一种具有仿生微结构表面特征的柱塞泵用柱塞的制作方法
【技术领域】
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[0001]本实用新型属于液压传动技术领域，具体涉及一种具有仿生微结构表面特征的柱塞栗用柱塞及其制备工艺。
【背景技术】
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[0002]在液压传动领域中，轴向柱塞栗因具有优越的性能而被广泛使用。轴向柱塞栗的工作原理是利用柱塞在缸体内往复运动所产生的容积变化来进行吸油和排油。在柱塞栗关键组成部件中，柱塞-铜套副的润滑、密封以及表面接触情况对柱塞栗的工作效能和使用寿命有着重要的影响。因此，对柱塞-铜套副进行合理的设计对改善柱塞栗的性能有着至关重要的作用。
[0003]研究人员针对轴向柱塞副存在的一些问题进行了大量的研究。有些通过改变柱塞或铜套的材料来改善柱塞副的接触性能;也有通过在柱塞表面加工出仿生微造型改善柱塞副的润滑和摩擦磨损特性。如中国专利CN103867432A公开了一种具有仿生非光滑表面的高压海水柱塞栗柱塞摩擦副，通过在柱塞副摩擦表面加工出通孔和凹坑状单元体形成的仿生非光滑表面，改善柱塞副的润滑特性、承载特性以及摩擦磨损特性。实践证明，通过仿生学的方法在物体表面加工出仿生结构，有利于改善其表面性能。本实用新型通过仿生鲨鱼盾鳞的菱形肋条状结构，在柱塞表面加工出仿生微结构表面特征，达到改善柱塞副的润滑性能和摩擦特性的效果。
【发明内容】
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[0004]本实用新型的目的在于提供一种具有仿生微结构表面特征的柱塞栗用柱塞。通过该柱塞可以在保证柱塞副良好密封性的同时，有效改善柱塞栗柱塞副的润滑性能，从而达到减少柱塞与铜套之间的摩擦磨损，延长柱塞栗使用寿命的目的。本实用新型主要通过仿生鲨鱼盾鳞的菱形肋条状结构，利用车床车削的方法，在柱塞表面加工出具有仿生微结构表面特征的仿生表面。
[0005]本实用新型所提供的一种具有仿生微结构表面特征的柱塞栗用柱塞包括左旋螺旋沟槽7和右旋螺旋沟槽8 ；所述左旋螺旋沟槽7和所述右旋螺旋沟槽8，从所述柱塞4端面倒角处开起并设置在所述柱塞4外圆柱面的1/3长度处;所述左旋螺旋沟槽7和所述右旋螺旋沟槽8的截面形状为矩形或半圆形，其在柱塞表面的宽度或直径为0.1—0.5_，左螺旋角度为私，右螺旋角度为^，仏和拆的取值范围为20—40° ;所述左旋螺旋沟槽7和所述右旋螺旋沟槽8从所述柱塞4端面同一起点处开起，并且所述左旋螺旋沟槽7及所述右旋螺旋沟槽8的沟槽起点均匀分布在所述柱塞4端面的整个圆周面上;所述沟槽起点为8个、9个或10个，所述沟槽起点与所述柱塞4端面圆心的连线与所述柱塞4端面圆的水平中心线的夹角α为45°或40°或36°。所述左旋螺旋沟槽7和所述右旋螺旋沟槽8在所述柱塞4外圆柱面的1/3长度处形成具有仿生微结构表面特征的仿生表面。
[0006]在柱塞栗工作时，所述左旋螺旋沟槽7和所述右旋螺旋沟槽8形成具有仿生微结构表面特征的仿生表面始终位于所述铜套3的内部，保证了柱塞副具有良好的密封性。同时，所述左旋螺旋沟槽7和所述右旋螺旋沟槽8通过所述柱塞4端面倒角处开设的油槽口与缸体2内腔相连通，当所述柱塞4在所述缸体2中进行往复运动时，缸体2内腔的高压油可以通过所述柱塞4端面倒角处开设的油槽口进入所述左旋螺旋沟槽7和所述右旋螺旋沟槽8，在柱塞-铜套间形成有效的润滑、冷却和密封油膜，从而改善柱塞副的润滑特性。
[0007]本实用新型所提供的一种具有仿生微结构表面特征的柱塞栗用柱塞是通过以下制备工艺制备的:
[0008](I)根据图纸要求确定柱塞毛坯的尺寸，然后通过三角卡盘装夹柱塞毛坯，粗车柱塞毛坯的外圆面，根据螺旋沟槽的截面形状选择矩形车刀或者外圆车刀；根据矩形或半圆形截面的沟槽宽度或直径为0.1—0.5mm，确定车刀的进给量，根据螺旋沟槽的螺旋角度和扮为20—40°，确定主轴的进给速度与工件转速之间的关系，然后在柱塞外圆面周向上车削左旋螺旋沟槽7和右旋螺旋沟槽8，接着车削出球头面;其中，螺旋沟槽的深度由加工沟槽的车刀类型而定。
[0009](2)车削完成之后进行渗碳处理，渗碳的厚度为0.7—0.9mm;渗碳后对柱塞进行淬火处理，增大其表面的硬度，淬火后的硬度为HRC59—64。
[0010](3)热处理后，通过普通外圆磨床对柱塞外圆面进行磨削，磨削余量为0.2—03mm，保证柱塞具有良好的同轴度和圆度，并控制柱塞表面粗糙度Ra为0.Ιμπι。
[0011 ]本实用新型具有以下技术特点:
[0012]1、仿生鲨鱼表皮以其优越的减阻性能广泛地应用于很多领域，本实用新型通过仿生鲨鱼盾鳞的菱形肋条状结构，在柱塞外圆柱面的1/3长度处加工出仿生微结构表面，保证了柱塞副良好密封性。同时，在柱塞往复运动的过程中可以在柱塞-铜套间形成有效的润滑、冷却和密封油膜，从而改善柱塞副的润滑性能和摩擦特性。
[0013]2、本实用新型通过车床车削的方法在柱塞外圆柱面加工出仿生微结构表面特征，具有加工过程简单方便、成本低廉、简洁实用等优点。同时，该加工方法具有较高的可调控性，可以根据特定的需求在柱塞外圆柱面加工出所需的仿生微结构表面特征。
【附图说明】
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[0014]图1是本实用新型柱塞主视结构示意图；
[0015]图2是图1中本实用新型柱塞表面仿生微结构表面特征局部I放大结构示意图；
[0016]图3是本实用新型中的螺旋沟槽在柱塞端面分布示意图；
[0017]图4是本实用新型柱塞表面螺旋沟槽矩形断面示意图；
[0018]图5是本实用新型柱塞表面螺旋沟槽半圆形断面示意图；
[0019]图6是本实用新型柱塞应用于斜盘式轴向柱塞栗结构示意图。
[0020]图中:1:主轴；2:缸体;3:铜套;4:柱塞；5:滑靴;6:斜盘;7:左旋螺旋沟槽;8:右旋螺旋沟槽。
【具体实施方式】
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[0021]本实用新型所提供的一种具有仿生微结构表面特征的柱塞栗用柱塞，该柱塞包括左旋螺旋沟槽7和右旋螺旋沟槽8 ；左旋螺旋沟槽7和右旋螺旋沟槽8，从柱塞4端面倒角处开起并设置在柱塞4外圆柱面的1/3长度处;左旋螺旋沟槽7和右旋螺旋沟槽8的截面形状为矩形或半圆形，其在柱塞表面的宽度或直径为0.1 — 0.5mm，螺旋角度为扮和扮，^、&的取值范围为20—40°;所述左旋螺旋沟槽7和所述右旋螺旋沟槽8从所述柱塞4端面同一起点处开起，所述左旋螺旋沟槽7和所述右旋螺旋沟槽8的沟槽起点均匀分布在所述柱塞4端面的整个圆周面上;所述沟槽起点为8个、9个或10个，所述沟槽起点与所述柱塞4端面圆心的连线与所述柱塞4端面圆的水平中心线的夹角α为45°或40°或36°。左旋螺旋沟槽7和右旋螺旋沟槽8在柱塞4外圆柱面的1/3长度处形成具有仿生微结构表面特征的仿生表面。
[0022]如图6所示，本实用新型柱塞应用于斜盘式轴向柱塞栗包括主轴1、缸体2、铜套3、柱塞4、滑靴5、斜盘6。主轴I转动带动缸体2和斜盘6转动，使得柱塞4在铜套中进行往复运动。运动过程中，柱塞4外圆柱面的1/3长度处所设置的具有仿生微结构表面特征的仿生表面始终在铜套内，保证了柱塞具有良好的密封性能。同时，缸体2内腔的高压油可以通过柱塞4端面倒角处开设的油槽口进入左旋螺旋沟槽7和右旋螺旋沟槽8，在柱塞-铜套间形成有效的润滑、冷却和密封油膜，从而改善柱塞副的润滑特性以及摩擦特性。
[0023]本实用新型所提供的一种具有仿生微结构表面特征的柱塞栗用柱塞的制备工艺具体如下:工序路线为:下料一数控车(车外圆、矩形或半圆形截面螺旋沟槽以及球头面)一热处理(渗碳后淬火)一磨削(外圆及球头面)。
[0024]制备工艺具体步骤如下:首先，根据图纸要求确定柱塞毛坯的尺寸，然后通过三角卡盘装夹柱塞毛坯，粗车柱塞毛坯的外圆面，根据螺旋沟槽的截面形状选择矩形车刀或者外圆车刀;根据矩形或半圆形截面的沟槽宽度或直径为0.1—0.5mm，确定车刀的进给量，根据螺旋沟槽的角度βι和扮为20—40°，确定主轴的进给速度与工件转速之间的关系，然后在柱塞外圆面周向上车削左旋螺旋沟槽7和右旋螺旋沟槽8，接着车削出球头面;车削完成之后进行渗碳处理，渗碳的厚度为0.7-0.9mm;渗碳后对柱塞进行淬火处理，增大其表面的硬度，淬火后的硬度为HRC59—64;热处理后，通过普通外圆磨床对柱塞外圆面进行磨削，磨削余量为0.2—03mm，保证柱塞具有良好的同轴度和圆度，并控制柱塞表面粗糙度Ra为0.Ιμπι。其中，沟槽的深度由加工沟槽的车刀类型而定。
【主权项】
1.一种具有仿生微结构表面特征的柱塞栗用柱塞，其特征在于该柱塞包括左旋螺旋沟槽(7)和右旋螺旋沟槽(8);所述左旋螺旋沟槽(7)和所述右旋螺旋沟槽(8)从所述柱塞(4)断面倒角处开起并设置在所述柱塞(4)外圆柱面的1/3长度处，并在所述柱塞(4)外圆柱面的1/3长度处形成具有仿生微结构表面特征的仿生表面，所述左旋螺旋沟槽(7)和所述右旋螺旋沟槽(8)通过所述柱塞(4)端面倒角处的油槽口与缸体内油腔相连通，在柱塞运动过程中能够在柱塞-铜套间形成有效的润滑、冷却及密封油膜。2.根据权利要求1所述的具有仿生微结构表面特征的柱塞栗用柱塞，其特征在于所述左旋螺旋沟槽(7)及所述右旋螺旋沟槽(8)的截面为矩形或半圆形，所述矩形或半圆形截面的宽度或直径为0.1—0.5mm,所述左旋螺旋沟槽(7)及所述右旋螺旋沟槽(8)的螺旋角度分别βι、&，所述01、&的取值范围为20—40°。3.根据权利要求1所述的具有仿生微结构表面特征的柱塞栗用柱塞，其特征在于所述左旋螺旋沟槽(7)和所述右旋螺旋沟槽(8)从所述柱塞(4)端面同一起点处开起，并且所述左旋螺旋沟槽(7)及所述右旋螺旋沟槽(8)的沟槽起点均匀分布在所述柱塞(4)端面的整个圆周面上;所述沟槽起点为8个、9个或10个，所述沟槽起点与所述柱塞(4)端面圆心的连线与所述柱塞(4)端面圆的水平中心线的夹角α为45°或40°或36°。
【专利摘要】本实用新型提供一种具有仿生微结构表面特征的柱塞泵用柱塞，属于液压传动技术领域。该柱塞包括左旋螺旋沟槽和右旋螺旋沟槽，从柱塞端面倒角处开起并设置在柱塞外圆柱面的1/3长度处，在柱塞外圆柱面形成具有仿生微结构表面特征的仿生表面；左旋螺旋沟槽和右旋螺旋沟槽通过柱塞端面倒角处开设的油槽口与缸体内油腔相连通，柱塞运动过程中可以在柱塞-铜套间形成有效的润滑、冷却和密封油膜，从而改善柱塞副的润滑性能和摩擦特性。本实用新型能够通过车床车削的方法加工制备，具有加工过程简单方便、成本低廉、简洁实用等优点。
【IPC分类】F04B53/14
【公开号】CN205370958
【申请号】CN201620051344
【发明人】崔同洋, 童宝宏, 时礼平, 杨文
【申请人】安徽工业大学
【公开日】2016年7月6日
【申请日】2016年1月19日