用于液力制动器的活塞及其制造方法

摘要

本发明涉及一种用于液力制动器的活塞(1)，该活塞在成形过程中由金属原材料--特别是由扁平的板材--制成，该活塞设计成具有纵向轴线(2)、壁部(3)和底部(4)的、单侧开口的罐体，该活塞在开口的端面上由带有可贴靠在制动块上的轴向贴合面(A)的边缘的界定。所述底部具有基本上为平面的外表面，底部壁厚(Sb)大于壁部的最小壁厚(Sw)，在底部和壁部的过渡区中，壁部的壁厚朝向底部连续增加，使得壁部以斜坡过渡到底部。另外还涉及一种方法，该方法包括：使盘状圆坯料成形成为杯状空心筒；沿空心筒的纵向轴线镦锻该空心筒，从而通过镦锻底部材料而使底部加厚。

权利要求

1.一种用于液力制动器的活塞，

该活塞在成形过程中由金属原材料制成，

该活塞设计成具有纵向轴线、壁部和底部并且单侧开口的罐状件，

以及，该活塞在开口的端面上由带有可贴靠在制动块上的轴向贴合面的边缘界定，底部(4)具有基本上为平面的外表面(20)，底部(4)的壁厚(Sb)构造成大于壁部(3)的最小壁厚(Sw)，其特征在于，

在底部(4)和壁部(3)之间的过渡区(10)包括斜坡(12)和倒圆(13)，其中，所述倒圆(13)位于斜坡(12)和底部(4)之间并且部分地构造成底部(4)的材料中的凹部(14)，使得底部(4)在此位置处的壁厚(Sr)减小；以及在底部(4)和壁部(3)之间的过渡区(10)上，壁部(3)的壁厚(Sü)朝向底部(4)连续增加，使得壁部(3)以斜坡(12)过渡到底部(4)。

2.根据权利要求1所述的用于液力制动器的活塞，其特征在于，斜坡(12)在纵向轴线(2)上的投影长度(L)小于底部(4)壁厚(Sb)的两倍。

3.根据权利要求1所述的用于液力制动器的活塞，其特征在于，斜坡(12)相对于活塞(1)的纵向轴线(2)以大于1°的角度(α)倾斜。

4.根据权利要求1所述的用于液力制动器的活塞，其特征在于，所述倒圆(13)具有半径(R)，该半径(R)小于底部(4)的壁厚(Sb)。

5.根据权利要求1所述的用于液力制动器的活塞，其特征在于，通过成形过程使底部(4)的壁厚(Sb)增加了原材料(16)厚度(S0)的1.1倍以上。

6.根据权利要求1所述的用于液力制动器的活塞，其特征在于，底部(4)通过成形过程获得冷作硬化，该冷作硬化达到原材料(16)强度的1.3倍以上。

7.根据权利要求1所述的用于液力制动器的活塞，其特征在于，贴合面(A)大于壁部(3)在最薄位置处的横截面(Q)。

8.一种制造根据上述权利要求中任一项所述的用于液力制动器的活塞的方法，其特征在于，包括以下步骤：使盘状的圆形坯料(16)成形为具有纵向轴线(2)的杯状空心筒(15)，其中该空心筒(15)的端面由凸出弯曲的底部(4′)闭合，在一个或多个成形步骤中，沿空心筒(15)的纵向轴线(2)镦锻该空心筒(15)，使得凸出弯曲的底部(4′，4″)变平，以及通过镦锻底部材料而进行加厚，因此，完成的底部(4)的壁厚(Sb)与盘状的圆形坯料(16)相比增加了1.1倍以上。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过一个或多个成形步骤，使被镦锻的底部(4′)的径向边缘区域(18)过渡到壁部(3)，由此在过渡区(10)中形成壁部(3)的加厚部。

说明书

用于液力制动器的活塞及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于液力制动器的活塞，该活塞在成形过程中由金属原材料(特别是扁平的板材)制成，该活塞构造成单侧开口的、具有纵向轴线、壁部和底部的罐状件，该活塞在开口的端面上由具有可贴靠在制动块上的轴向贴合面的边缘界定。

背景技术

[0002] 由WO 01/02745 A1已知这种活塞。该活塞是优选通过深拉方法制成的冷成形(冷作硬化)的活塞。与浇铸的活塞相比，该活塞构造成较为薄壁(的结构)，其中原材料、壁部和底部具有同样小的壁厚。为了防止底部在被处于压力下的压力流体加载时变形，活塞外侧凸出地弯曲，因此负载使底部内产生压应力。通过底板的这种稳定的结构构型，在活塞和相应的制动缸之间形成大的余隙容积(Totraum)。此外，作用在底部上的力在活塞的壁部中传递，其中在底部和壁部之间的过渡区中形成的应力增加。为了补偿该应力，材料在该处多次地折叠。在此，已经证实这样是不利的，即材料的折叠在构型方面是特别复杂的，以及特别是在制造工具方面是成本密集的。

[0003] 由EP 1 414 613 B1已知一种制造用于液力制动器活塞的方法，该方法包括以下步骤：由一定厚度的原材料(特别是一块板材)冲裁出盘状的圆形坯料；借助凹模和凸模使坯料成形成为罐状的空心筒；以及模压罐状空心筒从而形成具有一定壁厚的底部和具有一定壁厚的筒状壁部。在此通过所进行的成形过程，活塞的壁厚相对于原材料显著减小，特别是在底部和壁部的过渡区中。为了实现足够的活塞壁厚，亦即实现足够的稳定性和坚固性，必须选择比较厚的原材料，因此提高了制造成本。

发明内容

[0004] 本发明的目的是，提出一种具有改进的液力特性并基于应力优化的结构活塞，还提出一种用于有利地制造所述活塞的方法，该方法可形成合适的应力优化的结构特征。

[0005] 根据本发明，上述目的通过权利要求1的特征部分的特征这样来实现，即底部具有基本上为平面的外表面，底部的壁厚大于壁部的最小壁厚，在底部和壁部之间的过渡区中壁部的壁厚朝向底部连续地增加，因而壁部以斜坡过渡到底部。平坦的外表面不在制动缸中形成余隙容积，由此减小了液压工作回路中的流体量，这显著改进了工作回路的刚性和动力性。所述有利的结构特征防止底部在压力加载时变形，并使底部的拉应力和弯曲应力有利地转换成活塞的壁部中的压应力。所述斜坡具有如下作用，即，使得底部的机械应力能够均匀地经由较大的横截面进入壁部，从而避免应力集中。

[0006] 本发明的一个有利的改进形式包括，斜坡在纵向轴线上的投影长度小于底部壁厚的两倍。这种几何限制使得，能够有利地向活塞传递应力，从而可避免由于不必要的壁部材料加厚而使活塞的重量过多地增加。

[0007] 为了使斜坡和壁部之间的过渡部符合应力(的要求)，该斜坡相对于活塞的纵向轴线以大于1°的角度倾斜。

[0008] 在本发明的另一实施形式中，在斜坡和底部之间设有倒圆。此措施用于符合应力(要求)地构造活塞。在此，如果倒圆至少部分地设计成底部材料中的凹部，使得底部的壁厚在该位置处减小，则是特别有利的。特别是，底部的壁厚在斜坡和底部之间的过渡部中减小致使，表面附近的拉应力分布在底部的整个部件横截面上，由此减轻斜坡的负荷。

[0009] 这样加强该效果，使过渡区的半径小于底部壁厚。

[0010] 通过由成形过程使底部壁厚增加了原材料厚度的1.1倍以上，减少了制造成本。由此，可使用厚度较小的原材料。此外，因为底部通过成形过程获得比原材料的强度大1.3倍多的冷作硬化，所以原材料可比较软。这两个特征使得制造成本和工具成本(Werkzeugkosten)都很低。

[0011] 为了防止活塞的开口的端面上的变形和过载，在本发明的另一实施例中，边缘的贴合面大于壁部在最薄位置处的横截面。

[0012] 一种用于制造活塞的方法，包括以下步骤：

[0013] -使盘状圆形坯料成形成为具有纵向轴线的杯状空心筒，其中空心筒的端面由凸出弯曲的底部闭合，

[0014] -在一个或多个成形步骤中，沿空心筒的纵向轴线镦锻该空心筒，使得凸出弯曲的底部变平，通过镦锻底部材料而使该底部加厚，因此完成的底部的壁厚与原材料相比增加了1.1倍以上。

[0015] 在使用该方法时，在基本上不包括整个空心筒的情况下，通过镦锻底部以有利的方式增加底部的壁厚。底部和从底部到壁部的过渡区在此通过成形而得到冷作硬化。因此可以减小原材料的厚度从而减小原材料的下脚料，这样便降低了制造成本。

[0016] 当通过一个或多个拉伸成形步骤使被镦锻的底部的边缘区域过渡到壁部，并由此在过渡区内形成壁部的加厚部时，此方法特别有利。

附图说明

[0017] 本发明的其它细节由根据说明的附图给出。

[0018] 在附图中：

[0019] 图1示出根据本发明的活塞的剖视图；

[0020] 图2示出图1的活塞的放大部分；和

[0021] 图3从a)至f)示出整个成形过程的主要步骤。

具体实施方式

[0022] 在图1中示出根据本发明的活塞1的纵向剖视图。该关于纵向轴线2旋转对称的活塞1构造成具有壁部3和底部4的、单侧开口的罐状件，其中该罐状件在开口的端面上由具有轴向贴合面A的边缘5界定，该贴合面可贴靠在未示出的制动块上。边缘5一体地形成于壁部3上，其中贴合面A大于壁部3在最薄位置处的横截面Q。此外，在活塞1的外侧8中在靠近边缘5处挤压出/修整出环绕的凹槽6，该凹槽6在安装状态下用于接纳未示出的密封环。挤压出的凹槽的轮廓环绕经过壁部3的整个横截面，在活塞1的内侧9上形成台肩7。在台肩7上夹持有未示出的制动块的背板的衬块支持弹簧，以该支持弹簧将制动块固定在活塞1上。在底部4的平坦的外表面20中压印出最小的余隙容积19，由此改进液力系统的通风。

[0023] 在壁部3向底部4过渡处设置有过渡区10，该过渡区在图2中放大示出。在活塞1的内侧9上、在过渡区10上设置有壁部3的材料加厚部11。该材料加厚部这样设计，使得在这里壁部3的壁厚Sü朝向底部4增加，这样壁部3以斜坡12过渡到底部4。在此，斜坡12相对于活塞1的纵向轴线2成大于1°的角度α。因为材料加厚部11和由此形成的斜坡12用于优化在过渡区10中的应力分布，所以为了不使活塞1的重量由于不必要地应用材料而提高，限制过渡区10上的斜坡12的大小是合适的。

[0024] 因此，斜坡在纵向轴线2上的投影长度L小于底部4壁厚Sb的两倍，优选与底部4的壁厚Sb的量级相同。此外，在斜坡12和底部4之间设置有倒圆13，该倒圆部分地构造成底部4的材料中的凹部14。这样在活塞底部中进行压印致使，在底部4的该位置处具有小于壁厚Sb的壁厚Sr。具体地，倒圆13具有半径R，其中该半径R小于底部4的壁厚Sb。但也可设想从斜坡到底部的过渡部不设置凹部，而是构造半径可变(的结构)。

[0025] 通过成形过程，底部的壁厚优选增加了约为原材料厚度S0的1.1至1.6倍，而相对于原材料，底部硬化约1.3倍。取决于成形过程，底部在成形后也可具有提高的强度，特别是原材料的1.3至2.5倍。

[0026] 这种活塞1被用在液力制动系统中，其中该活塞轴向可移动地支承在制动钳的孔中，该活塞的底部在孔中被液压流体加载。如果进行制动，则活塞在压力加载下移动，并将制动块推向制动盘/摩擦盘。这在制动盘和制动块之间产生法向力以及摩擦力。

[0027] 通过成形、特别是冷成形来制造该活塞。图3a-f中示出了整个成形过程的主要步骤。从优选为板材并且通常是滚压的带状件的原材料冲裁出盘状坯料16。在此坯料16的厚度S0等于原材料的厚度(图3a)。

[0028] 在一个或多个深拉过程中，由盘形坯料16形成具有外径D1的杯状空心筒15，该空心筒在端面上由凸出弯曲的、类似于半球形的底部4′的闭合。在此，空心筒15的壁厚Sw基本上等于坯料16的厚度S0，而外径D1大于制成的活塞1的外径D2(图3b)。

[0029] 在图3c、3d和3e中示意性示出：如何形成和加厚所述凸出弯曲的、类似于半球形的底部4′。这通过镦锻底部4′来实现。这样，在底部区域中形成材料积聚。将具有壁厚Sb′的底部4′的仍不平的位置展平。通过变薄拉深，使得外径D1减小到D2′。由此，未完成的底部4′的径向边缘区域18过渡到壁部，并在该处形成材料加厚部11。在进一步校准和拉伸的成形步骤中，活塞1变成具有外径D2、壁部3的壁厚Sw和变平的底部4的壁厚Sb的最终的平的形式。此外，通过合适的附加成形步骤能够减小壁厚Sw，从而使该壁部符合活塞需求。

[0030] 附图标记列表：

[0031] 1活塞 10过渡区

[0032] 2纵向轴线 11材料加厚部

[0033] 3壁部 12斜坡

[0034] 4底部 13倒圆

[0035] 4′底部 14凹部

[0036] 4″底部 15空心筒

[0037] 5边缘 16坯料

[0038] 6凹槽 17外表面

[0039] 7台肩 18径向边缘区域

[0040] 8外侧 19余隙容积

[0041] 9内侧 20外表面

[0042] A贴合面

[0043] L斜坡12的投影长度

[0044] Q横截面

[0045] D1未完成的活塞的外径

[0046] D2’未完成的活塞的外径

[0047] D2活塞外径

[0048] R斜坡-底部过渡区中的半径

[0049] S0原材料厚度

[0050] Sw壁部的壁厚

[0051] Sb底部的壁厚

[0052] Sb′未完成的底部的壁厚

[0053] Sr底部的减小的壁厚

[0054] Sü壁部在过渡区中的壁厚

[0055] α角度