CN118559371B - 柱塞泵双金属摩擦副铸铜熔池的加工方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及柱塞泵缸体加工技术领域，具体公开了柱塞泵双金属摩擦副铸铜熔池的加工方法。包括以下步骤：步骤1：胚料成型加工，步骤2：连接柱体与铜熔池的加工，步骤3：加工中心孔，步骤4：冲压模具，步骤5：焊接模具；其中步骤2通过保留连接柱体一端的环形侧壁，焊接到另一端，接着将步骤4中球面模具凸面向内与加工成型的铜熔池的环形侧壁焊接为一体，形成封闭的铜熔池。解决了现有技术中铜熔池的加工需要车削大量的钢基体，产生钢材废屑，造成材料浪费的技术问题。

Description

柱塞泵双金属摩擦副铸铜熔池的加工方法

技术领域

本发明涉及柱塞泵缸体加工技术领域，具体为柱塞泵双金属摩擦副铸铜熔池的加工方法。

背景技术

柱塞泵是液压装备的核心元件，缸体作为柱塞泵的关键摩擦副零件，又是柱塞泵的核心，缸体的性能和质量直接影响柱塞泵的传动效率和使用寿命。目前，柱塞泵缸体使用最广泛的材料是铜-钢双金属复合材料，将铜合金(尤其是铅青铜)作为摩擦副的工作层，钢合金作为柱塞泵的基体，利用铜合金制备的工作层具有良好的减摩、耐磨及抗疲劳等特性，同时兼具软硬相组织决定了其具有良好的抗咬合性、嵌藏性和顺应性等性能。而钢材料作为柱塞泵缸体的基体材料则起到承载和抗冲击作用，两者复合形成的铜-钢双金属复合材料兼具了两种材料的优良性能。在生产时，为了将铜合金与钢材料基体结合，通常使用浇铸和熔铸两种工艺。浇铸工艺通常是先加工出柱形的钢基体，接着在钢基体一端面上车削出凹陷的环形铜熔池，将熔炼好的铅青铜合金液浇入到经加热的钢基体的铜熔池中，待其凝固，从而得到双金属缸体毛坯，再利用车削工艺将铜熔池车削掉，并将铜合金层加工为球面的摩擦副工作层。而熔铸工艺也需要先加工铜熔池，但直接将所述铜合金放入铜熔池中，将工件整体放入多温区烧结炉中进行升温，由于铜合金的熔点低于钢基体的熔点，因此，到达铜合金的熔点温度时，铜合金熔化，在钢基体的铜熔池中平铺，将其取出冷却后得到双金属缸体毛坯，再利用车削工艺将铜熔池车削掉，并将铜合金工作层加工为球面的摩擦副工作层。

上述两种方法在将铜合金与钢基体进行结合时，均是将铜合金熔化为液态，在铜熔池中完成铜合金与钢基体的结合，均需要加工铜熔池；同时，在柱塞泵中，缸体由于柱塞泵自身的特性，其结构上也相应的特点，需要在钢基材铜熔池的另一端面上加工连接柱体，其结构如图1所示，其缸体6的一端设有连接柱体2，另一端面上为球面的摩擦副工作层。

现有技术中加工如图1所示的基体，需先将钢材加工为钢基体胚料1，然后在钢基体胚料1的一端车削出连接柱体2，另一端车削出铜熔池3，这种两端车削结构的加工方式需要车削掉大量的钢基体材料，增大钢基体材料使用并产生大量的钢材废屑，使得缸体整体生产成本提高，因此目前需要寻求一种避免大量车削的加工方法。

发明内容

本发明的目的在于提供柱塞泵双金属摩擦副铸铜熔池的加工方法，用以解决上述提到的现有技术中在钢基体胚料上需要车削铜熔池和连接柱体，切削量大，导致材料浪费多，造成生产成本高的技术问题。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：柱塞泵双金属摩擦副铸铜熔池的加工方法，包括以下步骤：

步骤1：胚料成型加工：将钢棒切割为钢基体胚料，其长度只包括缸体主体长度和车削连接柱体的长度及机械加工余量的总和；

步骤2：连接柱体和铜熔池的加工：在步骤1所述的钢基体胚料的一端面加工连接柱体，另一端面焊接环形侧壁形成铜熔池。

本实施方案的有益效果在于：

1、现有技术中钢基体胚料成型后，两端需要车削加工连接柱体与铜熔池，因此需要在钢基体胚料成型时两端均需要预留一段钢材料，用以后面车削加工为连接柱体和铜熔池，但是连接柱体和铜熔池只是保留钢基体中心或外围较少的材料，导致切削量大，材料浪费大；切削时间也长，因此车削加工连接柱体和铜熔池过程中产生大量的钢材废屑。而本申请直接焊接环形侧壁形成铜熔池，在钢基体胚料成型时，只需在一端预留一段钢材料，用以后期车削加工，钢基体胚料整体长度小于现有技术钢基体胚料的长度，车削时，也只对一端进行车削，降低切削量，提高材料利用率，同时缩短切削时间，因此其过程中产生钢材废屑更少，对钢材更为节省。

2、现有技术中，钢基体胚料需要在两端进行车削，因此需要车削两次，将工件装夹在车削机床上加工连接柱体后，还需要拆卸零件，反向装夹后，车削铜熔池，因此其加工时间更长。而本申请中将铜熔池的环形侧壁与连接柱体设计在同一端面上进行车削，只需要一次装夹就可完成加工，其车削效率更高。

3、本申请将铜熔池的环形侧壁与连接柱体设计在同一端面上进行车削，可一次性车削掉连接柱体与铜熔池均不需要的钢材，与现有技术相比其车削量小，降低刀片使用率，因此车床刀具的使用寿命得以延长。

进一步，所步骤2中加工连接柱体时，在胚料外周保留与铜熔池环形侧壁厚度一致的环体，将环体截下作为铜熔池的环形侧壁。本申请巧妙的利用连接柱体与铜熔池车削加工后保留的部分并不相同，在加工过程中将连接柱体与铜熔池的环形侧壁在同一端加工出来，在通过切割和焊接将环形侧壁移动到钢基体的另一端形成铜熔池；这样将连接柱体一端最外圈材料作为铜熔池焊接的环形侧壁，进一步节约了原料。

进一步，所示的步骤3后还包括有：步骤3：加工中心孔：沿钢基体的中轴线加工中心孔，中心孔从连接柱体一端贯穿到另一端的铜熔池;步骤4：冲压模具：选用钢板冲压球面模具，球面模具的球面与双金属摩擦副工作面的球面结构一致；步骤5：焊接模具：将加工好的球面模具凸面向内，与加工成型的铜熔池的环形侧壁焊接为一体，形成封闭的铜熔池。现有技术中铜合金与钢基体进行复合时，熔铜池开口朝上，在熔铜池中形成上端面平整的铜合金工作层胚体，完成双金属的复合后，才进行钻取中心孔，将工作层加工为球面等工序，这些工序需要车削、钻孔、打磨，使得铜合金工作面在加工过程中形成铜合金废屑，被车削的铜合金只能被废弃出售，造成铜合金的浪费，使得生产成本高，而本申请中先加工中心孔，将中心孔作为浇铸或熔铸时铜合金的入口，设计与球面摩擦副结构一致的球面模具与熔铜池焊接，形成封闭空间，并将钢基体进行倒置后，通过中心孔添加铜合金原材料，利用熔铸或浇铸形成铜合金工作层，与现有技术中柱体、且上端面平整的铜合金工作层相比，本申请形成的铜合金工作层坯体为球面，因此其车削量大大减少，产生的铜合金废屑减少，节省了铜合金的使用量，节约资源的同时降低了生产成本。

其次，在传统加工工序中，采用熔铸工艺时，缸体表面的摩擦副与球面摩擦副需同时熔铸造，而传统工艺中，球面摩擦副的熔铜池的开口和缸体开口朝向相反，因此在熔铸时，也需要焊接钢板将缸体开口封闭；而在本方案中，熔铸时钢基体倒置，则无需再封闭缸体开口，即封闭熔铜池并未延长工序。

进一步，所述步骤4中的球面模具的中心位置还包括有柱形模具。现有技术中，是先将铜合金与钢基体胚料完成复合后，再加工中心孔，因此需要再铜合金层中钻取中心孔，但本申请在球面模具中心设置柱形模具，利用柱形模具直接在熔铸过程中形成中心孔，可进一步减少铜合金原材料的浪费。

进一步，所述步骤2中焊接的环形侧壁为一体冲压的、带有球面模具和柱形模具的封闭式环形侧壁。直接冲压带有球面的盖板的环形侧壁，将环形侧壁焊接在钢基体上形成封闭的铜熔池，与先焊接环形侧壁，再焊接球面模具相比，整体性的、带有盖板的环形侧壁可避免两次焊接，其封闭性更好。

进一步，所述柱形模具的长度大于铜熔池的深度。因此，将球面模具与环形侧壁焊接后，可使得柱形模具伸入中心孔中，保证铜合金与钢基体胚料复合后的铜合金层熔铸的中心孔与钢基体胚料的中心孔接通。

进一步，所述步骤4中冲压摸具的钢材选用与钢基体胚料一致的金属材料。同样的钢材方便后期焊接过程。

附图说明

图1现有技术中柱塞泵的结构示意图，

图2为现有技术钢基体铜熔池的车削加工工艺图，

图3为本发明实施例钢基体铜熔池的车削加工工艺图，

图4为本发明实施例1钢基体与球面模具的结构示意图，

图5为本发明实施例2钢基体与球面模具的结构示意图，

图6为本发明实施例3钢基体与球面模具的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：钢基体胚料1、连接柱体2、环形侧壁21、铜熔池3、中心孔4、球面模具5、柱形模具51、缸体6。

实施例如附图1-6所示：

实施例1：

柱塞泵双金属摩擦副铸铜熔池的加工方法，包括以下步骤：

步骤1：胚料成型加工：直接从钢棒上切割为钢基体大小的胚料，其长度只包括缸体主体长度和车削连接柱体的长度及机械加工余量的总和；

钢基体胚料1是从钢棒上切割下来圆柱形的钢材，由于两端分别需要加工铜熔池3和连接柱体2，因此现有技术如图1、图2所示，在钢基体胚料1的两端均预留一段钢材，方便后期利用车床车削为铜熔池3和连接柱体2，因此其钢基体胚料1的被切割下来时，其长度包括缸体的主体长度和两端分别预留车削铜熔池3和连接柱体2的钢材。而在本申请中，由于后期会将连接柱体2一端保留环体，将环体作为环形侧壁21在另一端焊接形成铜熔池3，因此本申请的钢基体胚料1被加工为圆柱形时，其长度只需要预留一段后期车削连接柱体2的钢材，其整体长度就比现有技术更少，同根钢棒可切割出更多的钢基体胚料1。

步骤2：连接柱体2与铜熔池3的加工：在钢基体胚料1同一个端面进行机械加工，在进行加工过程中，保留胚料端面中心位置连接柱体2的柱形钢材的同时保留端面外周的环体的钢材；

如图2所示，本申请发现，连接柱体2与铜熔池3在车削加工中，保留的钢材位置并不重合，且连接柱体2的长度大于铜熔池3的深度，因此本申请巧妙的将需要车削加工的连接柱体2与铜熔池3的环形侧壁21在钢基体胚料1的一端进行加工，使得本申请的钢基体胚料1从钢棒上切割下来时，其长度只包括缸体的长度和预留的一段段车削钢材。加工时，技术人员在数控机床上将需要车削部分参数进行设定，将钢基体胚料1在车床上装夹，装夹完成后，利用车床上的刀具将环体与连接柱体2[陈兴1]均不需要保留的位置进行车削。使得在钢基体胚料1的一端形成连接柱体2的中心圆柱形钢材和在钢基体胚料1的圆周边缘一圈上还保留有环形侧壁21。铜熔池3的加工：将保留的环形侧壁21从钢基体胚料1的端面上切割下来，并焊接在钢基体胚料1远离连接柱体2的另一端面上，形成铜熔池3；

车削结束后，直接利用车床将环形侧壁21切割下来，切割结束后，将钢基体胚料1进行翻转，将钢基体胚料1的另一端面与切割下来的环形侧壁21对齐进行焊接，焊接后保证其不存在漏液的缝隙，且焊接的覆盖金属的熔点应该高于铜合金的熔点，保证铜合金在熔化为液态时，焊缝不被破坏漏液。

步骤3：加工中心孔：沿钢基体的中轴线加工中心孔，中心孔从连接柱体2的一端贯穿到另一端的铜熔池。

柱塞泵缸体的结构如图1所示，其中心有一个贯穿缸体的中心孔，本申请生产时先加工中心孔，再继续铜合金的复合，其中心孔加工时，需要贯穿连接柱体2的端面和铜熔池的底部，中心孔的直径小于连接柱体2的直径。

步骤4：冲压模具：选用钢板冲压为与双金属摩擦副工作面球面弧度结构一致的球面模具5。球面模具5如图4所示，球面模具5冲压时需要选用熔点高于铜合金的金属材料，保证铜合金熔铸时，球面模具5不会发生熔融现象。为了方便后期焊接工艺，球面模具5可选用与钢基体胚料1相同的金属材料。

步骤5：焊接模具：将球面模具5与加工好的铜熔池3的环形侧壁21。焊接为一体，形成封闭的铜熔池。

将球面模具5冲压好后，可将球面模具5与环形侧壁21焊接形成封闭的铜熔池3。

进行熔铸时，将钢基体胚料1进行倒置，由于中心孔贯穿钢基体，且在连接柱体2的端面上有开口，因此，倒置后可通过中心孔将铜合金添加到铜熔池3中。由于铜熔池3被球面模具5封闭，原料可储存在铜熔池3中，添加完成后，将整体进行升温，使得铜熔池3中铜合金原料熔融，进而将铜合金与钢基体胚料1复合成整体，且复合后的铜合金层为球面，其后期机械加工双金属摩擦副工作面的车削量减少。

实施例2

实施例2与实施例1的不同之处在于，实施例2的球面模具5中部冲压有一个直径小于中心孔的柱形模具51，其结构如图5所示，实施例2中的柱形模具51与球面模具5为一体的板材，通过冲压出来的壳体结构，柱形模具51的外径小于中心孔的内径，因此将球面模具5焊接在铜融池3的环形侧壁21上时，柱形模具51可插入中心孔中，但中心孔的内侧壁与柱形摸具51留有间隙，可通过间隙向铜熔池3中添加铜合金原料，当然柱形模具51的长度与铜熔池3的深度一致，但为了保证铜合金熔铸后的铜合金层中心孔与钢基体胚料1的中心孔接通且贯穿，最好将柱形模具51设计为其长度大于铜熔池3的深度的尺寸。

柱形模具51的直径小于中心孔，因此在添加铜合金时，铜合金可通过柱形模具51与中心孔的间隙中进入铜熔池3中，在高温熔铸后，直接熔铸出铜合金层的中心孔，且中心孔与钢基体的中心孔贯彻，与实施例1相比，由于柱形模具51占据了铜熔池3的部分体积，因此减少了熔铸时需要的铜合金原材料，也减少后期铜合金层钻取中心孔时的机械加工的工作量。

实施例3

实施例3与实施例1的不同之处在于，实施例3中加工连接柱体2时，不需要保留胚料的外周侧壁，直接加工出连接柱体2，因为实施例3的环形侧壁21的结构带有球面盖板，球面盖板的结构与球面模具和柱形模具的结构一致，其结构如图6所示，因此可直接将带有球面盖板的环形侧壁21焊接在钢基体胚料1的端面形成封闭的铜熔池3，带有球面盖板的环形侧壁21也是直接冲压出来的。

在实施例1中将钢棒切割为钢基体大小的胚料，只预留了连接柱体2的钢材，因此在加工时需要在同一端同时加工连接柱体2和铜熔池的环形侧壁21，将环形侧壁21切割下来，转移到另一端进行焊接形成铜熔池，而本实施例中不需要保留铜熔池的环形侧壁21，直接车削出连接柱体2，在另一端焊接如图6所示的环形侧壁21，而带有球面盖板的环形侧壁21为一体冲压的、且具备模具的作用，其不需要进行两次焊接，封闭性与整体性更好。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (4)

1.柱塞泵双金属摩擦副铸铜熔池的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：胚料成型加工：将钢棒切割为钢基体的胚料，胚料长度为缸体主体长度、车削连接柱体长度及机械加工余量的总和；

步骤2：连接柱体与铜熔池的加工：在步骤1所述的钢基体胚料的一端面加工连接柱体，另一端面焊接环形侧壁形成铜熔池；

步骤3：加工中心孔：沿钢基体的中轴线加工中心孔，中心孔从连接柱体的一端贯穿到另一端的铜熔池；

步骤4：冲压模具：选用钢板冲压球面模具，球面模具的球面与双金属摩擦副工作面的球面结构一致；

步骤5：焊接模具：将球面模具凸面向内与加工成型的铜熔池的环形侧壁焊接为一体，形成封闭的铜熔池；

所述步骤2中加工连接柱体时，在胚料外周保留与铜熔池环形侧壁厚度一致的环体，将环体截下作为铜熔池的环形侧壁。

2.根据权利要求1所述的柱塞泵双金属摩擦副铸铜熔池的加工方法，其特征在于：所述步骤4中的球面模具的中心位置还包括有向中心孔凸起的柱形模具。

3.根据权利要求2所述的柱塞泵双金属摩擦副铸铜熔池的加工方法，其特征在于：所述柱形模具的长度大于铜熔池的深度，与钢基体焊接后，可伸入中心孔中，并与中心孔之间留有间隙。

4.根据权利要求3所述的柱塞泵双金属摩擦副铸铜熔池的加工方法，其特征在于：所述步骤4中冲压模具的钢材选用与钢基体胚料一致的金属材料。