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活塞制造工艺过程(精选技术集合)

2020-08-18 16:34:15

  活塞制造工艺过程1:

  一种活塞、活塞制造装置及活塞制作方法

  第一:技术领域

  本发明涉及机加工技术领域,尤其涉及一种活塞、活塞制造装置及活塞制作方法。

  第二:背景技术

  由于铝合金材料具有密度低、导热性好、强度高等优良特性,使得铝合金材料被广泛应用于内燃机活塞制造的相关领域中。与传统钢活塞、铸铁活塞相比,铝合金活塞在内燃机应用中具有高功率、低震颤、小磨损和强耐蚀等一系列的优势。然而,随着内燃机技术的发展和更新,铝合金活塞热强度低和高温力学性能差等缺陷逐渐暴露出来,在高强热冲击循环作用下,铝合金活塞经常发生烧蚀、腐蚀等失效问题。

  在目前的活塞防护技术中,大多数采用隔热技术处理,使基体受到保护的同时还能增加燃烧室内的温度,因为采取隔热处理后的活塞在工作时,通过燃烧室表面传向冷却水的热量减少,相应地由冷却水带走的传热损失减小,减少了能量损失,提高了内燃机的效率。但随着隔热技术的发展,隔热材料的隔热性能逐渐提升,优异的隔热性使基体得以防护,但是由于隔热材料的体积比热容较大,活塞自身不容易被加热,燃烧室的冷空气进气温度较高,燃烧温度也会相应的提高。当燃烧温度提高到一定程度后,导致燃烧腔体内气体分子间距变大,造成吸气冲程的吸气量减少,从而使油气比和燃烧效率降低。

  此外,在现有等离子体氧化物涂层制备中,传统电解液调节可以通过加入溶质的方法增加浓度,但是如果想减少浓度,或随着等离子体氧化物涂层在不同生长阶段设置不同配比的溶液,则需要反应中断并重新配制电解液,增加制备时间和制备成本。

  第三:发明内容

  本发明的目的在于提供一种活塞,隔热性能好,防腐性好,实现控制燃烧温度的防护性能。

  本发明另一个目的在于提供一种活塞制造装置及活塞制作方法,无需反复安装和拆卸,节省生产成本。

  为达此目的,本发明采用以下技术方案:

  一种活塞,包括:

  活塞基体;

  多孔功能层,其设置于所述活塞基体的顶面上;

  微孔填充层,其设置所述多孔功能层的顶面上,所述微孔填充层内的孔洞直径小于所述多孔功能层内孔洞的直径;

  封闭层,其设置于所述微孔填充层的顶面上,用于封堵所述微孔填充层内的孔洞;沿远离所述多孔功能层的方向,所述微孔填充层内的孔洞的孔隙率和/或直径向远离所述多孔功能层的方向呈递减分布。

  为达上述目的,本发明还提供了一种活塞制造装置,用于制作上述的活塞,所述活塞制造装置包括:

  夹具,其用于夹紧所述活塞基体,所述活塞基体的顶部密封伸入所述夹具内,形成密封腔;

  电源,所述电源的阳极电连接于所述活塞基体,所述电源的阴极电连接于所述夹具;

  第一反应机构,其选择性连通于所述密封腔,以在所述活塞基体的顶面形成所述多孔功能层;

  第二反应机构,其选择性连通于所述密封腔,以在所述多孔功能层的顶面形成所述微孔填充层;

  第三反应机构,其选择性连通于所述密封腔,以在所述微孔填充层的顶面形成所述封闭层。

  作为优选,还包括:

  三通阀,第一端分别连通于所述第一反应机构、所述第二反应机构,所述三通阀的第二端分别连通于所述密封腔、所述第三反应机构,所述三通阀的第三端连通于外界大气;

  泵,其能够连通于所述密封腔,使外界空气经所述三通阀进入所述密封腔内,用于对所述活塞基体吹风和干燥。

  作为优选,还包括密封圈,所述密封圈套设于所述活塞基体上并抵接于所述夹具的内壁。

  作为优选,还包括固定环,所述固定环套设于所述活塞基体上并抵接于所述密封圈的底面,所述固定环上设置有第一连接孔,所述活塞基体上设置有第二连接孔,所述固定环和所述活塞基体通过连接件分别穿设所述第一连接孔和所述第二连接孔相连接。

  为达上述目的,本发明还提供了一种活塞制作方法,采用上述的活塞制造装置进行活塞制作,所述活塞制作方法包括以下步骤:

  利用夹具密封夹紧活塞基体,在所述活塞基体和所述夹具之间形成密封腔;

  将电源的阳极电连接于活塞基体,电源的阴极电连接于所述夹具;

  开启第一反应机构,关闭第二反应机构和第三反应机构,使第一反应机构连通于密封腔,采用电化学的方式在活塞基体的顶面形成多孔功能层;

  开启第二反应机构,关闭第一反应机构和第三反应机构,使第二反应机构连通于密封腔,采用电化学的方式在所述多孔功能层的顶面形成微孔填充层;

  开启第三反应机构,关闭第一反应机构和第二反应机构,使第三反应机构连通于密封腔,形成覆盖于所述微孔填充层顶面的封闭层。

  作为优选,在形成封闭层之前,关闭电源、第一反应机构、第二反应机构及第三反应机构,开启三通阀和泵,使外界空气经三通阀进入密封腔内,以对活塞基体和夹具吹风和干燥。

  作为优选,第一反应机构能够向密封腔输送第一电解液,第二反应机构能够向密封腔输送第二电解液,第三反应机构能够向密封腔输送封孔剂。

  作为优选,在夹具夹紧活塞基体之前,对活塞基体的顶面进行预处理。

  第四:本发明的有益效果:

  本发明提供的活塞,通过在活塞基体的顶面设置有多孔功能层,多孔功能层的顶面上设置有微孔填充层,微孔填充层内的孔洞和多孔功能层内孔洞形成通道,通道内用于储存空气,起到了隔热的作用。通过微孔填充层内的孔洞直径小于多孔功能层内孔洞的直径,微孔填充层在起到了多孔功能层和封闭层之间过渡作用的同时,微孔填充层起到了对多孔功能层在一定程度上的填充作用。通过设置封闭层设置于微孔填充层的顶面上,用于封堵微孔填充层内的孔洞,封闭层起到了封堵的作用,避免高温气体、腐蚀介质进入多孔功能层和微孔填充层的孔洞内以对其进行高温氧化及腐蚀,起到了对活塞基体的防护作用,从而提高活塞的耐高温性能及耐腐蚀性。

  另外,在多孔功能层和微孔填充层的相互配合作用下,在多孔功能层和微孔填充层的孔洞内可以形成空气填充,有效地降低了活塞涂层的体积比热容,在保证较好的隔热防护性能的同时,又能实现控制燃烧温度的防护性能,使得活塞自身容易被加热,进入燃烧室的冷空气进气温度较低,避免进气加热,从而提高了热量用转化为有用功的效率,有效降低燃油耗。

  本发明提供的活塞制造装置,夹具起到了对活塞基体固定的效果,活塞基体的顶部密封伸入夹具内,形成密封腔,密封腔为在活塞基体的顶面制备涂层提供了反应环境。通过第一反应机构连通于密封腔,用于在活塞基体的顶面制备多孔功能层。通过第二反应机构连通于密封腔,用于在多孔功能层的顶面制备微孔填充层。通过第三反应机构连通于密封腔,用于在微孔填充层的顶面制备封闭层。采用这种结构,多孔功能层、微孔填充层及封闭层三个制备工序都在专用的夹具与活塞基体顶部形成的密封腔内完成,无需进行各个反应机构的安装和拆卸,节约了时间成本,避免了各个涂层二次污染。

  本发明提供的活塞制作方法,将电源的阳极电连接于活塞基体,电源的阴极电连接于夹具,以供用于生成多孔功能层和微孔填充层的电化学反应。只开启第一反应机构,用于在密封腔内制备多孔功能层;只开启第二反应机构,用于在密封腔内制备微孔填充层;只开启第三反应机构,用于在密封腔内制备微孔封闭层。采用第一反应机构、第二反应机构及第三反应机构独立的分控设置,能够实现多种电解液的自由组合和回收利用,无需中断试验,独立调节,灵活性好。同时,夹具只需对活塞基体夹紧固定一次,无需进行每次反应都进行安装和拆卸简化了工艺流程,节约生产成本,且每个工序都在密封腔内进行,避免了涂层污染。

  第五:附图说明

  图1是本发明活塞的结构示意图;

  图2是本发明活塞制造装置的结构示意图;

  图3是本发明活塞制作方法的流程图。

  图中:

  100、活塞基体;101、多孔功能层;102、微孔填充层;103、封闭层;104、粘接层;

  1、夹具;2、电源;3、第一反应机构;4、第二反应机构;5、第三反应机构;6、密封圈;7、固定环;8、液压泵;9、三通阀;10、泵;11、第一真空阀;12、第二真空阀;

  31、第一反应箱;32、第一阀;

  41、第二反应箱;42、第二阀;

  51、第三反应箱;52、第三阀。

  第六:具体实施方式

  为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚,下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

  在本发明的描述中,除非另有明确的规定和限定,术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

  在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

  下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

  对于现有铝合金活塞而言,其多孔结构涂层的表面存在很多贯穿或半封闭的缝隙通道,在铝合金活塞的燃烧腔内,这种半开放式的通道中会产生热量对流,涂层隔热性能差。另外,在燃烧室内,燃烧热和燃烧产物对铝合金活塞表面产生腐蚀作用,腐蚀介质容易渗入通道并对其进行腐蚀,造成防护材料或活塞的侵蚀,使活塞的耐蚀性下降。

  为了解决这个问题,本实施例提供了一种活塞,如图1所示,该活塞包括:活塞基体100、多孔功能层101、微孔填充层102及封闭层103,活塞基体100优选采用铝合金材料制成。多孔功能层101设置于活塞基体100的顶面上,多孔功能层101为疏松的多孔层结构。微孔填充层102设置多孔功能层101的顶面上,微孔填充层102内的孔洞直径小于多孔功能层101内孔洞的直径。封闭层103设置于微孔填充层102的顶面上,用于封堵微孔填充层102内的孔洞,封闭层103起到了封堵的作用。

  本实施例提供的活塞,通过在活塞基体100的顶面设置有多孔功能层101,多孔功能层101的顶面上设置有微孔填充层102,微孔填充层102内的孔洞和多孔功能层101内孔洞形成通道,通道内用于储存空气,起到了隔热的作用。通过微孔填充层102内的孔洞直径小于多孔功能层101内孔洞的直径,微孔填充层102在起到了多孔功能层101和封闭层103之间过渡作用的同时,微孔填充层102起到了对多孔功能层101在一定程度上的填充作用。通过设置封闭层103设置于微孔填充层102的顶面上,用于封堵微孔填充层102内的孔洞,封闭层103起到了封堵的作用,避免腐蚀介质进入多孔功能层101和微孔填充层102的孔洞内以对其进行腐蚀,起到了对活塞基体100的防护作用,从而提高活塞的耐腐蚀性。

  另外,在多孔功能层101和微孔填充层102的相互配合作用下,在多孔功能层101和微孔填充层102的孔洞内可以形成空气层,有效地降低了整个活塞的热容,在保证较好的隔热防护性能的同时,又能实现控制燃烧温度的防护性能,使得活塞自身容易被加热,进入燃烧室的冷空气进气温度较低,避免进气加热,从而提高了热量转化为有用功的效率,有效降低燃油耗。

  优选地,为了进一步保证多孔功能层101和微孔填充层102的相互配合,微孔填充层102内孔洞连续性分布,且沿远离多孔功能层101的方向,微孔填充层102内的孔洞的孔隙率和/或直径呈递减分布。多孔功能层101使活塞获得良好的隔热性能,微孔填充层102不仅能够起到降低涂层热导率的作用,同时可以作为防腐蚀介质的第二道屏障。采用微孔填充层102内的孔洞呈递减分布,并进行连续性分布,既能保持多孔功能层101和微孔填充层102两种涂层之间良好的结构过渡,又能保证隔热和低热导率两种功能的实现。

  可以理解的是,在活塞基体100的顶面的基础上形成多孔功能层101的过程中,在致密的活塞基体100的顶面和多孔功能层101之间会形成一个粘接层104,粘接层104起到了活塞基体100和多孔功能层101之间过渡的作用。

  为了实现对上述活塞的生产制作,本实施例还提供了一种活塞制造装置,如图2所示,该活塞制造装置包括:夹具1、电源2、第一反应机构3、第二反应机构4及第三反应机构5,夹具1用于夹紧活塞基体100,活塞基体100的顶部密封伸入夹具1内,形成密封腔。电源2的阳极电连接于活塞基体100,电源2的阴极电连接于夹具1。第一反应机构3选择性连通于密封腔,以在活塞基体100的顶面形成多孔功能层101。第二反应机构4选择性连通于密封腔,以在多孔功能层101的顶面形成微孔填充层102。第三反应机构5选择性连通于密封腔,以在微孔填充层102的顶面形成封闭层103。

  本实施例提供的活塞制造装置,夹具1起到了对活塞基体100固定的效果,活塞基体100的顶部密封伸入夹具1内,形成密封腔,密封腔为在活塞基体100的顶面制备涂层提供了反应环境。通过第一反应机构3连通于密封腔,用于在活塞基体100的顶面制备多孔功能层101。通过第二反应机构4连通于密封腔,用于在多孔功能层101的顶面制备微孔填充层102。通过第三反应机构5连通于密封腔,用于在微孔填充层102的顶面制备封闭层103。采用这种结构,多孔功能层101、微孔填充层102及封闭层103三个制备工序,都在专用的夹具1与活塞基体100顶部形成的密封腔内完成,无需进行各个反应机构的安装和拆卸,节约了时间成本,避免了各个涂层二次污染。

  进一步地,夹具1为箱体结构,夹具1具有容纳腔,在夹具1的顶部设置有第一接头和第二接头,第一接头为进液口,第一接头分别连通于第一反应机构3、第二反应机构4及第三反应机构5,使得各个反应机构内的液体经第一接头进入密封腔内。第二接头为出液口,第二接头分别连通于第一反应机构3、第二反应机构4,使得密封腔内的完成反应的液体经第二接头流出。

  在夹具1的顶部还设置有阴极接头,电源2的阴极通过阴极接头电连接于夹具1,电源2的阳极电连接于活塞基体100。为了保证活塞基体100和夹具1之间的绝缘效果,如图2所示,可选地,该活塞制造装置还包括密封圈6,密封圈6为O形密封圈,密封圈6采用聚四氟乙烯制作而成,密封圈6套设于活塞基体100上并抵接于夹具1的内壁,密封圈6起到了活塞基体100和夹具1内壁之间密封作用的同时,还起到了活塞基体100和夹具1两者之间绝缘、隔绝的作用,使密封腔为能够承受一定正压和负压的密闭腔体。

  电源2的阳极可以直接电连接于活塞基体100,但是采用直接接触的方式,难以保证电性连接的可靠性和稳定性,为了解决这个问题,如图2所示,该活塞制造装置还包括固定环7,固定环7为不锈钢钢环,固定环7套设于活塞基体100上并抵接于密封圈6的底面,密封圈6涂上真空脂后与固定环7形成过盈配合后,固定环7上设置有第一连接孔,活塞基体100上设置有第二连接孔,所述固定环7和所述活塞基体100通过连接件分别穿设第一连接孔和第二连接孔相连接。连接件具体为螺栓,螺栓具体为M10*50的螺栓,螺栓的数量具体为六个,以保证固定环7和夹具1之间的固定效果,从而保证活塞基体100夹紧的稳定性和可靠性。

  可选地,电源2的阳极可以通过连接件电连接于活塞基体100,电源2的阳极电线连接于连接件上,由于连接件连接于固定环7,固定环7连接于活塞基体100,从而实现电源2的阳极电性连接于活塞基体100,使得电源2阳极和活塞基体100之间的安装方便,可靠性好。

  进一步地,如图2所示,第一反应机构3包括第一反应箱31和第一阀32,第一反应箱31用于容纳第一电解液并连通于密封腔,第一阀32用于控制第一反应箱31的启闭。第二反应机构4包括第二反应箱41和第二阀42,第二反应箱41用于容纳第二电解液并连通于密封腔,第二阀42用于控制第二反应箱41的启闭。第三反应机构5包括第三反应箱51和第三阀52,第三反应箱51用于容纳封孔剂并连通于密封腔,第三阀52用于控制第三反应箱51的启闭。

  可选地,第一反应箱31、第二反应箱41及第三反应箱51均设置于夹具1的上方,各个阀分别设置于与其相对应的反应箱的底部,当每个阀打开时,与其相对应的反应箱内的液体在自身重力下分别流动至密封腔内;当每个阀关闭时,与其相对应的反应箱内的液体停止进入密封腔内。采用这种方式,结构简单,但是液体流动的速度一定,使得进液速度较慢,且不能实现液体的回收。

  为了解决上述问题,可选地,该活塞制造装置还包括液压泵8,液压泵8的进口连通于密封腔,液压泵8的出口连通于第一反应箱31和第二反应箱41,在液压泵8和第一反应箱31之间的连接管路上设置有第一阀32,在液压泵8和第二反应箱41之间的连接管路上设置有第二阀42。

  当液压泵8和第一阀32开启时,液压泵8驱动第一反应箱31内的第一电解液经第一接头输送至密封腔内,第一电解液在密封腔内和活塞基体100的顶面发生电化学反应形成多孔功能层101之后,在液压泵8的驱动作用下,第一电解液经液压泵8的进口回流至第一反应箱31内,从而实现第一电解液的循环和回收。

  当液压泵8和第二阀42开启时,液压泵8驱动第二反应箱41内的第二电解液经第一接头输送至密封腔内,第二电解液在密封腔内和多孔功能层101的顶面发生电化学反应形成微孔填充层102之后,在液压泵8的驱动作用下,第二电解液经液压泵8的进口回流至第二反应箱41内,从而实现第二电解液的循环和回收。

  可选地,该活塞制造装置还包括流量控制器,通过液压泵8和流量控制器,用来分别控制第一电解液和第二电解液的流速和水压。

  利用第二电解液完成制备微孔填充层102之后,等离子氧化物多孔层制备工艺结束,为了保证微孔填充层102和封闭层103之间结合效果,需要对活塞基体100和夹具1进行干燥处理。优选地,如图2所示,该活塞制造装置还包括三通阀9和泵10,三通阀9的第一端分别连通于第一反应机构3、第二反应机构4,三通阀9的第二端分别连通于密封腔、第三反应机构5,三通阀9的第三端连通于外界大气。泵10设置于液压泵8和夹具1之间的连接管路上,泵10能够连通于密封腔,使外界空气经三通阀9进入密封腔内,用于对活塞基体100吹风和干燥处理。

  由于在进行封闭层103的制备过程中,第一反应机构3和第二反应机构4不再参与反应,为了保证其与夹具1的隔绝效果,该活塞制造装置还包括第一真空阀11、第二真空阀12,第一真空阀11和第二真空阀12分别设置于泵10的两侧,第一真空阀11设置于液压泵8和泵10之间,第二真空阀12设置于泵10和夹具1之间。

  当需要干燥处理时,打开第二真空阀12和三通阀9,关闭第一真空阀11,用于切断与第一反应箱31和第二反应箱41的连通,此时第一反应机构3和第二反应机构4也可以进行拆除,使得只有泵10和夹具1这部分处于工作状态。泵10开始工作,三通阀9开启,泵10抽取密封腔内的空气,使得外界空气经三通阀9进入,并通过第一接头进入夹具1内,并从第二接头流出,此时第一接头起到了进气的作用,第二接头起到了出气的作用,利用空气的循环流动,实现对夹具1的内壁和活塞基体100的干燥。

  优选地,泵10作为干燥驱动源的同时,泵10还可以作为制备封闭层103工序的驱动源。具体地,在干燥处理结束之后,将封孔剂加入第三反应箱51内,然后关闭三通阀9、第一真空阀11及第三阀52,打开第二真空阀12,开启泵10,使泵10对密封腔进行抽取真空,当密封腔内的气压达到一定真空度后,关闭泵10和第二真空阀12,并开启第三阀52,在密封腔内的负压作用下,第三反应箱51内的封孔剂经第三阀52向夹具1的方向流动,并通过第一接头内喷涂至活塞基体100的顶端,以在微孔填充层102涂覆一层封闭层103。经过一段反应时间后,例如1min,开启三通阀9进行放气,卸载已完成封孔处理的活塞基体100,并将其放置于干燥箱内干燥,从而完成封孔处理。

  在现有等离子体氧化物涂层制备中,传统电解液调节可以通过加入溶质的方法增加浓度,但是如果想减少浓度,或随着等离子体氧化物涂层在不同生长阶段设置不同配比的溶液,则需要反应中断并重新配制电解液,增加制备时间和制备成本。

  为了解决这个问题,本实施例还提供了一种活塞制作方法,采用上述的活塞制造装置进行活塞制作,活塞制作方法包括以下步骤:利用夹具1密封夹紧活塞基体100,在活塞基体100和夹具1之间形成密封腔;将电源2的阳极电连接于活塞基体100,电源2的阴极电连接于夹具1;开启第一反应机构3,关闭第二反应机构4和第三反应机构5,使第一反应机构3连通于密封腔,采用电化学的方式在活塞基体100的顶面形成多孔功能层101;开启第二反应机构4,关闭第一反应机构3和第三反应机构5,使第二反应机构4连通于密封腔,采用电化学的方式在多孔功能层101的顶面形成微孔填充层102;开启第三反应机构5,关闭第一反应机构3和第二反应机构4,使第三反应机构5连通于密封腔,形成覆盖于微孔填充层102顶面的封闭层103。

  本实施例提供的活塞制作方法,将电源2的阳极电连接于活塞基体100,电源2的阴极电连接于夹具1,以供用于生成多孔功能层101和微孔填充层102的电化学反应。只开启第一反应机构3,用于在密封腔内制备多孔功能层101;只开启第二反应机构4,用于在密封腔内制备微孔填充层102;只开启第三反应机构5,用于在密封腔内制备微孔封闭层103。采用第一反应机构3、第二反应机构4及第三反应机构5独立的分控设置,能够实现多种电解液的自由组合和回收利用,无需中断试验,独立调节,灵活性好。同时,夹具1只需对活塞基体100夹紧固定一次,无需进行每次反应都进行安装和拆卸,简化了工艺流程,节约生产成本,且每个工序都在密封腔内进行,避免了涂层污染。

  进一步地,为了保证在活塞基体100的顶面制备涂层的效果,在夹具1夹紧活塞基体100之前,对活塞基体100的顶面进行预处理。在制备等离子体氧化物涂层之前需要对活塞基体100顶端进行前处理,主要目的是去除活塞基体100表面的油脂、污物和划痕。

  具体地,预处理具体包括以下步骤:先对活塞基体100进行去油处理,用于去除活塞基体100顶端的油脂和污物;然后使用1500目的砂纸对活塞基体100的顶面进行表面哑光处理,使顶面形成微沟壑结构,以增加涂层和活塞基体100的结合面积,起到了增强结合力的作用;最后进行超声清洗、水洗和风干工序,以获得洁净且具有一定粗糙度的表面。

  将完成预处理的活塞基体100放置于夹具1内进行夹紧固定,在将电源2的阳极和阴极分别电连接于活塞基体100和夹具1,第一反应机构3能够向密封腔输送第一电解液,其中以硅酸钠九水(10 g/L~25g/L)、氢氧化钠(0.5 g/L~3g/L)、乙二胺四乙酸二钠(0.5 g/L~3g/L)、三聚磷酸钠(1 g/L~5g/L)及钨酸钠(0.5 g/L~3g/L)作为电解溶质,以去离子水为溶剂,配制一定浓度的第一电解液。

  活塞基体100作为阳极装夹在与之绝缘的夹具1上,夹具1接电源2阴极,电源2采用恒流脉冲模式输出,此过程电流密度设置为8A/dm2~20A/dm2,负正电流比为0.9~1.3,正脉冲占空比为30%~65%,脉冲频率范围为800Hz~1600Hz,前10min内,采用低电流8A/dm2~12A/dm2的低电流持续,10min后每间隔2min以20%的梯度递增,直至起弧。在上述步骤出现弧光后,逐渐降低电流至10A/dm2~15A/dm2,电解液温度控制在20°C~25°C,在电压进入平稳区后保持放电35min~55min。

  本实施例在多孔功能层101的制备过程中,优选电源2的正向电流设定为3A,负向电流为6.8A,电源2频率1000Hz,正负脉冲占空比取60:40,20min后,增加正向电流至3.6A保持2min,4.3A保持2min,5.2A保持2min,依次20%递加至起弧,起弧后,调节电流至6A,保持恒温并持续放电45min。

  利用第一电解液完成制备多孔功能层101之后,第二反应机构4能够向密封腔输送第二电解液,以硅酸钠九水(10 g/L~25g/L)、氢氧化钠(0.5 g/L~3g/L)、乙二胺四乙酸二钠(0.5 g/L~3g/L)、三聚磷酸钠(1 g/L~5g/L)、钨酸钠(0.5 g/L~3g/L)、三乙醇胺(1ml/L~3.5ml/L)、纳米ZrO2(5 g/L~12g/L)为电解溶质,并用恒流脉冲模式输出,此过程电流密度设置为14A/dm2~18A/dm2,负正电流比为0.9~1.3,负正脉冲占空比为50%~65%,脉冲频率范围为1000 Hz~1500Hz,时间为10 min~20min。

  本实施例在微孔填充层102的制备过程中,优选地,电源2正向电流设定为8A,负向电流9A,电源2频率1200Hz,正负脉冲占空比取50:50,保持放电15min。

  完成制备的多孔功能层101和微孔填充层102具有隔热功能,可以有效阻碍燃烧室内热量的散失,在热疲劳试验条件下,相比于普通铝活塞,该活塞的使用寿命较长。由于多孔功能层101和微孔填充层102均具有孔洞结构,孔隙率较高,能够实现涂层壁面温度的快速变化,避免了进气加热,活塞基体100避免了剧烈的热交换,提高了热量用转化为有用功的效率,燃油耗降低量大约0.3%左右。

  第二电解液的电解溶质含有纳米ZrO2,采用ZrO2的纳米颗粒作为填充材料,但是在等离子体氧化物制备工艺中,高浓度的ZrO2会导致起弧电压升高,使单位时间内施加在表面的能量变大,当涂层生长至一定厚度后,击穿难度会增大,容易造成仅在少数薄弱处持续放电,使涂层整体厚度降低,隔热性能受到限制;而低浓度ZrO2的封闭效果不佳,而且对降低热导率的贡献不大。

  鉴于上述现象,本实施例采用了两组独立的第一反应机构3和第二反应机构4,利用第一阀32对第一反应箱31内的第一电解液进行流量和开关控制,第一电解液主要用于制备较大厚度的多孔功能层101的制备,疏松的多孔功能层101的厚度大约为90μm ~110μm。利用第二阀42对第二反应箱41内的第二电解液进行流量和开关控制,第二电解液是含有高浓度ZrO2的电解液,用于制备微孔填充层102,微孔填充层102能够降低电容,并对多孔功能层101的孔洞进行一定程度的封闭。

  在微孔填充层102制备完成之后,在形成封闭层103之前,关闭电源2、第一反应机构3、第二反应机构4及第三反应机构5,开启三通阀9和泵10,使外界空气经三通阀9进入密封腔内,以对活塞基体100和夹具1吹风和干燥,通风干燥处理时间优选15 min~25min。干燥处理同样在此密封腔中完成,整个过程无需拆卸夹具1,避免了涂层污染,节约了时间成本。

  在干燥处理后,第三反应机构5能够向密封腔输送封孔剂。封孔剂具体为聚硅氮烷,在将50ml封孔剂加入第三反应箱51之后,关闭三通阀9、第三阀52及第一真空阀11,开启泵10,使密闭腔内保持0.08Mpa~0.1Mpa的真空,然后关闭第二真空阀12,开启第三阀52,密封腔的负压将第三反应箱51内的封孔剂吸入密封腔内,通过第一接口在微孔填充层102的顶面喷涂封孔剂,以实现对微孔填充层102的封孔处理。经过一段反应时间后,例如1min,开启三通阀9进行放气,卸载已完成封孔处理的活塞基体100,并将其放置于干燥箱内干燥,从而完成封孔处理。

  在封孔工艺中,独立的第一阀32和第二阀42分别控制第一反应箱31和第二反应箱41,可以实现负压真空封孔处理的同时,而且能够保证第一电解液和第二电解液的循环回收使用。另外,可在密封腔同一种工位下可以完成多孔功能层101的制备、微孔填充层102的制备、封闭层103的涂覆以及干燥处理,避免涂层污染的同时简化了处理工艺、缩短了制备周期。

  如图3所示,本实施例提供的活塞制作方法的过程如下所示:

  S1、将活塞基体100的顶面进行预处理;

  S2、配制第一电解液并将其放置于第一反应箱31内,配制第二电解液并将其放置于第二反应箱41内;

  S3、将完成预处理的活塞基体100放置于夹具1内进行夹紧固定,并将电源2的阳极电连接于活塞基体100,电源2的阴极电连接于夹具1;

  S4、开启电源2、液压泵8、第一阀32及三通阀9,将第一电解液输送至密封腔,以完成多孔功能层101的制备;

  S5、开启电源2、液压泵8、第二阀42及三通阀9,将第二电解液输送至密封腔,以完成微孔填充层102的制备;

  S6、关闭电源2、液压泵8、第一阀32、第二阀42、第三阀52及第一真空阀11,开启三通阀9、泵10及第二真空阀12,对密闭腔进行吹风干燥处理;

  S7、将封孔剂放置于第三反应箱51内,关闭泵10和第二真空阀12,开启第三阀52,密闭腔内的负压将封孔剂喷涂至活塞基体100的顶面,并保持一定时间;

  S8、开启三通阀9,对密闭腔进行放气,拆卸活塞基体100并放置于空气中晾干。

  于本文的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述和简化操作,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”,仅仅用于在描述上加以区分,并没有特殊的含义。

  在本说明书的描述中,参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

  此外,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

  活塞制造工艺过程2:

  活塞制造装置、活塞制造方法、活塞及盘式制动器

  第一:技术领域

  本发明涉及活塞制造装置、活塞制造方法、活塞以及盘式制动器。

  本申请基于2014年7月31日在日本申请的特愿2014-156158号申请主张优先权,在此引用其内容。

  第二:背景技术

  存在一种在从外周面侧挤压圆筒状素材的开口部侧而在所述素材上形成槽时,从所述素材的轴向侧挤压所述素材的开口部侧端面的制造装置(例如,参照专利文献1)。

  现有技术文献,专利文献:日本国特开2007-90372号公报

  第三:发明内容

  发明所要解决的技术问题

  在上述制造装置中,存在活塞端面的与衬垫接触的所述素材的面的形状产生不一致的可能。

  本发明提供一种活塞制造装置、活塞制造方法、活塞以及盘式制动器,能够抑制活塞端面的与衬垫接触的素材的面的形状不一致。

  用于解决技术问题的技术方案

  根据本发明的第一形态,活塞制造装置具备:第一形成装置,其从所述活塞的外周面侧对活塞中从轴向一端侧的开口部的边缘离开的部位进行挤压,形成环状的槽;第二形成装置,其向所述活塞的轴向另一端侧对所述活塞的所述开口部的所述边缘进行挤压,形成从所述边缘与所述槽之间的内周面向所述活塞的轴心侧顶出的厚壁部;在所述第二形成装置的与所述边缘抵接的部分形成有凹部,以使所述边缘的内周侧朝向所述活塞的轴向另一端侧塑性变形。

  根据本发明的第二形态,活塞制造方法包括:从所述活塞的外周面侧挤压活塞中从轴向一端侧的开口部的边缘离开的部位,形成环状的槽的槽形成步骤;向所述活塞的轴向另一端侧对所述活塞的所述开口部的所述边缘进行挤压,形成从所述边缘与所述槽之间的内周面向所述活塞的轴心侧顶出的厚壁部的厚壁部形成步骤;所述厚壁部形成步骤使所述边缘的内周侧朝向所述活塞的轴向另一端侧塑性变形。

  根据本发明的第三形态,活塞的轴向一端侧的开口部的边缘中的轴心方向的部位为向所述轴心方向突起的厚壁部,所述厚壁部朝向所述底部被弯折。所述被弯折的部位的剖面为曲线。

  根据本发明的第四形态,盘式制动器具备:所述活塞;供所述活塞能够移动地配置的缸筒;被所述活塞的所述开口部的所述边缘按压而与制动盘接触的制动衬块。

  发明的效果

  根据上述活塞制造装置,能够提供一种活塞制造装置、活塞制造方法、活塞以及盘式制动器,能够抑制活塞端面与衬垫接触的素材的面的形状不一致。

  第四:附图说明

  图1是以剖面表示第一实施方式的活塞制造装置以及活塞加工前的状态的一部分的主视图。

  图2是以剖面表示第一实施方式的活塞制造装置及活塞加工后的状态的一部分的主视图。

  图3是图2的X部的部分放大图。

  图4是图2的Y部的部分放大图。

  图5是组装有利用第一实施方式的活塞制造装置制造出的活塞的盘式制动器的剖面图。

  图6是以剖面表示第二实施方式的活塞制造装置及活塞加工后的状态的一部分的主视图。

  图7是以剖面表示第三实施方式的活塞制造装置及活塞加工后的状态的一部分的主视图。

  图8是以剖面表示第四实施方式的活塞制造装置及活塞加工后的状态的一部分的主视图。

  图9是以剖面表示第五实施方式的活塞制造装置及活塞加工后的状态的一部分的主视图。

  第五:具体实施方式

  第一实施方式

  以下,参照图1~图5,对本发明第一实施方式进行说明。

  如图1所示,第一实施方式的活塞制造装置10加工有底筒状的处于素材的状态的活塞11。

  参照图1,首先,对利用活塞制造装置10进行加工之前的处于素材状态的活塞11进行说明。处于素材状态的活塞11具有圆筒状的筒状部12和圆盘状的底部13。筒状部12及底部13彼此的中心轴线一致,该中心轴线为活塞11的中心轴线。

  底部13封堵处于活塞11的中心轴线的延伸方向(以下称为活塞轴向)上的筒状部12的一端侧。另外,筒状部12的与活塞轴向的底部13相反的一侧成为不被封堵而敞开的开口部14。开口部14的与活塞轴向的底部13位于相反侧的端部的边缘15成为活塞11中与活塞轴向的底部13位于最相反侧的端部。因此,处于素材状态的活塞11成为有底筒状。

  筒状部12中除了外周面12a的活塞轴向两端部的范围成为由以活塞11的中心轴线为中心外径一定的圆筒面构成的外周圆筒面12a1。另外,筒状部12中除了内周面12b的活塞轴向两端部的范围成为由以活塞11的中心轴线为中心内径一定的圆筒面构成的内周圆筒面12b1。处于素材状态的活塞11的径最大的部分为外周圆筒面12a1。另外,处于素材状态的活塞11的径最小的部分为开口部14的内周圆筒面12b1。

  与活塞轴向的开口部14设置在相反侧的底部13的外底面13a中、活塞11的径向中央范围形成与活塞11的中心轴线正交的平坦的外底平坦面13a1。另外,在活塞轴向的开口部14侧设置的底部13的内底面13b中,活塞11的径向中央范围形成与活塞11的中心轴线正交的平坦的内底平坦面13b1。

  处于素材状态的活塞11为例如钢材或铝合金材料的锻造成型品,在锻造成型后,为了调整活塞轴向长度,允许存在一定的误差(不一致),通过切断开口部14侧而形成为上述形状。

  活塞制造装置10是使工件即活塞11一边旋转一边塑性变形的旋转塑性加工装置(旋压加工装置),具有旋转装置21、槽形成装置22和边缘形成装置23。

  旋转装置21具有把持部31和夹持部32。把持部31从活塞11的径向(以下,称为活塞径向)的外侧把持处于素材状态的活塞11的筒状部12的外周圆筒面12a1,从活塞轴向的两侧夹持处于素材状态的活塞11的底部13。旋转装置21利用省略图示的马达的驱动力使把持部31及夹持部32以旋转中心轴线O1为中心旋转。旋转装置21以旋转中心轴线O1铅直地延伸的姿态设置。

  把持部31能够以旋转中心轴线O1为中心扩径及缩径。把持部31通过缩径来把持活塞11,通过扩径来解除活塞11的把持。在对活塞11进行把持时,把持部31从活塞11的外周圆筒面12a1周向(以下称为活塞周向)的多个部位(例如三个部位)均等地向活塞11的中心轴线方向(以下称为活塞轴心方向)进行挤压。由此,把持部31在活塞11的把持时使活塞11的中心轴线与旋转中心轴线O1一致,而处于能够与活塞11一体旋转的状态。作为把持部31,能够使用例如弹簧卡盘。

  夹持部32具有外侧芯棒33和内侧芯棒34。外侧芯棒33在活塞11的外侧与活塞11底部13的外底平坦面13a1抵接。内侧芯棒34在外侧芯棒33的上侧从开口部14进入活塞11内,与活塞11的底部13的内底平坦面13b1抵接。外侧芯棒33及内侧芯棒34s使旋转中心轴线O1与中心轴一致。下侧的外侧芯棒33使把持部31与旋转中心轴线O1的延伸方向的位置常时一致。内侧芯棒34能够在旋转中心轴线O1的延伸方向上靠近或离开外侧芯棒33。

  在使把持部31扩径、使内侧芯棒34从外侧芯棒33离开的状态下,活塞11以外底平坦面13a1与外侧芯棒33抵接的方式配置于旋转装置21。而且,从该状态开始,旋转装置21使内侧芯棒34靠近外侧芯棒33而与内底平坦面13b1抵接且使把持部31缩径。由此,夹持部32的内侧芯棒34及外侧芯棒33夹持底部13,把持部31把持筒状部12。这样,旋转装置21能够一体旋转地支承活塞11。在处于以这种方式支承于旋转装置21的支承状态时,活塞11的筒状部12的开口部14侧的部分比把持部31向上方突出。

  旋转装置21在支承活塞11的状态下,利用图示省略的马达的驱动力使把持部31及夹持部32以旋转中心轴线O1为中心旋转。于是,活塞11也以旋转中心轴线O1为中心、以使旋转中心轴线O1的延伸方向的位置一定的状态旋转。其结果是,活塞11以其中心轴线为中心且活塞轴向的位置一定的状态沿活塞周向旋转。也就是说,旋转装置21使活塞11沿活塞周向旋转。

  槽形成装置22具有头41和槽形成辊42(第一形成装置)。头41利用省略图示的马达的驱动力以靠近或离开上述旋转装置21的旋转中心轴线O1的方式呈直线状地水平移动,即,在活塞11的径向上移动。槽形成辊42配置在头41的下侧,以与旋转中心轴线O1平行的旋转中心轴线O2为中心旋转而支承于头41。槽形成辊42以旋转中心轴线O2的延伸方向的位置一定的状态靠近或离开旋转中心轴线O1。

  槽形成辊42从旋转中心轴线O2的延伸方向的头41侧依次具有锥状外周面42a、阶梯面42b、圆筒外周面42c、阶梯面42d、锥状外周面42e、圆筒外周面42f和端面42g。

  锥状外周面42a成为以旋转中心轴线O2为中心的锥状面,径朝下侧变大。

  阶梯面42b从锥状外周面42a的下端边缘部向径向外方延伸。阶梯面42b成为以旋转中心轴线O2为中心的圆环状,是与垂直于旋转中心轴线O2的面配置于同一平面的平坦面。

  圆筒外周面42c从阶梯面42b的外周缘部向下方延伸,是以旋转中心轴线O2为中心的圆筒面。

  阶梯面42d从圆筒外周面42c的下端边缘部向径向内方延伸。阶梯面42d成为以旋转中心轴线O2为中心的圆环状,是与垂直于旋转中心轴线O2的面配置于同一平面的平坦面。与阶梯面42b相比,阶梯面42d的内外径差大,径向的宽度大。

  锥状外周面42e从阶梯面42d的内周缘部向下方延伸,是以旋转中心轴线O2为中心的锥状面。锥状外周面42e的径朝下侧变小。

  圆筒外周面42f从锥状外周面42e的下端边缘部向下方延伸,是以旋转中心轴线O2为中心的圆筒面。圆筒外周面42f的外径比圆筒外周面42c小。

  端面42g从圆筒外周面42f的下端边缘部向径向内方延伸。端面42g成为以旋转中心轴线O2为中心的圆形,是与垂直于旋转中心轴线O2的面配置于同一平面的平坦面。

  槽形成辊42比旋转装置21的把持部31配置在上侧,与支承于旋转装置21的活塞11的从把持部31向上方突出的筒状部12在旋转中心轴线O1、O2的延伸方向上的位置重合。更具体地说,槽形成辊42使锥状外周面42a的阶梯面42b侧的一部分、阶梯面42b、圆筒外周面42c、阶梯面42d、锥状外周面42e、圆筒外周面42f、端面42g与筒状部12在旋转中心轴线O1、O2的延伸方向上的位置重合。

  边缘形成装置23具有头51和边缘形成辊52(第二形成装置)。头51利用省略图示的马达的驱动力在沿着上述旋转装置21的旋转中心轴线O1的方向上直线状地移动即铅直地升降,也就是说沿活塞11的轴向移动。边缘形成辊52配置在头51的旋转中心轴线O1侧,以与旋转中心轴线O1正交的旋转中心轴线O3为中心旋转的方式支承于头51。边缘形成辊52通过在旋转中心轴线O3的延伸方向的位置一定的状态下升降,靠近或离开旋转装置21。

  边缘形成辊52从旋转中心轴线O3的延伸方向的头51侧依次具有圆筒外周面52a、锥状外周面52b、阶梯面52c、锥状外周面52d、圆筒外周面52e、球状外周面52f、锥状外周面52g、端面52h。

  圆筒外周面52a是以旋转中心轴线O3为中心的圆筒面。

  锥状外周面52b从圆筒外周面52a的旋转中心轴线O1侧的端边缘部向旋转中心轴线O1侧延伸,是以旋转中心轴线O3为中心的锥状面。锥状外周面52b的径朝旋转中心轴线O1侧变小。

  阶梯面52c从锥状外周面52b的旋转中心轴线O1侧的端边缘部向径向内方延伸。阶梯面52c成为以旋转中心轴线O3为中心的圆环状,是与垂直于旋转中心轴线O3的面配置于同一平面的平坦面。

  锥状外周面52d从阶梯面52c的内周缘部向旋转中心轴线O1侧延伸,是以旋转中心轴线O3为中心的锥状面。锥状外周面52d的径朝旋转中心轴线O1侧变小。

  圆筒外周面52e从锥状外周面52d的旋转中心轴线O1侧的端边缘部向旋转中心轴线O1侧延伸,是以旋转中心轴线O3为中心的圆筒面。圆筒外周面52e的径比阶梯面52c小。

  球状外周面52f从圆筒外周面52e的旋转中心轴线O1侧的端边缘部向旋转中心轴线O1侧延伸,是在旋转中心轴线O3上具有中心的球、或在旋转中心轴线O3上具有旋转中心的旋转椭圆体的表面的一部分。球状外周面52f以旋转中心轴线O3为中心的径朝旋转中心轴线O1侧变大。由球或旋转椭圆体的表面的一部分构成的球状外周面52f在旋转轴方向剖切时的剖面为曲线,换句话说,是具有规定的曲率的弯曲面。

  锥状外周面52g从球状外周面52f的旋转中心轴线O1侧的端边缘部向旋转中心轴线O1侧延伸,是以旋转中心轴线O3为中心的锥状面。锥状外周面52g的径朝旋转中心轴线O1侧变小。

  端面52h从锥状外周面52g的旋转中心轴线O1侧的端边缘部向径向内方延伸。端面52h成为以旋转中心轴线O3为中心的圆形,是与旋转中心轴线O3正交的平坦面。

  通过在边缘形成辊52上形成阶梯面52c、锥状外周面52d、圆筒外周面52e、球状外周面52f来形成向径向内方凹的凹部53。该凹部53也成为以旋转中心轴线O3为中心的圆环状。凹部53中构成其一部分的球状外周面52f具有规定的曲率而弯曲。

  边缘形成辊52比旋转装置21的把持部31配置在上侧,与在旋转装置21上支承的处于素材状态的活塞11的包括开口部14的筒状部12在旋转中心轴线O3的延伸方向上的位置重合。更具体地说,边缘形成辊52使锥状外周面52d、圆筒外周面52e与处于素材状态的活塞11的包括开口部14的筒状部12在旋转中心轴线O3的延伸方向上的位置重合。

  活塞制造装置10在对处于素材状态的活塞11进行加工时,如上所述,在将活塞11安装于旋转装置21的状态下,使旋转装置21的把持部31及夹持部32以旋转中心轴线O1为中心旋转。于是,活塞11以旋转中心轴线O1、即活塞11的中心轴线为中心沿活塞周向旋转。这是使筒状的处于素材状态的活塞11沿活塞周向旋转的活塞制造方法中的旋转步骤。

  这样,利用省略图示的马达的驱动力使槽形成装置22的头41靠近被旋转装置21驱动而旋转的活塞11,并且利用省略图示的马达的驱动力使边缘形成装置23的头51靠近该活塞11。

  在使头41靠近活塞11时,槽形成辊42主要在活塞11上的从轴向一端侧的开口部14的边缘15离开的部位与圆筒外周面42c接触,从活塞11的外周圆筒面12a1侧对该部位进行挤压。于是,槽形成辊42一边随着旋转的活塞11转动,一边利用锥状外周面42a的阶梯面42b侧的一部分、阶梯面42b、圆筒外周面42c、阶梯面42d、锥状外周面42e使筒状部12塑性变形而在活塞11的外周侧形成图2所示的环状的槽61。这是从活塞11的外周面12a侧对活塞11上的从轴向一端侧的开口部14的边缘15离开的部位进行挤压而形成环状的槽61的活塞制造方法的槽形成步骤。

  在这里,伴随着上述槽61的形成,在筒状部12的槽61的里侧,形成以内径比内周圆筒面12b1小的方式鼓出的圆环状的鼓出部62。槽61成为以旋转中心轴线O1、即活塞11的中心轴线为中心的圆环状。鼓出部62也成为以旋转中心轴线O1、即活塞11的中心轴线为中心的圆环状。此外,在槽形成辊42的圆筒外周面42f与活塞11的外周圆筒面12a1接触之前,头41向旋转中心轴线O1侧、即活塞11的中心轴线侧移送槽形成辊42。

  如上所述,与使槽形成装置22的头41靠近活塞11同步地,使边缘形成装置23的头51靠近活塞11。于是,如图1所示,与活塞11分离的边缘形成辊52使形成凹部53的锥状外周面52d及圆筒外周面52e与活塞11上的轴向一端侧的开口部14的边缘15抵接。而且,主要利用锥状外周面52d及圆筒外周面52e向与活塞11的边缘15位于相反侧的轴向另一端侧挤压该边缘15。于是,如图2所示,边缘形成辊52以使边缘15的位置靠近活塞轴向的底部13侧的方式使活塞11的开口部14塑性变形。

  此时,利用形成凹部53的与旋转中心轴线O1位于相反侧的阶梯面52c来限制活塞11的开口部14向与旋转中心轴线O1相反侧的变形。因此,开口部14的边缘15的以内周侧为主的部分向径向内侧延伸,此时,开口部14仿照球状外周面52f的形状向轴向另一端侧(活塞轴向的底部13侧)塑性变形。其结果是,从边缘15与槽61之间的内周面12b向比内周圆筒面12b1靠近成为活塞11的轴心的旋转中心轴线O1侧挤压边缘15的以内周侧为主的部分,边缘15的以内周侧为主的部分成为向旋转中心轴线O1侧突起的厚壁部65。这是利用凹部53向活塞11的轴向另一端侧挤压活塞11的开口部14的边缘15,形成从边缘15与槽61之间的内周面12b向活塞11的轴心侧凸出的厚壁部65的活塞制造方法的厚壁部形成步骤。该厚壁部形成步骤包括使边缘15的内周侧向活塞11的轴向另一端侧塑性变形。

  在边缘形成辊52上的与活塞11的边缘15抵接的部分形成有凹部53,以使边缘15的内周侧向活塞11的轴向另一端侧塑性变形。

  在这里,活塞制造装置10在对活塞11进行加工时,内侧芯棒34不与包括活塞11的边缘15在内的开口部14接触,内侧芯棒34不会从内侧挤压活塞11的边缘15。也就是说,活塞制造装置10在凹部53之外的部分不具备从内侧对活塞11的边缘15进行挤压的机构。换句话说,活塞制造装置10不具备一边与厚壁部65接触一边形成最小径部分的机构。

  如图3所示,利用活塞制造装置10形成的活塞11的槽61从靠近边缘15的一侧依次具有锥状面61a、槽壁面61b、槽底面61c、槽壁面61d、锥状面61e。

  锥状面61a是利用槽形成辊42的锥状外周面42a形成的部分,是转印有锥状外周面42a的形状。也就是说,锥状面61a是以图2所示的旋转中心轴线O1、即活塞11的中心轴线为中心的锥状面。如图3所示,锥状面61a从活塞11的外周圆筒面12a1延伸,径朝活塞轴向的与边缘15相反的一侧变小。

  槽壁面61b是利用槽形成辊42的阶梯面42b形成的部分,是转印有阶梯面42b的形状。也就是说,槽壁面61b从锥状面61a的活塞轴向的与边缘15位于相反侧的内周缘部向活塞径向内方延伸。槽壁面61b成为以图2所示的旋转中心轴线O1、即活塞11的中心轴线为中心的圆环状,是与垂直于旋转中心轴线O1的面配置于同一平面的平坦面。

  如图3所示,槽底面61c是利用槽形成辊42的圆筒外周面42c形成的部分,是转印有圆筒外周面42c的形状。也就是说,槽底面61c从槽壁面61b的内周缘部向活塞轴向的与边缘15相反的方向延伸。槽底面61c是以图2所示的旋转中心轴线O1、也就是说活塞11的中心轴线为中心的圆筒面。

  如图3所示,槽壁面61d是利用槽形成辊42的阶梯面42d形成的部分,是转印有阶梯面42d的形状。也就是说,槽壁面61d从槽底面61c的活塞轴向与边缘15位于相反侧的端边缘部向活塞径向外方延伸。槽壁面61d成为以图2所示的旋转中心轴线O1、即活塞11的中心轴线为中心的圆环状,是与垂直于旋转中心轴线O1的面配置于同一平面的平坦面。

  如图3所示,锥状面61e是利用槽形成辊42的锥状外周面42e形成的部分,是转印有锥状外周面42e的形状。也就是说,锥状面61e是以图2所示的旋转中心轴线O1、即活塞11的中心轴线为中心的锥状面。如图3所示,锥状面61e从槽壁面61d的外周缘部延伸到活塞11的外周圆筒面12a1,径朝活塞轴向的与边缘15相反的一侧变大。

  如图4所示,利用活塞制造装置10进行加工后的活塞11的开口部14的边缘15从离外周圆筒面12a1近的一侧依次具有锥状面15a和端面15b。

  锥状面15a是利用边缘形成辊52的凹部53的锥状外周面52d形成的部分,成为转印有锥状外周面52d的形状。也就是说,锥状面15a是以图2所示的旋转中心轴线O1、即活塞11的中心轴线为中心的锥状面。如图4所示,锥状面15a从外周圆筒面12a1的活塞轴向的边缘15侧的端边缘部延伸,径朝延伸前端侧变小。

  端面15b是利用边缘形成辊52的凹部53的圆筒外周面52e形成的部分,成为转印有圆筒外周面52e的形状。也就是说,端面15b成为以图2所示的旋转中心轴线O1即活塞11的中心轴线为中心的圆环状,是与垂直于旋转中心轴线O1的面配置于同一平面的平坦面。端面15b在活塞11中位于活塞轴向上与图2所示的底部13最为相反的一侧。

  如图4所示,利用活塞制造装置10形成后的厚壁部65从端面15b侧依次具有曲面65a、曲面65b、锥状面65c、径向面65d、曲面65e。曲面65a也成为开口部14的边缘15的一部分。

  曲面65a是利用边缘形成辊52的凹部53的球状外周面52f形成的部分。曲面65a成为以图2所示的旋转中心轴线O1、即活塞11的中心轴线为中心的圆环状。如图4所示,曲面65a成为转印有边缘形成辊52的凹部53的球状外周面52f的形状。也就是说,曲面65a从端面15b的图2所示的旋转中心轴线O1侧的内周缘部向活塞轴心方向延伸,以越向活塞轴心侧越位于底部13侧的方式倾斜。因此,该厚壁部65成为朝向底部13被弯折的形状。该被弯折的部位的剖面成为曲线,是具有规定的曲率的曲面形状。曲面65a在包括旋转中心轴线O1、即活塞11的中心轴线的平面的剖面形状为圆弧状。该圆弧在比其两端部之间的中央位置靠近活塞11的中心轴线侧且与活塞轴向的底部13相反的一侧具有中心。换句话说,该圆弧成为向活塞11的内部侧凹的形状。

  图4所示的曲面65b从曲面65a的内周缘部延伸,在包括图2所示的旋转中心轴线O1、即活塞11的中心轴线的平面内的剖面形状成为圆弧状。该圆弧在与该活塞11的中心轴线相反的一侧具有中心。曲面65b成为以图2所示的旋转中心轴线O1、即活塞11的中心轴线为中心的圆环状。

  图4所示的锥状面65c从曲面65b的与曲面65a位于相反侧的边缘部延伸,是以图2所示的旋转中心轴线O1、即活塞11的中心轴线为中心的锥状面。图4所示的锥状面65c是在活塞轴向上离端面15b越远径越大的锥状面。

  径向面65d从锥状面65c的外周缘部向活塞径向外侧延伸。径向面65d成为以图2所示的旋转中心轴线O1、即活塞11的中心轴线为中心的圆环状。

  曲面65e从径向面65d的外周缘部向活塞径向外侧延伸,与内周面12b相连。曲面65e成为以旋转中心轴线O1即活塞11的中心轴线为中心的圆环状。曲面65e以越向活塞径向的外侧越靠近活塞轴向的与端面15b位于相反的一侧的方式倾斜。曲面65e在包括图2所示的旋转中心轴线O1、即活塞11的中心轴线的平面内的剖面形状成为圆弧状。该圆弧成为向活塞11的内侧凹的形状。

  如图4所示,厚壁部65的最小径比鼓出部62的最小径小,曲面65a的最小径也比鼓出部62的最小径小。曲面65a的最大径、即端面15b的最小径比鼓出部62的最小径大、比筒状部12的内周圆筒面12b1小。

  包括锥状面15a和端面15b在内的边缘15、以及包括曲面65a、曲面65b、锥状面65c、径向面65d和曲面65e在内的厚壁部65是活塞11中从素材状态通过塑性变形而形成的部分,是在成为最终产品状态下(组装于后述制动装置的状态下)也存在于活塞11的部分。也就是说,活塞11从素材到最终产品状态期间,不对槽61及开口部14的边缘15进行切削加工。需要说明的是,活塞11是从素材到最终产品状态期间,不对包括槽61及边缘15在内的整体进行切削加工的无切削活塞。

  利用以上活塞制造装置10形成的活塞11形成为有底筒状,具备底部13和筒状部12,并且筒状部12具备轴向一端侧的开口部14的边缘15。而且,该活塞11的边缘15中活塞11的轴心方向的部位为向该轴心方向突起的厚壁部65。该厚壁部65朝向底部13被弯折,该被弯折的部位的剖面成为曲线,是具有规定的曲率的曲面形状。

  利用活塞制造装置10形成的活塞11配置于制动装置的缸筒。具体地说,活塞11组装于图5所示的盘式制动器80。该盘式制动器80用于机动车等车辆,具体地说用于四轮机动车。盘式制动器80通过使与省略图示的车轮一起旋转的制动盘81的旋转停止来对车辆进行制动。

  盘式制动器80具备支承部件82、一对制动衬块83、84和按压机构85。支承部件82跨过制动盘81的外周侧配置而固定于车辆的非旋转部。一对制动衬块83、84支承于支承部件82而与制动盘81的两面对置配置。按压机构85夹持一对制动衬块83、84而按压制动盘81的两面。

  按压机构85具有钳体91、上述活塞11、活塞密封件92、活塞保护罩93和按压板94。活塞11能够滑动地设置在钳体91的里侧(车宽方向内侧)。活塞密封件92对钳体91与活塞11之间的缝隙进行密封。活塞保护罩93与钳体91和活塞11连结而覆盖从活塞11的钳体91露出的部分。

  钳体91具有缸筒96、桥接部97和爪部98。桥接部97以从缸筒96跨过制动盘81的外周的方式延伸。爪部98从桥接部97的与缸筒96位于相反侧的位置延伸而与缸筒96对置。在缸筒96形成有向爪部98侧开口的缸膛100,活塞11能够移动地配置于该缸膛100。

  通过形成缸膛100,缸筒96具有与爪部98位于相反侧的底部101、成为筒状而从底部101的外周缘部向爪部98侧延伸的筒状部102。在缸膛100的内周面形成有圆环状的活塞密封件槽103,在比活塞密封件槽103位于爪部98侧的位置形成有圆环状的保护罩支承槽104。在活塞密封件槽103嵌合有活塞密封件92。在缸筒96的底部101形成有贯通孔105。利用在向车辆组装时被取下的盖106来封堵贯通孔105。

  而且,活塞11以底部13位于缸膛100内的底部101侧的姿态嵌合于缸膛100及活塞密封件92。活塞密封件92对缸筒96与活塞11之间的间隙进行密封。活塞保护罩93的一端侧与缸筒96的保护罩支承槽104嵌合而与缸筒96连结,另一端侧与活塞11的上述槽61嵌合而与活塞11连结。

  按压板94安装于活塞11。按压板94覆盖活塞11的筒状部12的与底部13相反的一侧。活塞11的筒状部12的与底部13位于相反侧的边缘15的端面15b与按压板94抵接。

  在制动液从贯通孔105导入缸筒96的缸膛100内时,按压机构85对活塞11的底部13作用制动压力。于是,活塞11向制动盘81侧前进,经由按压板94朝向制动盘81按压内侧的制动衬块83。此时,活塞11的开口部14的边缘15使端面15b与按压板94抵接,利用该端面15b的面积来按压制动衬块83。由此,制动衬块83移动而与制动盘81接触。也就是说,制动衬块83被活塞11的开口部14的边缘15的端面15b按压而与制动盘81接触。

  另外,钳体91利用该按压的反作用力而移动,利用爪部98朝向制动盘81按压外侧的制动衬块84。由此,制动衬块84与制动盘81接触。

  这样,按压机构85通过活塞11的动作,利用活塞11和爪部98从两侧夹持一对制动衬块83、84而将其按压于制动盘81的两面。其结果是,按压机构85对制动盘81施加摩擦阻力而产生制动力。

  在专利文献1所记载的制动器用活塞的制造装置及制造方法中,在利用第一辊从外周面侧挤压素材的开口侧的环状端部而形成槽时,在周向上的不同位置利用第二辊从轴向挤压素材的环状端部,形成从环状端部的内周面向轴心方向顶出的厚壁部。因此,活塞的环状端部的端面在周向位置上的径向尺寸和轴向尺寸不同、与衬垫接触的面的形状不同,面积受到素材尺寸不一致的影响而存在产生变大或变窄等不一致(个体差异)的可能性。该端面的面积为挤压制动衬块的面积,因此如果产生不一致,取决于活塞,存在接触压力不稳定、抑制制动噪声抑制的性能不稳定的可能。另外,与衬垫的接触内径或外径不同,也成为制动噪声的原因。

  与此相对,在第一实施方式的活塞制造装置10中,在边缘形成辊52的、与活塞11的开口部14的边缘15抵接的部分形成有凹部53,以使边缘15的内周侧朝向活塞轴向的底部13侧塑性变形。而且,在向活塞轴向的底部13侧对活塞11的开口部14的边缘15进行挤压、形成从边缘15与槽61之间的内周面12b向活塞轴心侧顶出的厚壁部65的厚壁部形成步骤中,利用凹部53使边缘15的内周侧朝向活塞轴向的底部13侧塑性变形。因此,即使素材存在不一致,也能够抑制活塞11的开口部14的边缘15的端面15b的面积不一致。其结果是,在组装有该活塞11的盘式制动器80中,活塞11对制动衬块83的接触压力稳定,能够使制动噪声性能稳定。并且,通过塑性变形能够与利用切削加工形成的情况同等地抑制端面15b的面积不一致。因此,能够抑制与衬垫的接触形状不一致,抑制活塞11的制造成本。

  换句话说,第一实施方式的活塞11在开口部14的边缘15的活塞轴心方向的部位为向该轴心方向突起的厚壁部65,该厚壁部65朝向活塞11的底部13被弯折。因此,在通过塑性变形来形成开口部14的边缘15侧的最终形状的情况下,能够抑制活塞11的开口部14的边缘15的端面15b的面积、内径、外径的不一致。

  此外,换句话说,第一实施方式的盘式制动器80能够抑制活塞11的开口部14的边缘15的端面15b面积的不一致。因此,能够使活塞11与制动衬块83的接触压力稳定,使制动噪声抑制性能稳定。

  另外,在第一实施方式的活塞制造装置10中,边缘形成辊52的凹部53的球状外周面52f具有规定的曲率。因此,能够减小活塞11与球状外周面52f的周速度的差异,减小由周速度的差异引起的摩擦。因此,能够减轻施加于边缘形成辊52及活塞11的压力。其结果是,能够改善边缘形成辊52的寿命,抑制对活塞制造装置10的负担。另外,能够抑制活塞11的粘结等品质下降。在此基础上,能够减小边缘形成辊52与活塞11的接触面积,提高加工时的接触压力,能够使成型性提高。

  换句话说,第一实施方式的活塞11的被弯折的部位具有曲面65a。因此,在通过塑性变形来形成开口部14的边缘15侧的最终形状的情况下,能够抑制活塞11的开口部14的边缘15的端面15b面积的不一致。另外,第一实施方式的活塞11的被弯折的部位具有曲面65a。因此,在活塞11的开口部14的边缘15通过塑性变形形成的情况下,能够降低活塞11及活塞制造装置10所花费的成本。另外,能够抑制活塞11的粘结等品质降低。在此基础上,能够使成型性提高。

  另外,在第一实施方式的活塞制造装置10中,在凹部53之外不具备从活塞11的内侧对活塞11的开口部14的边缘15进行挤压的机构。因此,能够使构造简化且降低装置成本。

  第二实施方式

  接着,基于图6主要以与第一实施方式不同的部分为中心对第二实施方式进行说明。需要说明的是,对于与第一实施方式共通的部位,以同一称呼、同一附图标记表示。

  在第二实施方式中,使用与第一实施方式的活塞制造装置10部分不同的活塞制造装置10A。在活塞制造装置10A中使用与第一实施方式的边缘形成装置23部分不同的边缘形成装置23A。具体地说,使用与第一实施方式的边缘形成辊52部分不同的边缘形成辊52A。

  第二实施方式的边缘形成辊52A具有相对于旋转中心轴线O3的角度比第一实施方式的球状外周面52f小的球状外周面52Af。也就是说,该球状外周面52Af的径相对于沿着旋转中心轴线O3的方向的距离的变化的比例比第一实施方式的球状外周面52f小。

  在第二实施方式的边缘形成辊52A形成有从球状外周面52Af的旋转中心轴线O1侧的端边缘部向旋转中心轴线O1侧延伸的圆筒外周面52i。圆筒外周面52i是以旋转中心轴线O3为中心的圆筒面。通过在边缘形成辊52A上形成阶梯面52c、锥状外周面52d、圆筒外周面52e、球状外周面52Af来形成向径向内方凹的凹部53A。该凹部53A也成为以旋转中心轴线O3为中心的圆环状。凹部53A的构成其一部分的球状外周面52Af具有规定的曲率而弯曲。

  活塞制造装置10A的边缘形成辊52A的球状外周面52Af相对于旋转中心轴线O3的角度比第一实施方式的球状外周面52f小。因此,利用其加工的活塞11的厚壁部65的曲面65a相对于旋转中心轴线O3的角度也比第一实施方式小。也就是说,利用活塞制造装置10A加工的活塞11的厚壁部65的曲面65a的活塞轴向的距离的变化相对于活塞径向的距离的变化的比例比第一实施方式小。

  在这里,可以与第二实施方式相反而使边缘形成辊的球状外周面的角度比第一实施方式大。也就是说,使球状外周面的径的变化相对于沿着旋转中心轴线O3的方向的距离的变化的比例比第一实施方式的球状外周面52f大。

  第三实施方式

  接着,基于图7主要以与第一实施方式不同的部分为中心对第三实施方式进行说明。需要说明的是,对于与第一实施方式共通的部位,以同一称呼、同一附图标记表示。

  在第三实施方式中,使用与第一实施方式的活塞制造装置10部分不同的活塞制造装置10B。在活塞制造装置10B中使用与第一实施方式的旋转装置21部分不同的旋转装置21B。在旋转装置21B中使用与第一实施方式的夹持部32部分不同的夹持部32B,具体地说,使用与第一实施方式的内侧芯棒34部分不同的内侧芯棒34B。

  另外,在活塞制造装置10B中使用与第一实施方式的边缘形成装置23部分不同的边缘形成装置23B,具体地说,使用与第一实施方式的边缘形成辊52部分不同的边缘形成辊52B。

  第三实施方式的内侧芯棒34B具有与第一实施方式的内侧芯棒34具有相等外径且与外侧芯棒33夹持活塞11的底部13的主轴部121、以及具有比主轴部121大的外径的大径部122。大径部122形成在主轴部121的轴向中央的规定位置,具有由以旋转中心轴线O1为中心的圆筒面构成的圆筒外周面122a。

  第三实施方式的边缘形成辊52B的球状外周面52Bf在旋转中心轴线O3的延伸方向的长度比第一实施方式的球状外周面52f短,该球状外周面52Bf形成为从圆筒外周面52e的旋转中心轴线O1侧的端边缘部向旋转中心轴线O1侧延伸。球状外周面52Bf的以旋转中心轴线O3为中心的径朝旋转中心轴线O1侧变大。换句话说,由球或旋转椭圆体的表面的一部分构成的球状外周面52Bf是具有规定的曲率的弯曲面。

  在第三实施方式的边缘形成辊52B形成有从球状外周面52Bf的旋转中心轴线O1侧的端边缘部向旋转中心轴线O1侧延伸的圆筒外周面52Bi。圆筒外周面52Bi是以旋转中心轴线O3为中心的圆筒面。

  端面52h从圆筒外周面52Bi的旋转中心轴线O1侧的端边缘部向径向内方延伸。

  通过在边缘形成辊52B形成阶梯面52c、锥状外周面52d、圆筒外周面52e、球状外周面52Bf来形成向径向内方凹的凹部53B。该凹部53B也成为以旋转中心轴线O3为中心的圆环状。凹部53B的构成其一部分的球状外周面52Bf具有规定的曲率而弯曲。

  活塞制造装置10B通过槽形成辊42在利用旋转装置21B旋转的活塞11上与第一实施方式同样地形成环状的槽61,并且利用边缘形成辊52B形成厚壁部65。此时,旋转装置21B的内侧芯棒34B的大径部122在旋转中心轴线O1侧、即活塞轴心侧与比边缘形成辊52B向径向内方顶出的活塞11的厚壁部65抵接,限制向该活塞轴心侧超过规定量的塑性变形。换句话说,大径部122在厚壁部65向旋转中心轴线O1侧、即活塞轴心侧塑性变形时,利用反作用力从活塞轴心侧(活塞11的内侧)对厚壁部65进行挤压。

  其结果是,在利用第三实施方式的活塞制造装置10B加工后的活塞11上形成从厚壁部65的曲面65a的内周缘部向底部13侧延伸、由以旋转中心轴线O1即活塞11的中心轴线为中心的圆筒面构成的圆筒面65f。

  根据这样的第三实施方式的活塞制造装置10B,在厚壁部65的塑性变形时,大径部122从活塞11的内侧挤压厚壁部65。因此,能够更稳定地进行厚壁部65的塑性变形。因此,能够使活塞11的具有锥状面15a、端面15b及曲面65a的边缘15的精度提高。

  第四实施方式

  接着,基于图8主要以与第一实施方式不同的部分为中心对第四实施方式进行说明。需要说明的是,对于与第一实施方式共通的部位,以同一称呼、同一附图标记表示。

  在第四实施方式中,使用与第一实施方式的活塞制造装置10部分不同的活塞制造装置10C。在活塞制造装置10C中,使用与第一实施方式的旋转装置21部分不同的旋转装置21C。在旋转装置21C中使用与第一实施方式的夹持部32部分不同的夹持部32C。具体地说,使用与第一实施方式的内侧芯棒34部分不同的内侧芯棒34C(第二形成装置)。在此基础上,在活塞制造装置10C中使用与第一实施方式的边缘形成装置23部分不同的边缘形成装置23C。具体地说,使用与第一实施方式的边缘形成辊52部分不同的边缘形成辊52C(第二形成装置)。

  第四实施方式的内侧芯棒34C从靠近外侧芯棒33的一侧即下侧依次具有挤压部131、锥状部132、大径部133。挤压部131与第一实施方式的内侧芯棒34具有相等的外径且与外侧芯棒33夹持活塞11的底部13。

  锥状部132从挤压部131的与外侧芯棒33位于相反侧的端部向与外侧芯棒33相反的方向扩径且延伸。锥状部132具有以旋转中心轴线O1为中心的锥状面132a。锥状面132a的径朝与挤压部131相反的一侧、即上侧变大。

  大径部133从锥状部132的与挤压部131位于相反侧的端边缘部向与挤压部131相反的方向延伸。大径部133具有由以旋转中心轴线O1为中心的圆筒面构成的圆筒外周面133a,圆筒外周面133a从锥状面132a的与挤压部131位于相反侧的端边缘部向与挤压部131相反的方向延伸。

  第四实施方式的边缘形成辊52C从旋转中心轴线O3的延伸方向的头51侧依次具有圆筒外周面52Ca、阶梯面52Cb、锥状外周面52Cc、圆筒外周面52Cd、端面52Ce。

  圆筒外周面52Ca是以旋转中心轴线O3为中心的圆筒面。

  阶梯面52Cb从圆筒外周面52Ca的旋转中心轴线O1侧的端边缘部向径向内方延伸。阶梯面52Cb成为以旋转中心轴线O3为中心的圆环状,是与垂直于旋转中心轴线O3的面配置于同一平面的平坦面。

  锥状外周面52Cc从阶梯面52Cb的内周缘部向旋转中心轴线O1侧延伸,是以旋转中心轴线O3为中心的锥状面。锥状外周面52Cc的径越向旋转中心轴线O1侧越小。

  圆筒外周面52Cd从锥状外周面52Cc的旋转中心轴线O1侧的端边缘部向旋转中心轴线O1侧延伸,是以旋转中心轴线O3为中心的圆筒面。圆筒外周面52Cd的径比阶梯面52Cb小。

  端面52Ce从圆筒外周面52Cd的旋转中心轴线O1侧的端边缘部向径向内方延伸。端面52Ce成为以旋转中心轴线O3为中心的圆形,是与旋转中心轴线O3垂直的平坦面。

  在边缘形成辊52C使端面52Ce靠近内侧芯棒34C的圆筒外周面133a,并且使其沿着旋转中心轴线O1向把持部31侧移动时,圆筒外周面52Cd的下端位置与内侧芯棒34C的圆筒外周面133a和锥状面132a的交界位置一致。由此,利用边缘形成辊52C的阶梯面52Cb、锥状外周面52Cc和圆筒外周面52Cd、以及内侧芯棒34C的锥状面132a形成向径向内方凹的凹部53C。

  第四实施方式的活塞制造装置10C通过槽形成辊42在利用旋转装置21C旋转的活塞11上与第一实施方式同样地形成环状的槽61。此时,边缘形成辊52C的锥状外周面52Cc及圆筒外周面52Cd与活塞11中轴向一端侧的开口部14的边缘15抵接,向活塞11的与边缘15位于相反侧的轴向另一端侧挤压该边缘15。其结果是,边缘形成辊52C使开口部14塑性变形,以使边缘15的位置靠近活塞轴向的底部13。

  此时,利用边缘形成辊52C的阶梯面52Cb来限制开口部14向与旋转中心轴线O1相反的一侧的变形。因此,筒状部12的开口部14的以边缘15为主的内周侧的部分向径向内方延伸,模仿内侧芯棒34C的锥状面132a而朝向轴向另一端侧(活塞轴向的底部13侧)塑性变形。而且,该部分从边缘15与槽61之间的内周面12b向比内周圆筒面12b1靠近活塞11的轴心的旋转中心轴线O1侧顶出,成为向旋转中心轴线O1侧突起的厚壁部65。

  也就是说,通过利用边缘形成辊52C的阶梯面52Cb、锥状外周面52Cc和圆筒外周面52Cd、以及内侧芯棒34C的锥状面132a构成的凹部53C,进行向活塞11的轴向另一端侧挤压活塞11的开口部14的边缘15而形成从边缘15与槽61之间的内周面12b向活塞11的轴心侧顶出的厚壁部65的活塞制造方法的厚壁部形成步骤。该厚壁部形成步骤包括使边缘15的内周侧朝向活塞11的轴向另一端侧塑性变形。在边缘形成辊52C及内侧芯棒34C的与活塞11的边缘15抵接的部分形成有凹部53C,以使边缘15的内周侧朝向活塞11的轴向另一端侧塑性变形。

  其结果是,在利用第四实施方式的活塞制造装置10C加工后的活塞11中,在端面15b的活塞径向内侧且活塞轴向的底部13侧,形成有剖面为直线的锥状面65g而非曲面65a。锥状面65g是利用内侧芯棒34的锥状面132a形成的部分,成为转印有锥状面132a的形状。锥状面65g由以旋转中心轴线O1、即活塞11的中心轴线为中心的锥状面构成。锥状面65g从端面15b的旋转中心轴线O1侧、即活塞轴心侧的端边缘部向活塞轴心方向延伸,以越向活塞轴心侧越靠近底部13侧的方式倾斜。因此,厚壁部65成为朝向底部13弯折的形状。该被弯折的部位为锥状面形状。

  根据这样的第四实施方式的活塞制造装置10C,凹部53C利用边缘形成辊52C及内侧芯棒34C这两个部件形成。因此,可以通过对能够形成端面15b的现有装置的边缘形成辊的修改和内侧芯棒的改造来应对。因此,在改造现有装置的情况下,能够降低改造所需的成本。

  第五实施方式

  接着,基于图9主要以与第四实施方式不同的部分为中心对第五实施方式进行说明。需要说明的是,对于与第四实施方式共通的部位,以同一称呼、同一附图标记表示。

  在第五实施方式中,使用与第四实施方式的活塞制造装置10C部分不同的活塞制造装置10D。在活塞制造装置10D中,使用与第三实施方式的旋转装置21C部分不同的旋转装置21D。在旋转装置21D中使用与第四实施方式的夹持部32C部分不同的夹持部32D,具体地说,使用与第四实施方式的内侧芯棒34C部分不同的内侧芯棒34D(第二形成装置)。

  第五实施方式的内侧芯棒34D从靠近外侧芯棒33的一侧即下侧依次具有挤压部131D、锥状部141、中间径部142、锥状部132D、大径部133D。挤压部131D与第四实施方式的挤压部131外径相同且与外侧芯棒33夹持活塞11的底部13。锥状部141从与挤压部131D的外侧芯棒33位于相反侧的端部向与外侧芯棒33相反的方向扩径且延伸。中间径部142从锥状部141的与挤压部131D位于相反侧的端边缘部向与挤压部131D相反的方向延伸。中间径部142具有由以旋转中心轴线O1为中心的圆筒面构成的圆筒外周面142a。

  锥状部132D从中间径部142的与锥状部141位于相反侧的端部向与锥状部141相反的方向扩径且延伸。锥状部132D具有以旋转中心轴线O1为中心的锥状面132Da。锥状面132Da从与圆筒外周面142a的与锥状部141位于相反侧的端边缘部向与锥状部141相反的方向延伸,径朝与锥状部141相反的一侧即上侧变大。

  大径部133D从锥状部132D的与中间径部142位于相反侧的端部向与中间径部142相反的方向延伸。大径部133D具有由以旋转中心轴线O1为中心的圆筒面构成的圆筒外周面133Da。圆筒外周面133Da从锥状面132Da的与中间径部142位于相反侧的端边缘部向与中间径部142相反的方向延伸。

  在边缘形成辊52C使端面52Ce靠近内侧芯棒34D的圆筒外周面133Da,并且使其沿着旋转中心轴线O1向把持部31侧移动时,圆筒外周面52Cd的下端位置与内侧芯棒34D的圆筒外周面133Da和锥状面132Da的交界位置一致。由此,利用边缘形成辊52C的阶梯面52Cb、锥状外周面52Cc和圆筒外周面52Cd、以及内侧芯棒34D的锥状面132Da形成向径向内方凹的凹部53D。内侧芯棒34D与第四实施方式不同,因此由内侧芯棒34D和边缘形成辊52C构成的边缘形成装置23D也与第四实施方式部分不同。

  活塞制造装置10D通过槽形成辊42在利用旋转装置21D旋转的活塞11上与第四实施方式同样地形成环状的槽61,并且利用边缘形成辊52C及内侧芯棒34D形成厚壁部65。此时,内侧芯棒34D的中间径部142与利用边缘形成辊52C向径向内侧顶出的活塞11的厚壁部65在旋转中心轴线O1侧、即活塞轴心侧抵接,来限制向该活塞轴心侧的超过规定量的塑性变形。换句话说,中间径部142在厚壁部65向旋转中心轴线O1侧、即活塞轴心侧塑性变形时,利用反作用力从活塞轴心侧(活塞11的内侧)对厚壁部65进行挤压。

  其结果是,在利用第五实施方式的活塞制造装置10D加工后的活塞11中,形成有从厚壁部65的锥状面65g的内周缘部向活塞轴向的底部13侧延伸,由以旋转中心轴线O1、即活塞11的中心轴线为中心的圆筒面构成的圆筒面65h。

  根据这样的第五实施方式的活塞制造装置10D,在厚壁部65的塑性变形时,中间径部142从活塞11的内侧对厚壁部65进行挤压。因此,能够更稳定地进行厚壁部65的塑性变形。因此,能够使活塞11的具有锥状面15a、端面15b及锥状面65g的边缘15的精度提高。

  在以上所述的第一~第五实施方式中,以加工时使活塞11沿活塞周向旋转的情况为例进行了说明。然而,也可以使活塞11不旋转,使槽形成装置22及边缘形成装置23、23A~23D旋转。也就是说,使活塞11相对于槽形成装置22及边缘形成装置23、23A~23D相对旋转即可。另外,在上述实施方式中,以设备为纵置的情况为例进行了说明。但是,设备也可以为横置,即旋转装置21D的旋转轴可以沿着水平方向。

  以上所述的实施方式的活塞制造装置具备:旋转装置,使筒状的活塞沿周向相对旋转;第一形成装置,从所述活塞的外周面侧对所述活塞上的从轴向一端侧的开口部的边缘离开的部位进行挤压,形成环状的槽;第二形成装置,向所述活塞的轴向另一端侧对所述活塞的所述开口部的所述边缘进行挤压,形成从所述边缘与所述槽之间的内周面向所述活塞的轴心侧顶出的厚壁部。在所述第二形成装置的与所述边缘抵接的部分形成有凹部,以使所述边缘的内周侧朝向所述活塞的轴向另一端侧塑性变形。由此,凹部使边缘的内周侧朝向活塞轴向另一侧塑性变形,因此能够抑制活塞的开口部的边缘的端面面积不一致。

  通过使所述凹部具有规定的曲率,能够减小活塞与第二形成装置之间的周速度的差异,降低周速度的差异导致的摩擦。因此,能够降低施加于活塞及第二形成装置的压力。其结果是,能够改善第二形成装置的寿命,抑制对活塞制造装置的负担。另外,能够抑制活塞粘结等品质下降。在此基础上,能够减小第二形成装置与活塞的接触面积,提高加工时的接触压力,从而使成型性提高。

  通过采用在所述凹部以外不具备从所述活塞的内侧挤压所述边缘的机构的结构,能够使构造简化,并且降低装置成本。

  实施方式的活塞制造方法包括使筒状的活塞沿周向相对旋转的旋转步骤;从所述活塞的外周面侧对所述活塞中的从轴向一端侧的开口部的边缘离开的部位进行挤压,形成环状的槽的槽形成步骤;向所述活塞的轴向另一端侧对所述活塞的所述开口部的所述边缘进行挤压,形成从所述边缘与所述槽之间的内周面朝向所述活塞的轴心侧顶出的厚壁部的厚壁部形成步骤。所述厚壁部形成步骤包括使所述边缘的内周侧朝向所述活塞的轴向另一端侧塑性变形。由此,在向活塞轴向另一端侧挤压活塞的开口部的边缘而形成从边缘与槽之间的内周面向活塞轴心侧顶出的厚壁部的厚壁部形成步骤中,使边缘的内周侧朝向活塞轴向的底部侧塑性变形。因此,能够抑制活塞的开口部的边缘的端面面积的不一致。

  实施方式的活塞形成为中空缸筒,具备作用有制动压力的底部、以及所述中空缸筒上的轴向一端侧的开口部的边缘。所述边缘中的所述活塞的轴心方向的部位为向所述轴心方向突起的厚壁部,所述厚壁部朝向所述底部被弯折,所述被弯折的部位为曲面形状。这样,边缘上的活塞的轴心方向的部位为向该轴心方向突起的厚壁部,该厚壁部朝向活塞的底部被弯折,在利用塑性变形来形成活塞的开口部的边缘的情况下,能够抑制活塞的开口部的边缘的端面面积的不一致。另外,由于被弯折的部位为曲面,因此在通过塑性变形来形成活塞的开口部的边缘的情况下,能够降低作用于活塞及装置的压力。另外,能够抑制活塞的粘结等品质下降。在此基础上,能够使成型性提高。

  实施方式的盘式制动器具备上述活塞、供所述活塞能够移动地配置的缸筒、被所述活塞的所述开口部的所述边缘按压而与制动盘接触的制动衬块。由此,能够抑制活塞的开口部的边缘的端面面积不一致,因此能够使活塞与制动衬块的接触压力稳定、使制动噪声性能稳定。

  工业实用性

  根据上述活塞制造装置,能够提供一种活塞制造装置、活塞制造方法、活塞及盘式制动器,能够抑制活塞端面与衬垫接触的面的形状不一致。

  第六:附图标记说明

  11 活塞

  12a 外周面

  12b 内周面

  13 底部

  14 开口部

  15 边缘

  21、21B、21C、21D 旋转装置

  34C、34D 内侧芯棒(第二形成装置)

  42 槽形成辊(第一形成装置)

  52、52A、52B、52C 边缘形成辊(第二形成装置)

  53、53A、53B、53C、53D 凹部

  61 槽

  65 厚壁部

  65a 曲面

  80 盘式制动器

  81 制动盘

  83 制动衬块

  96 缸筒

  活塞制造工艺过程3:

  活塞装置及其制造工艺

  第一:技术领域

  本发明属于机械技术领域,特指可应用于气体压缩机、油压机及气压机械等的活塞装置及其制造工艺,对于中高压的气体压缩机,其效果尤显重大。

  第二:背景技术

  在机械领域内,特别是在带有活塞装置的气体压缩机、油压机及气压机械,尤其是在中高压环境工作的气体压缩机,磨损、发热及润滑一直是尚未解决的问题。

  现有工程师们一般采取诸如材料选择、新型材料开发、各种材料复合化、热处理、表面硬化(包括电镀、氮化、渗碳、高频粹火、喷焊等)及润滑材料或油品的研发等方法,以解决或者是缓解气体压缩机在工作时活塞装置所产生的磨损、发热及润滑等问题。

  以气体压缩机的情况来说明,当操作压力在中高压以上时,随着负荷力的增加达到一定程度时,快速磨损则变得无可避免;过去,人们只能藉着各种理论,以及加强表面硬度,再尝试各种润滑油及润滑材料来提高活塞及活塞杆的使用寿命,然而,当气体压缩机的操作压力在5Mpa以上时,上述所有的改进方案逐渐开始失效,当操作压力在20Mpa以上时,滑动面的油膜保护层无法建立,固态润滑材料也无法承受此时的高单位压力。因此钢件在缺乏润滑的高负荷下,开始快速发热及磨损,而现有的气体压缩机在中高压环境中工作时,其有效的工作寿命只有短短的三五个月,当活塞装置磨损后,必须要进行一次更换,不仅影响工作效率,而且也增大了维修成本。直到现在,工程师们仍无法拿出具体有效的应因对策。

  第三:发明内容

  一、要解决的技术问题

  本发明的目的是针对现有技术所存在的上述问题,特提供一种制造工艺简单、可有效缓解磨损、发热及润滑等问题的活塞装置及其制造工艺。

  二、技术方案

  为解决上述技术问题,本发明一种活塞装置制造工艺,上述活塞装置包括有活塞及活塞杆,其工艺步骤为:

  步骤一:选取半成品的活塞装置进行表面硬化的处理,即设有一硬化层;

  其中,还包括有步骤二:将经过表面硬化处理后的活塞装置表面电镀钛合金层。

  作为优化,上述表面硬化的处理为氮化处理,上述氮化处理厚度为0.02mm~0.3mm。

  作为优化,上述电镀为真空离子电镀。

  作为优化,上述钛合金层的厚度为1~25μm。

  一种根据上述工艺制造的活塞,上述活塞表面设有硬化层,其中,上述硬化层表面电镀有钛合金层。

  作为优化,上述钛合金层的厚度为1~25μm。

  一种根据上述工艺制造的活塞杆,上述活塞杆表面设有硬化层,其中,上述硬化层表面电镀有钛合金层。

  作为优化,上述钛合金层的厚度为1~25μm。

  一种根据上述工艺制造的活塞装置,所述活塞装置由活塞与活塞杆一体制成,所述活塞装置表面设有硬化层,其中,所述硬化层表面电镀有钛合金层。

  作为优化,上述钛合金层的厚度为1~25μm。

  本发明的工作原理:

  (一)提高活塞及活塞杆的表面硬度;提高表面硬度可以抵抗高压力带来的高负荷。

  (二)提高表面刚性润滑度,润滑材不能发生潜变现象,如果使用柔性润滑材,高负荷力会使柔性润滑材冷流变形。

  (三)润滑材与活塞、活塞杆的粘附性应极强,在高温及高负荷的操作情况下,润滑材仍然不会磨损或脱落。

  三、本发明的有益效果

  第四:附图说明

  图1是本发明的工艺流程图;

  图2是本发明活塞的剖面图;

  图3是本发明活塞杆的剖面图;

  图4是本发明一体制成的活塞装置的剖面图;

  图5是图2的A部放大图;

  图6是图3的B部放大图;

  图7是图4的C部放大图。

  图中,1为活塞装置,2为活塞,3为活塞杆,4为硬化层,5为钛合金层。

  第五:具体实施方式

  下面结合附图对本发明活塞装置及其制造工艺作进一步说明:

  实施方式一:如图1和2所示,本发明一种活塞装置制造工艺,上述活塞装置1包括有活塞2及活塞杆3,其工艺步骤具体为:

  步骤一:图纸设计。根据客户提出的工况及尺寸规格来设计活塞2及活塞杆3。

  步骤二:选择工件材料。根据气体压缩机的工作环境进行选择活塞2及活塞杆3的制作材料。本实施例工件材料选择为牌号为38CrMoAl的合金钢,其力学性能为:抗拉强度σb(MPa):≥980(100);屈服强度σs(MPa):≥835(85);伸长率δ5(%):≥14;断面收缩率ψ(%):≥50;冲击功Akv(J):≥71;冲击 韧性值αkv(J/cm2):≥88(9);硬度:≤229HB;试样尺寸:试样毛坯尺寸为30mm。

  步骤三:将选择好的工件材料进行锻打处理。锻打温度为800~1050℃,自由锻。本实施例自由锻的温度为900℃。

  步骤四:将锻打后的工件材料进行调质处理。调质硬度在10HRC~40HRC范围。本实施例调质硬度为15HRC。

  步骤五:将调质后的工件材料通过车床、铣床车制加工成型。

  步骤六:外圆研磨。表面粗糙度Ra=0.04~2.5。本实施例Ra=0.1。

  以上六个步骤制得半成品的活塞2及活塞杆3,为提高半成品的活塞2及活塞杆3的表面硬度、表面刚性润滑度及润滑材与活塞2、活塞杆3的粘附性,进行以下处理:

  步骤一:选取半成品的活塞装置1进行表面硬化的处理,即设有一硬化层;上述表面硬化的处理为氮化处理,上述氮化处理厚度为0.02mm~0.3mm。本实施例氮化处理厚度为0.08mm。

  步骤二:将经过表面硬化处理后的活塞装置1表面电镀钛合金层5。

  本实施例钛合金采用真空离子电镀方法电镀在活塞装置1表面,其钛合金层5的厚度为2μm。

  上述钛合金层5的合金材料包括有TiN、TiCN、TiAlN、TiSiN、TiAl、TiMoNi及TC4等等,而α钛合金、β钛合金及α+β型钛合金也可作为钛合金层5的合金材料。

  一种根据上述工艺制造的活塞2,上述活塞2表面设有硬化层4,其中,上述硬化层4表面电镀有钛合金层5。上述钛合金层5的厚度为2μm。

  一种根据上述工艺制造的活塞杆3,上述活塞杆3表面设有硬化层4,其中,上述硬化层4表面电镀有钛合金层5。上述钛合金层5的厚度为2μm。

  上述活塞2及活塞杆3均是采用真空离子电镀方法电镀钛合金层5。

  当然,依据气体压缩机结构的不同,可以单独在活塞2或者活塞杆3表面电镀钛合金层5,在气体压缩机内,活塞2与活塞杆3装配在一起;另外,本实施例活塞装置1由活塞2及活塞杆3可一体制成,在其硬化层4的表面设置钛合金层5,其钛合金层5的厚度为2μm。

  实施方式二:本实施例与实施方式一基本相同,所不同的是自由锻的温度为1000℃;调质硬度为30HRC;表面粗糙度Ra=0.15;氮化处理厚度为0.12mm,其中,电镀在活塞2及活塞杆3表面的钛合金层5的厚度为5μm。

  以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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