专利名称：具有封闭空腔的液压活塞及其制造方法
液压动力装置的缸体中使用的某些液压活塞具有实心的钢结构。虽然它们是耐用的、可靠的和在制造上是低成本的，但它们相对较大的重量限制了其工作速度。它们还产生较大的运转摩擦力。
此外，有的活塞形成有中空腔，以便减轻实心钢活塞的重量。然而，该中空腔里充满可压缩的油。在压力循环过程中对活塞空腔内的油加压和减压将造成无效的能量消耗，并对和活塞相互配合的旋转斜盘施加的惯性矩具有有害的影响。
这种中空活塞的缺点通过在中空腔里充填塑料而被部分克服，塑料较轻，而且不会象油那样可压缩。然而，要得到一种可靠的、能够忍受活塞的严酷环境的材料是困难的，塑料在这种环境下的恶化是普遍的。在空腔里使用代替塑料的小铝块比较耐用，但它们难以保持在空腔里。
某些活塞提供一空腔，在空腔的一端具有盖子，以便封闭该空腔。油不会停留在空腔里，因为一中空管子延伸通过活塞和空腔，从而防止在空腔里充填油。这种在空腔里的管子常用垫圈之类的元件进行加强，该垫圈横跨自管子的外径至空腔的内径之间的距离。虽然这种设计的活塞至少解决了上述的一些问题，但它在制造上非常昂贵。
因此，本发明的一个主要目的是提供一种具有封闭空腔的液压活塞及制造这种活塞的方法，这种活塞在制造上是经济的，并能克服现有活塞的上述缺点。
具体地说，本发明的一个目的是提供一种具有封闭空腔的液压活塞，它具有中空的活塞本体，其上附有活塞盖子，它们均是通过金属注入成型工艺形成的。
本发明的另一目的是提供一种具有封闭空腔的液压活塞及其制造方法，这种制造方法将盖子粘结在活塞本体上，而同时使活塞本体变硬，而盖子依然具有可塑性，以便进行卷边或弯曲。
本发明的另一目的是提供一种具有封闭空腔的液压活塞，在活塞本体和与活塞本体分开的盖子里制有油导管，其中，盖子是粘结在活塞本体上以封闭空腔，通过在盖子和活塞本体上的互补的啮合表面使盖子与活塞本体自动对齐。
本发明的另一目的是提供一种具有封闭空腔的液压活塞及其制造方法，该方法通过金属注入成型工艺制造本体和盖子而基本上免除了精整工序。
本发明的另一目的是提供一种液压活塞，该活塞在工作时是安静的，能在高速下工作，能效高，而制造成本低。
对于本技术领域的技术人员来说，上述的和其它的目的将变得清楚。
一种液压动力装置的缸体用的液压活塞具有一细长的圆柱形本体，它具有第一端和第二端。在本体中形成一细长的空腔。一盖子粘结在本体上以封闭该空腔。该盖子的外形便于和一滑动件在运转中相啮合，该滑动件与安装在缸体附近的一旋转斜盘啮合。
该活塞具有形成在本体里的细长的第一导管，该导管与空腔隔开，并在本体的相对两端之间延伸。该导管与盖子里的第二导管对齐连通，从而允许油通过导管而不会拥入空腔里。
该盖子较佳的是在其内端具有一锥形表面，以便与在本体的相邻端部上的互补的表面啮合，从而使盖子与本体中心对齐。盖子和本体的锥形表面终止于平行的壁表面，以便在它们之间形成连续的环形分界面，而在该分界面里充填粘结材料、诸如黄铜钎焊介质。
本体和盖子是金属结构，而盖子的材料比本体的材料更具可塑性，从而允许盖子可根据需要进行卷边。
本体和盖子较佳的是通过金属注入成型工艺形成的，该工艺使用模制材料，而该材料包括金属微粒和粘结材料的混合物。本体和盖子须经除粘结物处理，由此从模制材料中消除粘结材料，然后零件被烧结，从而发生受控制的收缩。
盖子或者终止于一球部，以便固定在一滑动件上，或者包括一球窝，以便接纳固定在一滑动件上的球部。
图1是本发明的活塞的侧视图，它显示了一用来接纳滑动件上的球部的球窝；图1A是图1中的活塞的纵向剖视图；图2是图1A中的活塞体的纵向剖视图；图2A是沿图2中的2A-2A线的放大的剖视图；图3是沿图2中的活塞的中心线剖视的立体图，以便更全面地显示其结构；
图4是图1中的活塞的盖子的侧视图；图5是图4中的盖子的立体图；图6是图1中的活塞体的侧视图；图7是图6中的活塞体的立体图；图8是图8A中的活塞的纵向剖视图；图8A是另一种形状的活塞的侧视图，它具有作为其头部一部分的凸出接头；图9是沿图8A中的活塞的中心线剖视的立体图，以便更全面地显示其结构；图10是图8中的活塞体的侧视图；图11是图10中的活塞体的立体图；图12是图8中的盖子的侧视图；以及图13是图12中的盖子的立体图。
参看图1至7，标号10表示一液压活塞，它具有一圆柱形本体12，该本体具有第一端14和第二端16。一细长的空腔18形成于本体12内，并具有第一端20和第二端22。在环绕着空腔18的第二端22处的本体12上形成有一锥形表面24。参看图2A，一圆柱形侧壁部分28从内侧锥形表面24向内延伸。盖子30具有一圆柱形头部32和一锥形侧壁34(图4)。一圆柱形短柱36向内延伸进入空腔18的第二端22。短柱36具有一圆柱形侧壁38，它延伸进入空腔18的第二端。
盖子30具有一弧形球窝40，它终止于一环形唇缘42，如图1A所示。一小空间44将容纳唇缘42向内方向的卷边，这将在下面讨论。
盖子30具有一中心导管46，该导管46与一斜导管48对齐，而该斜导管48与本体12里的一细长导管49对齐并连通。导管49在第一端14和第二端16之间延伸，并与空腔18隔开。
滑动件50的一端具有一通常的球部52，它通过杆部54与一平的滑动件表面56连接。中心导管58延伸通过滑动件50，并与盖子30里的中心导管46连通。
如图2A所示，一环形分界面60在盖子30的锥形表面34和本体12的锥形表面24之间延伸。在该分界面60上施加粘结材料62(将在下面介绍)，以便将盖子30固定在本体12上。
参看图2A和4，活塞10的组装包括施加粘结材料、诸如黄铜钎焊介质62。本体12的锥形表面24和盖子30的锥形表面34在形状上互补，并用来使盖子处于本体12的中心。圆柱形短柱36用来封闭空腔18的端部22。而使用粘结材料62(如下面所述的)是为了使盖子30和本体12之间密封固定，从而形成一组装好的活塞10。
通过将球部52插入弧形球窝40里而将滑动件50可操作地安装在盖子30上。然后，使盖子30上的唇缘42向内卷曲以包封空间44(图1A)，从而防止滑动件50与弧形球窝40纵向分离。卷曲工艺是众所周知的，它只是用来防止零件之间的纵向分离，而不是将球部52刚性地固定在弧形球窝40里。这样，图1A中的组件将本体12、盖子30和滑动件50连成一体。
参看图8至13，这些附图中与图1至7的实施例中的零件相似或相同的零件用相同的标号再加“A”表示。例如，图1A中的导管49实质上就是图8中的用标号49A表示的同一导管。然而，图1至7显示了活塞10具有在盖子30里的一球窝，而图8至13里的盖子30A显示了一包括球部66(图8)的凸出接头。在球部66里的导管58A与导管48A连接，而导管48A再与导管49A连接，它们采用的基本上是与图1A中的滑动件50里的导管58与导管48和49连接的相同方式。
在空腔18A的端部22A处形成有一圆柱形孔64(图8)。圆柱形短柱36A延伸进入孔64。由短柱36A和孔64的不同直径造成的空间60A被用来接纳粘结材料62A，以便以与图1A中的盖子30固定在本体12上的相同方式将盖子30A固定在本体12A上。
按照本发明的本体12和12A与盖子30和30A是通过金属注入成型(MIM)工艺形成的。该工艺在冶金技术中是众所周知的，但尚未应用于液压活塞的成型。本体12和12A及盖子30和30A可用不同的材料制造。例如，盖子和活塞本体可分别用低碳钢(AISI1008或1010)和中碳钢(AISI4140)制造。盖子和本体可通过分批钎焊操作连接，而其温度使活塞本体经受淬火而变硬，从而产生耐磨性，而盖子仍保持相当的可塑性，以便进行上面讨论的卷边操作。MIM工艺预期可使金属微粒与适当的粘结剂混合。本体和盖子将以附图所示的形状模制出来。一种典型的系统将利用作粘结材料62用的钎焊介质组装该两零件。一种适当的材料是NICROBRAZ110(美国专利5183636)。如上面所讨论的，由于各自的形状互补的锥形表面，盖子将位于本体的中心处。图1至7中的锥形表面24和34可用于图8至13的结构中，以便用来使本体12A和30A的中心对齐。组装的零件将在约2050°F的温度下、在受控制的大气或真空环境中被钎焊；并冷却至1550°F，以便是钎焊材料固化；提供热量，以便稳定在1550°F的温度处；零件可在气体、水、聚合物或油中淬火；冲洗零件(如果是真空钎焊和气体淬火则不需要)；然后在350至400°F的温度下回火。
这种工艺和设计可制造一种具有下列精整特征的活塞球窝的尺寸和磨光；平衡用的凹槽；以及通过活塞的导管。这种工艺免除了所有昂贵的精整工序。
权利要求
1．一种液压动力装置的缸体用的活塞，它包括一细长的圆柱形本体，它具有第一端和第二端；在本体中的、具有第一端和第二端的细长的空腔，第二端是敞口的并终止于一通过本体第二端的横向平面；一独立于本体的、固定在并关闭本体的第二端的盖子，从而密封该空腔，该盖子具有与一滑动件可运转啮合的外形，而该滑动件与安装在缸体附近的一旋转斜盘啮合。
2．如权利要求1所述的活塞，其特征在于，本体里形成有一细长的第一导管，该导管与空腔隔开并在本体的两端之间延伸，该导管具有第一端和第二端，而导管的第二端终止于空腔的第二端附近，盖子里形成的第二导管与本体里的第一导管的第二端连通。
3．一种制造液压动力装置的缸体里使用的活塞的方法，该方法包括使大量微小钢粒与大量的粘结剂混合，以产生一模制材料，用模制材料形成一细长的、具有第一端和第二端的圆柱形本体，该本体里还形成有一细长的空腔，用模制材料形成一盖子，该盖子具有与本体互补的形状，以便封闭空腔的敞开端，该盖子还具有与一滑动件可运转啮合的外形，而该滑动件与安装在缸体附近的一旋转斜盘啮合，从模制材料中去除粘结剂，按比例烧结和收缩本体和盖子，以使盖子可固定在本体上，将盖子固定在本体上，以封闭本体里的空腔，并将盖子粘结在本体上。
4．如权利要求3所述的方法，其特征在于，本体里形成一细长的导管，导管与空腔隔开，当盖子和本体固定在一起时，该导管位于与盖子里的一导管的一端连通的位置上。
全文摘要
一种液压动力装置的缸体用的液压活塞具有一细长的圆柱形本体,本体中形成有一细长的空腔。一盖子粘结在本体上以封闭该空腔。该活塞具有一形成在本体里的细长的第一导管,该导管与空腔隔开。该导管与盖子里的第二导管连通,从而允许油通过导管而不会拥入空腔里。本体和盖子是金属结构,而盖子的材料比本体的材料更具可塑性。盖子或者终止于一球部,以便固定在一滑动件上,或者包括一球窝,以便接纳固定在一滑动件上的球部。
文档编号B22F3/22GK1319475SQ0111199
公开日2001年10月31日 申请日期2001年3月30日 优先权日2000年3月31日
发明者罗伯特·J·施托佩克, 马克·A·兰德韦尔, 杰伊·H·安克尼, 阿伦·R·舒斯特 申请人:沙厄-丹福丝股份有限公司