专利名称：由轧制金属板制成的液压活塞、它的制造方法以及该方法的中间产品的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种由轧制金属板制成的液压活塞、涉及一种制造该活塞的方法以及涉及一种形成所述方法的中间产品的坯料。这种活塞例如用于液压驱动的汽车制动器中。
背景技术：
所述类型的活塞必须满足相互冲突的要求一方面，它们应当很轻，以便有较小的惯性；另一方面，它们必须足够稳定，以便当活塞底部受到高负载(例如在强力制动操作过程中由于制动系统中的较高液压而产生的)的情况中防止活塞的侧壁径向变形。当后一个条件不能满足时，活塞可能丧失所有功能。
液压活塞通常为具有开口端的柱形杯形状。在侧壁外表面的、邻近活塞开口端的部分中通常有环形槽，该环形槽用于固定保护套。环形槽区域特别有由于负载引起材料变形的危险，因为该壁被槽削弱。
由WO91/12445可知一种通过拉制方法制造的活塞，其中，在关键的槽区域中的壁厚并不小于活塞的其它区域的壁厚。在WO91/12245中提及了两个关键区域，即，一方面是槽区域而另一方面是弹簧结构的内部区域。在这两个区域中的稳定性要求确定活塞壁的厚度。
由俄国专利2 163 987公开了一种用于活塞制造的拉制方法，它能够使制造的活塞具有稳定且较薄的壁。该活塞为具有开口端的空心结构。它的外壁为柱形形状，并有用于固定保护套的槽。活塞的内表面在邻近开口端并沿轴向方向越过环形槽向内延伸的区域中为柱形。在活塞的更靠内部分处的内径大于在邻近开口端的区域处的内径。因此，在开口端处的侧壁厚度大于在活塞头附近的侧壁厚度，这对于能够在槽的关键区域中承受轴向力将很有利。不过，制造这样具有两个内径不同而外径相同的内表面的活塞将很复杂，特别是当活塞的开口端具有更小内径的内表面时。
发明内容
本发明的基本目的是提供一种液压活塞，该液压活塞具有较高稳定性和较低重量，且在开口端处的壁厚足以保证无问题地传递轴向力。而且，该活塞还很容易制造。本发明的还一目的是提出一种中间产品，该中间产品在液压活塞的制造中产生。
根据本发明，该目的将通过具有权利要求1所述的特征的液压活塞、通过包括权利要求6中所述的步骤的制造方法、以及通过如权利要求16所述的中间产品而实现。
与由现有技术已知的柱形液压活塞相反，活塞的侧壁厚度从侧壁内表面的、邻近开口端并有柱形形状的部分到活塞头单调减小。换句话说，根据本发明，液压活塞的内径从侧壁的内表面的柱形部分到活塞头单调增加。特别是，这里的术语“单调”的意思是侧壁厚度连续减小和/或内径连续增加。这样构成的活塞对于所需类型的负载有很好的稳定性，且制造更容易。
根据优选实施例，活塞头向内弯曲，特别是以凹形方式。活塞头这样弯曲将保证能够很好地承受普通的工作负载。
优选是，当活塞头向内弯曲时，活塞头的径向外部为截锥形状，而活塞头的中心或中部为球冠形状。这时，优选是活塞头的截头锥形部分沿其型面延伸的长度不大于在邻近活塞头处的侧壁部分的壁厚的三倍。活塞头的局部截锥形、局部球冠形的形状特别有利于通过压制(stamping)形成在侧壁到活塞头的过渡区域中的侧壁外表面。
本发明的制造方法的最简单的实施方式包括以下步骤由一件轧制金属板冲压(punching)形成盘形圆坯料；通过底模和冲头将该盘形圆坯料深拉为杯形；压制该杯形坯料，以形成液压活塞的活塞头和柱形外表面；以及在液压活塞的外表面中形成环形槽。显然，本发明的制造方法只需要非常少量的切割，例如由于产生环形槽。通常，该活塞由轧制金属板通过拉制和压制操作而制成。
在本发明的制造方法的优选发展形式中，深拉以多个步骤实现。根据一个实施例，盘形圆坯料首先通过第一圆形模腔(die opening)由第一冲头进行压制，然后通过第二圆形模腔而由第二冲头进行压制，该第二模腔的直径小于第一模腔的直径。在第一深拉步骤中，将获得仍然相对扁平的杯形坯料，该坯料的内径与所用的冲头的外径相一致。由于材料的重新成形，金属板的厚度改变。在深拉步骤之后，在开口端处的厚度大于在侧壁和头部之间的过渡区域处的厚度，这是因为由于拉制操作，在该过渡区域处的材料厚度减小。可以使壁厚从开口端到侧壁和头部之间的过渡区域连续减小。由于第二深拉步骤，杯形变得更窄和更高，且在从侧壁到头部的过渡区域中的壁厚进一步减小。在第二深拉步骤之后，杯形坯料的内径由在该第二深拉步骤中使用的冲头的外径确定。优选是，在第一和第二深拉步骤中使用的冲头为柱形。
根据本发明方法的特别优选发展形式，杯形坯料通过第三圆形模腔而由第三冲头进行压制，该第三模腔的直径小于第二模腔的直径，其中，第三冲头有从它的自由端开始的第一柱形部分，该第一柱形部分与第二柱形部分邻接，该第二柱形部分的直径大于该第一柱形部分的直径，但小于该第三模腔的直径。通过该第三深拉步骤，首先，杯形坯料的直径-高度比进一步朝着所希望的最终形状变化，其中在侧壁和活塞头之间的过渡区域中的壁厚将进一步减小；其次，在坯料的开口端附近，在侧壁中形成内部台阶，该内部台阶将非常有利于随后的机械加工步骤。
优选是，在深拉成杯形之后，通过第一压制操作而利用在内表面中的台阶来形成向内弯曲的活塞头，从而，台阶形冲头将与在坯料侧壁中的台阶接合，并将该坯料压入底部成形模中。
优选是，在该第一压制操作之后进行第四深拉步骤，在该第四深拉步骤中，杯形坯料再次通过第四圆形模腔而由台阶形冲头来进行压制，该台阶形冲头将与在坯料侧壁中的台阶接合，该第四模腔的直径小于第三模腔的直径。在该第四深拉步骤中，形成侧壁的柱形外表面。
根据本发明方法的特别优选发展形式，在形成侧壁的柱形外表面之后，通过底部成形模和台阶形冲头来执行第二压制操作，以便形成在活塞头和侧壁之间的过渡区域，其中该台阶形冲头将与坯料侧壁中的台阶接合。这时，与活塞头接触的底模区域优选为在中心处为杯形，且在边缘处为截锥形。
优选是，在形成在活塞头和侧壁之间的过渡区域之后，通过底部成形模和(再一次的)台阶形冲头进行第三压制操作，以便使活塞头形成它的最终形状，该台阶形冲头将与坯料侧壁中的台阶接合。
在形成环形槽之后，至少外表面可以随后进行机械加工。外表面的随后机械加工可以包括一个或多个步骤。优选是，随后的机械加工包括至少一个以下步骤研磨、涂覆和抛光。
在液压活塞的制造过程中形成的、本发明的中间产品将通过以下方法制造由一件轧制金属板冲压形成盘形圆坯料；利用底模和冲头将该盘形圆坯料深拉形成杯形；以及压制该杯形坯料，以便形成液压活塞的活塞头和柱形外表面。
下面将参考附图详细介绍本发明的液压活塞和它的制造方法的优选实施例。附图中图1是本发明液压活塞的第一实施例的纵剖图；图2表示了图1的活塞的制造过程中执行的深拉步骤；图3表示了图1的活塞的制造中执行的压制(stamping)步骤；图4表示了在图13的活塞的制造过程中的冲压(punching)步骤；图5表示了在图13的活塞的制造过程中的第一深拉步骤；图6表示了在图13的活塞的制造过程中的第二深拉步骤；图7表示了在图13的活塞的制造过程中的第三深拉步骤；图8表示了在图13的活塞的制造过程中的第一压制步骤；图9表示了在图13的活塞的制造过程中的第四深拉步骤；图10表示了在图13的活塞的制造过程中的第二压制步骤；
图11表示了在图13的活塞的制造过程中的第三压制步骤；图12表示了基本最终形成的活塞的纵剖图；以及图13表示了本发明的液压活塞的第二实施例的纵剖图。
具体实施例方式
图1表示了用于机动车辆的液压制动器的液压活塞10的第一实施例的纵剖图。活塞10为空心，并有开口端12。该活塞包括活塞头14，该活塞头14与侧壁16连接成一体。
侧壁16有柱形外表面18，该柱形外表面18内设有环形槽20，该环形槽20位于侧壁16的、靠近开口端12的端部中。
侧壁16还有内表面22，该内表面22在邻近开口端12并越过环形槽20轴向延伸的区域24中为柱形。侧壁16的厚度从该区域24的端部到活塞头14连续减小，同时保持柱形外形。
柱形活塞10的尺寸可以根据期望用途进行选择。例如，活塞10可以为50.5mm高，并设计成工作压力为至少160巴。这时，壁厚a、b和c选择为这样，即在不增加最佳壁厚c的情况下，使得活塞10特别是环形槽20区域能够在轴向负载下稳定，这保证能抵抗轴向推力和径向压力。对于所述活塞尺寸，例如尺寸a可以为1.9mm，尺寸b为3.9mm，尺寸c为3mm。从开口端12开始，内表面22的柱形区域24沿轴向延伸大约16mm。然后，壁厚连续减小的区域沿轴向延伸总共31mm。
图2表示了用于制造活塞10的深拉步骤。在该深拉步骤之前，由轧制金属板冲压成(未示出)盘状圆形坯料26。该坯料26再通过有圆形模腔32的底模30而由柱形冲头28进行压制。尺寸b由冲头28和底模30之间的间隙确定。图2在左半部分表示了初始状态，在右半部分表示了在执行深拉步骤之后的状态。显然，侧壁16的壁厚沿朝着活塞头14的方向从开口端12的减小是明显的。在该状态下，侧壁16的外表面18还不是柱形形状。
图2中所示的深拉步骤并不必须一次完成，而是可以分成多个深拉步骤。在第一深拉步骤中，首先制成仍然相对扁平和较宽的杯形坯料26，在随后的深拉步骤中，该杯形坯料26再逐渐变得更窄和更高，以便越来越接近最终希望的形状。
图3表示了随后的压制步骤，其中，当前的杯形坯料26通过另一冲头34被压入另一底模36中，以便使外表面18成为柱形，并使活塞头14成为向内弯曲的形状。为此，冲头34有凹形端面，底模36有凸形底部。通过图3中所示的压制步骤，外表面18和活塞头14同时形成为合适形状。
图13表示了液压活塞10的第二实施例，它与图1中所示的实施例的区别在于活塞头14在它的中部区域为球冠形状，且在径向外部区域为截锥形状。
图4至11表示了特别适于制造图13的活塞的方法。图4至11中的各图都在左侧表示初始状态，在右侧表示当完成各个机械加工步骤时达到的状态。
图4首先表示了冲压步骤，其中，盘形圆坯料40通过冲头44和底模46在08Yu质量(quality 08Yu)的轧制金属板42上冲压形成，在本例中，厚度S0为3.6mm，直径D为124mm。
图5表示了第一深拉步骤，其中，盘形坯料40通过底模52的第一圆形模腔50而由第一冲头48进行压制，并因此形成杯形。在本例中，第一冲头48的直径d1为72mm，而第一模腔50的直径D1为80mm。因此，当前的杯形坯料40在它的开口端处的外径为80mm，在它的开口端区域中的壁厚S1为4mm。由于该拉制操作，壁厚沿朝着头部的方向连续减小，直到它在侧壁和头部之间的过渡区域中达到一个大约为3.5mm的值S2为止。
图6表示了第二深拉步骤，在该步骤中，坯料40的外径从80mm变成65mm，这是因为第二柱形冲头54将杯形坯料40压入穿过底模58的第二圆形模腔56。第二冲头54的外径d2为57mm，而第二模腔56的直径D2为65mm。通过该深拉步骤，获得杯形坯料40，该杯形坯料40的内径为57mm，外径从在开口端处的65mm沿朝着头部的方向连续减小。因此，侧壁厚度从4mm的值S3降低至在侧壁和头部之间的过渡区域中的值S43.45mm。
图7表示了第三深拉步骤，在该步骤中，杯形坯料40的外径从65mm变成56.5mm，这是因为第三柱形冲头60将坯料40压入穿过底模64的第三圆形模腔62。第三冲头60的外径d3为48.6mm，而第三模腔62的直径D3为56.5mm。由于该拉制操作，坯料40的侧壁的壁厚再一次沿朝着头部的方向减小，所述靠近坯料40的开口端处的壁厚由侧壁和底模64之间的间隙确定，且具有为3.95mm的值S5，而在靠近头部处的壁厚值S6为3.4mm。如图7所示，第三冲头60包括第一柱形部分，该第一柱形部分形成该冲头的自由端，并有前述的外径d348.6mm；以及与第一柱形部分相邻的第二柱形部分，该第二柱形部分的外径为53mm。在第三深拉步骤结束时，第三冲头60的该第二、大直径部分通过减小靠近开口端处的侧壁的厚度而在坯料40的侧壁的内表面中形成台阶41(见图12)。所形成的台阶的径向延伸为2.2mm。
图8表示了第一压制步骤，在该压制步骤过程中，坯料40的头部向内弯曲。为此，与坯料40的内表面互补设计的台阶形冲头66将该坯料40压入底部成形模68中，其中，冲头66与形成于坯料40的侧壁中的台阶41接合。成形模模腔的内径D4为56.5mm，因此，坯料40的外径不会因所述模腔而进一步减小。成形模模腔的底部由冲头形的顶推器70形成，该顶推器70的、对着坯料40的表面为球冠形状。因此，坯料40的头部向内变形成8mm的凹度k1。在本例中，靠近头部的侧壁部分稍微径向向内拉伸。
图9表示了第四深拉步骤，在该深拉步骤中，坯料40的外径从56.5mm变成54.3mm，这是因为与形成于坯料40的内表面上的台阶41接合的台阶形冲头72将坯料40压入穿过底模76的第四圆形模腔74。这时，形成冲头72的自由端的第一柱形部分的外径d4为46.4mm，而第四模腔74的直径D5为54.3mm。通过该第四深拉步骤，坯料40的侧壁的外表面形成具有54.3mm的直径的柱形。因为该柱形部分的直径为d4且形成冲头72的自由端，因此坯料40的内表面也在该区域保持柱形。在邻近区域，坯料40的内径连续增加直到头部，因为侧壁的壁厚连续减小。
图10表示了第二压制步骤，在该压制步骤中，形成在坯料的侧壁和头部之间的过渡区域。为此，与形成于坯料40的内表面上的凸肩41接合的类似台阶形冲头78将坯料40压入底部成形模80的模腔内，该模腔的底部由冲头形顶推器82形成。该顶推器82的、对着坯料40的表面在中心处为球冠形状，而在边缘处为截锥形状。这样，在坯料40的侧壁和头部之间的过渡区域抵靠该成形模模腔，并形成2mm的过渡半径R1。凹度k1保持8mm。成形模模腔的内径为54.3mm，即坯料40的外径没有改变。
图11表示了第三压制步骤，在该压制步骤中，坯料40的头部形成为它的最终形状。为此，设计成与坯料40中的凸肩41接合的台阶形冲头84将该坯料40压入底部成形模86的模腔内，该模腔的底部由冲头形顶推器88形成。通过该顶推器88，凹度增加到9mm的值k2。这时，坯料的头部的中心处将保持为球冠形状，而该坯料头部的边缘处将保持截锥形状。在坯料40的侧壁和头部之间的过渡半径增加到3.4mm的值R2。
图12表示了由坯料基本最终形成的液压活塞的纵剖图。可以看见内表面22的柱形部分24；侧壁厚度从该部分24到头部14连续减小；头部14的中心区域90具有球冠形状；以及头部14的截锥形边缘区域92延伸的距离为d，该距离d不大于在头部14附近的侧壁16壁厚值的三倍。且内表面22和柱形外表面18都不需要进一步的机械加工。
为了完成液压活塞10，形成台阶或凸肩的侧壁16的部分将被去除(见图13)，并在外表面18中例如通过切割而加工形成环形槽20。
通常，至少液压活塞10的外表面18在形成环形槽20之后进行机械加工。随后的机械加工可以包括例如研磨操作以及随后涂覆耐腐蚀和耐磨损材料。涂覆的外表面18然后可以进行抛光操作。
权利要求
1.一种由轧制金属板制成的杯形液压活塞(10)，包括开口端(12)；侧壁(16)，该侧壁(16)有柱形外表面(18)和内表面(22)，其中，侧壁(16)在它的外表面(18)上、在邻近开口端(12)的部分处设有环形槽(20)；以及活塞头(14)；其中，侧壁(16)的内表面(22)的、邻近开口端(12)并沿轴向方向越过环形槽(20)延伸的部分(24)为柱形；侧壁(16)的厚度从内表面(22)的部分(24)到活塞头(14)单调减小。
2.根据权利要求1所述的液压活塞，其特征在于活塞头(14)向内弯曲。
3.根据权利要求2所述的液压活塞，其特征在于活塞头(14)以凹形方式弯曲。
4.根据权利要求2所述的液压活塞，其特征在于活塞头(14)的径向外部为截锥形状，而活塞头(14)的中心部分为球冠形状。
5.根据权利要求4所述的液压活塞，其特征在于活塞头(14)的截锥形部分沿其型面延伸的长度不大于侧壁(16)的在邻近活塞头(14)的部分的壁厚的三倍。
6.一种制造如前述任意一个权利要求所述的液压活塞的方法，包括以下步骤由一件轧制金属板冲压形成盘形圆坯料；通过底模和冲头将该盘形圆坯料深拉形成杯形；压制该杯形坯料，以便形成液压活塞的活塞头和柱形外表面；以及在液压活塞的外表面中形成环形槽。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于在深拉形成杯形的过程中，盘形圆坯料首先由一第一冲头压制通过一第一圆形模腔，然后由一第二冲头压制通过一第二圆形模腔，该第二模腔的直径小于第一模腔的直径。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于第一冲头和第二冲头为柱形。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于杯形坯料由一第三冲头压制通过一第三圆形模腔，以便在坯料的开口端处的侧壁中形成台阶，该第三模腔的直径小于第二模腔的直径，其中，第三冲头具有从它的自由端开始的第一柱形部分，该第一柱形部分与一第二柱形部分邻接，该第二柱形部分的直径大于该第一柱形部分的直径，但小于该第三模腔的直径。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于在深拉成杯形之后，进行第一压制操作，以便形成向内弯曲的活塞头，其中，一台阶形冲头与在坯料侧壁中的台阶接合，并将该坯料压入底部成形模中。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于在该第一压制操作之后，杯形坯料由一台阶形冲头来压制通过一第四圆形模腔，以便形成侧壁的柱形外表面，其中该台阶形冲头与坯料侧壁中的台阶接合，该第四模腔的直径小于第三模腔的直径。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于在形成侧壁的柱形外表面之后，通过一底部成形模和一台阶形冲头来执行第二压制操作，以便形成在活塞头和侧壁之间的过渡区域，该台阶形冲头与坯料侧壁中的台阶相接合。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于与活塞头接触的底模的区域在中心处为杯形，在边缘处为截锥形。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于在形成在活塞头和侧壁之间的过渡区域之后，通过一底部成形模和一台阶形冲头进行第三压制操作，以便使活塞头形成它的最终形状，其中该台阶形冲头将与坯料侧壁中的台阶相接合。
15.根据权利要求6至14中任意一个所述的方法，其特征在于在形成环形槽之后，至少外表面可以随后进行机械加工，其中，随后的机械加工包括至少一个以下步骤研磨；涂覆；以及抛光。
16.在如权利要求1至5中任意一个所述的杯形液压活塞的制造中形成的中间产品，其中，该中间产品通过以下步骤制造由一件轧制金属板冲压形成盘形圆坯料；通过一底模和一冲头将该盘形圆坯料深拉形成为杯形；以及压制该杯形坯料，以便形成液压活塞的活塞头和柱形外表面。
全文摘要
本发明涉及一种由轧制金属板制成的杯形液压活塞(10)，该液压活塞包括开口端(12)；侧壁(16)，该侧壁(16)有柱形外表面(18)和内表面(22)；以及活塞头(14)。该侧壁(16)在它的外表面(18)上、在邻近开口端(12)的部分处设有环形槽(20)。为了保证有较轻重量、较高稳定性以及容易制造的结构，内表面(22)的、邻近开口端(12)并沿轴向方向越过环形槽(20)延伸的部分为柱形，且侧壁(16)的厚度从内表面(22)的部分(24)到活塞头(14)单调减小。
文档编号F16D65/18GK1582212SQ02815416
公开日2005年2月16日 申请日期2002年8月8日 优先权日2001年8月8日
发明者斯科特·伍德沃·班尼特, 弗拉迪米尔·格里戈里耶维奇·盖勒, 尼克拉·米哈伊洛维奇·叶利金 申请人:卢卡斯汽车股份有限公司