製造封閉腔室活塞的方法
2023-05-19 13:49:26 2
專利名稱：製造封閉腔室活塞的方法
技術領域：
本申請是2000年11月21日申請的序列號為No.09/722,617的未授權申請的部分延續。
本發明涉及傳送裝置、泵和馬達等液壓裝置領域。更具體地說，本發明涉及在液壓裝置的圓筒形孔中可滑動地進行往復運動的具有封閉腔室或可減小油體積的活塞。
參照圖3和4，本發明的活塞30包括鋼活塞本體32和鋼活塞蓋34。活塞本體32是細長的並且分別具有相對的開口端32A和封閉端32B(圖4)。活塞本體32是圓柱形的，並且具有位於中心的大體上為圓筒形的內部腔室38，該腔室具有在其周圍延伸的圓筒形井。活塞本體32的開口端32A具有入口開口39，並且內部腔室38從該入口開口向內延伸，從而限定了在封閉端附近的底壁40和中止於入口開口39附近的活塞本體32的邊緣44或開口端32A的接觸部分的外壁42。
底壁40具有形成於其中的插孔或接觸表面46，它包含凹入的中央部分48和導向其中的埋頭孔50。在圖3和4中所示的實施例中，凹入的中央部分48是圓錐形的，並且被限定在90度和165度之間的夾角內，優選大約為120度，從而如果這些零件未冷成形有底壁結構的話，則允許用具有118度鑽尖的標準鑽頭進行成形。優選的是，埋頭孔50相對於垂直於活塞本體32的中心縱向軸線的平面形成大約15度的夾角B。
蓋34包括具有中心縱向軸線的細長的圓柱形杆52、相對的第一和第二端部位於第一端部處的頭部54。頭部54沿著垂直於杆的縱向軸線的方向從杆52中向外伸出。頭部54的尺寸足以蓋住活塞本體32的入口開口39。蓋34的頭部54可以包括可選的圍繞著杆52的環狀凹槽58，以進一步減輕活塞30的重量。蓋34具有與活塞本體32上的接觸表面配合的邊緣或接觸表面55(圖4)。
在圖3和4中所示的實施例中，杆52的第二端部或接觸表面56的形狀為圓錐形，從而能夠大致地與在活塞本體32的底壁中的形狀類似的凹入的中央部分48或插孔46的接觸表面配合和接合。插孔46的埋頭孔50幫助將第二桿端部56引導進中央部分48。杆的圓錐形第二端部56具有大約在90度和165度之間的夾角，優選大約為120度。
圖5中所示的實施例與圖3和4中的實施例的類似之處在於，活塞蓋34A安裝在活塞本體32』上，該活塞本體包括具有中心孔或內部腔室38A、具有邊緣或接觸表面44A的外壁42A和底壁40A。但是，杆52A的第二端部或接觸表面56A具有垂直於杆的縱向軸線延伸的平面。同樣，插孔46A的凹入的中央部分48A包含有由垂直於活塞本體32A的縱向軸線延伸的平坦的接觸表面所限定的圓形區域。該凹槽48A的圓形區域的直徑大致與杆52A的第二端部56A的直徑相同。設有埋頭孔50A，以將該杆引導進入凹槽48A。
本發明的活塞30或30A的生產工藝在原理上是基本相同的。活塞本體32、32』和活塞蓋34、34A優選都設置在準備焊接的狀態下，並且已經通過冷成形完成了杆和底壁的形狀。或者，這些部件可以通過刮削加工而成。因此在任一情況中都不需要相對昂貴的目標鑽孔操作。
杆52、52A插入進內部腔室38、38A中，直到它接觸到底壁40、40A為止。然後部件32和34或32』和34A相對彼此轉動，以通過摩擦慣性焊接將它們連接在一起。杆52、52A的長度比腔室38、38A的深度稍微大一點，以允許與慣性焊接相關的正常的長度損失。因此，杆的長度LS比腔室的深度CD大，以足以解決在杆/底壁界面和頭部/邊緣界面處的材料損耗的量。但是，應該注意的是，LS不要比CD大得太多。否則，在邊緣處的焊接會受到負面影響或者該杆將彎曲。彎曲的杆在人們試圖通過該杆鑽出穿過活塞的普通的較小的縱向孔的時候會產生問題。摩擦慣性焊接在兩個不同的界面處(55和44；以及56和48A)形成，這兩個界面處於至少兩個不同平面中。應該理解的是，活塞本體(32和32』)和蓋(34和34A)的冷成形能夠形成這些部件的淨形狀而無需機加工，這實際上就節約了成本。但是，為了進行冷成形，這些部件必須具有兩個界面焊接表面(如圖4和5中的蓋55與活塞本體邊緣表面44；以及圖4和5中的56和56A以及48和48A)。這些相應的表面在縱向上隔開，並且分別位於內部和外部。內部界面(例如56和48)特別難以通過慣性摩擦焊接進行焊接，因為在轉動期間它們相對較小的面積產生出較少的熱量。
因此，為了讓本發明的活塞結果能夠通過慣性焊接工藝來成功地進行焊接(這包括沿著相反的方向在本體32和蓋34上施加縱向力，以及一個相對於另一個固定部件的轉動)，已經發現在規定區域處必須對這些零件進行預加熱，以得到可接受的焊接。可接受的焊接被定義為在被連接的最小斷面厚度(對於內部焊接來說為杆厚度)中沒有缺陷的焊接。可接受的焊接的分析是一種金相過程，並且是排除了具有孔隙、裂紋和其它普通因素(例如強度和耐久性)的缺點的焊接。
另外，已經發現，加熱、壓力和轉動速度的條件必須與特定參數表1為用於進行內部焊接的液壓活塞的可接受焊接速度、壓力和熱量參數。
表2為對於在用於內部焊接的液壓活塞中產生出可接受焊接的可接受的(1)速度、(2)壓力和(3)熱量的參數組合。
從這些附圖
和上述說明書中可以理解的是，蓋、杆端、活塞本體的相應幾何屬性是能夠調整的參數，以優化慣性焊接的整體性。
基於上述說明可以看出，本發明至少滿足其所述的目的。
權利要求
1.一種製造封閉腔室活塞的方法，它包括採用一種具有內部腔室、封閉端和開口端的細長活塞本體，一外壁圍繞著該腔室延伸並且中止於活塞本體的開口端處的第一接觸表面處；在所述腔室中設置第二接觸表面，該表面與所述第一接觸表面在縱向上隔開；採用具有分別與活塞本體的第一和第二接觸表面對準的第三和第四接觸表面的蓋元件；通過慣性摩擦焊接同時將第一表面焊接在第三表面上以及將第二表面焊接在第四表面上，並將縱向壓力施加在活塞本體和蓋元件上，以將它們相應的接觸表面保持在緊密的縱向接合中，然後使活塞本體和蓋元件中的一個相對於另一個轉動，以在接合的接觸表面之間產生出足夠的熱量，從而使得它們被熔接在一起。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述接合的接觸表面在進行慣性摩擦焊接之前被預加熱。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所施加的縱向壓力為1400-1600磅/平方英寸；轉動部件的轉速為4700-4900轉/分。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述接合的接觸表面在進行慣性摩擦焊接之前被預加熱。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，預加熱的功率為8.1-9.5千瓦。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述低(L)、中(M)、高(H)的數值對於速度而言，為(L)4700轉/分，(M)4800轉/分，(H)4900轉/分；對於壓力而言，為(L)1400磅/平方英寸，(M)1500磅/平方英寸，(H)1600磅/平方英寸；而對於所施加的熱量而言，為(L)8.1千瓦，(M)8.8千瓦，(H)9.5千瓦；並且速度、壓力和熱量的參數可在HHH；HHL；LHL；LHH；MMM；LLL；LLH；HLH和HLL的組合中選擇。
7.一種通過蓋元件和具有內部焊接界面的活塞本體之間的慣性摩擦焊接出內部焊接面的製造方法，它包括預加熱內部焊接界面；將相反的縱向壓力施加在蓋元件和活塞本體上，以使蓋元件和活塞本體在這些界面處摩擦接合；使蓋元件或活塞本體轉動，以在所接合的接觸表面之間產生出足夠的熱量，從而使它們熔接在一起。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，所施加的縱向壓力為1400-1600磅/平方英寸；轉動部件的轉速為4700-4900轉/分。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述接合的接觸表面在進行慣性摩擦焊接之前被預加熱。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，預加熱的功率為8.1-9.5千瓦。
11.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述低(L)、中(M)、高(H)的數值對於速度而言，為(L)4700轉/分，(M)4800轉/分，(H)4900轉/分；對於壓力而言，為(L)1400磅/平方英寸，(M)1500磅/平方英寸，(H)1600磅/平方英寸；而對於所施加的熱量而言，為(L)8.1千瓦，(M)8.8千瓦，(H)9.5千瓦；並且速度、壓力和熱量的參數可在HHH；HHL；LHL；LHH；MMM；LLL；LLH；HLH和HLL的組合中選擇。
全文摘要
本發明的封閉腔室活塞(10)包括細長的活塞本體(12)和其上具有細長的杆(20)和頭部的單獨形成的活塞蓋(14)。本體(32)包括封閉端(32A)和具有腔室(38)的開口端(32B),所述腔室具有在封閉端(32A)附近的底壁(40)和中止於開口端(32B)處的邊緣中的外壁(42)。活塞蓋(14)的杆(20)被摩擦慣性焊接在活塞本體(12)的底壁(40)上,並且活塞蓋(14)的頭部(54)焊接在活塞本體(12)的邊緣(24)上。蓋(14)的杆(20)插入在本體的腔室(38)中,直到它接觸到底壁(40)。蓋(14)在預加熱之後在杆/底壁和頭部/邊緣界面處被摩擦慣性焊接在本體上。
文檔編號F04B53/14GK1358601SQ0113973
公開日2002年7月17日 申請日期2001年11月27日 優先權日2000年11月27日
發明者羅伯特·J·斯託佩克 申請人:索爾-丹福斯公司