本發(fā)明涉及一種液壓缸及其制造方法及液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

高壓斷路器是電力輸送的關(guān)鍵設(shè)備，而其中的操動(dòng)機(jī)構(gòu)是關(guān)鍵部件，用來使斷路器實(shí)現(xiàn)分合閘。按照儲(chǔ)能方式的不同，主要分為液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)、彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)、電磁式操動(dòng)機(jī)構(gòu)，液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)以其輸出功率大，反應(yīng)快，可靠性高等特點(diǎn)，被普遍采用。液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)，以液壓缸為中心布置，液壓缸不僅是連接中心，也是油路集成塊。液壓缸需要承受高油壓，額定油壓50MPa左右，緩沖油壓100MPa左右，甚至更高。液壓缸需具備較高的機(jī)械強(qiáng)度以保證機(jī)械連接和承載的可靠性。目前，液壓缸一般采用鋁材或鋼材鍛制或鑄造而成，具體的結(jié)構(gòu)可參見授權(quán)公告號(hào)為CN201655571U的中國(guó)專利公開的高壓斷路器的液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)。

應(yīng)用在超/特高壓開關(guān)設(shè)備中的大功率液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)，例如中國(guó)專利（公開號(hào)為CN1808650A）公開的大功率液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中的液壓缸體積更大，額定油壓更高，接近60MPa。這種液壓缸若也采用常規(guī)的制造方法制造，存在如下弊端：

（1）采用鋁材鍛制或鑄造，如果熱處理過程控制不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致液壓缸材料的金相組織發(fā)生異常，產(chǎn)生安全隱患，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起重大故障。

（2）采用鋼材鍛制或鑄造，由于液壓缸體積很大，重量會(huì)特別重，不利于加工、運(yùn)輸和裝配。大功率液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)是安裝在超/特高壓開關(guān)筒體的法蘭上的，重量過大，不利于與之對(duì)接的超/特高壓開關(guān)筒體的受力，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐砷_關(guān)漏氣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種液壓缸制造方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中液壓缸不能兼顧機(jī)械強(qiáng)度高、重量輕的技術(shù)問題。同時(shí)本發(fā)明還提供一種液壓缸及使用該液壓缸的液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)。

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明中液壓缸制造方法的技術(shù)方案如下：液壓缸制造方法，將液壓缸分為內(nèi)缸體和外缸體進(jìn)行制造，具體包括以下步驟，1）、預(yù)制內(nèi)缸體毛坯，內(nèi)缸體毛坯為由SiC陶瓷材料制成的中空結(jié)構(gòu)，內(nèi)缸體毛坯的中空部分形成與活塞適配的活塞腔；2）、將所述內(nèi)缸體毛坯放置在鑄造模具中；3）、向鑄造模具中注入高溫液態(tài)鋁合金，對(duì)未凝固的液相鋁合金施壓，使得液相鋁合金充滿鑄造模具內(nèi)腔，外缸體毛坯制成，同時(shí)液壓缸毛坯也成型；4）、取出液壓缸毛坯，進(jìn)行機(jī)加工，使得內(nèi)缸體和外缸體尺寸符合要求。

在步驟1）中，將SiC顆粒與造孔劑、粘結(jié)劑按一定比例混合均勻后燒結(jié)，制成具有孔隙的所述內(nèi)缸體毛坯。

在步驟4）中，于機(jī)加工之前，對(duì)液壓缸毛坯進(jìn)行熱處理。

在進(jìn)行步驟3）之前，在所述鑄造模具中放置預(yù)先制造好的油道型芯，以通過所述油道型芯在鑄造過程中鑄造出液壓缸的油道主體。

所述油道型芯以石英玻璃為基體，與礦化劑、增塑劑按一定比例混合均勻后燒結(jié)而成。

使用上述的液壓缸制造方法制造的液壓缸的技術(shù)方案：

液壓缸，包括外缸體、位于外缸體內(nèi)部的內(nèi)缸體，內(nèi)缸體由SiC陶瓷材料制成且其上設(shè)有與活塞適配的活塞腔，外缸體由鋁合金鑄造而成，外缸體上設(shè)有油道。

內(nèi)缸體上具有供鋁合金液體滲入的孔隙結(jié)構(gòu)。

沿活塞的運(yùn)動(dòng)方向，所述內(nèi)缸體的長(zhǎng)度與外缸體長(zhǎng)度相等，所述活塞腔形成供活塞上下運(yùn)動(dòng)的活塞腔整體。

所述內(nèi)缸體的沿活塞的運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度小于外缸體的長(zhǎng)度，所述內(nèi)缸體內(nèi)的活塞腔形成活塞的緩沖腔，外缸體內(nèi)于內(nèi)缸體上側(cè)設(shè)有上下貫通的活塞孔，所述活塞孔與所述緩沖腔上下對(duì)應(yīng)并一起形成供活塞上下運(yùn)動(dòng)的活塞腔整體。

本發(fā)明液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)采用如下技術(shù)方案：

液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括液壓缸，液壓缸包括外缸體、位于外缸體內(nèi)部的內(nèi)缸體，內(nèi)缸體由SiC陶瓷材料制成且其上設(shè)有與活塞適配的活塞腔，外缸體由鋁合金鑄造而成，外缸體上設(shè)有油道。

內(nèi)缸體上具有供鋁合金液體滲入的孔隙結(jié)構(gòu)。

沿活塞的運(yùn)動(dòng)方向，所述內(nèi)缸體的長(zhǎng)度與外缸體長(zhǎng)度相等，所述活塞腔形成供活塞上下運(yùn)動(dòng)的活塞腔整體。

所述內(nèi)缸體的沿活塞的運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度小于外缸體的長(zhǎng)度，所述內(nèi)缸體內(nèi)的活塞腔形成活塞的緩沖腔，外缸體內(nèi)于內(nèi)缸體上側(cè)設(shè)有上下貫通的活塞孔，所述活塞孔與所述緩沖腔上下對(duì)應(yīng)并一起形成供活塞上下運(yùn)動(dòng)的活塞腔整體。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明將整個(gè)液壓缸的缸體分為內(nèi)缸體和外缸體兩部分，其中內(nèi)缸體采用SiC陶瓷材料預(yù)制成型，內(nèi)缸體是與活塞配合使用的。然后在內(nèi)缸體基礎(chǔ)上擠壓鑄造出鋁合金材質(zhì)的外缸體，外缸體與內(nèi)缸體形成結(jié)合為一體的結(jié)構(gòu)。相當(dāng)于內(nèi)缸體是鋁合金基復(fù)合材料，具備接近鋼材的強(qiáng)度和剛度，且密度小、耐磨損，供活塞在其內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，能夠承載額定油壓及緩沖油壓。外缸體不需要承載較高的油壓，因而采用了鋁合金材質(zhì)，使得液壓缸的整體質(zhì)量比整體采用鋼材的液壓缸降低70%左右，可以大幅度降低產(chǎn)品重量，便于加工、運(yùn)輸和裝配，進(jìn)一步地改善了與液壓缸對(duì)接的超/特高壓開關(guān)筒體的受力，提高了機(jī)械連接的可靠性。外缸體采用擠壓鑄造工藝，可以獲得致密均勻的組織，消除氣孔和縮松等鑄造缺陷。外缸體同時(shí)存在高壓凝固和塑性變形，相當(dāng)于鍛造方法，使其具備良好的力學(xué)性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明液壓缸制造方法的實(shí)施例1的示意圖；

圖2是采用本發(fā)明液壓缸制造方法的實(shí)施例1制成的液壓缸的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明液壓缸制造方法的實(shí)施例2的示意圖；；

圖4是采用本發(fā)明液壓缸制造方法的實(shí)施例2制成的液壓缸的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1~4中各標(biāo)記對(duì)應(yīng)的名稱：1、內(nèi)缸體毛坯，11、活塞腔，2、外缸體毛坯，21、第一油道型芯，22、第二油道型芯，23、第三油道型芯，24、第四油道型芯，25、輔助型芯，3、鑄造模具，4、壓頭，5、內(nèi)缸體，51、內(nèi)孔，6、外缸體，61、第一油道，62、第二油道，63、第三油道，64、第四油道，65、連通孔，66、連接螺紋孔，67、活塞孔。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明液壓缸制造方法的實(shí)施例1：如圖1-2所示，液壓缸制造方法的主要構(gòu)思是將液壓缸分為內(nèi)缸體5和外缸體6進(jìn)行制造，先制內(nèi)缸體，然后在內(nèi)缸體的基礎(chǔ)上制造外缸體，液壓缸由兩者復(fù)合而成。具體包括以下步驟，1）、預(yù)制內(nèi)缸體毛坯1，內(nèi)缸體毛坯1為由SiC陶瓷材料制成的中空結(jié)構(gòu)，內(nèi)缸體毛坯1的中空部分形成與活塞適配的活塞腔11。將SiC顆粒與造孔劑、粘結(jié)劑按一定比例混合均勻后燒結(jié)，制成具有孔隙的內(nèi)缸體毛坯。內(nèi)缸體毛坯1為中空柱狀。需要說明的是，SiC為碳化硅。

2）、預(yù)制油道型芯，油道型芯以石英玻璃為基體，與礦化劑、增塑劑按一定比例混合均勻后燒結(jié)而成。油道型芯為陶瓷材料的型芯。根據(jù)不同的油道形狀，分別制造相應(yīng)的油道型芯，記為第一油道型芯21，第二油道型芯22，第三油道型芯23，第四油道型芯24。以通過設(shè)置油道型芯在后序的鑄造過程中鑄造出液壓缸的油道主體，油道主體也即尺寸精度相對(duì)較高的毛坯，但還是需通過后序的加工才能制得合格的油道。

3）、將內(nèi)缸體毛坯放置在鑄造模具中，然后將各油道型芯按照實(shí)際油道的位置關(guān)系放置好。在放入之前對(duì)內(nèi)缸體和油道型芯進(jìn)行預(yù)熱處理，鑄造模具也進(jìn)行預(yù)熱處理。鑄造模具3的結(jié)構(gòu)為現(xiàn)有技術(shù)，可以采用對(duì)開式的。另外，內(nèi)缸體毛坯及油道型芯的放置方法，也屬于現(xiàn)有技術(shù)，在擠壓鑄造工藝中，已經(jīng)很成熟。向鑄造模具3的鑄型中注入高溫液態(tài)鋁合金，利用壓頭4對(duì)未凝固的液相鋁合金施壓，施壓方向如圖1中箭頭所示，使得液相鋁合金充滿鑄造模具內(nèi)腔。保壓至完全凝固，外缸體毛坯2制成，同時(shí)液壓缸毛坯也成型。

4）、取出液壓缸毛坯，對(duì)液壓缸毛坯進(jìn)行熱處理，消除內(nèi)應(yīng)力。

5）、進(jìn)行機(jī)加工，使得內(nèi)缸體和外缸體尺寸符合要求。具體地，機(jī)加工包括如下的工序，精加工液壓缸臺(tái)階內(nèi)孔及液壓缸外形，以使其尺寸符合設(shè)計(jì)要求。加工液壓缸上的連接螺紋孔66。鑄造出來的油道主體，還不是最終的油道，還需要進(jìn)一步處理。鉸制鑄造出來的油道主體，使其內(nèi)徑符合設(shè)計(jì)的油道尺寸，合格的油道對(duì)應(yīng)的為第一油道61、第二油道62、第三油道63、第四油道64。各油道的直徑范圍為12~35mm。加工需要連通的部分，例如內(nèi)缸體內(nèi)孔51與其中第一油道需要連通，加工連通孔65?；钊辉诩庸こ蓛?nèi)孔51后，形成最終的活塞腔整體。

內(nèi)缸體為SiC增強(qiáng)鋁合金基復(fù)合材料，能獲得接近鋼材的強(qiáng)度和剛度，還具有密度小、耐磨損等優(yōu)點(diǎn)。在高壓狀態(tài)下，液態(tài)鋁合金浸滲到預(yù)制內(nèi)缸體中，由于復(fù)合材料中基體與顆粒之間存在著浸潤(rùn)性，擠壓鑄造法制備出的復(fù)合材料界面結(jié)合性好、結(jié)構(gòu)致密，能獲得比鋁合金基體更小的密度、更高的強(qiáng)度和剛度。

外缸體采用擠壓鑄造方式能獲得良好的組織和力學(xué)性能。在高壓的作用下，鑄造外缸體形成致密組織，完全消除了氣孔和縮松等鑄造缺陷；由于同時(shí)存在高壓凝固和塑性變形，相當(dāng)于鍛造方法，使外缸體具有良好的力學(xué)性能。

油道型芯為陶瓷材料，具有耐高溫、與合金元素高溫不相容和熱線膨脹系數(shù)較小等特性，鑄造成型的油道能保證較高的尺寸精度，減少了機(jī)加工量，提高了工作效率。

上述制造方法中，內(nèi)缸體的最小直徑選為35~70mm，最小壁厚選為20~40mm。外缸體的最大外徑尺寸為450mm~600mm。

本發(fā)明的液壓缸制造方法實(shí)施例2：

如圖3~4所示，與實(shí)施例1的區(qū)別在于，內(nèi)缸體的長(zhǎng)度。在實(shí)施例1中，內(nèi)缸體毛坯做的較長(zhǎng)，定義沿活塞的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)殚L(zhǎng)度方向，使得最終的內(nèi)缸體的長(zhǎng)度與外缸體長(zhǎng)度相等，活塞腔長(zhǎng)度夠長(zhǎng)而直接形成供活塞上下運(yùn)動(dòng)的活塞腔整體。由于液壓缸受力情況最惡劣的部分出現(xiàn)在緩沖腔，因此，可以將內(nèi)缸體毛坯1的長(zhǎng)度做的短些，內(nèi)缸體毛坯1也是為中空的圓柱，內(nèi)部設(shè)有活塞腔11，活塞腔11在加工后形成內(nèi)孔51。內(nèi)缸體內(nèi)孔51形成緩沖腔，而不是活塞腔整體。內(nèi)缸體5的長(zhǎng)度小于外缸體6的長(zhǎng)度，外缸體內(nèi)于內(nèi)缸體上側(cè)設(shè)有上下貫通的活塞孔67，活塞孔與緩沖腔上下對(duì)應(yīng)并一起形成供活塞上下運(yùn)動(dòng)的活塞腔整體。那么在具體制造的時(shí)候，需要再設(shè)置一個(gè)輔助型芯25，輔助型芯放置在內(nèi)缸體毛坯的上側(cè)，用于在鑄造的時(shí)候形成活塞孔67的活塞毛坯孔，活塞毛坯孔在鑄造結(jié)束后進(jìn)行機(jī)加工而成活塞孔67。

在上述各實(shí)施例中，制造的液壓缸是針對(duì)液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)用的，因此，所設(shè)置油道的規(guī)格及布置方式是具體到某一產(chǎn)品的，但是，本發(fā)明的制造方法，并不局限于液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)中使用的液壓缸，也可用于制造其他領(lǐng)域的液壓缸。油道的布置方式可以根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品而設(shè)計(jì)。

在其他實(shí)施例中，也可在擠壓鑄造過程中，不設(shè)置油道型芯，而是在液壓缸毛坯上加工出相應(yīng)的油道。或者也可采用其他材料制成的型芯，例如常用的砂芯。

本發(fā)明液壓缸的實(shí)施例1，液壓缸的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于上述的液壓缸的制造方法實(shí)施例1，也即按照方法實(shí)施例1制造出的液壓缸結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)不再詳述，參見圖1~2。

本發(fā)明液壓缸的實(shí)施例2，液壓缸的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于上述的液壓缸的制造方法實(shí)施例2，也即按照方法實(shí)施例2制造出的液壓缸結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)不再詳述，參見圖3~4。

本發(fā)明液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的實(shí)施例1，液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)包括液壓缸的實(shí)施例1中的液壓缸。本發(fā)明液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的實(shí)施例2，液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)包括液壓缸的實(shí)施例2中的液壓缸。液壓彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)不再詳述。