大长径比陶瓷合金钢复合结构装配方法及在柱塞泵中应用与流程

本发明涉及柱塞泵技术领域，具体是一种大长径比陶瓷合金钢复合体结构的装配方法及其在高黏度导热胶柱塞泵中的应用。

背景技术：

在工业生产中，液体输送是常用生产工艺，但在很多应用场合下对液体输送的稳定性有很高的要求，如压力要稳定、流量要稳定和液体配比要稳定，由于多数情况下液体的输入源都是比较普通的输送设备，无法对压力或流量进行稳定控制，在使用时压力或流量都有很大的波动，所以无法满足稳定输出的要求。

为了满足液体输送的稳定性，目前，常用方法是利用机械泵设计好的定量方式，如齿轮利用电机带动，通过电机匀速转动推动液体输出。机械泵利用电机带动，通过电机匀速转动推动液体输出，这种方法如果液体中填料过多会使机械定量泵的寿命缩短很多，因为泵体内部是齿轮、螺杆、柱塞等原件，柱塞泵在工作时，工作腔内工作介质的压力是随柱塞推送和抽吸工作介质而作高压和负压周期性的变化，内含颗粒填料的液体会使螺杆和柱塞的外表面磨损，极大缩短活塞泵的寿命。为此迫切需要能生产具有特定性质的泵的工艺来满足要求。

传统的方法，采用电镀dlc涂层工艺，在合金钢表面附着类金刚石薄膜，以增加表面硬度。例如专利cn202010803821.4公开了一种dlc涂层工艺、专利cn201621437687.6公开了一种增加表面硬度涂层结构，但也存在着几个弊端：传统的dlc涂层通常不到5微米，很容易被刮擦掉，但是dlc层的厚度增加，就会导其内应力增大，影响涂层和基材结合力，导致涂层与基材剥离，降低使用寿命。而陶瓷合金钢复合体结构具有稳定、耐磨的特性；但其装配具有很大难度，因此还没有大长径比陶瓷合金钢复合体结构在工业上的应用，这正是因为大长径比陶瓷合金钢复合体结构装配时易产生温度不均匀的现象，会造成金属各部分变形不均匀，甚至会引起陶瓷和合金钢在配合时发生断裂。所以寻求一种大长径比陶瓷合金钢复合体结构的新装配方法已经刻不容缓。若能解决大长径比陶瓷合金钢复合体结构的装配问题，便可以应用在高黏度导热胶柱塞泵中进行液体输送，给该导热胶柱塞泵带来优异的稳定、耐磨特性，大大提高摩擦件的寿命，减小更换和维护成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种大长径比陶瓷合金钢复合结构的装配方法及其在高黏度导热胶柱塞泵中的应用，具体应用在柱塞泵中的缸体、上拉杆和下拉杆中。

大长径比陶瓷合金钢复合结构装配方法，具体步骤如下：

第一种情况，陶瓷外套装配在合金钢结构件外：

把待装配合金钢结构件固定在工装夹具上，然后对合金钢结构件进行非线性降温；合金钢结构件非线性降温后，用机械手将陶瓷外套套在收缩的合金钢结构件上；接着，采用闭环温控系统对合金钢结构件进行非线性升温，到达室温后完成陶瓷外套与合金钢结构件的装配，形成大长径比陶瓷合金钢复合结构。所述非线性降温的过程具体如下：在0～s1时刻，温度由t1降到t2，在s1～s2时刻，保持t2温度；在s2～s3时刻，温度由t2降到t3，在s3～s4时刻保持t3温度；在s4～s5时刻，温度由t3降到t4，在s5～s6时刻保持t4温度。非线性升温的过程具体如下：在s7～s8时刻，温度由t4升到t3，在s8～s9时刻保持t3温度；在s9～s10时刻，温度由t3升到t2，在s10～s11时刻保持t2温度；在s11～s12时刻，温度由t2升到t1，在s12～s13时刻保持t1温度。

第二种情况，陶瓷内衬装配在合金钢结构件内：

把待装配合金钢结构件固定在工装夹具上，然后对合金钢结构件进行非线性升温；非线性升温后，用机械手将陶瓷内衬套入膨胀的合金钢结构件内；接着，采用闭环温控系统对合金钢结构件进行非线性降温，到达室温后完成陶瓷内衬与合金钢结构件的装配，形成大长径比陶瓷合金钢复合结构。非线性升温的过程具体如下：在0～i1时刻，温度由k1升到k2，在i1～i2时刻，保持k2温度；在i2～i3时刻，温度由k2升到k3，在i3～i4时刻，保持k3温度；在i4～i5时刻，温度由k3升到k4，在i5～i6时刻保持k4。非线性降温过程具体如下：在i7～i8时刻，温度由k4降到k3，在i8～i9时刻保持k3温度；在i9～i10时刻，温度由k3降到k2，在i10～i11时刻保持k2温度；在i11～i12时刻，温度由k2降到k1，在i12～i13时刻保持k1温度。

优选地，s1的取值范围为3～8min，s2的取值范围为13～17min，s3的取值范围为24～27min，s4的取值范围为33～38min，s5的取值范围为43～48min，s6的取值范围为54～57min，s7的取值范围为64～67min，s8的取值范围为74～78min，s9的取值范围为83～88min，s10的取值范围为93～97min，s11的取值范围为103～108min，s12的取值范围为113～118min，s13的取值范围为123～128min；t1的取值范围为10～30℃，t2的取值范围为-70～-50℃，t3的取值范围为-130～-110℃，t4的取值范围为-190～-170℃。

优选地，i1的取值范围为3～8min，i2的取值范围为13～17min，i3的取值范围为24～27min，i4的取值范围为33～38min，i5的取值范围为43～48min，i6的取值范围为54～57min，i7的取值范围为64～67min，i8的取值范围为74～78min，i9的取值范围为83～88min，i10的取值范围为93～97min，i11的取值范围为103～108min，i12的取值范围为113～118min，i13的取值范围为123～128min；k1的取值范围为10～30℃，k2的取值范围为80～120℃，k3的取值范围为180～210℃，k4的取值范围为280～310℃。

大长径比陶瓷合金钢复合结构在柱塞泵中的应用，具体为上拉杆、下拉杆和缸体均采用大长径比陶瓷合金钢复合结构；其中，上拉杆为陶瓷壳体一套在合金钢上拉杆体外的结构形式，下拉杆为陶瓷壳体二套在合金钢下拉杆体外的结构形式，缸体为陶瓷内衬套套入合金钢缸筒内的结构形式。

优选地，大长径比陶瓷合金钢复合结构在柱塞泵中的应用，形成的柱塞泵包括柱塞泵体和柱塞体；所述的柱塞泵体主要由缸体、合金钢柱塞泵壳体一和合金钢柱塞泵壳体二组成；工作介质进、出口开设在合金钢柱塞泵壳体二上；缸体的合金钢缸筒两端分别与合金钢柱塞泵壳体一和合金钢柱塞泵壳体二过盈配合；所述的柱塞体包括上拉杆、密封件一、连接柱、密封件二、下拉杆和密封件三；上拉杆伸入合金钢柱塞泵壳体一以及缸体内，密封件一设置在上拉杆的陶瓷壳体一与合金钢柱塞泵壳体一之间；上拉杆的合金钢上拉杆体端部开设有连接用的连接孔，上拉杆的合金钢下拉杆体端部开设有连接用的凹形配合槽；连接柱的外端与合金钢上拉杆体的连接孔过盈配合或通过螺纹连接，内端与合金钢下拉杆体的凹形配合槽过盈配合或通过螺纹连接；密封件二设置在缸体的陶瓷内衬套与连接柱之间；下拉杆伸入合金钢柱塞泵壳体二内，密封件三设置在下拉杆与合金钢柱塞泵壳体之间。

本发明具有的有益效果：

本发明采用非线性加热和分段冷却的方式对大长径比合金钢材料进行加热和冷却，使大长径比合金钢材料加热和冷却均匀，保证大长径比合金钢材料变形均匀，再将陶瓷外套或陶瓷内衬与大长径比合金钢材料进行装配，确保配合精度，使得大长径比陶瓷合金钢复合结构的最大变形量和最大内应力均较小。

附图说明

图1为本发明柱塞泵的整体结构以及a部位、b部位和c部位的放大示意图；

图2为本发明柱塞泵的上拉杆结构剖视图；

图3为本发明柱塞泵的下拉杆结构剖视图；

图4为本发明柱塞泵的缸筒结构剖视图；

图5为本发明进行大长径比陶瓷合金钢复合结构装配的示意图；

图中：1.上拉杆；2.合金钢柱塞泵壳体一；3.缸体；4.合金钢柱塞泵壳体二；5.下拉杆；6.密封件一；7.连接柱；8.密封件二；9.凹形配合槽；10.密封件三；11.连接孔；12.陶瓷壳体一；13.合金钢上拉杆体；14.合金钢下拉杆体；15.陶瓷壳体二；16.合金钢缸筒；17.陶瓷内衬套；18.机械手；19.控制器；20.温度传感器；21.温度控制装置；22.工装夹具。

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案以及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。

下面的实施例一、实施例二和实施例三以直径为41mm、长度为290mm的上拉杆1加工为例，且所有的合金钢材料选用不锈钢，阐述大长径比陶瓷合金钢复合结构装配方法；

实施例一：

大长径比陶瓷合金钢复合结构装配方法，具体如下：

把待装配合金钢结构件固定在工装夹具22上，然后对合金钢结构件进行非线性降温；合金钢结构件非线性降温后，用机械手18将陶瓷外套套在收缩的合金钢结构件上；接着，采用闭环温控系统对合金钢结构件进行非线性升温，到达室温后完成陶瓷外套与合金钢结构件的装配，形成大长径比陶瓷合金钢复合结构。其中，非线性降温的过程具体如下：在0～s1时刻，温度由t1降到t2，在s1～s2时刻，保持t2温度；在s2～s3时刻，温度由t2降到t3，在s3～s4时刻保持t3温度；在s4～s5时刻，温度由t3降到t4，在s5～s6时刻保持t4温度。非线性升温的过程具体如下：在s7～s8时刻，温度由t4升到t3，在s8～s9时刻保持t3温度；在s9～s10时刻，温度由t3升到t2，在s10～s11时刻保持t2温度；在s11～s12时刻，温度由t2升到t1，在s12～s13时刻保持t1温度。

本实施例中，s1＝3min，t1＝30℃，t2＝-50℃，s2＝13min，s3＝24min，t3＝-110℃，s4＝33min，s5＝43min，t4＝-170℃，s6＝54min；s7＝64min，s8＝74min，s9＝83min，s10＝93min，s11＝103min，s12＝113min，s13＝123min。

本实施例装配完成后，大长径比陶瓷合金钢复合结构的最大变形量(大长径比陶瓷合金钢复合结构的挠度)为1.25mm，最大内应力为2.5mpa。

实施例二：

本实施例的大长径比陶瓷合金钢复合结构装配方法，具体步骤与实施例一相同，只有各参数取值不同，本实施例中，s1＝6min，t1＝20℃，t2＝-60℃，s2＝16min，s3＝26min，t3＝-120℃，s4＝35min，s5＝45min，t4＝-180℃，s6＝56min；s7＝66min，s8＝76min，s9＝86min，s10＝96min，s11＝106min，s12＝116min，s13＝126min。

本实施例装配完成后，大长径比陶瓷合金钢复合结构的最大变形量为1.13mm，最大内应力为1.5mpa。

实施例三：

本实施例的大长径比陶瓷合金钢复合结构装配方法，具体步骤与实施例一相同，只有各参数取值不同，本实施例中，s1＝8min，t1＝10℃，t2＝-70℃，s2＝17min，s3＝27min，t3＝-130℃，s4＝38min，s5＝48min，t4＝-190℃，s6＝57min；s7＝67min，s8＝78min，s9＝88min，s10＝97min，s11＝108min，s12＝118min，s13＝128min。

本实施例装配完成后，大长径比陶瓷合金钢复合结构的最大变形量为1.21mm，最大内应力为2.2mpa。

可见，实施例一、实施例二和实施例三装配完成的大长径比陶瓷合金钢复合结构的最大变形量和最大内应力均满足实际使用要求，且实施例二装配完成的大长径比陶瓷合金钢复合结构最大变形量和最大内应力均最小，为将上拉杆1装配成陶瓷合金钢复合结构的最佳实施例。

下面的实施例四、实施例五和实施例六以直径为82mm，长度为240mm的缸体加工为例，且所有的合金钢材料选用不锈钢，阐述大长径比陶瓷合金钢复合结构装配方法；

实施例四：

大长径比陶瓷合金钢复合结构装配方法，具体如下：

把待装配合金钢结构件固定在工装夹具22上，然后对合金钢结构件进行非线性升温；非线性升温后，用机械手18将陶瓷内衬套入膨胀的合金钢结构件内；接着，采用闭环温控系统对合金钢结构件进行非线性降温，到达室温后完成陶瓷内衬与合金钢结构件的装配，形成大长径比陶瓷合金钢复合结构。非线性升温的过程具体如下：在0～i1时刻，温度由k1升到k2，在i1～i2时刻，保持k2温度；在i2～i3时刻，温度由k2升到k3，在i3～i4时刻，保持k3温度；在i4～i5时刻，温度由k3升到k4，在i5～i6时刻保持k4。非线性降温过程具体如下：在i7～i8时刻，温度由k4降到k3，在i8～i9时刻保持k3温度；在i9～i10时刻，温度由k3降到k2，在i10～i11时刻保持k2温度；在i11～i12时刻，温度由k2降到k1，在i12～i13时刻保持k1温度。

本实施例中，i1＝3min，k1＝30℃，k2＝120℃，i2＝13min，i3＝24min，k3＝210℃，i4＝33min，i5＝43min，k4＝310℃，i6＝54min；i7＝64min，i8＝74min，i9＝83min，i10＝93min，i11＝103min，i12＝113min，i13＝123min；

本实施例装配完成后，大长径比陶瓷合金钢复合结构的最大变形量为1.28mm，最大内应力为2.3mpa。

实施例五：

本实施例的大长径比陶瓷合金钢复合结构装配方法，具体步骤与实施例四相同，只有各参数取值不同，本实施例中，i1＝6min，k1＝20℃，k2＝100℃，i2＝16min，i3＝26min，k3＝200℃，i4＝35min，i5＝45min，k4＝300℃，i6＝56min；i7＝66min，i8＝76min，i9＝86min，i10＝96min，i11＝106min，i12＝116min，i13＝126min。

本实施例装配完成后，大长径比陶瓷合金钢复合结构的最大变形量为1.21mm，最大内应力为1.8mpa。

实施例六：

本实施例的大长径比陶瓷合金钢复合结构装配方法，具体步骤与实施例四相同，只有各参数取值不同，本实施例中，i1＝8min，k1＝10℃，k2＝80℃，i2＝17min，i3＝27min，k3＝180℃，i4＝38min，i5＝48min，k4＝280℃，i6＝57min；i7＝67min，i8＝78min，i9＝88min，i10＝97min，i11＝108min，i12＝118min，i13＝128min。

本实施例装配完成后，大长径比陶瓷合金钢复合结构的最大变形量为1.25mm，最大内应力为2.1mpa。

可见，实施例四、实施例五和实施例六装配完成的大长径比陶瓷合金钢复合结构的最大变形量和最大内应力均满足实际使用要求，且实施例五装配完成的大长径比陶瓷合金钢复合结构最大变形量和最大内应力均最小，为将缸体装配成陶瓷合金钢复合结构的最佳实施例。

上述各实施例中，采用的闭环温控系统包括温控箱、控制器19以及置于温控箱内的温度传感器20和温度控制装置21，如图5所示；温度传感器20的输出端与控制器19连接；温度传感器20检测温控箱内的温度；温度控制装置21由控制器19控制；工装夹具22和机械手18均置于温控箱内；温度控制装置21可以由电热丝和超低温冷水机组组成。

本发明采用非线性加热和非线性冷却的方式对大长径比合金钢材料进行加热和冷却，使大长径比合金钢材料加热和冷却均匀，保证大长径比合金钢材料变形均匀，确保配合精度。

大长径比陶瓷合金钢复合结构在柱塞泵中的应用，具体为上拉杆1、下拉杆5和缸体3均采用大长径比陶瓷合金钢复合结构；其中，如图2所示，上拉杆1为陶瓷壳体一12套在合金钢上拉杆体13外的结构形式；如图3所示，下拉杆5为陶瓷壳体二15套在合金钢下拉杆体14外的结构形式；如图4所示，缸体3为陶瓷内衬套17套入合金钢缸筒16内的结构形式。

作为一个优选实施例，如图1所示，大长径比陶瓷合金钢复合结构在柱塞泵中的应用，形成的柱塞泵包括柱塞泵体和柱塞体；柱塞泵体主要由缸体3、合金钢柱塞泵壳体一2和合金钢柱塞泵壳体二4组成；工作介质进、出口开设在合金钢柱塞泵壳体二4上；缸体3的合金钢缸筒16两端分别与合金钢柱塞泵壳体一2和合金钢柱塞泵壳体二4过盈配合；柱塞体包括上拉杆1、密封件一6、连接柱7、密封件二8、下拉杆5和密封件三10；上拉杆1伸入合金钢柱塞泵壳体一2以及缸体3内，密封件一6设置在上拉杆1的陶瓷壳体一12与合金钢柱塞泵壳体一2之间；上拉杆1的合金钢上拉杆体13端部开设有连接用的连接孔11，上拉杆1的合金钢下拉杆体14端部开设有连接用的凹形配合槽9；连接柱7的外端与合金钢上拉杆体13的连接孔11过盈配合或通过螺纹连接，内端与合金钢下拉杆体14的凹形配合槽9过盈配合或通过螺纹连接；密封件二8设置在缸体的陶瓷内衬套17与连接柱7之间；下拉杆5伸入合金钢柱塞泵壳体二4内，密封件三10设置在下拉杆5与合金钢柱塞泵壳体4之间。