專利名稱：一種高溫用柔性增壓缸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能用于鈦合金等高溫成形材料成形的增壓裝置，具體來說是一種能耐受750°C至850°C左右高溫，并能使用高溫柔性成形介質(zhì)的增壓缸。
背景技術(shù)：
隨著材料科學(xué)的發(fā)展、環(huán)保問題的日益嚴(yán)重以及能源危機(jī)的沖擊，輕質(zhì)、高強(qiáng)度、 耐高溫的新型結(jié)構(gòu)材料的需要越來越迫切。鈦合金等新興材料因密度低、比強(qiáng)度高、耐蝕可 焊等優(yōu)點使其得到廣泛應(yīng)用。不再局限于航空、航天、兵器等軍用領(lǐng)域，而且已進(jìn)入到具有 巨大市場潛力的民用工業(yè)領(lǐng)域，近年來，這些材料在石油、化工、汽車、生物醫(yī)學(xué)和文體用品 等領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用，并已成為新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備不可缺少的金屬材料。鈦合金等材料薄壁件塑性變形范圍窄小，易開裂、回彈嚴(yán)重、成形困難，大回彈造 成零件貼模性差，卸載后通常表現(xiàn)出較為明顯的形狀變化，影響著制件的幾何精度，嚴(yán)重者 會導(dǎo)致零件超差失效。另外，由于回彈變形的相互牽制作用所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力還能引起成 形后的零件在存放或工作期間出現(xiàn)開裂。所以這些材料成了公認(rèn)的在室溫下難加工材料， 因而通常在熱環(huán)境下進(jìn)行成形加工，溫?zé)崛嵝越橘|(zhì)成形是一種新的板料軟模成形技術(shù)，采 用某種高溫傳力介質(zhì)，如高溫橡膠、聚氨醋等粘性介質(zhì)或液態(tài)的等離子水和高溫高壓油或 固態(tài)的特種粉末等作為軟凸(凹)模，再用剛性凹(凸)模，在傳力介質(zhì)的作用下使板材成 形。尤其適合于航空航天、汽車等領(lǐng)域多品種、復(fù)雜形狀鈦合金、鎂合金、復(fù)合材料等板材成 形。鈦合金板材尤其高溫鈦合金等板材由于其成形溫度高，故溫?zé)崛嵝越橘|(zhì)成形難度大，國 內(nèi)尚無人涉及。液壓增壓缸是液壓柔性成形工藝系統(tǒng)中的重要組件，它將由液壓泵傳遞過來的低 壓通過缸內(nèi)的活塞面積比轉(zhuǎn)化為高壓并輸出，其原理公式為=P1A32 = s2/s1;即低壓端與高 壓端的壓強(qiáng)比等于低壓端與高壓端的面積反比。目前，常用增壓缸使用普通鋼作為制造材料，結(jié)構(gòu)包括低壓端、高壓端、活塞和缸 體幾部分。使用時，液壓泵對低壓端充入液壓油，通過低壓端與高壓端活塞的面積比輸出高 壓，使高壓腔內(nèi)液壓油獲得高壓，進(jìn)而實現(xiàn)增壓功能。但是，這樣的普通增壓缸只適用于常 溫或不超過液壓油耐熱極限的工作狀況(大多數(shù)情況< 40(TC )。但在利用高溫柔性介質(zhì) 成形工藝制造鈦合金等制件時，由于成形溫度多在750°C左右，一般增壓缸的缸體材料與液 壓油無法耐受如此高溫進(jìn)而失效，故而成為實現(xiàn)高溫柔性介質(zhì)成形工藝的技術(shù)瓶頸。因此設(shè)計出一種可以滿足高溫柔性介質(zhì)成形工藝的柔性增壓裝置，能夠耐受 750°C至850°C左右高工作溫度，并具有特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其能夠采用能耐受高溫的柔性介 質(zhì)作為工作介質(zhì)，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員迫切需要解決的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有增壓缸不適用于高溫柔性介質(zhì)成形工藝的缺陷，提 供一種增壓缸，該增壓缸缸體與活塞不僅能承受750°C至850°C左右高溫，通過特殊冷卻構(gòu)件的設(shè)計，在使用普通高溫液壓油的條件下即可正常工作，并通過對缸體進(jìn)行特殊結(jié)構(gòu)設(shè) 計，使使用能夠耐受超高溫度的柔性成形介質(zhì)成為可能。本發(fā)明的一種高溫用柔性增壓缸，包括連桿、低壓端缸體、低壓端活塞、迷宮式冷 卻水腔、高壓端缸體、高壓端活塞和高壓端套筒；低壓端缸體、迷宮式冷卻水腔、高壓端缸 體、高壓端套筒依次順序固定連接，低壓端缸體底部設(shè)有第一油口，外圍側(cè)壁設(shè)有第二油 口 ；迷宮式冷卻水腔分別設(shè)有進(jìn)水口和出水口 ；連桿一端穿過低壓端缸體底部中心連接行 程開關(guān)，另一端連接低壓端活塞，低壓端活塞另一面連接高壓端活塞，低壓端活塞位于低壓 端缸體內(nèi)部的空腔，高壓端活塞位于迷宮式冷卻水腔、高壓端缸體和高壓端套筒內(nèi)部的空 腔中，低壓端活塞外壁與低壓端缸體內(nèi)壁尺寸配合，高壓端活塞的側(cè)壁與高壓端缸體、高壓 端套筒內(nèi)壁尺寸配合；低壓端缸體由低壓端活塞分為兩個空腔，形成低壓腔，高壓端紅體、 高壓端套筒和高壓端活塞包圍而成的空腔，形成高壓腔。
本發(fā)明的優(yōu)點在于(1)增壓缸能夠在750°C至850°C左右高溫長時間工作；(2)低壓腔內(nèi)以及與低壓腔相連的液壓泵、油管、油箱等組成的液壓控制回路中可 使用普通高溫液壓油控制增壓缸動作，而不必?fù)?dān)心液壓油溫度過高進(jìn)而失效；(3)由于使用低熔點合金或耐熱陶瓷顆粒作為高溫柔性成形介質(zhì)，本發(fā)明使用一 個高壓端套筒，直接將增壓器高壓端與成形模具下模連接，便于柔性介質(zhì)的添加以及低熔 點合金冷卻凝固后取出，并保證筒壁與高壓端活塞的密封；(4)模塊化設(shè)計，方便各組件拆裝更換及獲得不同的增壓比。


圖1是本發(fā)明的一種高溫用柔性增壓缸的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中1.連桿，2.密封圈，3.第一油口，4.密封圈，5.低壓端缸體，6.密封圈， 7.進(jìn)水口，8.迷宮式冷卻水腔，9.螺栓，10.螺母，11.高壓端缸體，12.高溫密封圈，13.高 壓端套筒，14.螺釘，15.高壓腔，16.高壓端活塞，17.高溫密封圈，18.高溫密封圈，19.高 溫密封圈，20.出水口，21.螺母，22.螺栓，23.第二油口，24.低壓端活塞，25.低壓腔。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明是一種高溫用柔性增壓缸，如圖1所示，包括連桿1、低壓端缸體5、低壓端 活塞24、迷宮式冷卻水腔8、高壓端缸體11、高壓端活塞16及高壓端套筒13。低壓端缸體5與迷宮式冷卻水腔8通過螺栓22、螺母21連接，結(jié)合處使用密封圈 6進(jìn)行密封；迷宮式冷卻水腔8與高壓端缸體11通過螺栓9、螺母10連接，結(jié)合處使用高溫 密封圈19進(jìn)行密封；高壓端缸體11與高壓端套筒13通過螺釘14連接，結(jié)合處使用高溫密 封圈12進(jìn)行密封；低壓端缸體5、迷宮式冷卻水腔8、高壓端缸體11、高壓端套筒13內(nèi)腔皆 為圓柱狀。低壓端缸體5底部設(shè)有第一油口 3，外圍側(cè)壁設(shè)有第二油口 23 ；迷宮式冷卻水腔8 分別設(shè)有進(jìn)水口 7和出水口 20。連桿1為圓柱體，一端端部有螺紋，用于連接低壓端活塞24，另一端穿過低壓端缸體5底部中心，用于安裝行程開關(guān)；低壓端活塞24為圓盤狀，一面有凸臺和螺紋部分，用于 連接高壓端活塞16，另一面鉆螺紋孔用于連接連桿1 ；高壓端活塞16為階梯圓柱體，小端端 面打凹槽并鉆有螺紋孔，用于連接低壓端活塞24 ；其中低壓端活塞24與高壓端活塞16之 間使用螺紋連接，并由低壓端活塞24上凸臺與高壓端活塞16末端凹槽進(jìn)行配合，保證了兩 活塞軸線重合。低壓端活塞24外壁與低壓端缸體5內(nèi)壁尺寸配合，高壓端活塞16的側(cè)壁 與高壓端缸體11、高壓端套筒13內(nèi)壁尺寸配合。連桿1與低壓端缸體5接觸部分處采用密封圈2進(jìn)行密封。低壓端活塞24位于低 壓端缸體5內(nèi)部的空腔，低壓端活塞24與低壓端缸體5接觸部分采用密封圈4進(jìn)行密封。 高壓端活塞16位于迷宮式冷卻水腔8、高壓 端缸體11和高壓端套筒13內(nèi)部的空腔中，高壓 端活塞16與高壓端缸體11接觸的部分采用高溫密封圈18進(jìn)行密封，與高壓端套筒13接 觸的部分采用高溫密封圈17進(jìn)行密封。低壓端缸體5由低壓端活塞24分為兩個空腔，形成低壓腔25，高壓端缸體11、高 壓端套筒13和高壓端活塞16包圍而成的空腔，形成高壓腔15。高壓端缸體11、高壓端套筒13和高壓端活塞16采用高溫合金材料加工而成，能夠 耐受750°C至850°C左右高溫，高壓端套筒13內(nèi)壁及高壓端活塞16端頭噴敷隔熱涂料，高 壓端活塞16端頭可以加裝耐熱陶瓷襯墊，減少高壓端活塞16向低壓端傳遞熱量。低壓端缸體5、低壓端活塞24和連桿1采用普通鋼材料加工而成，低壓腔25內(nèi)使 用普通耐熱液壓油，控制增壓缸的進(jìn)給增壓與退回泄壓動作。低壓端活塞24尾端連接的連桿1用于安裝行程開關(guān)，作為保護(hù)機(jī)構(gòu)，限定增壓缸 最大和最小行程。增壓缸采用模塊化設(shè)計，方便拆裝，僅需要更換不同直徑的高壓端套筒13及高壓 端活塞16，即可滿足得到不同增壓比的需求。所述密封圈2、密封圈4、密封圈6為常規(guī)用液壓油密封圈；高溫密封圈12、高溫密 封圈18、高溫密封圈19為用于密封耐熱油且能耐受750°C至850°C左右溫度的高溫密封圈； 高溫密封圈17為用于密封高溫柔性介質(zhì)的高溫且能耐受750°C至850°C左右的高溫密封 圈。工作時，增壓缸需豎直安裝，增壓缸上端通過高壓端套筒13直接與成形模具下模 用螺栓連接。整個增壓缸被各組件分隔為四個區(qū)域，包括1)低壓端缸體5由低壓端活塞 24分成的兩個腔，兩個腔以及其通過第一油口 3和第二油口 23與液壓控制閥塊、液壓泵、油 管、油箱等所組成的液壓控制回路中都使用普通高溫液壓油，控制增壓缸低壓端活塞24進(jìn) 給和退回動作；2)迷宮式冷卻水腔8，設(shè)計成迷宮形式以增強(qiáng)冷卻效率，內(nèi)通冷卻水或冷卻 液，用以阻隔高壓端高溫傳向低壓端，并防止低壓端中液壓油溫度過高進(jìn)而失效；3)高壓 端缸體11、高壓端套筒13和高壓端活塞16包圍而成的高壓腔15，其與成形模具下模腔直 通。高壓腔15中使用的柔性工作介質(zhì)為低熔點合金、耐熱陶瓷顆粒等材料。低熔點合金的 熔點很低，在進(jìn)行高溫柔性介質(zhì)成形時會熔化為液態(tài)，但當(dāng)其冷卻后又會凝固成固態(tài)，為便 于將凝固后的低熔點合金取出，需要將增壓缸高壓端套筒13和成形模具下模腔設(shè)計成直 通式，不能有拐角轉(zhuǎn)彎，并且上端開口要大于下部口徑尺寸。成形時由高壓端活塞16將作 為傳壓媒介的柔性介質(zhì)頂入成形模具中，并直接作用于鈦合金等材料板材或管材，使其成 形。
在圖1中，第一油口 3與第二油口 23通過控制換向閥塊、油管與液壓泵、油箱連 接，控制增壓缸的進(jìn)給、退回動作?？刂茡Q向閥塊、油管、液壓泵、油箱組成的液壓控制回路 可使用普通高溫液壓油控制增壓缸動作，而不必?fù)?dān)心溫度過高而失效，高壓腔15內(nèi)為成形 實際工作柔性介質(zhì)——低熔點合金、耐熱陶瓷顆粒、耐熱細(xì)沙、耐熱油、高分子材料、，該柔 性介質(zhì)進(jìn)入成形模具下模內(nèi)直接作用于鈦合金等材料板件或管件，實現(xiàn)成形工藝。在增壓缸進(jìn)給增壓過程中，第一油口 3接通油泵充油，第二油口 23接通油箱回油， 此時由于低壓端活塞24下方液壓油壓力大于上方壓力，推動高壓端活塞16向上進(jìn)給，進(jìn)而 也推動高壓腔15內(nèi)柔性介質(zhì)向上進(jìn)入成形模具下模腔內(nèi)，對材料進(jìn)行成形。同時，冷卻水 腔8始終通冷卻水或冷卻液，阻隔高壓端缸體11及高壓端活塞16高溫傳向低壓端，并保持 低壓端液壓油溫度在許用范圍內(nèi)而不發(fā)生失效。在增壓缸退回泄壓過程中，通過調(diào)節(jié)控制 閥塊，使第二油口 23接通油泵充油，第 一油口 3接通油箱回油，此時由于低壓端活塞24上方液壓油壓力大于下方壓力，帶動高壓 端活塞16向下退回，成形模具下模腔中柔性介質(zhì)由于重力作用向下回到增壓缸高壓腔15 內(nèi)。工件成形完成后，可待低熔點合金柔性介質(zhì)冷卻凝固后自高壓腔15從上方直接取出。 同時，冷卻水腔8始終通冷卻水或冷卻液，阻隔高壓端缸體11及高壓端活塞16高溫傳向低 壓端，并保持低壓端液壓油溫度在許用范圍內(nèi)而不發(fā)生失效。
權(quán)利要求
1.一種高溫用柔性增壓缸，其特征在于，包括連桿、低壓端缸體、低壓端活塞、迷宮式 冷卻水腔、高壓端缸體、高壓端活塞和高壓端套筒；低壓端缸體、迷宮式冷卻水腔、高壓端 缸體、高壓端套筒依次順序固定連接，低壓端缸體底部設(shè)有第一油口，外圍側(cè)壁設(shè)有第二油 口 ；迷宮式冷卻水腔分別設(shè)有進(jìn)水口和出水口 ；連桿一端穿過低壓端缸體底部中心連接行 程開關(guān)，另一端連接低壓端活塞，低壓端活塞另一面連接高壓端活塞，低壓端活塞位于低壓 端缸體內(nèi)部的空腔，高壓端活塞位于迷宮式冷卻水腔、高壓端缸體和高壓端套筒內(nèi)部的空 腔中，低壓端活塞外壁與低壓端缸體內(nèi)壁尺寸配合，高壓端活塞的側(cè)壁與高壓端缸體、高壓 端套筒內(nèi)壁尺寸配合；低壓端缸體由低壓端活塞分為兩個空腔，形成低壓腔，高壓端缸體、 高壓端套筒和高壓端活塞包圍而成的空腔，形成高壓腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫用柔性增壓缸，其特征在于，所述的連桿為圓柱體， 一端端部有螺紋，用于連接低壓端活塞，另一端穿過低壓端缸體底部中心，用于安裝行程開 關(guān)；低壓端活塞為圓盤狀，一面有凸臺和螺紋部分，用于連接高壓端活塞，另一面鉆螺紋孔 用于連接連桿；高壓端活塞為階梯圓柱體，小端端面打凹槽并鉆有螺紋孔，用于連接低壓端 活塞，其中低壓端活塞上凸臺與高壓端活塞末端凹槽進(jìn)行配合；低壓端缸體、迷宮式冷卻水 腔、高壓端缸體、高壓端套筒內(nèi)腔皆為圓柱狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫用柔性增壓缸，其特征在于，所述的高壓端缸體、高 壓端套筒和高壓端活塞采用高溫合金材料加工而成，能夠耐受750°C至850°C的高溫。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫用柔性增壓缸，其特征在于，所述高壓腔內(nèi)有高溫 柔性介質(zhì)，高溫柔性介質(zhì)為低熔點合金、耐熱陶瓷顆粒、耐熱細(xì)沙、耐熱油或者高分子材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫用柔性增壓缸，其特征在于，所述的高壓端套筒內(nèi) 壁及高壓端活塞端頭噴敷隔熱涂料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫用柔性增壓缸，其特征在于，所述的高壓端活塞端 頭加裝耐熱陶瓷襯墊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫用柔性增壓缸，其特征在于，所述的低壓端缸體、低 壓端活塞和連桿采用普通鋼材料加工而成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫用柔性增壓缸，其特征在于，所述的低壓腔內(nèi)使用 普通耐熱液壓油。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫用柔性增壓缸，其特征在于，連桿與低壓端缸體接 觸部分處采用密封圈進(jìn)行密封；低壓端活塞與低壓端缸體接觸部分采用密封圈進(jìn)行密封； 低壓端缸體與迷宮式冷卻水腔結(jié)合處使用密封圈進(jìn)行密封；高壓端缸體與高壓端套筒結(jié)合 處使用高溫密封圈進(jìn)行密封；高壓端活塞與高壓端缸體接觸的部分采用高溫密封圈進(jìn)行密 封，與高壓端套筒接觸的部分采用高溫密封圈進(jìn)行密封；迷宮式冷卻水腔與高壓端缸體結(jié) 合處使用高溫密封圈進(jìn)行密封。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種高溫用柔性增壓缸，其特征在于，所述的連桿與低壓端 缸體接觸部分、低壓端活塞與低壓端缸體接觸部分、低壓端缸體與迷宮式冷卻水腔結(jié)合處 的密封圈為用于密封液壓油的密封圈；所述的高壓端缸體與高壓端套筒結(jié)合處、高壓端活 塞與高壓端缸體接觸的部分、迷宮式冷卻水腔與高壓端缸體結(jié)合處的密封圈為用于密封液 壓油的高溫密封圈；所述的高壓端活塞與高壓端套筒接觸的部分的密封圈為用于密封高溫 柔性介質(zhì)的高溫密封圈。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于鈦合金等高溫成形材料成形的增壓裝置，具體來說是一種能耐受750℃至850℃左右高溫，并能使用高溫柔性成形介質(zhì)的增壓缸。解決目前常用增壓缸缸體及液壓油無法耐受鈦合金等材料成形高溫的技術(shù)瓶頸。本發(fā)明使用低熔點合金、耐熱陶瓷顆粒等作為高溫柔性介質(zhì)，增壓缸高壓端缸體、活塞等組件采用高溫合金制造，使其能耐受750℃至850℃左右高溫。設(shè)計冷卻水腔，阻隔高壓端高溫傳向低壓端，并防止低壓端液壓油溫度過高失效。低壓端缸體、活塞、連桿采用普通鋼制造，低壓腔內(nèi)使用普通耐熱液壓油控制增壓缸進(jìn)給及退回動作。采用模塊化設(shè)計，方便拆裝，更換高壓端套筒及高壓端活塞，可得到不同的增壓比。
文檔編號F15B3/00GK102094857SQ20111000685
公開日2011年6月15日 申請日期2011年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月13日
發(fā)明者劉寶勝, 張虎, 李慧麗, 蔡高參, 郎利輝 申請人:北京航空航天大學(xué)