纳一固接于滑块的球形件。

图1是活塞的纵剖图，示出了中空本体、具有内凹球窝端的细长插入件以及外凸球形滑块；

图2是另一种活塞的纵剖图，示出了中空本体、具有外凸球形端的细长插入件以及内凹球窝滑块；

图3是第三种活塞的纵剖图，示出了中空本体、具有内凹球窝端的插入件以及外凸球形滑块；

图4是第四种活塞的纵剖图，示出了中空本体、具有外凸球形端的插入件以及内凹球窝滑块；

图5是第五种活塞的纵剖图，示出了实心本体、具有内凹球窝端的插入件以及外凸球形滑块；以及

图6是第六种活塞的纵剖图，示出了实心本体、具有外凸球形端的插入件以及内凹球窝滑块。

请参阅图1-6，相同的零件用相同的标号和/或连续的字母来表示，以便于了解已提出的本发明各实施例。标号10表示一活塞，它具有一筒形本体或套筒12和一中心孔14。该套筒12具有一底端16和一头端18。(图1。)

插入件20安装在中心孔14中，它具有一底端22和一头端24。一环形突起部26形成于插入件底端22附近。类似地，头部28位于头端24处。一环形凹槽30形成于头部靠近垂直环形台肩32处。具有缩小的直径的中心部或杆部34在底端22和头端24之间延伸。直径缩小的中心部34相对中心孔14的内径形成一环绕其本身的空腔36。一细长的管道38沿着插入件的中心轴线延伸，并终止于位于头部28中的球窝40处。

仍如图1所示，滑块42具有一球体44，它可转动地容纳在球窝40之中。薄边缘46存在于插入件20的头端24与球体44之间，它适于朝着球体的外表面向内卷曲，以便防止滑块纵向移离球窝40。球体44仍然可转动地安装在球窝40之中。任何所需形状的中心细长管道48从管道38的内端纵向延伸通过滑块42，并终止于支承平表面50，该表面能与传统的液压泵或马达的旋转斜盘相连接。

本体12较佳地由中至高碳金属材料(例如，AISI4140)所制成。插入件20则由低碳金属材料(例如，AISI1010)所制成。

插入件20在突起部26处与本体12相接触。插入件还在头端18附近的台肩32处固定于本体12。使用钎焊加工将本体12与插入件20连接和密封在一起。可对活塞10进行进一步的热处理，以使本体12变硬，并使插入件20保持延展性。钎焊和硬化可在一单个热循环操作中进行，以便进行简化且经济的制造。

然后，将活塞10组装于滑块42，这样，如上所述，外凸球体44将位于内凹球窝40之中。接着，如上所述，使边缘46卷曲在球体44上。由此形成的活塞10与滑块42之间的连接将允许两个零件之间转动和枢转的自由度，同时又防止两者分离。

此外，还打算将本体和插入件制造成略微不同的形状，它们将继续具有前面所述的独有的优良特征。

图2示出了另一种活塞10A，其中，在活塞和滑块上的球形表面形状被调换。在这种替换设计中，插入件20A终止于球体52，该球体52容纳在滑块42A的球窝54之中。此外，组装时必须使球体52位于球窝54之中，并使边缘46A卷曲，如按照图1中的结构所述的那样。图2中所示的诸零件的其余部分基本上与上述图1中所示的零件相同。管道38A延伸通过插入件20A和球体52，以便与滑块42A中的管道48A相连通。

图3和4分别示出了另一对活塞结构10D和10E。在这些结构中，本体12D和12E呈具有内部空腔的中空筒形。可明了的是，上述所有的特点和特征在这些变化形式里均有。虽然本体12和插入件20用不同的金属是较佳的，但本发明并不限于此。图3和4中的敞开空腔的中空活塞10E和10D具有减轻重量的优点，从而适用于某些液压动力装置。

图5示出了在实心活塞10B的情况下的一种缩短的插入件20B。图5还示出了在插入件20B的端部处的内凹球窝40B，而对应的外凸球体44B则在滑块42B的端部处。另外，图6示出了一种等同的实心活塞10C，其中插入件和滑块的球形表面被调换，从而使插入件20C的端部为外凸球体52C，而内凹球窝54C则处于滑块42C的端部。

根据本发明，本体12-12E和插入件20-20E是由称之为金属注模(“MIM”)的工艺进行制造的。该工艺在冶金技术领域中是已知的，但尚未运用到液压活塞的制造中去。插入件和本体可经由某些温度上的分批钎焊操作相连接，在这些温度上，活塞本体可由淬火而硬化，从而产生磨损特性，而插入件则相对保持延展性，以便进行上述的卷曲操作。该MIM工艺打算将金属微粒与一种适当的粘结剂相混合。本体和帽状件将被模制成图中所示的形状。一种典型的系统将包括利用一种用于粘性材料的钎焊媒体来组装这两个零件。该组装的零件将在受控大气或真空中以接近2050F°的温度进行钎焊；冷却至1550F°，以使钎焊媒体凝固；加热并稳定在1550F°的温度上；这些零件可在气体、水、聚合物或油类中进行淬火；清洗这些零件(倘若是真空钎焊和气体淬火的话，则无须清洗)；然后在350-400F°的温度上进行回火。

这种工艺和设计形成了一种活塞，它包括下列成品特点：球窝的尺寸和光洁度；平衡沟槽；以及贯穿活塞的孔。这种工艺去除了所有高成本的精修操作。

Claims (13)

1．一种用于液压动力装置的缸体的活塞，包括：具有中心孔的细长筒形本体和位于所述孔内、且具有终止于球形表面的第一端的插入件，所述筒形本体由第一种金属材料制成，而所述插入件则由第二种不同的金属材料制成，所述筒形本体和插入件通过钎焊连接在一起形成柱形活塞，所述筒形本体和插入件是通过采用模制时由金属微粒和粘结剂混合而成的模制材料金属注模加工而成的。

2．一种制造用于液压动力装置的缸体的活塞的方法，包括：将大量的钢质微粒与大量的粘结剂相混合，以形成一种模制材料；将所述模制材料制成为具有第一和第二端的细长筒形本体，所述本体内具有细长空腔；将所述模制材料制成为插入件，所述插入件具有一种便于装配在本体内、以封闭所述空腔的敞开端的相容的形状，同时所述插入件具有一种便于其与滑块连接、接着与安装在所述缸体附近的旋转斜盘相连接的外部形状；从模制材料中去除粘结剂；烧结所述本体和帽状件，并使它们按比例收缩，使所述帽状件可装配在本体上；将插入件装配在本体内、以封闭本体内的空腔；以及，将插入件粘着在本体上。

3．如权利要求2所述的活塞，其特征在于，所述活塞被热处理，从而使所述本体的金属材料硬化，并使所述插入件的金属材料保持延展性。

4．如权利要求2所述的活塞，其特征在于，所述本体是实心柱形。

5．如权利要求2所述的活塞，其特征在于，所述本体是中空筒形管。

6．如权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述插入件包括连接所述第一端和第二端的细长杆部，所述杆部的直径小于所述中心孔的直径，从而形成环形内部空腔，连接在一起的所述本体和所述插入件形成柱形活塞，将插入件的第一端和第二端连接并密封于本体端部，从而形成内部封闭空腔。

7．如权利要求2所述的活塞，其特征在于，所述球形表面形成内凹球窝。

8．如权利要求2所述的活塞，其特征在于，所述球形表面形成外凸球体。

9．如权利要求2所述的活塞，其特征在于，包括沿着所述本体和插入件的长度延伸的管道。

10．如权利要求2所述的活塞，其特征在于，所述本体和插入件通过钎焊相连接。

11．如权利要求2所述的活塞，其特征在于，所述本体和插入件在一单个操作中通过钎焊相连接并进行热处理。

12．如权利要求2所述的活塞，其特征在于，所述本体和插入件通过焊接相连。

13．如权利要求2所述的活塞，其特征在于。所述第一种材料具有AISI4140的特性，而第二种材料则具有AISI1010的特性。

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