专利名称：封闭腔活塞及其制造方法
技术领域：
本发明涉及诸如输水、泵和电动机的流体静力学技术领域。具体来说，涉及在液力装置的缸体中可往复滑动的封闭腔或油容积减少的活塞。
因此，需要一种不需要使用专用钻头加工的制造封闭腔活塞的装置和方法，以便减小制造成本。
本发明简述本发明涉及用于流体静力学技术领域的封闭腔活塞及其制造方法。本发明的封闭腔活塞包括一个伸长的活塞体以及与其分离形成的活塞盖。所述活塞体包括一个封闭端和开口端，所述开口端在其中具有一个进入的开口和从该进入开口伸入到内部延伸的腔，以便限定一个靠近封闭端的底壁和一个靠近进入开口的在开口端的边缘终止的外壁。所述活塞盖包括一个伸长的杆和在所述杆上的头部。活塞盖的杆被惯性摩擦焊接到所述活塞体的底壁上；所述活塞盖的边缘被焊接到所述活塞体的边缘上。活塞部件都是通过传统的相对低成本的冷成型的技术制造而成。活塞盖的杆被插入到活塞体的腔中直到与底壁接合。接着通过惯性摩擦焊接在杆/底壁和头部/边缘的界面将活塞盖焊接到活塞体上。
现在参考图3和4，本发明的活塞30包括一个钢的活塞体32和钢的活塞盖34。活塞体32是伸长的并具有相反的开口和封闭端。活塞体32是圆柱状的并具有位于中间的、基本为圆柱状的内部空腔38。活塞体的开口端具有一个进入的开口，并且内部空腔38从进入开口向内延伸以便限定一个靠近封闭端的底壁40和终止于边缘44的外壁42，所述边缘44位于靠近进入开口的活塞体32的开口端。
底壁40具有在其中形成的插槽46，该插槽46包括一个凹陷的中间部分48和引导向中间部分48的埋头孔50。在图3和4所示的实施例中，凹陷的中间部分48是圆锥形的并且由一个在从90度到165度之间的夹角限定，更加优选的是，如果该部分不与底壁结构整体通过冷加工成型，可以使用具有118度夹角的标准钻头以便用大致为120度的夹角来限定。优选的是，埋头孔50相对于一个垂至于活塞体32的中间纵向轴线的平面形成一个大约15度的夹角B。
活塞盖34包括一个具有一中间纵向轴线的伸长的圆柱形杆52，所述杆52具有相反的第一和第二端以及在第一端的头部54。头部54沿着与杆的纵向轴线横截的方向向外突出。头部54的尺寸大小足够盖住活塞体32的进入开口。盖34的头部54可以包括一个可选的围绕着杆52的环形凹槽58以便进一步减少活塞30的重量。
在图3和4所述的实施例中，杆52的第二端是圆锥形的以便基本上与具有相似形状的在活塞体32的底壁中的插槽46的中间凹陷部分48相互接合。插槽46的埋头孔50帮助引导杆的第二端56进入到凹陷48中。杆的锥形的第二端具有一个在从大约90度到165度之间的夹角，优选的是大约为120度。
在图5中所示的实施例与在图3和4中所示的实施例类似，活塞盖34A连接到活塞体32A上，该活塞体32A包括在其中具有中间内部空腔38A、一个具有边缘44A的外壁42A和一个底壁40A。可是，杆52A的第二端具有一个平面，该平面垂至于杆的纵向轴线延伸。类似的是，插槽46A的凹陷的中间部分48A包括一个由一个垂至于活塞体32A的纵向轴线延伸的平面所限定的圆形区域。凹陷48A的圆形区域的直径基本上与杆52A的第二端56A的直径。设置了一个埋头孔50A以便将杆引导进入到凹陷48A中。
为了制造本发明的活塞30和30A，其基本的方法和工艺是相同的。优选在焊接好的状态下提供已经具有通过冷加工形成的杆和底壁的特征的活塞体32，32A和活塞盖34，34A。可选的是，所述部件可以通过一般的加工形成，而不需要进行昂贵的专用钻头的加工。
杆52，52A插入到内部空腔38，38A中直到它与底壁40，40A相接合。接着，部件32和34或32A和34A通过惯性摩擦焊接相对于彼此转动并且相互连接。杆52，52A的长度略微大于腔38，38A的深度，以便补偿由于惯性焊接而引起的长度的损失。这样，杆的长度LS比腔的深度CD大一个足够的量以便补偿在杆/底壁界面和头部/边缘界面上产生的材料损失。可是，应当注意，LS超过CD的长度不能太大。否则，在边缘上的焊接将受到不利的影响或杆将会变形。当以后穿过活塞通过杆钻削传统的小的纵向开口孔时，变形的杆将带来问题。在两个不同界面上形成惯性摩擦焊接，所述不同的界面位于至少两个不同的平面上。而传统的焊接是在一个单个平面上形成的。
从附图
和上述的描述中可以理解的是，上述盖、杆端、活塞体等部件的各自尺寸参数是可以调整的以便对惯性摩擦焊接形成的整体进行优化。
从上面的描述可以看出，本发明可以满意地实现本发明所提出的目的。
在上述的附图和描述中，描述了本发明的优选实施例，尽管在描述中使用了一些特定的术语，但是它们都是为了解释和说明的目的并不对本发明构成任何限制。在不脱离本发明的范围和精神下，可以对上述的内容进行一些改变。
权利要求
1.一种封闭腔的活塞，包括一个伸长的活塞体，包括一个封闭端和开口端，所述开口端在其中具有一个进入的开口和从该进入开口伸入到内部延伸的腔，以便限定一个靠近封闭端的底壁和一个靠近进入开口的在开口端的边缘终止的外壁；一个与所述活塞体分离的活塞盖，包括一个具有中间纵向轴线的伸长的杆，所述杆具有相反的第一和第二端部和在所述第一端部的头部，所述头部沿着与所述杆的纵向轴线横截的方向向外突出；所述活塞盖的杆被连接到所述活塞体的底壁上；所述活塞盖的头部具有足够大的尺寸并且被连接到所述活塞体的边缘上，以便盖住所述活塞体的进入开口并密封地围住所述内部腔。
2.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述杆的第二端与一个在所述活塞体的底壁中形成的凹陷插槽相互接合。
3.根据权利要求2所述的活塞，其特征在于，所述插槽包括一个凹陷的中间部分和一个引导进入所述中间部分的埋头孔部分。
4.根据权利要求3所述的活塞，其特征在于，所述凹陷的中间部分为锥形。
5.根据权利要求3所述的活塞，其特征在于，所述凹陷的中间部分位于一个垂至于活塞体的纵向轴线延伸的平面上并包括一个用于与所述杆的第二端接合的圆形区域。
6.根据权利要求5所述的活塞，其特征在于，所述杆的第二端终止于一个基本上垂至于所述杆的纵向轴线的端部平表面。
7.根据权利要求6所述的活塞，其特征在于，所述杆的第二端的端部平表面是圆形的并且所具有的区域面积基本等于所述活塞体的底壁的凹陷的中间部分的圆形区域的面积。
8.根据权利要求4所述的活塞，其特征在于，所述杆的端部是锥形的，并具有一个在90度到165度之间夹角。
9.根据权利要求8所述的活塞，其特征在于，所述杆的端部具有一个等于120度的夹角。
10.根据权利要求1所述的活塞，其特征在于，所述活塞体通过冷成型加工方法被成型为一个焊接好的状态，借此使活塞盖到活塞体的连接加工不需要介入在活塞体上的加工操作。
11.一种形成封闭腔的活塞的方法，包括以下步骤提供一个伸长的活塞体，包括一个封闭端和开口端，所述开口端在其中具有一个进入的开口和从该进入开口伸入到内部延伸的腔，以便限定一个靠近封闭端的底壁和一个靠近进入开口的在开口端的边缘终止的外壁；提供一个与所述活塞体分离的活塞盖，包括一个具有中间纵向轴线的伸长的杆，所述杆具有相反的第一和第二端部和在所述第一端部的头部，所述头部沿着与所述杆的纵向轴线横截的方向向外突出；将所述活塞盖的杆插入到所述活塞体的底壁上直到所述杆与所述底壁接合；将所述活塞盖的杆惯性摩擦焊接到所述活塞体的底壁上；将所述活塞盖的边缘焊接到所述活塞体的边缘上；借此，所述活塞盖和活塞体被密封地接合在一起以便围住所述内部腔。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，通过惯性摩擦焊接完成活塞体的边缘到活塞盖的边缘的焊接。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述活塞体和活塞盖相对于彼此旋转时，同时完成活塞盖的杆到活塞体的惯性摩擦焊接和活塞盖的边缘到活塞体的边缘的惯性摩擦焊接。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述活塞体通过冷成型加工方法成型。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述活塞盖通过冷成型加工方法成型。
全文摘要
本发明涉及一种封闭腔活塞(10)及其制造方法,该封闭腔活塞包括:一个伸长的活塞体(12)以及与其分离形成的活塞盖(14)。所述活塞体包括一个封闭端和开口端,带有一个具有靠近封闭端的底壁(40)的腔(18)和一个在开口端的边缘终止的外壁(42)。所述活塞盖包括一个伸长的杆(20)和在所述杆上的头部(54)。活塞盖的杆被惯性摩擦焊接到所述活塞体的底壁上,活塞盖的边缘被焊接到所述活塞体的边缘上,以便密封地形成一个腔(18)。活塞部件都是通过传统的相对低成本的冷成型的技术制造而成。活塞盖的杆被插入到活塞体的腔中直到与底壁接合。接着通过惯性摩擦焊接在杆/底壁和头部/边缘的界面将活塞盖焊接到活塞体上。
文档编号F04B53/14GK1355385SQ0113617
公开日2002年6月26日 申请日期2001年11月15日 优先权日2000年11月27日
发明者罗伯特·J·斯托佩克 申请人:索尔-丹福斯公司