CN1358601A - 制造封闭腔室活塞的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的封闭腔室活塞(10)包括细长的活塞本体(12)和其上具有细长的杆(20)和头部的单独形成的活塞盖(14)。本体(32)包括封闭端(32A)和具有腔室(38)的开口端(32B),所述腔室具有在封闭端(32A)附近的底壁(40)和中止于开口端(32B)处的边缘中的外壁(42)。活塞盖(14)的杆(20)被摩擦惯性焊接在活塞本体(12)的底壁(40)上,并且活塞盖(14)的头部(54)焊接在活塞本体(12)的边缘(24)上。盖(14)的杆(20)插入在本体的腔室(38)中,直到它接触到底壁(40)。盖(14)在预加热之后在杆/底壁和头部/边缘界面处被摩擦惯性焊接在本体上。

Description

制造封闭腔室活塞的方法
技术领域
本申请是2000年11月21日申请的序列号为No.09/722,617的未授权申请的部分延续。
本发明涉及传送装置、泵和马达等液压装置领域。更具体地说，本发明涉及在液压装置的圆筒形孔中可滑动地进行往复运动的具有封闭腔室或可减小油体积的活塞。
背景技术
普通的封闭腔室活塞已经被应用在用于农业、草皮维护和建筑设备的各种液压装置中。一种普通封闭腔室或油体积减少的活塞具有细长的圆柱形主体和截顶圆柱形盖。主体的一个端部被封闭，并且另一个端部具有通过相对昂贵的“目标钻孔”操作而在其中形成的深的目标形状或环状腔室。目标钻孔操作留下位于中央的杆，该杆与主体的封闭端成一整体并且向开口端伸出。盖是冷成形的，并且具有相对的封闭和开口端。开口端包括环状凹槽和截头的杆部分，从而盖与杆以及其开口端处的内壁对准且配合。该普通的活塞通过将垫圈加入在杆和开口端附近的主体的内壁之间装配而成。垫圈用来在焊接期间帮助杆对中和稳定。然后，盖和主体沿着其相应开口端相接触处的单一横向平面通过惯性摩擦焊接在一起。其结果是，形成较轻的封闭腔室活塞，但是，目标钻孔操作的成本和复杂性使其成为相对昂贵的活塞。考虑到液压设备通常需要若干个用于每个装置的活塞，活塞成本大大地影响着该装置以及采用它们的液压传动装置的整体成本。因此，需要提出一种消除了目标钻孔并且降低了成本的封闭腔室活塞及其制造方法。
发明概述
本发明涉及一种用于液压装置的封闭腔室活塞及其制造方法。本发明的封闭腔室活塞包括细长的活塞本体和具有细长的杆和头部的单独形成的活塞盖。本体包括封闭端和具有腔室的开口端，该腔室具有与封闭端相邻的底壁和中止在开口端处的边缘中的外壁。活塞盖的杆被惯性摩擦焊接在活塞本体的底壁上，并且活塞盖的头部焊接在活塞本体的边缘上，从而盖着入口开口并且密封地包围着内部腔室。这两个活塞部件都可以通过普通的且相对廉价的冷成形技术来形成。盖的杆插入进本体的腔室中直到它与底壁接触。然后，在预加热之后，该盖在杆/底壁和头部/边缘界面处被惯性摩擦焊接在本体上。
附图简要说明
图1为普通活塞的中央纵向剖视图；
图2为沿着图1的活塞的纵向剖面的分解装配图；
图3为根据本发明制成的活塞的中央纵向剖视图；
图4为沿着图3的活塞的纵向剖面的分解装配图；
图5为与图4类似的分解装配图，但是它显示出一种可选的杆端部和底壁结构。
优选实施例的详细说明
在图1和2中显示出惯性焊接形成的普通活塞10。如上简要地所述，该活塞10包括钢活塞本体12、冷成形的钢活塞盖14和金属垫圈16。活塞本体12具有封闭端、开口端和环状内部腔室18。杆20从活塞本体的封闭端中伸出。杆20的自由端22位于与活塞本体12的边缘24相同的平面中。活塞盖14如活塞本体12一样是圆柱形的，并且是冷成形的。但是，由于细长的杆20的缘故，所以活塞本体12不能被冷成形，而是需要一种昂贵的目标钻孔操作来形成腔室18和杆20。该盖14在包含边缘24和杆20的端部22的单一横向平面中被惯性焊接在活塞本体12上。
参照图3和4，本发明的活塞30包括钢活塞本体32和钢活塞盖34。活塞本体32是细长的并且分别具有相对的开口端32A和封闭端32B(图4)。活塞本体32是圆柱形的，并且具有位于中心的大体上为圆筒形的内部腔室38，该腔室具有在其周围延伸的圆筒形井。活塞本体32的开口端32A具有入口开口39，并且内部腔室38从该入口开口向内延伸，从而限定了在封闭端附近的底壁40和中止于入口开口39附近的活塞本体32的边缘44或开口端32A的接触部分的外壁42。
底壁40具有形成于其中的插孔或接触表面46，它包含凹入的中央部分48和导向其中的埋头孔50。在图3和4中所示的实施例中，凹入的中央部分48是圆锥形的，并且被限定在90度和165度之间的夹角内，优选大约为120度，从而如果这些零件未冷成形有底壁结构的话，则允许用具有118度钻尖的标准钻头进行成形。优选的是，埋头孔50相对于垂直于活塞本体32的中心纵向轴线的平面形成大约15度的夹角B。
盖34包括具有中心纵向轴线的细长的圆柱形杆52、相对的第一和第二端部位于第一端部处的头部54。头部54沿着垂直于杆的纵向轴线的方向从杆52中向外伸出。头部54的尺寸足以盖住活塞本体32的入口开口39。盖34的头部54可以包括可选的围绕着杆52的环状凹槽58，以进一步减轻活塞30的重量。盖34具有与活塞本体32上的接触表面配合的边缘或接触表面55(图4)。
在图3和4中所示的实施例中，杆52的第二端部或接触表面56的形状为圆锥形，从而能够大致地与在活塞本体32的底壁中的形状类似的凹入的中央部分48或插孔46的接触表面配合和接合。插孔46的埋头孔50帮助将第二杆端部56引导进中央部分48。杆的圆锥形第二端部56具有大约在90度和165度之间的夹角，优选大约为120度。
图5中所示的实施例与图3和4中的实施例的类似之处在于，活塞盖34A安装在活塞本体32’上，该活塞本体包括具有中心孔或内部腔室38A、具有边缘或接触表面44A的外壁42A和底壁40A。但是，杆52A的第二端部或接触表面56A具有垂直于杆的纵向轴线延伸的平面。同样，插孔46A的凹入的中央部分48A包含有由垂直于活塞本体32A的纵向轴线延伸的平坦的接触表面所限定的圆形区域。该凹槽48A的圆形区域的直径大致与杆52A的第二端部56A的直径相同。设有埋头孔50A，以将该杆引导进入凹槽48A。
本发明的活塞30或30A的生产工艺在原理上是基本相同的。活塞本体32、32’和活塞盖34、34A优选都设置在准备焊接的状态下，并且已经通过冷成形完成了杆和底壁的形状。或者，这些部件可以通过刮削加工而成。因此在任一情况中都不需要相对昂贵的目标钻孔操作。
杆52、52A插入进内部腔室38、38A中，直到它接触到底壁40、40A为止。然后部件32和34或32’和34A相对彼此转动，以通过摩擦惯性焊接将它们连接在一起。杆52、52A的长度比腔室38、38A的深度稍微大一点，以允许与惯性焊接相关的正常的长度损失。因此，杆的长度LS比腔室的深度CD大，以足以解决在杆/底壁界面和头部/边缘界面处的材料损耗的量。但是，应该注意的是，LS不要比CD大得太多。否则，在边缘处的焊接会受到负面影响或者该杆将弯曲。弯曲的杆在人们试图通过该杆钻出穿过活塞的普通的较小的纵向孔的时候会产生问题。摩擦惯性焊接在两个不同的界面处(55和44；以及56和48A)形成，这两个界面处于至少两个不同平面中。应该理解的是，活塞本体(32和32’)和盖(34和34A)的冷成形能够形成这些部件的净形状而无需机加工，这实际上就节约了成本。但是，为了进行冷成形，这些部件必须具有两个界面焊接表面(如图4和5中的盖55与活塞本体边缘表面44；以及图4和5中的56和56A以及48和48A)。这些相应的表面在纵向上隔开，并且分别位于内部和外部。内部界面(例如56和48)特别难以通过惯性摩擦焊接进行焊接，因为在转动期间它们相对较小的面积产生出较少的热量。
因此，为了让本发明的活塞结果能够通过惯性焊接工艺来成功地进行焊接(这包括沿着相反的方向在本体32和盖34上施加纵向力，以及一个相对于另一个固定部件的转动)，已经发现在规定区域处必须对这些零件进行预加热，以得到可接受的焊接。可接受的焊接被定义为在被连接的最小断面厚度(对于内部焊接来说为杆厚度)中没有缺陷的焊接。可接受的焊接的分析是一种金相过程，并且是排除了具有孔隙、裂纹和其它普通因素(例如强度和耐久性)的缺点的焊接。
另外，已经发现，加热、压力和转动速度的条件必须与特定参数
表1为用于进行内部焊接的液压活塞的可接受焊接速度、压力和热量参数。
    低(L)     中(M)     高(H)
     速度(转/分)     4700     4800     4900
     压力(磅/平方英寸)     1400     1500     1600
     热量(千瓦)     8.1     8.8     9.5
表2为对于在用于内部焊接的液压活塞中产生出可接受焊接的可接受的(1)速度、(2)压力和(3)热量的参数组合。
    HHH     LHH     LLH
    HHL     MMM     HLH
    LHL     LLL     HLL
从这些附图和上述说明书中可以理解的是，盖、杆端、活塞本体的相应几何属性是能够调整的参数，以优化惯性焊接的整体性。
基于上述说明可以看出，本发明至少满足其所述的目的。

Claims (11)

1.一种制造封闭腔室活塞的方法，它包括：
采用一种具有内部腔室、封闭端和开口端的细长活塞本体，一外壁围绕着该腔室延伸并且中止于活塞本体的开口端处的第一接触表面处；
在所述腔室中设置第二接触表面，该表面与所述第一接触表面在纵向上隔开；
采用具有分别与活塞本体的第一和第二接触表面对准的第三和第四接触表面的盖元件；
通过惯性摩擦焊接同时将第一表面焊接在第三表面上以及将第二表面焊接在第四表面上，并将纵向压力施加在活塞本体和盖元件上，以将它们相应的接触表面保持在紧密的纵向接合中，然后使活塞本体和盖元件中的一个相对于另一个转动，以在接合的接触表面之间产生出足够的热量，从而使得它们被熔接在一起。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接合的接触表面在进行惯性摩擦焊接之前被预加热。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所施加的纵向压力为1400-1600磅/平方英寸；转动部件的转速为4700-4900转/分。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述接合的接触表面在进行惯性摩擦焊接之前被预加热。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，预加热的功率为8.1-9.5千瓦。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述低(L)、中(M)、高(H)的数值对于速度而言，为(L)：4700转/分，(M)：4800转/分，(H)：4900转/分；对于压力而言，为(L)：1400磅/平方英寸，(M)：1500磅/平方英寸，(H)：1600磅/平方英寸；而对于所施加的热量而言，为(L)：8.1千瓦，(M)：8.8千瓦，(H)：9.5千瓦；并且速度、压力和热量的参数可在HHH；HHL；LHL；LHH；MMM；LLL；LLH；HLH和HLL的组合中选择。
7.一种通过盖元件和具有内部焊接界面的活塞本体之间的惯性摩擦焊接出内部焊接面的制造方法，它包括：
预加热内部焊接界面；
将相反的纵向压力施加在盖元件和活塞本体上，以使盖元件和活塞本体在这些界面处摩擦接合；
使盖元件或活塞本体转动，以在所接合的接触表面之间产生出足够的热量，从而使它们熔接在一起。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所施加的纵向压力为1400-1600磅/平方英寸；转动部件的转速为4700-4900转/分。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述接合的接触表面在进行惯性摩擦焊接之前被预加热。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，预加热的功率为8.1-9.5千瓦。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述低(L)、中(M)、高(H)的数值对于速度而言，为(L)：4700转/分，(M)：4800转/分，(H)：4900转/分；对于压力而言，为(L)：1400磅/平方英寸，(M)：1500磅/平方英寸，(H)：1600磅/平方英寸；而对于所施加的热量而言，为(L)：8.1千瓦，(M)：8.8千瓦，(H)：9.5千瓦；并且速度、压力和热量的参数可在HHH；HHL；LHL；LHH；MMM；LLL；LLH；HLH和HLL的组合中选择。
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