专利名称：用于流体静力动力部件的封闭空腔活塞及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于流体静力动力部件的封闭空腔活塞(closed cavitypiston)。更具体地说、但并不是加以限制，本发明涉及一种制造封闭空腔活塞的新方法，这种方法利用金属注射模铸技术来形成本体，然后将一端盖烧结(sinterbond)在活塞体上。
背景技术：
封闭空腔活塞是一种其内包括一个或多个密封的中空腔室的活塞。通过中空腔室来使活塞的重量减轻，从而能产生更高的流体静力轴速，而封闭的活塞端部则减少了流体静力部件中的压缩油容积的量，并提高容积效率且改善对旋转斜盘力矩的控制。活塞包括一用于进行润滑的中心管和接触一匹配滑靴的外球面的一内球面。活塞还在靠近活塞球面处设有一可变形的区域用于将活塞连接到滑靴上，或者在靠近滑靴球面处设有一可变形的区域用于根据活塞是凸出或凹入的来将滑靴保持至活塞。
制造用于流体静力动力部件的封闭空腔活塞有若干种方法，但这些方法都存在成本和技术方面的缺陷。一种方法包括将一中空管设置在一中空活塞体内，并利用一个或多个垫圈将该管附接至活塞体，所述垫圈在管外壁和活塞体内壁之间径向延伸。该方法的步骤包括机加工棒料以形成带有一体的杆的一单件的中空活塞，然后利用一垫圈来固定该杆。接着，一焊工将一圆棒条(slug)用惰性气体焊接方法来焊接到活塞的端部上。最后，在活塞的长度上钻出一穿过杆的孔。这种制造方法十分昂贵，且不可用于小尺寸的活塞。
在美国专利第6,314,864号中描述了另一种方法，这种方法包括通过焊接或钎焊将活塞盖连接至活塞体。与前面描述的方法相比，这种方法较为低廉，且可应用于小尺寸的活塞。然而，连接盖和本体所要求的制造设备相对较为昂贵，且连接工艺要求继金属注射模铸工艺之后还有一附加的制造步骤。此外，连接方法还需要在活塞座中心与活塞体中心之间附加地径向对准，这样的对准可能会对用来将活塞连接到匹配滑靴上的方法造成妨碍。
由于近来在金属注射模铸技术方面的改进，利用这些技术来制作液压元件已经成为可行的了。金属注射模铸的基本工艺是可通过将形状刻在两块模具中来形成所想要的形状。这就形成所要生产的产品的外表面。可重复使用的金属模型插入物形成产品的内部。然后将金属粉末或非金属粘结材料注射入模具并加热，以形成模具和插入物所规定的形状。在从模具中取出产品之后，进行产品的脱粘结(debind)。脱粘结工艺将金属颗粒从非金属颗粒中分离出来。在脱粘结之后，对产品进行烧结。烧结工艺是可将金属粉末形成为一连续体而不熔化材料的加工工艺。该烧结工艺也可用于将两个或多个彼此接触的元件连接在一起。这种连接方法或“烧结”工艺优于传统的用于将金属注射模制元件结合在一起的方法，因为其它方法所产生的结合强度较差。本发明使用烧结金属注射模铸元件来生产一种新型的封闭空腔活塞。
发明内容
因此，本发明的一个主要的目的是提供一种在现有技术的状态上加以改进的新型封闭空腔活塞。
本发明的另一个目的是使流过封闭空腔活塞体的液压流体的量最少。
本发明还有一个目的是优化封闭空腔活塞体与端盖之间的表面几何形状，以帮助将两者烧结在一起。
本发明的另一目的是提供一种磁性端盖，该磁性端盖能捕获存在于流体静力部件中的磁性颗粒。
本发明还有一个目的是采用金属注射模铸工艺和烧结以在现有技术的状态上作改进。
本发明的另一目的是提供一种成本低廉的制造封闭空腔活塞的方法。
本发明还有一个目的是提供一种能高速和高效率制造封闭空腔活塞的方法。
本发明的另一目的是提供一种利用金属注射模铸来形成所有元件的制造封闭空腔活塞的方法。
本发明还有一个目的是提供一种用于将金属注射模铸的物件烧结在一起以形成封闭空腔活塞的方法。
本发明的另一目的是提供一种使活塞座中心与主活塞体中心之间的径向偏差小的制造封闭空腔凹入活塞的方法。
本发明还有一个目的是提供一种结合技术，该结合技术至多要求对已在金属注射模铸工艺中采用的工艺加以修改。
本发明的这些和其它的目的、特征或优点将在阅读了说明书和权利要求书后变得更加清楚。
本发明是一种能经济地制造的封闭空腔活塞设计方案。这种新设计包括一活塞体和一端盖。两个元件都利用金属注射模铸技术来制造。活塞体包括一中心中空杆和与活塞体的其余部分成一体的球形座。端盖利用烧结工艺连接至活塞体，所述烧结工艺使活塞体和端盖的接触表面进行冶金结合。
烧结工艺可在在对金属注射模铸元件的处理中所用的正常烧结作业过程中进行，仅要求很少(如果有的话)的附加处理时间。在脱粘结和/或烧结工艺的过程中可要求特定的固定和加载以使端盖和本体接触，从而保证端盖和本体之间的完全结合。
图1是封闭空腔活塞和端盖的立体图。
图2是沿着图1的线2截取的封闭式活塞和滑靴的剖视图。
图3是金属注射模铸模具的立体图。
具体实施例方式
本发明涉及一种用于在诸如泵或电动机之类的、流体静力部件的旋转汽缸体中往复运动的封闭空腔活塞10。图1示出具有一端盖12的一封闭空腔活塞10。封闭空腔活塞10有一细长的本体14，该本体在开口端15处接纳端盖12。活塞体14可包括在开口端15处的一锥形表面16、带有一球形凹腔的一端部以及一中空杆20。锥形表面16用来将端盖12和本体14对准在一起，并使在烧结工艺中两个零件之间的接触面积最大，从而形成更加坚固的接头。锥形表面16和端盖12锥形唇缘部分22稍稍不同，以保证当两元件成一体时可形成完全的接触。锥形唇缘22和锥形表面16可通过零件外部的机械装置或者通过在烧结工艺中形成零件来成为一体。端盖12还设有一开孔23，该开孔23对准形成穿过活塞的一润滑路径的中空杆20。开孔23和杆20具有相应的锥形匹配表面。
端盖12可由磁性材料组成，以捕获流体静力部件内的杂质。端盖12的磁性特质也可用于其它的目的，亦即用于感应活塞的位置和运动。使用磁性端盖要求端盖12的直径减小，以保证杂质不会进入活塞外径与汽缸体孔之间。
应予理解的是，在一可选用的实施例中，端盖12可具有非锥形唇缘，该非锥形唇缘优化端盖12与本体14之间的几何形状以产生一相匹配的装配，以增强烧结工艺的效果。
图2示出通过金属注射模铸和将端盖12烧结至本体14而制成的一封闭空腔活塞10的剖视图。活塞10设有可枢转地附接至活塞的一滑靴26。滑靴26可包括一圆球部分，该圆球部分接合活塞体14中的一圆球座凹进部，或者，熟悉本技术领域的人会理解，滑靴26可设有一圆球座凹进部，而匹配表面可形成为在活塞中的一圆球部分。图2示出了具有一圆球座凹进部28，该凹进部28与滑靴26上的一圆球座30相匹配。滑靴26还有与中空杆20流体连通的一流体通道32。
中空杆20纵向延伸穿过整个本体14。封闭空腔活塞20在其本体14内还设有一个或多个中空腔室34。
图3示出一典型的金属注射模铸模具60。模具60形如活塞体14的外表面，而使用一插入芯体(未示出)来形成活塞体14内部的形状。在形如端盖12的一类似的模具60中形成端盖12。
在制造过程中，封闭空腔活塞10的本体14和端盖12是利用金属注射模铸工艺分别制造的。接着，烧结本体14以形成适当的金属结合。在该工艺中，将一端盖12烧结到活塞体14的开口端15上。因此，活塞10的唯一流体出口是通过开孔23，从而保证活塞10的其余部分被堵塞住。还应予理解的是，由于使用金属注射模铸技术，所以仅需要对烧结活塞组件进行很少(如果有的话)的机加工。金属注射模铸和烧结工艺允许得到一种更加有效和成本低廉的制造封闭空腔活塞的工艺。这样，就已实现了本发明的目的。
熟悉本技术领域的人们将会理解的是，可以不超出本发明的精神和保护范围而作出其它各种修改。所有这些变型和变化都落入旨在涵盖它们的诸权利要求的保护范围之内。
权利要求
1.一种封闭空腔活塞，该封闭空腔活塞包括一细长的圆柱形本体，它具有适于接纳一滑靴的一第一端、一第二端和至少一个纵向细长的中空腔室；穿过细长圆柱形本体纵向设置的一孔；一端盖，它固定至细长圆柱形本体的第二端，并具有与所述孔对准的一中心开孔。
2.如权利要求1所述的封闭空腔活塞，其特征在于，利用金属注射模铸工艺来形成细长的圆柱形本体。
3.如权利要求1所述的封闭空腔活塞，其特征在于，通过将端盖烧结至细长的圆柱形本体来将端盖固定于本体。
4.如权利要求1所述的封闭空腔活塞，其特征在于，端盖的开孔是圆形的。
5.如权利要求4所述的封闭空腔活塞，其特征在于，圆形开孔的周界对应于孔的周界。
6.如权利要求1所述的封闭空腔活塞，其特征在于，端盖是一垫圈。
7.如权利要求1所述的封闭空腔活塞，其特征在于，封闭空腔活塞是一凸出的活塞。
8.如权利要求1所述的封闭空腔活塞，其特征在于，封闭空腔活塞是一凹入的活塞。
9.如权利要求1所述的封闭空腔活塞，其特征在于，端盖用磁性材料制成。
10.一种制造封闭空腔活塞的方法，该方法包括以下步骤金属注射模铸一细长的圆柱形本体，该细长的圆柱形本体具有适于接纳一滑靴的一第一端、一第二端和至少一个纵向细长的中空腔室；金属注射模铸一端盖，该端盖有一中心开孔；将端盖烧结至细长的圆柱形本体。
全文摘要
本发明揭示了一种用金属注射模铸工艺制作的封闭空腔活塞。该活塞有一细长的圆柱形本体，该本体具有适于接纳一滑靴的一第一端。该活塞还有至少一个纵向细长的中空腔室和输送液压流体的一中空杆。在金属注射模铸工艺之后，将有一中心开孔的一端盖烧结至本体的第二端。中空开孔与中空杆对准以提供一流体出口。
文档编号B22C9/00GK1715715SQ20051008228
公开日2006年1月4日 申请日期2005年6月29日 优先权日2004年6月29日
发明者D·I·罗伯, M·A·贝茨, R·J·克林凯尔 申请人:沙厄-丹福丝股份有限公司