[发明专利]一种具有仿生微结构表面特征的柱塞泵用柱塞及其制备工艺

说明书

本发明提供一种具有仿生微结构表面特征的柱塞泵用柱塞及其制备工艺，属于液压传动技术领域。该柱塞包括左旋螺旋沟槽和右旋螺旋沟槽，从柱塞端面倒角处开起并设置在柱塞外圆柱面的1/3长度处，在柱塞外圆柱面形成具有仿生微结构表面特征的仿生表面；左旋螺旋沟槽和右旋螺旋沟槽通过柱塞端面倒角处开设的油槽口与缸体内油腔相连通，柱塞运动过程中可以在柱塞‑铜套间形成有效的润滑、冷却和密封油膜，从而改善柱塞副的润滑性能和摩擦特性。本发明通过车床车削的方法在柱塞外圆柱面加工出仿生微结构表面特征，具有加工过程简单方便、成本低廉、简洁实用等优点。

技术领域：

本发明属于液压传动技术领域，具体涉及一种具有仿生微结构表面特征的柱塞泵用柱塞及其制备工艺。

背景技术：

在液压传动领域中，轴向柱塞泵因具有优越的性能而被广泛使用。轴向柱塞泵的工作原理是利用柱塞在缸体内往复运动所产生的容积变化来进行吸油和排油。在柱塞泵关键组成部件中，柱塞-铜套副的润滑、密封以及表面接触情况对柱塞泵的工作效能和使用寿命有着重要的影响。因此，对柱塞-铜套副进行合理的设计对改善柱塞泵的性能有着至关重要的作用。

研究人员针对轴向柱塞副存在的一些问题进行了大量的研究。有些通过改变柱塞或铜套的材料来改善柱塞副的接触性能；也有通过在柱塞表面加工出仿生微造型改善柱塞副的润滑和摩擦磨损特性。如中国专利CN103867432A公开了一种具有仿生非光滑表面的高压海水柱塞泵柱塞摩擦副，通过在柱塞副摩擦表面加工出通孔和凹坑状单元体形成的仿生非光滑表面，改善柱塞副的润滑特性、承载特性以及摩擦磨损特性。实践证明，通过仿生学的方法在物体表面加工出仿生结构，有利于改善其表面性能。本发明通过仿生鲨鱼盾鳞的菱形肋条状结构，在柱塞表面加工出仿生微结构表面特征，达到改善柱塞副的润滑性能和摩擦特性的效果。同时，确定该柱塞的制备工艺。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种具有仿生微结构表面特征的柱塞泵用柱塞及其制备工艺。通过该柱塞可以在保证柱塞副良好密封性的同时，有效改善柱塞泵柱塞副的润滑性能，从而达到减少柱塞与铜套之间的摩擦磨损，延长柱塞泵使用寿命的目的。通过该制备工艺可以简洁、实用地加工出所需的具有仿生微结构表面特征的柱塞。本发明主要是通过仿生鲨鱼盾鳞的菱形肋条状结构，利用车床车削的方法，在柱塞表面加工出具有仿生微结构表面特征的仿生表面。

本发明所提供的一种具有仿生微结构表面特征的柱塞泵用柱塞包括左旋螺旋沟槽7和右旋螺旋沟槽8；所述左旋螺旋沟槽7和所述右旋螺旋沟槽8，从所述柱塞4端面倒角处开起并设置在所述柱塞4外圆柱面的1/3长度处；所述左旋螺旋沟槽7和所述右旋螺旋沟槽8的截面形状为矩形或半圆形，其在柱塞表面的宽度或直径为0.1—0.5mm，左螺旋角度为β₁，右螺旋角度为β₂，β₁和β₂的取值范围为20—40°；所述左旋螺旋沟槽7和所述右旋螺旋沟槽8从所述柱塞4端面同一起点处开起，并且所述左旋螺旋沟槽7及所述右旋螺旋沟槽8的沟槽起点均匀分布在所述柱塞4端面的整个圆周面上；所述沟槽起点为8个、9个或10个，所述沟槽起点与所述柱塞4端面圆心的连线与所述柱塞4端面圆的水平中心线的夹角α为45°或40°或36°。所述左旋螺旋沟槽7和所述右旋螺旋沟槽8在所述柱塞4外圆柱面的1/3长度处形成具有仿生微结构表面特征的仿生表面。

在柱塞泵工作时，所述左旋螺旋沟槽7和所述右旋螺旋沟槽8形成具有仿生微结构表面特征的仿生表面始终位于所述铜套3的内部，保证了柱塞副具有良好的密封性。同时，所述左旋螺旋沟槽7和所述右旋螺旋沟槽8通过所述柱塞4端面倒角处开设的油槽口与缸体2内腔相连通，当所述柱塞4在所述缸体2中进行往复运动时，缸体2内腔的高压油可以通过所述柱塞4端面倒角处开设的油槽口进入所述左旋螺旋沟槽7和所述右旋螺旋沟槽8，在柱塞-铜套间形成有效的润滑、冷却和密封油膜，从而改善柱塞副的润滑特性。

本发明所提供的一种具有仿生微结构表面特征的柱塞泵用柱塞是通过以下制备工艺制备的：