阅读说明：本技术 一种高耐磨活塞制备装置及方法 (High-wear-resistance piston preparation device and method ) 是由 丛茜 陈廷坤 张红 马博帅 高天宇 田为军 齐迎春 王晓俊 程雪晶 于 2019-10-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高耐磨活塞制备装置及方法,制备装置包括：下模具、上模具、中心轴、铸造模具和填充模具；下模具为顶部开口的圆柱筒体,且内部底壁中央开设有圆形沉孔；中心轴的底端插入圆形沉孔内；上模具可拆卸扣合在下模具的顶部开口处,上模具开设有注入口和冒口；铸造模具环绕下模具的内壁贴合布置,且顶部与上模具的底面连接；铸造模具表面为非光滑形态；填充模具为环形结构,且具有与铸造模具对应的填充口；填充模具可拆卸扣合在下模具的顶部。本发明相对于原活塞铸造工艺,通过在活塞表面不同位置镶嵌具有高耐磨性能的材料,改善活塞与缸套之间摩擦接触,提高活塞耐磨性能,延长活塞使用寿命,提高活塞的使用经济性。(The invention discloses a device and a method for preparing a high-wear-resistance piston, wherein the preparation device comprises the following components: the device comprises a lower die, an upper die, a central shaft, a casting die and a filling die; the lower die is a cylindrical barrel with an opening at the top, and a circular counter bore is formed in the center of the inner bottom wall; the bottom end of the central shaft is inserted into the circular counter bore; the upper die is detachably buckled at the opening at the top of the lower die and is provided with an injection port and a riser; the casting mould is arranged around the inner wall of the lower mould in a fitting manner, and the top of the casting mould is connected with the bottom surface of the upper mould; the surface of the casting mould is in a non-smooth shape; the filling mould is of an annular structure and is provided with a filling opening corresponding to the casting mould; the filling mould is detachably buckled at the top of the lower mould. Compared with the original piston casting process, the invention improves the frictional contact between the piston and the cylinder sleeve, improves the wear resistance of the piston, prolongs the service life of the piston and improves the use economy of the piston by embedding materials with high wear resistance at different positions on the surface of the piston.)

一种高耐磨活塞制备装置及方法

技术领域

本发明涉及活塞制造技术领域，更具体的说是涉及一种多种非金属材料嵌合制成的高耐磨活塞加工装置及制备方法。

背景技术

活塞作为民用钻井泵、石油用泥浆泵等直线往复机构的核心零部件之一，通过活塞在缸套内的往复直线运动，达到工作目的。但由于往复直线结构的使用环境限制，活塞与缸套之间的摩擦副界面中易存在砂、石等杂质，导致活塞磨损异常，并破坏了摩擦副润滑油膜的连续性，加剧了活塞磨损，降低了活塞的使用寿命，缩短了活塞的更换周期，增加了使用成本。

据统计我国每年石油钻井行业活塞消耗量多达千万，磨损是缩短活塞使用周期的主要原因。如何提高活塞的耐磨性、延长使用寿命、降低使用成本一直是该领域追求的目标。

因此，如何提供一种用于制造高耐磨活塞的加工装置及其加工方法，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种高耐磨活塞制备装置及方法，旨在解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高耐磨活塞制备装置，包括：下模具、上模具、中心轴、铸造模具和填充模具；

所述下模具为顶部开口的圆柱筒体，且内部底壁中央开设有圆形沉孔；

所述中心轴的底端***所述圆形沉孔内；

所述上模具可拆卸扣合在所述下模具的顶部开口处，且中央开设有用于所述中心轴顶端穿过的通孔，所述上模具的顶面与所述中心轴的顶面平齐；所述上模具开设有注入口和冒口；

所述铸造模具环绕所述下模具的内壁贴合布置，且顶部与所述上模具的底面连接；所述铸造模具表面为非光滑形态；

所述填充模具为环形结构，且具有与所述铸造模具对应的填充口；所述填充模具可拆卸扣合在所述下模具的顶部。

通过上述技术方案，本发明提供了一种高耐磨活塞的制备装置，通过铸造模具和填充模具进行两次填充，形成在活塞表面不同位置镶嵌具有高耐磨性能材料的活塞，改善活塞与缸套之间摩擦接触，提高活塞耐磨性能，延长活塞使用寿命，提高活塞的使用经济性；本发明提出的制备装置原理简单、实施方便，更改非光滑形态铸造模具的结构形式，可在活塞表面不同位置具有高耐磨性材料，有助于企业进行批量化生产。

优选的，在上述一种高耐磨活塞制备装置中，所述上模具和所述填充模具均通过多个定位销与所述下模具连接。能够提高上模具、填充模具和下模具连接的稳定性，且便于拆卸和安装。

优选的，在上述一种高耐磨活塞制备装置中，所述铸造模具由多个长条的矩形体组成，且顶端与所述上模具的底面固定连接。形成纵向分布的高耐磨活塞结构。

优选的，在上述一种高耐磨活塞制备装置中，所述铸造模具为螺旋形结构，且顶端的螺旋头与所述上模具的底面固定连接。形成螺旋分布的高耐磨活塞结构。

优选的，在上述一种高耐磨活塞制备装置中，所述铸造模具由多个平行布置的环形件组成，多个所述环形件通过竖杆相互连接，且所述竖杆顶端与所述上模具的底面固定连接。形成横向分布的高耐磨活塞结构。

优选的，在上述一种高耐磨活塞制备装置中，所述填充模具为双层环形结构，所述填充口位于所述填充模具的双层结构之间。能够防止在填充时填充液溢出。

一种高耐磨活塞的加工方法，包括以下步骤：

S1、固定所述下模具，将带有所述铸造模具的所述上模具扣合在所述下模具上，将活塞制造液通过所述注入口注入所述下模具的空腔内，铸造形成具有非光滑形态的活塞基体；

S2、所述活塞基体冷却成型后，将带有所述铸造模具的所述上模具拆卸取出，将所述填充模具扣合在所述下模具上，将耐磨填充液通过所述填充口注入所述活塞基体上由所述铸造模具形成的空腔内，形成高耐磨活塞；

S3、所述高耐磨活塞冷却成型后，将所述填充模具和所述中心轴拆卸，取出所述高耐磨活塞，清除飞边。

通过上述技术方案，本发明相对于原活塞铸造工艺，通过在活塞表面不同位置镶嵌具有高耐磨性能的材料，改善活塞与缸套之间摩擦接触，提高活塞耐磨性能，延长活塞使用寿命，提高活塞的使用经济性。

优选的，在上述一种高耐磨活塞的加工方法中，所述活塞制造液为聚氨酯；所述耐磨填充液为聚乙烯或超高分子聚乙烯。由于聚氨酯材料的熔点为170～190℃，因此可选用聚乙烯(熔点为92℃)、超高分子聚乙烯(熔点为130～136℃)为高耐磨物质。

优选的，在上述一种高耐磨活塞的加工方法中，在所述上模具或所述填充模具与所述下模具扣合时，通过定位销、或螺栓、或外力施加方式使其压紧。能够提高连接结构的稳定性。

优选的，在上述一种高耐磨活塞的加工方法中，向所述注入口注入活塞制造液时，通过所述冒口是否出现液体溢出确定空腔内是否注满。能够有效对注液状态进行监控。

需要说明的是，所述耐磨填充液的熔点必须低于活塞制造液的熔点。

所述铸造模具可具有不同的结构，在活塞表面不同位置填充高耐磨材料，如纵向均匀分布、横向均匀分布、螺旋状分布等形式。

所述上模具与所述铸造模具可以是整体式结构，也可以是分体式机构，但使用过程中需要螺栓、限位销等方式连接。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种高耐磨活塞制备装置及方法，具有以下有益效果：

1、本发明提供了一种高耐磨活塞的制备装置，通过铸造模具和填充模具进行两次填充，形成在活塞表面不同位置镶嵌具有高耐磨性能材料的活塞，改善活塞与缸套之间摩擦接触，提高活塞耐磨性能，延长活塞使用寿命，提高活塞的使用经济性；本发明提出的制备装置原理简单、实施方便，更改非光滑形态铸造模具的结构形式，可在活塞表面不同位置具有高耐磨性材料，有助于企业进行批量化生产。

2、本发明相对于原活塞铸造工艺，通过在活塞表面不同位置镶嵌具有高耐磨性能的材料，改善活塞与缸套之间摩擦接触，提高活塞耐磨性能，延长活塞使用寿命，提高活塞的使用经济性。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的具有非光滑形态的活塞铸造装置的结构示意图；

图2附图为本发明提供的填充非光滑形态的铸造装置的结构示意图；

图3附图为本发明提供的下模具的结构示意图；

图4附图为本发明提供的上模具的结构示意图；

图5附图为本发明提供的填充模具的结构示意图；

图6附图为本发明提供的纵向具有均匀分布高耐磨物质的耐磨活塞结构示意图；

图7附图为本发明提供的圆周方向具有螺旋均匀分布高耐磨物质的耐磨活塞结构示意图；

图8附图为本发明提供的横向具有均匀分布高耐磨物质的耐磨活塞结构示意图。

其中：

1-下模具；

11-圆形沉孔；

2-上模具；

21-通孔；

22-注入口；

23-冒口；

3-中心轴；

4-铸造模具；

5-填充模具；

51-填充口；

6-定位销；

7-活塞基体；

8-高耐磨活塞。

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做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。

实施例1：

参见附图1至附图6，本发明实施例公开了一种高耐磨活塞制备装置，包括：下模具1、上模具2、中心轴3、铸造模具4和填充模具5；

下模具1为顶部开口的圆柱筒体，且内部底壁中央开设有圆形沉孔11；

中心轴3的底端***圆形沉孔11内；

上模具2可拆卸扣合在下模具1的顶部开口处，且中央开设有用于中心轴3顶端穿过的通孔21，上模具2的顶面与中心轴3的顶面平齐；上模具2开设有注入口22和冒口23；

铸造模具4环绕下模具1的内壁贴合布置，且顶部与上模具2的底面连接；铸造模具4表面为非光滑形态；

填充模具5为环形结构，且具有与铸造模具4对应的填充口51；填充模具5可拆卸扣合在下模具1的顶部。

为了进一步优化上述技术方案，上模具2和填充模具5均通过多个定位销6与下模具1连接。

为了进一步优化上述技术方案，铸造模具4由多个长条的矩形体组成，且顶端与上模具2的底面固定连接。

为了进一步优化上述技术方案，填充模具5为双层环形结构，填充口51位于填充模具5的双层结构之间。

本发明的铸造原理为：

在铸造过程中，中心轴3放置于下模具1底端的圆形沉孔11内，具有非光滑形态的铸造模具5的上模具2放置于下模具1上端，通过中心轴3、定位销6进行连接，通过上模具2的注入口22可完成具有非光滑形态的活塞基体7的铸造。替换具有非光滑形态的铸造模具4的上模具2，将填充模具5通过定位销6与下模具1连接，并在活塞表面非光滑形态内填充高耐磨材料。

实施例2：

参见附图7，本实施例于实施例1的不同之处在于：铸造模具4为螺旋形结构，且顶端的螺旋头与上模具2的底面固定连接。

其它结构和铸造原理均与实施例1相同，在此不再赘述。

实施例3：

参见附图8，本实施例于实施例1的不同之处在于：铸造模具4由多个平行布置的环形件组成，多个环形件通过竖杆相互连接，且竖杆顶端与上模具2的底面固定连接。

其它结构和铸造原理均与实施例1相同，在此不再赘述。

实施例4：

本发明实施例公开了一种高耐磨活塞的加工方法，包括以下步骤：

S1、固定下模具1，将带有铸造模具4的上模具2扣合在下模具1上，将活塞制造液通过注入口22注入下模具1的空腔内，铸造形成具有非光滑形态的活塞基体7；

S2、活塞基体7冷却成型后，将带有铸造模具4的上模具2拆卸取出，将填充模具5扣合在下模具1上，将耐磨填充液通过填充口51注入活塞基体7上由铸造模具4形成的空腔内，形成高耐磨活塞8；

S3、高耐磨活塞8冷却成型后，将填充模具5和中心轴3拆卸，取出高耐磨活塞8，清除飞边。

为了进一步优化上述技术方案，活塞制造液为聚氨酯；耐磨填充液为聚乙烯或超高分子聚乙烯。

为了进一步优化上述技术方案，在上模具2或填充模具5与下模具1扣合时，通过定位销、或螺栓、或外力施加方式使其压紧。

为了进一步优化上述技术方案，向注入口22注入活塞制造液时，通过冒口23是否出现液体溢出确定空腔内是否注满。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。