一种液压缸、该液压缸缸筒和活塞杆的成型工艺

技术领域

本发明涉及液压设备技术领域，具体涉及一种液压缸、该液压缸缸筒和活塞杆的成型工艺。

背景技术

液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动（或摆动运动）的液压执行元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去设置减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。

传统机械液压设备中液压缸多使用高强度钢，而在对质量有要求的设备中，液压缸的材料通常会更换为低密度的合金来降低液压缸的质量，但是当前的液压缸生产制造工艺较难使液压缸满足轻质高强的要求，因此轻质的液压缸结构强度通常较低，在使用一段时间后会出现活塞杆断裂的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液压缸、该液压缸缸筒和活塞杆的成型工艺，旨在解决当前的液压缸活塞杆易断裂的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出的液压缸，包括活塞、端盖，所述液压缸还包括：

活塞杆，所述活塞杆包括高强层及导热耐磨层，所述高强层包括60~70wt%增强纤维、22~35wt%高强树脂、1~5wt%偶联剂、2~4wt%消泡剂；

所述导热耐磨层包括：60~68wt%增强纤维、15~20wt%高强树脂、3~8wt%耐磨填料、2~8wt%导热填料、0.5~2wt%偶联剂、1~3wt%消泡剂；

缸筒，所述活塞杆伸入所述缸筒内，所述缸筒包括所述高强层和所述导热耐磨层。

可选的，在本发明一实施例中，所述缸筒和/或所述活塞杆还包括过渡层，所述过渡层的两侧分别设置所述高强层和所述导热耐磨层。

可选的，在本发明一实施例中，所述过渡层包括：60~68wt%增强纤维、20~25wt%高强树脂、2~5wt%耐磨填料、2~5wt%导热填料、0.5~2wt%偶联剂、1~3wt%消泡剂。

可选的，在本发明一实施例中：

所述增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维玄武岩纤维、金属纤维中的一种或多种；

所述高强树脂为热固性树脂或热塑性树脂；

所述耐磨填料为碳化硅、氮化硅、氧化铝、石英粉、二硫化钼、氮化硼、二硫化钨、聚四氟乙烯、陶瓷粉中的一种或多种；

所述的导热填料为铝粉、石墨、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅中的一种或多种；

所述偶联剂为硅烷偶联剂、锆类偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或多种；

所述消泡剂为聚硅氧烷消泡剂。

可选的，在本发明一实施例中：

所述高强层包括70wt%的碳纤维，25wt%的热固性树脂，3wt%的硅烷偶联剂，2wt%的聚硅氧烷消泡剂；

所述导热耐磨层包括62wt%的碳纤维，20wt%的热固性树脂，8wt%的碳化硅与二硫化钼混合物，7.5wt%的石墨，0.5wt%的硅烷偶联剂，2wt%的聚硅氧烷消泡剂；

所述过渡层包括60wt%的碳纤维，25wt%的热固性树脂，5wt%的碳化硅与二硫化钼混合物，5wt%的石墨，2wt%的硅烷偶联剂，3wt%的聚硅氧烷消泡剂。

或，所述高强层包括65wt%的芳纶纤维，30wt%的热塑性树脂，2wt%的铝酸脂偶联剂，3wt%的聚硅氧烷消泡剂；

所述导热耐磨层包括68wt%的芳纶纤维，18wt%的热塑性树脂，5wt%的氮化硅和二硫化钨组合物，5wt%的铝粉和碳化硅组合物，2wt%的铝酸脂偶联剂，2wt%的聚硅氧烷消泡剂；

所述过渡层包括68wt%的芳纶纤维，20wt%的热塑性树脂，2wt%的氮化硅和二硫化钨组合物，5wt%的铝粉和碳化硅组合物，2wt%的铝酸脂偶联剂，3wt%的聚硅氧烷消泡剂。

可选的，在本发明一实施例中，在所述导热耐磨层包括碳化硅与二硫化钼组合物的结构中，碳化硅与二硫化钼质量比为10:(0.3~0.4)。

或，在所述导热耐磨层包括所述氮化硅和二硫化钨组合物的结构中，氮化硅与二硫化钨质量比为10:(0.3~0.4)。

可选的，在本发明一实施例中，所述高强层和所述导热耐磨层形成所述缸筒的筒壁，所述导热耐磨层位于所述高强层靠近所述活塞杆的一侧。

可选的，在本发明一实施例中，所述高强层的厚度范围为10~30mm，所述导热耐磨层的厚度范围为8~15mm，所述过渡层的厚度范围为3~7mm。

可选的，在本发明一实施例中，所述液压缸还包括密封件，所述密封件设置于所述端盖与所述活塞杆的连接处。

本发明还提供一种液压缸缸筒和活塞杆的成型工艺，包括：

S1、按照材料质量比例进行均匀混料，形成料浆；

S2、将纤维放入料浆进行浸润；

S3、按照预定角度均匀缠绕至模具表面，缠绕至要求厚度后停止缠绕；

S4、带模具进行固化，形成雏形产品；

S5、修整缸筒或活塞杆雏形产品的尺寸；

S6、退模并进行表面处理。

与现有技术相比，本方案至少能够实现以下有益效果。通过高强层与导热耐磨层形成油缸的缸筒和活塞杆，保证缸筒与活塞杆的轻质且结构强度高。具体的，高强层包括60~70wt%增强纤维、22~35wt%高强树脂、1~5wt%偶联剂、2~4wt%消泡剂，由上述材料制造形成的高强层与现有技术制成的缸筒相比质量减少且强度更高。导热耐磨层包括60~68wt%增强纤维、15~20wt%高强树脂、3~8wt%耐磨填料、2~8wt%导热填料、0.5~2wt%偶联剂、1~3wt%消泡剂。液压缸在工作过程中，活塞及活塞杆均会与缸筒之间产生摩擦，且缸筒内的液压油在工作一段时间后也会产生升温，因此在活塞杆及缸筒上设置导热耐磨层，以减少摩擦对于活塞杆及缸筒的磨损及高温对于液压缸产生的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。在附图中：

图1为液压缸的结构示意图；

图2为液压缸缸筒的断面结构示意图；

图3为液压缸活塞杆的断面结构示意图；

图4为液压缸缸筒的另一断面结构示意图；

图5为一种液压缸缸筒和活塞杆的成型工艺的工艺流程图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”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，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参照图1~图3，本发明提出一种液压缸，包括活塞100、端盖200，还包括：

活塞杆300，活塞杆300包括高强层400及导热耐磨层500，高强层400包括60~70wt%增强纤维、22~35wt%高强树脂、1~5wt%偶联剂、2~4wt%消泡剂；

导热耐磨层500包括：60~68wt%增强纤维、15~20wt%高强树脂、3~8wt%耐磨填料、2~8wt%导热填料、0.5~2wt%偶联剂、1~3wt%消泡剂；

缸筒700，活塞杆300伸入缸筒700内，缸筒700包括高强层400和导热耐磨层500。

通过高强层400与导热耐磨层500形成液压缸的缸筒700和活塞杆300，保证缸筒700与活塞杆300的轻质且结构强度高。具体的，高强层400包括60~70wt%增强纤维、22~35wt%高强树脂、1~5wt%偶联剂、2~4wt%消泡剂，由上述材料制造形成的高强层400与现有技术制成的缸筒700相比质量减少且强度更高。导热耐磨层500包括60~68wt%增强纤维、15~20wt%高强树脂、3~8wt%耐磨填料、2~8wt%导热填料、0.5~2wt%偶联剂、1~3wt%消泡剂。液压缸在工作过程中，活塞100及活塞杆300均会与缸筒700之间产生摩擦，且缸筒700内的液压油在工作一段时间后也会产生升温，因此在活塞杆300及缸筒700上设置导热耐磨层500，以减少摩擦对于活塞杆300及缸筒700的磨损及高温对于液压缸产生的影响。

进一步的，缸筒700和/或活塞杆300还包括过渡层600，过渡层600的两侧分别设置高强层400和导热耐磨层500，具体的，过渡层600包括：60~68wt%增强纤维、20~25wt%高强树脂、2~5wt%耐磨填料、2~5wt%导热填料、0.5~2wt%偶联剂、1~3wt%消泡剂。

由于缸筒700及活塞杆300均是通过高强层400和导热耐磨层500形成，在加工过程中，高强层400中的树脂材料与导热耐磨层500中的树脂材料在固化过程中会相互交融使二者连接紧密，但是缸体和活塞杆300在工作时，高强层400和导热耐磨层500之间会产生轴向的剪切力，在剪切力长时间的作用下，可能会导致高强层400与导热耐磨层500之间产生分离，影响液压缸的使用寿命，为此，在高强层400与导热耐磨层500之间设置过渡层600，过渡层600的材料组成既与高强层400的材料近似，同时也与导热耐磨层500的材料近似，在固化工艺中，过渡层600分别与高强层400及导热耐磨层500之间形成更好的连结结构，防止高强层400与导热耐磨层500之间产生分离。

上述材料中，增强纤维可选玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、金属纤维中的一种或多种；

高强树脂可选热固性树脂和热塑性树脂中的一种或多种；

耐磨填料可选碳化硅、氮化硅、氧化铝、石英粉、二硫化钼、氮化硼、二硫化钨、聚四氟乙烯、陶瓷粉中的一种或多种；

导热填料可选铝粉、石墨、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅中的一种或多种；

偶联剂可选硅烷偶联剂、锆类偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或多种；

消泡剂为聚硅氧烷消泡剂。

进一步的，高强层400和导热耐磨层500形成缸筒700的筒壁，导热耐磨层500位于高强层400靠近活塞杆300的一侧。此种结构的缸筒700，由导热耐磨层500与活塞100及活塞杆300进行摩擦接触，高强层400位于导热耐磨层500的外部，对液压缸的整体形成支撑，保证液压缸整体的结构强度。

进一步的，为了保证液压缸的密封性，在端盖200与活塞杆300的连接处设置密封件800。

本发明提出以下几个具体实施例：

实施例1

本实施例提供的液压缸，包括：缸筒700、活塞100、活塞杆300、端盖200、密封件800。其中，缸筒700和活塞杆300是一种碳纤维复合材料，由增强纤维、高强树脂、耐磨填料、导热填料、偶联剂、消泡剂材料组成，缸筒700和活塞杆300结构上包括高强层400、导热耐磨层500和过渡层600。

液压缸的缸筒700和活塞杆300由下述材料组成：增强纤维为碳纤维；高强树脂为热固性树脂；耐磨填料为碳化硅和二硫化钼；导热填料为石墨；偶联剂为硅烷偶联剂；消泡剂为聚硅氧烷消泡剂。

材料比例：

高强层400中，增强纤维70wt%、高强树脂25wt%、偶联剂3wt%、消泡剂2wt%；

导热耐磨层500中，增强纤维62wt%、高强树脂20wt%、耐磨填料8wt%、导热填料7.5wt%、偶联剂0.5wt%、消泡剂2wt%；

过渡层600中，增强纤维60wt%、高强树脂25wt%、耐磨填料5wt%、导热填料5wt%、偶联剂2wt%、消泡剂3wt%。

结构厚度高强层400的厚度为30mm；导热耐磨层500的厚度为8mm；导热耐磨过渡层600的厚度为7mm。

液压缸的缸筒700和活塞杆300的成型工艺是缠绕成型，缠绕角度45°。按照材料质量比例将材料混合均匀，将纤维均匀浸润材料后按照缠绕角度均匀缠绕至缸筒700或活塞杆300的成型模具表面，缠绕至要求厚度后停止缠绕，按照材料特性带模具固化。充分固化后，利用数控加工设备加工至要求尺寸。退模。进行表面后处理后结束。

液压缸中的封头与油缸活塞杆300间设有密封件800。

实施例2

本实施例提供的液压缸，包括：缸筒700、活塞100、活塞杆300、端盖200、密封件800。其中，缸筒700和活塞杆300是一种芳纶纤维复合材料，由增强纤维、高强树脂、耐磨填料、导热填料、偶联剂、消泡剂材料组成，缸筒700和活塞杆300结构上包括高强层400、导热耐磨层500和导热耐磨过渡层600。

液压缸的缸筒700和活塞杆300材料组成：增强纤维为芳纶纤维；高强树脂为热塑性树脂；耐磨填料氮化硅和二硫化钨；导热填料铝粉和碳化硅；偶联剂为铝酸酯偶联剂；消泡剂为聚硅氧烷消泡剂。

材料比例：

高强层400中：65wt%增强纤维、30wt%高强树脂、2wt%偶联剂、3wt%消泡剂；

导热耐磨层500中：68wt%增强纤维、18wt%高强树脂、5wt%耐磨填料、5wt%导热填料、2wt%偶联剂、2wt%消泡剂；

过渡层600中：68wt%增强纤维、20wt%高强树脂、2wt%耐磨填料、5wt%导热填料、2wt%偶联剂、3wt%消泡剂。

高强层400的厚度为20mm；导热耐磨层500的厚度为15mm；导热耐磨过渡层600的厚度为3mm。

缸筒700和活塞杆300材料的成型工艺是缠绕成型，缠绕角度60°。按照材料质量比例将材料混合均匀，将纤维均匀浸润材料后按照缠绕角度均匀缠绕至缸筒700或活塞杆300的成型模具表面，缠绕至要求厚度后停止缠绕，按照材料特性带模具固化。充分固化后，利用数控加工设备加工至要求尺寸。退模。进行表面后处理后结束。

实施例1与实施例2中，碳化硅与二硫化钼质量比为10:(0.3~0.4)，氮化硅与二硫化钨质量比为10:(0.3~0.4)。

导热耐磨层500中的耐磨材料选择高硬度填料和低摩擦系数的填料搭配使用，通过提高硬度和降低摩擦系数两个方面提高耐磨性能。碳化硅和氮化硅的硬度高，碳化硅硬度9.5左右，氮化硅的硬度9，提高了材料的耐磨性能；二硫化钼和二硫化钨的摩擦系数小，二硫化钼在0.05-0.09，二硫化钨的摩擦系数在0.03-0.07，具有润滑和减磨的功能，在减少摩擦系数和提高硬度两个方面，来实现更好的耐磨性能。

以常见的铝合金液压缸为对比例，对实施例1、实施例2及对比例进行密度，拉伸强度及剪切强度的测定，具体数值如下表。

参照图4，本发明还提出一种对导热耐磨层500的改进。参照图1~图3,及液压缸的具体工作方式可知，缸筒700的导热耐磨层500与活塞100之间存在频繁的摩擦，且该摩擦会产生大量的热，该摩擦热为液压缸产热的主要热源。为了防止液压缸过热，需要对此摩擦热进行散热处理，摩擦热产生于缸筒700与活塞100的接触面，因此该摩擦热有两个热传导方向，第一是由缸筒700的内壁向着外壁的方向进行传导，第二是由活塞100的边缘向着活塞100的中心处传导。从结构方面考虑，通常来讲，缸筒700的结构强度大于活塞100及活塞杆300整体的结构强度，因此，如果大量的摩擦热沿上述第二方向进行传导就会导致活塞100及活塞杆300整体过热，高温可能会导致其结构强度降低，加上频繁的摩擦工作，导致活塞100及活塞杆300容易产生断裂问题。为解决这一问题，缸筒700的导热耐磨层500分为多个子层，子层数量可以为两个或三个。

下面以设置两个子层时进行具体说明。缸筒700的导热耐磨层500分为第一子层510和第二子层520。

第一子层510中，增强纤维62wt%、高强树脂20wt%、耐磨填料7wt%、导热填料8.5wt%、偶联剂0.5wt%、消泡剂2wt%；

第二子层520中，增强纤维63wt%、高强树脂20wt%、耐磨填料6wt%、导热填料8.5wt%、偶联剂0.5wt%、消泡剂2wt%，第一子层510与第二子层520的厚度比值可以选择为1：（0.8~0.9）。

活塞100的导热耐磨层500中，增强纤维62wt%、高强树脂20wt%、耐磨填料8wt%、导热填料7.5wt%、偶联剂0.5wt%、消泡剂2wt%。

第一子层510与活塞100的导热耐磨层500直接接触，第二子层520设置在第一子层510背离活塞100的一侧，第一子层510的导热效果高于活塞100的导热效果，使得活塞100与缸筒700摩擦产生的热量优先由缸筒700的内壁向着缸筒700的外壁方向进行传导，减少热量向着活塞100的传导量，防止其因为过热导致结构强度降低。具体的，上述增强纤维、高强树脂、耐磨填料、导热填料、偶联剂、消泡剂的具体选择可以参照实施例1及实施例2中提到的具体材料。

可以理解的是，子层的数量可以设置为三层或者更多，且各子层之间的厚度也可以进行相应调整，只要能够满足较多的摩擦热量由缸筒700的内壁向着外壁的方向传递即可。

参照图5，本发明还提供了一种液压缸缸筒和活塞杆的成型工艺，包括：

S1、按照材料质量比例进行均匀混料，形成料浆；

S2、将纤维放入料浆进行浸润；

S3、按照预定角度均匀缠绕至模具表面，缠绕至要求厚度后停止缠绕；

S4、带模具进行固化，形成雏形产品；

S5、修整缸筒或活塞杆雏形产品的尺寸；

S6、退模并进行表面处理。

本发明所保护的技术方案，并不局限于上述实施例，应当指出，任意一个实施例的技术方案与其他一个或多个实施例中技术方案的结合，在本发明的保护范围内。虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。