往復型壓縮機的製作方法

2023-06-07 12:57:56

專利名稱：往復型壓縮機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於汽車空調機的往復型壓縮機，更具體地說涉及對形成缸筒的缸體的可滑動性的改進。
往復型壓縮機廣泛地用於例如汽車空調機中，在往復型壓縮機中，如

圖1所示的日本專利公開No.62-51776中所公開的一種斜盤型壓縮機(以下簡稱壓縮機)的結構如下。平行於軸心在兩缸體10、12中形成許多缸筒8，斜盤16安裝在由缸體10、12支承的驅動軸14上。一活塞15通過頂球13錨定在斜盤16上，並且活塞15被支承於缸筒8中，從而使其可根據斜盤16的傾斜度往復運動。在兩缸體10、12外側，前後殼體22、24通過閥盤由螺栓26聯接，螺栓26從兩缸體10、12中穿過。在前、後殼體22、24中設有通過閥盤中的吸入口與缸筒8相通的吸入腔1、2，還設有通過閥盤中的排出口與缸筒8相通的排出腔3、4。
在這種壓縮機中，當驅動軸14轉動時，斜盤16轉動並同時根據斜盤16的傾斜度而擺動。由於這種擺動運動，活塞15在缸筒8中往復運動。這樣，吸入腔1、2中的製冷空氣被吸入缸筒8中並被壓縮。然後，致冷空氣被排入排出腔3、4中。
然而，缸體10、12通常由鋁合金例如ADC12(JIS H5302，1990)製成。很顯然在惡劣運行條件下活塞15與缸筒8之間的可滑動性不能令人滿意。
本發明所要解決的問題就是保證在惡劣運行條件下活塞和缸筒之間的可滑動性。
為了解決上述問題，本發明提供了一種具有良好的可滑動性和抗磨性的往復型壓縮機及其製造方法。
本發明概述如下。
(1)一種具有良好的可滑動性和抗磨性的往復型壓縮機，包括一缸體，其中設有多個缸筒和一個活塞，當驅動軸轉動時，所述活塞在所述缸筒中往復運動，其中所述缸體由鋁合金構成，這種鋁合金按重量百分比的化學成分為1.5至5.0%的Cu，13於16%的Si，小於或等於0.5%的Mg，小於或等於1.0%的Zn，小於或等於1.0%的Fe，其餘的為Al，所述缸臂的內表面上具有初生Si晶體的暴露部分和所述初生Si晶體的鱗狀剝落凹部。
(2)這種壓縮機具有根據第(1)項的良好的可滑動性和抗磨性，其中所述缸筒內表面上的所述初生Si晶體的所述暴露部分面積比率為10至60%。
(3)這種壓縮機具有根據第(1)項的良好的可滑動性和抗磨性，其中，所述缸筒內表面上的所述初生Si晶體的鱗狀剝落凹處為凹形並用作貯油點。
(4)一種用於生產具有良好的可滑動性和抗磨性的往復型壓縮機的方法，該壓縮機包括一缸體，其中具有多個缸筒和一個活塞，當驅動軸轉動時，所述活塞在所述缸筒中往復運動，該方法包括如下步驟用壓鑄的方法生產所述由鋁合金製成的缸體，鋁合金按重量百分比的化學成分為1.5至5.0%的Cu，13至16%的Si，等於或小於0.5%的Mg，等於或小於1.0%的Zn，等於或小於1.0%的Fe，其餘為Al，當鑄件充分冷卻後在所述缸筒的內表面上沉澱有初生Si晶體，對所述缸筒的所述內表面拋光時產生許多初生Si晶體的鱗狀剝落的凹處。
圖1為常規的斜盤型壓縮機的縱截面視圖;
圖2為200倍的顯微照片，顯示出實施例中壓縮機的缸筒的內表面的金相組織;
圖3為400倍的顯微照片，顯示出實施例中壓縮機的缸筒的內表面的金相組織;
圖4為200倍的顯微照片，顯示出比較實例中的壓縮機的缸筒的內表面的金相組織;
圖5為顯示在試驗1中活塞或缸筒的含Cu量與磨損量之間的關係的曲線圖;
圖6為顯示在試驗2中初生Si晶體的暴露部分面積比率與缸筒的磨損量之間的關係的曲線圖。
本發明可提高往復式壓縮機的活塞和缸筒內表面之間的可滑動性和抗磨損性。即，在本發明的往復式壓縮機中，缸體是由如上所述的鋁合金製成的，並且在拋光前在缸筒的內表面上沉積有大量的初生Si晶體。缸筒內表面上的大量的鱗狀剝離的凹處用作貯油點。
下面首先對根據本發明的鋁基合金的化學成分進行描述。
當Cu的重量百分比小於1.5%時，除初生Si晶體之外的基體太軟，難以保證強度。與此相反，當Cu的重量百分比大於5.0%時，基體變得太硬，不能提供本發明的作用。
當Si的重量百分比小於13%時，類似於ADC12，初生Si的含量小。因而，很難保證強度並不能提供本發明的作用。與此相反，當Si的重量百分比大於16%時，可鑄性降低。
而且，可能存在Mg，Zn和Fe雜質。本發明的第二個技術特徵是限制缸筒的內表面上的初生Si晶體的暴露部分面積比率。
暴露部分面積比率由下面的公式定義(初生Si晶體的暴露部分面積比率%)＝(表面上存在的初生Si晶體面積)×100÷(其上存在有初生Si晶體的作為結構的表面的面積)即使當進行金剛砂拋光以形成初生Si晶體的鱗狀剝離凹處時，也很難使初生Si晶體的暴露部分面積比率小於10%。當初生Si晶體的暴露部分面積比率小於10%時，殘留的初生Si晶體不能提供充分的抗磨損性。與此相反，當初生Si晶體的暴露部分的面積比率大於60%時，鱗狀凹處的量較小，從而不能提供本發明的作用。
當Cu的重量百分比為1.5-5.0%時，可形成一相對較軟的基體。因此，各自獨立地從承壓部分伸出的初生Si晶體趨於被與承壓部分接觸的止推軸承的外環推入基底材料中。因而，可很容易地使初生Si晶體的高度均勻。其結果，在本壓縮機中，由止推軸承外環作用的過盈和推力載荷適當地由大量的初生Si晶體所承受，並且在惡劣的操作條件下，可由大量的初生Si晶體承受連帶轉動運動和偏心擺動。因而，可提高承壓部分的抗磨損性。
實例下面說明本發明應用的斜盤型壓縮機(以下稱壓縮機)的一個實施例。
本發明的壓縮機與圖1中所示的常規壓縮機除了構成缸體的材料外是相同的。因而，使用相同的序號，並參照圖1說明壓縮機。
這種壓縮機的缸體10、12由鋁合金製成，這種鋁合金包括按重量百分比為2.5%的Cu，15.0%的Si，0.2%的Mg，0.5%的Zn，0.9%的Fe，其餘均為Al。這種鋁合金在表1所示條件進行壓鑄，從而形成一個整體的缸體。
表1條件項目 條件值鑄型夾力(噸) 630澆注溫度(℃) 660
鑄型溫度(℃) 130表壓(kg/cm2) 300壓實比(米/秒) 2.5至3.0冷卻時間(秒) 8.5噴丸周期(秒) 50由於本發明的鋁合金含Si量不太高，從表1所示的澆注和鑄型溫度可以理解可較容易地鑄造操作。
由壓鑄形成的本發明的鋁合金的通常的性能如表2所示。
表2性能 值凝固溫度範圍(℃) 538至610熱膨脹係數(/℃) 18.8×10-6拉伸強度(kg/mm2) 26.3延伸率(%) 1.0衝量值(kg·m/cm3) 0.4至0.7威氏硬度 85至116比重(g/cm2) 2.7根據表2所示的拉伸強度、延伸率、衝量值和威氏硬度，可理解本發明鋁合金的除初生Si晶體之外的基體相對較軟。原因是本發明的鋁合金的Cu含量相對較低。
在由這種鋁合金製成的缸體10、12中，拋光前在缸筒8的內表面上沉澱有大量初生Si晶體。對缸筒8內表面進行金剛石拋光，從而使初生Si晶體的暴露部分面積比率為15%。然後，將缸筒8裝到壓縮機上。
評述作為一個對比的實例，提供了一種壓縮機，其中缸體10、12由鋁合金ADC12製成，缸筒8中插入一燒結的襯套，其餘的部件與本發明的實施例的壓縮機相同。然後用本實施例和對比實施例的壓縮機進行實際的連續運行測試，其中轉速增加至一在活塞15和缸筒8之間引起膠著的值。在各壓縮機中，活塞15以這樣的方式構成，即由鋁合金製成的主體塗有聚四氟乙烯(PTFE)。
從測試結果得知，本發明實施例的壓縮機的膠著頻率為20%，高於對比實例的壓縮機的膠著頻率，在本實施例的壓縮機中，保留有一定量的初生Si晶體，從而具有充分的抗磨損性。
本實施例壓縮機的缸筒8的內表面的金相組織如圖2和3所示。對比實施例的壓縮機的缸筒8內表面的金相組織如圖4所示。圖2為放大200倍的顯微照片。圖3為放大400倍的顯微照片。圖4為放大200倍的顯微照片。
從圖2和3可以看出在本實施例的壓縮機的缸筒8內表面上形成有大量的細小的初生Si晶體鱗狀剝落的凹處，其中通過金剛石拋光而使初生Si晶體鱗狀剝落和掉下而形成細小的鱗狀剝落的凹處。
因而，從試驗結果可得出如下結論。在本發明實施例的壓縮機中，鱗狀剝落的凹處起貯油點的作用。因此，即使在惡劣的操作條件下，也可在活塞15和缸筒8之間提供很好的可滑動性。
在本發明實施例的壓縮機中，承壓部分10a，12a的磨損量僅為20μm。另一方面，在對比實施例的壓縮機中，承壓部分10a、12a的磨損量為150至180μm。原因如下在本發明實施例的壓縮機中，在缸體10、12中，除初生Si晶體外形成一相對較軟的基底。因此，各自獨立地從承壓部分10a、12a伸出的初生Si晶體趨於由與承壓部分10a、12a相接觸的止推軸承20的外環20b推入基底材料中。因而，易於使初生Si晶體的高度均勻一致。其結果，在這種壓縮機中，由止推軸承20的外環20b產生的過盈和推力載荷可由大量的初生Si晶體適當地支承，並且在惡劣的操作條件下可由大量的初生Si晶體適當地支承連帶轉動運動和偏心波動。
在本發明實施例的壓縮機中，與對比實例的壓縮機不同，不需在缸筒8中插入襯套，這樣有利於減輕壓縮機的重量，並可減少零部件數量。
在本發明實施例的壓縮機中，缸體10、12的熱膨脹係數與活塞的相似。因此，缸體和活塞之間的側間隙在實際操作中較穩定。
另外，在本發明實施例的壓縮機中，缸體10、12的鑄造應變量如此之小，以致在殘餘應力釋放後尺寸變化很小。
試驗1在Cu含量為1至5.5%而其它條件與實施例的相同的條件下製造缸體10、12。缸筒8內表面經金剛石拋光，從而初生Si晶體的暴露部分面積比率為60%。然後將缸體10、12裝配到壓縮機上。
各壓縮機經受實際的抗磨度測試，並對活塞15或缸筒8的磨損量進行測量。測試結果如圖5所示。
從圖5中可得出如下結論。當含Cu量小於1.5%時，缸筒8趨於磨損，因為缸筒8的強度較低。與此相反，當含Cu量大於5.0%時，缸筒8變硬，因而活塞15易於磨損。
試驗2在含Cu量為1.5%-5.0%且其它條件與實施例的相同時製造缸體10、12。缸筒8內表面經過金剛石拋光，從而初生Si晶體的暴露部分面積比率可為小於10%至70%。然後將缸體10、12裝配到壓縮機上。
各壓縮機經受實際抗磨度測試，並對活塞15或缸筒8的磨損量進行測量。測試結果如圖6所示。
從圖6中得出如下結論，當含Cu量為1.5%或5%時，在初生Si晶體的暴露部分面積比率小於10%的情況下，很難由殘餘初生Si晶體提供抗磨損性。因而，缸筒8趨於被磨損。與此相反，當初生Si晶體的暴露部分面積比率超過60%時，鱗狀剝落凹處的數量減少，從而缸筒趨於磨損。
根據試驗1和2可得出如下結論。當採用權利要求所述的結構時，即使考慮到批量生產過程的偏差，也可獲得本發明的效果。
如上詳細所述，在本發明的往復型壓縮機中，採用了如權利要求書所述的結構。這樣，好使在惡劣條件下運行，也可在活塞和缸筒之間提供良好的可滑動性。
因而，本發明的壓縮機具有良好的抗磨性。
權利要求
1.一種具有良好的可滑動性和抗磨性的往復型壓縮機，包括一缸體，其中設有多個缸筒和一個活塞，當驅動軸轉動時，所述活塞在所述缸筒中往復運動，其中所述缸體由鋁合金構成，這種鋁合金按重量百分比的化學成分為1.5至5.0%的Cu，13至16%的Si，小於或等於0.5%的Mg，小於或等於1.0%的Zn，小於或等於1.0%的Fe，其餘的為Al，所述缸筒的內表面上具有初生Si晶體的暴露部分和所述初生Si晶體的鱗狀剝落凹部。
2.根據權利要求1的壓縮機，其特徵在於所述缸筒內表面上的所述初生Si晶體的所述暴露部分面積比率為10至60%。
3.根據權利要求1的壓縮機，其特徵在於，所述缸筒內表面上的所述初生Si晶體的鱗狀剝落凹處為凹形並用作貯油點。
4.一種用於生產具有良好的可滑動性和抗磨性的往復型壓縮機的方法，該壓縮機包括一缸體，其中具有多個缸筒和一個活塞，當驅動軸轉動時，所述活塞在所述缸筒中往復運動，該方法包括如下步驟用壓鑄的方法生產所述由鋁合金製成的缸體，鋁合金按重量百分比的化學成分為1.5至5.0%的Cu，13至16%的Si，等於或小於0.5%的Mg，等於或小於1.0%的Zn，等於或小於1.0%的Fe，其餘為Al，當鑄件充分冷卻後在所述缸筒的內表面上沉澱有初生Si晶體，對所述缸筒的所述內表面拋光時產生許多初生Si晶體的鱗狀剝落的凹處。
全文摘要
缸體由鋁合金製成，鋁合金按重量百分比的成分為1.5至5.0％的Cu，13至16％的Si，等於或小於0.5％的Mg，等於或小於1.0％Zn，等於或小於1.0％的Fe，其餘的為Al，並在缸筒內表面上存在初生Si晶體的鱗狀剝落的凹處。大量的細小的鱗狀剝落凹處用作貯油點。
文檔編號C22C21/02GK1101702SQ9410673
公開日1995年4月19日 申請日期1994年6月21日 優先權日1993年6月21日
發明者池田勇人, 永田廣美, 兼重雄二, 西本昌顯 申請人:株式會社豐田自動織機製作所