專利名稱：用于流體靜力動力部件的封閉空腔活塞及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于流體靜力動力部件的封閉空腔活塞(closed cavitypiston)。更具體地說、但并不是加以限制，本發(fā)明涉及一種制造封閉空腔活塞的新方法，這種方法利用金屬注射模鑄技術(shù)來形成本體，然后將一端蓋燒結(jié)(sinterbond)在活塞體上。
背景技術(shù)：
封閉空腔活塞是一種其內(nèi)包括一個或多個密封的中空腔室的活塞。通過中空腔室來使活塞的重量減輕，從而能產(chǎn)生更高的流體靜力軸速，而封閉的活塞端部則減少了流體靜力部件中的壓縮油容積的量，并提高容積效率且改善對旋轉(zhuǎn)斜盤力矩的控制?；钊ㄒ挥糜谶M(jìn)行潤滑的中心管和接觸一匹配滑靴的外球面的一內(nèi)球面。活塞還在靠近活塞球面處設(shè)有一可變形的區(qū)域用于將活塞連接到滑靴上，或者在靠近滑靴球面處設(shè)有一可變形的區(qū)域用于根據(jù)活塞是凸出或凹入的來將滑靴保持至活塞。
制造用于流體靜力動力部件的封閉空腔活塞有若干種方法，但這些方法都存在成本和技術(shù)方面的缺陷。一種方法包括將一中空管設(shè)置在一中空活塞體內(nèi)，并利用一個或多個墊圈將該管附接至活塞體，所述墊圈在管外壁和活塞體內(nèi)壁之間徑向延伸。該方法的步驟包括機(jī)加工棒料以形成帶有一體的桿的一單件的中空活塞，然后利用一墊圈來固定該桿。接著，一焊工將一圓棒條(slug)用惰性氣體焊接方法來焊接到活塞的端部上。最后，在活塞的長度上鉆出一穿過桿的孔。這種制造方法十分昂貴，且不可用于小尺寸的活塞。
在美國專利第6,314,864號中描述了另一種方法，這種方法包括通過焊接或釬焊將活塞蓋連接至活塞體。與前面描述的方法相比，這種方法較為低廉，且可應(yīng)用于小尺寸的活塞。然而，連接蓋和本體所要求的制造設(shè)備相對較為昂貴，且連接工藝要求繼金屬注射模鑄工藝之后還有一附加的制造步驟。此外，連接方法還需要在活塞座中心與活塞體中心之間附加地徑向?qū)?zhǔn)，這樣的對準(zhǔn)可能會對用來將活塞連接到匹配滑靴上的方法造成妨礙。
由于近來在金屬注射模鑄技術(shù)方面的改進(jìn)，利用這些技術(shù)來制作液壓元件已經(jīng)成為可行的了。金屬注射模鑄的基本工藝是可通過將形狀刻在兩塊模具中來形成所想要的形狀。這就形成所要生產(chǎn)的產(chǎn)品的外表面?？芍貜?fù)使用的金屬模型插入物形成產(chǎn)品的內(nèi)部。然后將金屬粉末或非金屬粘結(jié)材料注射入模具并加熱，以形成模具和插入物所規(guī)定的形狀。在從模具中取出產(chǎn)品之后，進(jìn)行產(chǎn)品的脫粘結(jié)(debind)。脫粘結(jié)工藝將金屬顆粒從非金屬顆粒中分離出來。在脫粘結(jié)之后，對產(chǎn)品進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)工藝是可將金屬粉末形成為一連續(xù)體而不熔化材料的加工工藝。該燒結(jié)工藝也可用于將兩個或多個彼此接觸的元件連接在一起。這種連接方法或“燒結(jié)”工藝優(yōu)于傳統(tǒng)的用于將金屬注射模制元件結(jié)合在一起的方法，因?yàn)槠渌椒ㄋa(chǎn)生的結(jié)合強(qiáng)度較差。本發(fā)明使用燒結(jié)金屬注射模鑄元件來生產(chǎn)一種新型的封閉空腔活塞。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個主要的目的是提供一種在現(xiàn)有技術(shù)的狀態(tài)上加以改進(jìn)的新型封閉空腔活塞。
本發(fā)明的另一個目的是使流過封閉空腔活塞體的液壓流體的量最少。
本發(fā)明還有一個目的是優(yōu)化封閉空腔活塞體與端蓋之間的表面幾何形狀，以幫助將兩者燒結(jié)在一起。
本發(fā)明的另一目的是提供一種磁性端蓋，該磁性端蓋能捕獲存在于流體靜力部件中的磁性顆粒。
本發(fā)明還有一個目的是采用金屬注射模鑄工藝和燒結(jié)以在現(xiàn)有技術(shù)的狀態(tài)上作改進(jìn)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種成本低廉的制造封閉空腔活塞的方法。
本發(fā)明還有一個目的是提供一種能高速和高效率制造封閉空腔活塞的方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種利用金屬注射模鑄來形成所有元件的制造封閉空腔活塞的方法。
本發(fā)明還有一個目的是提供一種用于將金屬注射模鑄的物件燒結(jié)在一起以形成封閉空腔活塞的方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種使活塞座中心與主活塞體中心之間的徑向偏差小的制造封閉空腔凹入活塞的方法。
本發(fā)明還有一個目的是提供一種結(jié)合技術(shù)，該結(jié)合技術(shù)至多要求對已在金屬注射模鑄工藝中采用的工藝加以修改。
本發(fā)明的這些和其它的目的、特征或優(yōu)點(diǎn)將在閱讀了說明書和權(quán)利要求書后變得更加清楚。
本發(fā)明是一種能經(jīng)濟(jì)地制造的封閉空腔活塞設(shè)計方案。這種新設(shè)計包括一活塞體和一端蓋。兩個元件都利用金屬注射模鑄技術(shù)來制造?；钊w包括一中心中空桿和與活塞體的其余部分成一體的球形座。端蓋利用燒結(jié)工藝連接至活塞體，所述燒結(jié)工藝使活塞體和端蓋的接觸表面進(jìn)行冶金結(jié)合。
燒結(jié)工藝可在在對金屬注射模鑄元件的處理中所用的正常燒結(jié)作業(yè)過程中進(jìn)行，僅要求很少(如果有的話)的附加處理時間。在脫粘結(jié)和/或燒結(jié)工藝的過程中可要求特定的固定和加載以使端蓋和本體接觸，從而保證端蓋和本體之間的完全結(jié)合。


圖1是封閉空腔活塞和端蓋的立體圖。
圖2是沿著圖1的線2截取的封閉式活塞和滑靴的剖視圖。
圖3是金屬注射模鑄模具的立體圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及一種用于在諸如泵或電動機(jī)之類的、流體靜力部件的旋轉(zhuǎn)汽缸體中往復(fù)運(yùn)動的封閉空腔活塞10。圖1示出具有一端蓋12的一封閉空腔活塞10。封閉空腔活塞10有一細(xì)長的本體14，該本體在開口端15處接納端蓋12。活塞體14可包括在開口端15處的一錐形表面16、帶有一球形凹腔的一端部以及一中空桿20。錐形表面16用來將端蓋12和本體14對準(zhǔn)在一起，并使在燒結(jié)工藝中兩個零件之間的接觸面積最大，從而形成更加堅固的接頭。錐形表面16和端蓋12錐形唇緣部分22稍稍不同，以保證當(dāng)兩元件成一體時可形成完全的接觸。錐形唇緣22和錐形表面16可通過零件外部的機(jī)械裝置或者通過在燒結(jié)工藝中形成零件來成為一體。端蓋12還設(shè)有一開孔23，該開孔23對準(zhǔn)形成穿過活塞的一潤滑路徑的中空桿20。開孔23和桿20具有相應(yīng)的錐形匹配表面。
端蓋12可由磁性材料組成，以捕獲流體靜力部件內(nèi)的雜質(zhì)。端蓋12的磁性特質(zhì)也可用于其它的目的，亦即用于感應(yīng)活塞的位置和運(yùn)動。使用磁性端蓋要求端蓋12的直徑減小，以保證雜質(zhì)不會進(jìn)入活塞外徑與汽缸體孔之間。
應(yīng)予理解的是，在一可選用的實(shí)施例中，端蓋12可具有非錐形唇緣，該非錐形唇緣優(yōu)化端蓋12與本體14之間的幾何形狀以產(chǎn)生一相匹配的裝配，以增強(qiáng)燒結(jié)工藝的效果。
圖2示出通過金屬注射模鑄和將端蓋12燒結(jié)至本體14而制成的一封閉空腔活塞10的剖視圖。活塞10設(shè)有可樞轉(zhuǎn)地附接至活塞的一滑靴26?；?6可包括一圓球部分，該圓球部分接合活塞體14中的一圓球座凹進(jìn)部，或者，熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人會理解，滑靴26可設(shè)有一圓球座凹進(jìn)部，而匹配表面可形成為在活塞中的一圓球部分。圖2示出了具有一圓球座凹進(jìn)部28，該凹進(jìn)部28與滑靴26上的一圓球座30相匹配。滑靴26還有與中空桿20流體連通的一流體通道32。
中空桿20縱向延伸穿過整個本體14。封閉空腔活塞20在其本體14內(nèi)還設(shè)有一個或多個中空腔室34。
圖3示出一典型的金屬注射模鑄模具60。模具60形如活塞體14的外表面，而使用一插入芯體(未示出)來形成活塞體14內(nèi)部的形狀。在形如端蓋12的一類似的模具60中形成端蓋12。
在制造過程中，封閉空腔活塞10的本體14和端蓋12是利用金屬注射模鑄工藝分別制造的。接著，燒結(jié)本體14以形成適當(dāng)?shù)慕饘俳Y(jié)合。在該工藝中，將一端蓋12燒結(jié)到活塞體14的開口端15上。因此，活塞10的唯一流體出口是通過開孔23，從而保證活塞10的其余部分被堵塞住。還應(yīng)予理解的是，由于使用金屬注射模鑄技術(shù)，所以僅需要對燒結(jié)活塞組件進(jìn)行很少(如果有的話)的機(jī)加工。金屬注射模鑄和燒結(jié)工藝允許得到一種更加有效和成本低廉的制造封閉空腔活塞的工藝。這樣，就已實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的目的。
熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們將會理解的是，可以不超出本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍而作出其它各種修改。所有這些變型和變化都落入旨在涵蓋它們的諸權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種封閉空腔活塞，該封閉空腔活塞包括一細(xì)長的圓柱形本體，它具有適于接納一滑靴的一第一端、一第二端和至少一個縱向細(xì)長的中空腔室；穿過細(xì)長圓柱形本體縱向設(shè)置的一孔；一端蓋，它固定至細(xì)長圓柱形本體的第二端，并具有與所述孔對準(zhǔn)的一中心開孔。
2.如權(quán)利要求1所述的封閉空腔活塞，其特征在于，利用金屬注射模鑄工藝來形成細(xì)長的圓柱形本體。
3.如權(quán)利要求1所述的封閉空腔活塞，其特征在于，通過將端蓋燒結(jié)至細(xì)長的圓柱形本體來將端蓋固定于本體。
4.如權(quán)利要求1所述的封閉空腔活塞，其特征在于，端蓋的開孔是圓形的。
5.如權(quán)利要求4所述的封閉空腔活塞，其特征在于，圓形開孔的周界對應(yīng)于孔的周界。
6.如權(quán)利要求1所述的封閉空腔活塞，其特征在于，端蓋是一墊圈。
7.如權(quán)利要求1所述的封閉空腔活塞，其特征在于，封閉空腔活塞是一凸出的活塞。
8.如權(quán)利要求1所述的封閉空腔活塞，其特征在于，封閉空腔活塞是一凹入的活塞。
9.如權(quán)利要求1所述的封閉空腔活塞，其特征在于，端蓋用磁性材料制成。
10.一種制造封閉空腔活塞的方法，該方法包括以下步驟金屬注射模鑄一細(xì)長的圓柱形本體，該細(xì)長的圓柱形本體具有適于接納一滑靴的一第一端、一第二端和至少一個縱向細(xì)長的中空腔室；金屬注射模鑄一端蓋，該端蓋有一中心開孔；將端蓋燒結(jié)至細(xì)長的圓柱形本體。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種用金屬注射模鑄工藝制作的封閉空腔活塞。該活塞有一細(xì)長的圓柱形本體，該本體具有適于接納一滑靴的一第一端。該活塞還有至少一個縱向細(xì)長的中空腔室和輸送液壓流體的一中空桿。在金屬注射模鑄工藝之后，將有一中心開孔的一端蓋燒結(jié)至本體的第二端。中空開孔與中空桿對準(zhǔn)以提供一流體出口。
文檔編號B22C9/00GK1715715SQ20051008228
公開日2006年1月4日 申請日期2005年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月29日
發(fā)明者D·I·羅伯, M·A·貝茨, R·J·克林凱爾 申請人:沙厄-丹福絲股份有限公司