一种活塞组件及其设计方法与流程

本发明涉及液压作动筒技术领域，特别是液压作动筒活塞组件结构设计优化。

背景技术：

图1所示组件是一种航空发动机作动筒。作动筒无杆腔与活塞内层腔联通，形成一条油路，有杆腔通过活塞头部斜向孔与活塞中间层联通，形成另一条油路，油路在活塞杆部呈双层结构。目前双层内腔结构活塞由两项零件组成，一项为活塞1，另一项为环堵头2，环堵头2为“u”形结构，环堵头2装配于活塞1大端台阶孔中，“u”形外侧采用真空电子束焊接成活塞组件；活塞组件中间为环槽，后期再装配双油路管座组件3，并与环堵头2“u”形内侧焊接，活塞中部形成了有杆腔油路。

双层活塞组件基于二十世纪90年代机械加工制造能力而设计，对于当时制造能力，活塞设计为分体结构，活塞零件内腔呈台阶孔，有利于内腔的加工成型，之后，将环堵头装配焊接于活塞无杆端，完成活塞组件的制造。分体式活塞结构存在许多不足和缺点，首先，焊接变形，焊接变形将造成单件已完成的精度丧失，特别是配合表面外圆φd1、φd2的相对位置精度，焊前两外圆表面预留余量，焊接因基准a被环堵头占据不存在，精加工工艺不易实施，φd1、φd2位置精度高，不能直接夹持，因此φd1对φd2的位置精度设计无法提出高要求，目前φd1对φd2跳动公差设计为0.10；其次，多一项零件，材料消耗增加，生产组织与管理难度增加、管理成本增加；第三，真空电子束焊接工艺复杂，焊接前需要进行焊接试验，检查焊透率，确定焊接参数，每批组件制造时需要配置焊接模拟件；第四，该焊缝位置无法合理放置胶片，x光无法检查焊缝内部缺陷，焊接内部缺陷得不到100％控制，后期工作仍然存在隐患；第五，为了保证焊接质量，需要控制焊接处洁净，焊前对零件进行清洗，之后真空干燥，焊接时还需要用丙酮檫洗待焊，抽真空，焊后焊缝检查，不合格，还需补焊等，第六，焊缝的强度只有母材的70％。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是:提出一种活塞内腔结构及其设计方法，在不改变活塞组件后期与双油路管座焊接部位的结构尺寸(即环堵头“u”形内侧结构尺寸)和整个组件的强度前提下，改善组件的制造工艺性，提高零件制造精度，提高组件强度，减少零件数量，简化生产管理。

一种活塞内腔结构的设计方法，在不改变原环堵头“u”形内侧结构尺寸、整个组件强度的情况下，将活塞与环堵头设计为整体，之后进一步优化，增加工艺外顶尖，提高配合两重要工作表面φd1、φd2位置精度设计要求；增大活塞大端端面环槽结构尺寸，减轻重量，同时不影响端槽工作时的缓冲作用。

按照上述设计方法形成了新的活塞组件内腔结构，包括活塞堵头端设置的内锥面n，活塞堵头端外侧设置的外圆锥面h以及作为工艺顶尖的外锥面f。

其中，外圆锥面h为与优化前环堵头“u”形槽底部圆弧d和活塞的端面环槽槽底圆弧c均相切的圆锥面；

其中，内锥面n位于原环堵头非“u”形端与活塞的内腔孔φd2圆柱面相连接位置；

其中，活塞堵头端外侧用做工艺顶尖的外锥面f与外圆锥面h相连；

优选的，所述活塞原堵头非“u”形端内锥面n与活塞的内腔孔φd2圆柱面的连接处有倒圆，内锥面n的锥度为900。

优选的，所述活塞端用做工艺顶尖的外锥面f的锥度为600。

优选的，所述外锥面f与外圆锥面h相连接处有倒圆。

与现有作动筒相比，本发明对现有活塞组件内腔结构进行了优化设计，在不改变后期与双油路管座组件装配焊接结构和强度的情况下，提高了零件制造精度；设计了工艺外顶尖(即外锥面)，改善了组件制造工艺性；增大了活塞头部端面环槽尺寸，增大切削空间，改善切削成型工艺，减轻重量，减重达14.1％；减少了零件数量，简化了生产管理，减少了制造成本。

附图说明

图1是本发明涉及的作动筒结构示意图；

图2是优化前活塞组件结构示意图；

图3是本发明优化设计后的活塞组件结构示意图；

图中，1是活塞，2是环堵头，3是双油路管座组件，φd4是环堵头与活塞装配配合表面，c是活塞端面环槽槽底圆弧，d是环堵头“u”形端槽底圆弧,h是与环堵头“u”形端槽底圆弧d、活塞端端面环槽槽底圆弧c均相切的外圆锥面，f活塞端用做工艺顶尖的外锥面,n为环堵头非“u”形端与活塞的内腔孔φd2圆柱面相连的内锥面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的作动筒内腔结构进行说明。

参见图2，是发动机喷口作动筒的活塞组件，活塞组件由活塞1和环堵头2组焊而成，环堵头2呈“u”形。环堵头2装配于活塞1大端台阶孔中，之后“u”形外侧与活塞1采用真空电子束焊接成组件。

环堵头2的外圆与活塞1的内孔配合，尺寸为φ24，环堵头2“u”形外侧焊接处的接头尺寸为1mm×2mm，相应的活塞1待焊处的接头尺寸也是1mm×2mm，活塞1的内腔孔φd1、φd2，环堵头2的内腔孔φd3尺寸分别为φ16、φ18、φ14，长度尺寸l1、l2、l3分别为7、85、103，外圆φd1、φd2对基准a,即孔φd4的轴线的跳动公差为0.10。

本发明将活塞1设计成整体结构，如图3所示，具体设计方法如下：

1、活塞1与环堵头2设计成整体，采用整体加工成型。

2、以活塞1的内腔孔φd2与φd4临接的点b为起点设置900的锥面，起点b倒圆r2。

3、作与原环堵头2的“u”形端槽底圆弧d、活塞1端面环槽端槽底圆弧c均相切的公切线，以活塞1的轴线为旋转轴线，旋转成形锥面，将环堵头2端槽变为实体。

4、做φ22的实体圆柱，圆柱母线与步骤3所做的公切线相交，交点为e,交点处倒圆r2。

5、φ22圆柱倒60°锥面，锥面长度为3.5mm，锥面表面粗糙度ra值0.8um。

6、活塞外圆φd2做基准，标记为g,设计φd1对外圆φd2的跳动0.05，标记：

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种活塞组件及其设计方法，将活塞与环堵头设计为整体，之后活塞堵头端进一步优化，增加了工艺外顶尖(即外锥面)，提高配合两重要表面的位置精度要求，增大了活塞大端端面环槽结构尺寸，增大切削空间，改善切削成型工艺，减轻重量，减重达14.1％；同时减少了零件数量，简化了生产管理，减少了制造成本。

技术研发人员：熊健;解为刚;涂泉;胡鉴;龙政才;汤华;孙福波
受保护的技术使用者：中国航发贵州黎阳航空动力有限公司
技术研发日：2018.12.10
技术公布日：2019.03.19