瓦及用於斜盤式壓縮機的瓦的製作方法

2023-06-14 08:17:56 3

專利名稱：瓦及用於斜盤式壓縮機的瓦的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於斜盤式壓縮機的瓦以及具有介於斜盤和活塞之間的一對瓦的斜盤式壓縮機。
背景技術：
斜盤式壓縮機通過將斜盤的旋轉運動變換成活塞的往復運動來壓縮氣體。一對瓦或滑動部件介於高速旋轉的斜盤和高速往復運動的活塞之間，以確保斜盤與活塞的平穩運行。由於斜盤在高速下旋轉，斜盤與活塞之間的滑動性能要求較高。瓦通常為半球冠狀。也就是說，瓦包括一個相對於斜盤滑動的基本為平面的滑動表面，以及一個相對於活塞滑動的基本為半球形的滑動表面。如果是半球冠瓦，則需要平面滑動表面和斜盤滑動表面之間具有較高的滑動性能。使用潤滑油供入滑動表面之間，形成潤滑油膜。從而保持相對較高的滑動性能。而當滑動表面之間供給的潤滑油不足時，滑動性能惡化。
在半球冠瓦滑動表面和斜盤滑動表面之間充分供給潤滑油的現有技術在公開號為56-126686的日本未審專利中披露。該現有技術中，在與斜盤相對的平面滑動表面附近設置斜切面，斜切面與和斜盤相對的瓦的平面滑動表面的延伸表面呈0.5°到10°的夾角。現有技術通過在瓦的外周邊設置斜切面為滑動表面之間提供充分的潤滑油。
還有另一個造成滑動性能惡化的原因。例如在斜盤式壓縮機中有一些外來雜質，比如因在不同位置摩擦所產生的渣滓，部件製造過程中生成的微小毛刺的殘留物以及從製冷劑管道導入壓縮機的灰塵。這些異物應當儘可能的處理掉，然而完全清除這些異物是十分困難的。因此，這些異物可能被捲入滑動表面之間並殘留下來。當滑動表面之間殘留有異物時，滑動表面產生缺陷，滑動表面之間的滑動性能惡化。當斜切面與和斜盤相對的瓦的延伸的平面滑動表面之間的夾角為現有技術中那樣小時，不但是潤滑油，連同異物也可以被捲入滑動表面之間。實際上，這種半球冠瓦仍然不能得到充分的滑動性能。

發明內容
本發明致力於解決上述問題，提供一種確保相對較高的滑動性能的改進型瓦。
根據本發明，用於斜盤式壓縮機的瓦介於斜盤和活塞之間，該瓦具有一個平面滑動表面，一個球形滑動表面和一個側面。平面滑動表面基本為平面，相對於斜盤滑動。球形滑動表面基本為球面的一部分，相對於活塞滑動。側面設置在平面滑動表面和球形滑動表面之間。側面包括一個與平面滑動表面相鄰的斜切面。斜切面與延伸的平面滑動表面之間的夾角為20°到80°。
本發明還提供了一種具有腔體、驅動軸、斜盤、活塞和瓦的斜盤式壓縮機。驅動軸由氣缸支撐，且可旋轉。斜盤與驅動軸連接運轉。活塞安裝在空腔內，與斜盤連接。瓦介於斜盤和活塞之間。瓦包括一個平面滑動表面，一個球形滑動表面和一個側面。平面滑動表面基本為平面，相對於斜盤滑動。球形滑動表面基本為球面的一部分，相對於活塞滑動。側面設置在平面滑動表面和球形滑動表面之間。側面包括一個與平面滑動表面相鄰的斜切面。斜切面與延伸的平面滑動表面之間的夾角為20°到80°。
本發明的其它方面和優點將在接下來的內容中結合相關圖在實施例中進行描述。


本發明被認為具有新穎性的特徵主要記載在所附的權利要求書中。本發明的目的和優點可以結合下列相關附圖進行描述的較佳實施例得到更好的理解。
圖1是本發明具有一對瓦的斜盤式壓縮機的一個實施例的縱剖截面圖；圖2是圖1中的一對瓦中的一個的截面放大圖；圖3是根據該實施例的一對相對於斜盤滑動的瓦中的一個瓦的截面局部放大圖；圖4是一對相對於斜盤滑動的瓦中的一個瓦的截面局部放大圖，其中異物捲入該瓦和斜盤之間；圖5是當異物與圓角接觸時異物直徑q，圓角曲率半徑r以及切面角度β的關係表；圖6A是本發明另一實施例的一個瓦的局部端面圖；圖6B是本發明又一實施例的一個瓦的局部端面圖；圖7是鑽凹槽的工藝示意圖；圖8是鍛造瓦的工藝示意圖；圖9A是1號瓦的防鑄鐵微粒的耐久性試驗的局部截面圖；圖9B是2至4號瓦的防鑄鐵微粒的耐久性試驗的局部截面圖；圖9C是5號瓦的防鑄鐵微粒的耐久性試驗的局部截面圖；圖10是防鑄鐵微粒的耐久性試驗的示意圖；圖11是根據耐久性試驗用圖形方式表示出用直徑為38μm至75μm的鑄鐵微粒試驗後各瓦出現的缺陷數量及最深缺陷深度；圖12是根據耐久性試驗用圖形方式表示出用直徑為75μm至120μm的鑄鐵微粒試驗後各瓦出現的缺陷數量及最深缺陷深度。
具體實施例方式
現在參照圖1至12描述本發明的一個實施例。用於汽車空調器的具有一對瓦的斜盤式壓縮機將作為實施例進行描述。壓縮機的前端和後端在圖1中分別對應為左側和右側。
如圖1所示，附圖標記10表示氣缸體，多個氣缸腔12設置在氣缸體10內，它們相對於氣缸體10的中心軸線在同一圓周上。氣缸腔12沿氣缸體10的中心軸方向延伸。每個氣缸腔12內容納一個往復運動的單頭活塞14。氣缸體10的前端面與前腔16相連，後端面通過閥片裝置20與後腔18連接。前腔16、後腔18以及氣缸體10構成斜盤式壓縮機的腔體。吸氣腔22和排氣腔24限定在後腔18與閥片裝置20之間，分別通過進氣口26和出氣口28與外部製冷劑管道(圖中未示)相連。閥片裝置20由吸氣口32、吸氣閥34、排氣口36以及排氣閥38構成。
驅動軸50在腔體的支撐下，相對於氣缸體10的中心軸旋轉。前腔16和氣缸體10通過軸承分別支撐驅動軸50的前端和後端。氣缸體10形成一個沿中心軸方向延伸的支撐孔56，該支撐孔56支撐驅動軸50的後端。驅動軸50的前端通過諸如電磁離合器一類的離合器機構與汽車發動機或動力源連接(圖中未示)。因此，由於驅動軸50與發動機通過離合器機構連接，所以一旦發動機運轉時，驅動軸50就繞軸旋轉。
斜盤60與驅動軸50連接運轉，使斜盤60斜置，並沿驅動軸50的軸線方向相對運動。斜盤60沿其中心軸形成一通孔61，驅動軸50穿過通孔61。通孔61兩端的開口直徑逐漸增大，開口端的截面為橢圓形孔。連接片62固定到驅動軸50上，由前腔16通過止推軸承64支撐。斜盤60與驅動軸50整體旋轉，通過鉸接機構66相對於驅動軸軸向傾斜。鉸接機構66由一對固定在連接片62上的支撐臂67，一對可滑動的配入一對支撐臂67的導引孔68中的導引銷69，斜盤60的通孔60，以及驅動軸50的外周邊構成。
活塞14包括一個嚙合部分70和一個活塞頭72。嚙合部分70跨越斜盤60的外緣。將帶有嚙合部分70的活塞頭72裝入氣缸腔12內。活塞頭72、氣缸腔12以及閥片裝置20共同構成壓縮腔。嚙合部分70與斜盤60的外緣通過一對基本為球形的瓦76連接。瓦76在後面描述。
斜盤60的旋轉轉運動換成活塞14的往復運動。當活塞14從上死點向下死點運動時，吸氣腔22中的製冷劑氣體通過吸氣口32和吸氣閥34，被吸入氣缸腔12中的壓縮腔。當活塞14從下死點向上死點運動，氣缸腔12內的壓縮腔中的製冷劑氣體通過排氣口36和排氣閥38，被壓縮並排入排氣腔24。壓縮反作用力沿驅動軸50的軸線方向向作用在活塞14上。前腔16通過活塞14、斜盤60、連接片62和止推軸承64承受壓縮反作用力。
氣缸體10形成一個延伸通過該氣缸體10的供給通道80。供給通道80使排氣腔24與由前腔16和氣缸腔10之間限定的曲軸箱86相互連接。將一個控制閥90裝在供給通道80中。供給控制閥90的螺線管92的電流量通過一個主要由計算機構成的控制器(圖中未示)根據冷負荷情況控制。
驅動軸50內側形成放氣通道100。放氣通道100的一端通向支撐孔56，另一端通向曲軸箱86。支撐孔56與吸氣腔22通過放氣口104相互連通。
本發明實施例中的斜盤式壓縮機為變容式壓縮機。曲軸箱86中的壓力利用壓力相對較高的排氣腔和壓力相對較低的吸氣腔24之間的壓差進行控制。因此，可以調節氣缸腔12內的壓縮腔提供給活塞14的壓力與曲軸箱內的壓力差，活塞14的衝程因斜盤60的傾斜角的變化而改變，以致調整壓縮機的排量。控制閥90通電時使曲軸箱86與排氣腔24隔開，斷電時曲軸箱86與排氣腔24相互連接，從而使曲軸箱86內的壓力得到控制。
氣缸體10和活塞14由鋁合金製成。活塞14的外周邊表面有氟樹脂塗層。由於活塞14具有氟樹脂塗層，所以避免了同種金屬的直接接觸，抑制了發生咬死的可能，從而可以使氣缸體12和活塞14之間的間隙顯著減少。氣缸體10、活塞14和塗層材料並不限於上述的描述，可以改用其它材料。
活塞14的嚙合部分70基本為U形。嚙合部分70分別設有一對臂120、122以及一個連接部124。該對連接臂120、122在與活塞頭72中心軸垂直的方向彼此平行延伸。連接部124與連接臂120、122的根部相互連接。連接臂120、122的相對面分別形成球面凹表面128，用於支撐瓦76並相對瓦76滑動。兩個球面凹表面128一起構成了一個假想的球面滑動表面的一部分。
相對於瓦76滑動的斜盤60由球墨鑄鐵FCD700製成。在基底的滑動表面132、134上通過金屬噴塗形成鋁層，接著在鋁層上形成潤滑層。潤滑層由作為固體潤滑劑的含有微量二硫化鉬和石墨的合成樹脂製成。鋁層有效地減少了滑動表面的摩擦，確保瓦76和斜盤60之間相對較高的滑動性能。即使潤滑層由於某種原因磨損或剝落，鋁層也可以避免基底材料直接滑動摩擦，從而保證光滑的滑動。在斜盤60中，潤滑層的厚度為15μm，鋁層的厚度為60μm。另外，斜盤60的結構構成，例如斜盤60的基底材料，潤滑層的材料和厚度，潤滑層的設置與否，鋁噴塗層的厚度以及鋁噴塗層設置與否，都可以選擇變化。由於鐵系材料價格較低，採用鐵系材料製成斜盤的壓縮機成本也較低。另外，當壓縮機按照恆定排量運行時，斜盤的傾斜角是常數。由於鐵系材料製成的斜盤重量較大，所以斜盤的傾斜角可以藉助其慣性力保持穩定。由於用鐵系材料製成的斜盤的形狀複雜，斜盤最好用模具製作。因此，斜盤的材料最好是鑄鐵，當然，用強度和耐用性都較高的球墨鑄鐵更好，特別是FCD700，強度更高。由於斜盤高速旋轉，所以斜盤和瓦的滑動環境較惡劣。因此，將潤滑層設置在斜盤的滑動表面以確保滑動表面之間的潤滑。從而減小滑動表面之間產生的摩擦，使壓縮機運行平穩。潤滑層可以由含有固體潤滑劑的合成樹脂製成。固體潤滑劑可以含有二硫化鉬、氮化硼、二硫化鎢、石墨和聚四氟乙烯中的至少一種成分。合成樹脂可以含有聚醯胺-醯亞胺、環氧樹脂、聚酮醚和酚醛樹脂中的至少一種成分。將含有微量固體潤滑劑的合成樹脂噴塗在斜盤表面上，合成樹脂層凝固後，形成潤滑層。潤滑層的厚度最好在3μm至30μm之間。另外，形成在斜盤上的潤滑層的強度也要低於斜盤基底的潤滑劑強度。當潤滑層磨損或剝離時，基底直接相對於瓦滑動。因而斜盤的滑動性能惡化。當斜盤基底因直接滑動磨損時，斜盤的滑動性能更加惡化。而在基體和潤滑層之間的瓦帶有金屬塗層，則即使潤滑層脫落，也能確保高滑動性能，因為金屬塗層具有高滑動性能。再有，當相對於斜盤滑動的瓦和斜盤基體都用鐵合金製成時，一旦斜盤的潤滑層脫落，則相同材料的部件就會彼此相對滑動，造成咬死。因此，金屬塗層可以抑制咬死的發生。鋁製塗層作為金屬塗層的首選，因為成本較低。金屬塗層的厚度最好在100μm至200μm之間。
如圖2所示，瓦76包括一平面滑動表面136、一球形滑動表面138和一側面140。平面滑動表面136基本為平面形，相對於斜盤60滑動。球形滑動表面138基本為球面的一部分，相對於活塞14滑動。側面140與平面滑動表面136和球形滑動表面140相連。嚴格地說，平面滑動表面136是一個曲率半徑很大的凸面。一個凹槽142位於平面滑動表面136的中心用於存放潤滑油，確保高滑動性能。因此平面滑動表面136是一個環形面。瓦76通常稱為球冠瓦。實際生產中為了提高滑動性能，對球形滑動表面和球冠瓦的平面滑動表面的加工要求十分嚴格。用於變容壓縮機的瓦小於半球，用於定容壓縮機的瓦大於半球。在變容壓縮機中，一對介於斜盤兩側的瓦的兩個球形滑動表面需要共同構成一個假想的球面滑動表面的一部分，因此每個瓦基本是球體的一部分，而每個瓦的厚度基本為斜盤厚度的一半，且小於半球。在定容壓縮機中，由於沒有象定容壓縮機那樣需要受到限制，所以不要求每個瓦必須基本為球形的一部分。可以使瓦的厚度大於半球，防止因平面滑動表面磨損而減小滑動表面的面積。
與平面滑動表面136相鄰的側面140形成斜切面146，該斜切面是一斜截錐的側面。斜切面146與延伸的平面滑動表面144之間構成一預定角度α，即下面所說的斜切面角α。本實施例中，瓦76的斜切面角α為45°。除斜切面146以外的側面140，或者說是圖2中斜切面146的上部，形成一個曲率半徑較大的圓面148。圓面148與斜切面146和球形滑動表面138相連，光滑過渡。斜切面146與平面滑動表面136通過圓角150相連。換句話說，在斜切面146和相鄰的平面滑動表面136之間夾入圓角150。在本實施例中，瓦76的圓角150的曲率半徑為0.2mm。另外，在限定凹槽142的表面與平面滑動表面136之間形成一個較小的圓角。
如圖1和2中所述，一對瓦76的球形滑動表面138在活塞14的滑動表面128的支撐下滑動。一對瓦76的平面滑動表面136與斜盤60的滑動平面132、134在外周邊部分接觸，一對瓦76夾住斜盤的外周邊部分。換句話說，瓦76的平面滑動表面136相對於斜盤60滑動，瓦76的球形滑動表面138相對於活塞14滑動。另外，一對瓦76的兩個球形滑動表面138，共同構成一個假想的球形滑動表面的一部分。也就是，瓦76基本為球體的一部分，其厚度是斜盤60的厚度的一半，且小於半球。
瓦76包括基體152和塗在基體152的表面的金屬電鍍膜154。圖2中，為便於理解，金屬電鍍膜154的厚度被誇大了。基體152由Al-Si系合金組成，例如A4032，其基本成分為鋁，它含有與共晶成分比接近的矽元素。金屬電鍍膜154用鎳進行化學電鍍形成。金屬電鍍膜154的硬度和強度較高。因此，瓦76可以耐磨損，防止產生缺陷。金屬電鍍膜154包括內外兩層(圖中未示)。外層形成瓦76的表面。內層介於外層和基體152之間。外層由鎳、磷、硼、鎢的共晶物通過化學電鍍(Ni-P-B-W化學電鍍)方法形成。內層由鎳、磷共晶物通過化學電鍍(Ni-P化學電鍍)方法形成。外層平均厚度25μm，內層平均厚度25μm。金屬電鍍膜154整體平均厚度50μm。此外，基體152的材料並不限於上述實施例的描述，可以改用其它構成。基體由鋁系合金製成的瓦，重量較輕。因此這種瓦適合用於安裝在汽車空調的斜盤式壓縮機上。鋁系合金的種類不限。常用的鋁合金就可以。具體地說，如成分接近共晶態的鋁矽合金A4032。由於鋁矽系合金的熱膨脹係數較小，耐磨性能較高，因此可使瓦的滑動平穩。再如Al-Cu-Mg系合金A2017或A2024也可使用。由於Al-Cu-Mg系合金的強度較高，可使瓦的強度和耐久力較高。由於鋁系合金的強度和硬度較低，因此鋁系合金易變形，產生缺陷，耐磨性能較低。由於本發明實施例中在其表面加有金屬電鍍膜154。從而使瓦76具有較高的耐磨性。此外由於金屬電鍍膜的存在，也抑制了瓦76產生缺陷，並使瓦76具有較高的滑動性能。金屬電鍍膜可以只鍍在瓦的部分表面上，例如可以只形成在平面滑動表面上。同樣，金屬電鍍膜的種類也不限。金屬電鍍膜的硬度與形成瓦基體的鋁系合金相比越高，金屬電鍍膜就越能抑制產生缺陷。金屬電鍍膜的硬度最好不小於Hv300(維氏硬度)。這樣具有金屬電鍍膜的瓦就具有較高的耐磨性，並可抑制產生缺陷。具體地說，金屬電鍍膜可用鎳通過化學電鍍，接著由鈷、磷共晶物通過化學電鍍，以及硬鈷合金電鍍形成。特別是用Ni-P化學電鍍或鎳、硼共晶物化學電鍍(Ni-B化學電鍍)形成的金屬電鍍膜，當金屬電鍍膜凝固後硬度可達Hv500或更高。因而金屬電鍍膜表現出較高的耐磨性和抗腐蝕性。因此，金屬電鍍膜最好用鎳進行化學電鍍形成。金屬電鍍膜可以是單層，也可以是多層。例如，金屬電鍍膜包括形成瓦表面的外層和介於外層和基體之間的內層。當用鎳進行化學電鍍形成雙層時，內層最好用Ni-P進行化學電鍍形成，外層用含有少量磷以及其它化學元素的Ni-P進行化學電鍍形成。Ni-P系金屬電鍍膜緊密的附在鋁系合金上，在較短時間內凝固，電鍍過程中使用的材料成本低，不易被腐蝕。因此，具有Ni-P金屬電鍍膜的瓦就具有該特性。用Ni-P-B-W進行化學電鍍形成的金屬電鍍膜表現出較高的耐磨性。因此，外層最好用Ni-P-B-W進行化學電鍍形成。Ni-P進行化學電鍍形成的金屬電鍍膜在鎳系化學電鍍中成本較低，且可以緊密貼附在基體上。因此，內層最好用Ni-P進行化學電鍍形成。此外，當金屬電鍍膜包括用Ni-P系進行化學電鍍形成的內層和Ni-B系進行化學電鍍形成的外層時，內層厚度最好在1μm至25μm之間，外層厚度最好在19μm至75μm之間，金屬電鍍膜整體厚度最好在20μm至100μm之間。另外，鐵系合金成本較低且強度和硬度高。因此基體用鐵系合金製作成本較低，且耐磨性和耐久性都較高。鐵系合金的種類不限。碳鉻軸承鋼SUJ2較好。瓦用經過淬火或回火等熱處理的SUJ2製成。
瓦76的金屬電鍍膜154和斜盤60的鋁噴塗層及潤滑層在圖3中為便於理解而省略。嚴格的說，瓦76的平面滑動表面136如前所述是凸出的。因此在瓦76的平面滑動表面136的外周邊與斜盤60的滑動表面132或134之間存在一個小縫隙。潤滑油膜在滑動表面間形成。因此滑動性能進一步提高。圖3中的縫隙160被誇大了。在圖3中，瓦76的斜切面146與延伸平面滑動表面144之間的斜切面角α不等於斜切面146與斜盤60的滑動表面132之間的夾角，該角稱為假斜切面角α』。實際上，斜切面角α與假斜切面角α』之間的差別很小，圖3中將此差別誇大了。因此，可以認為假斜切面角α』近似等於斜切面角α。
當瓦76相對於斜盤60滑動時，瓦76就沿圖3中箭頭所指方向相對運動，斜盤60表面的潤滑油從瓦76的斜切面146和斜盤60的滑動表面132之間的空間162導入縫隙160中。空間162的截面為楔形。由於斜切面角α與圓角150的曲率半徑進行了適當的設計，在本實施例中斜切面角α為45°，圓角150的曲率半徑為0.2mm，因此可能影響滑動性能的較大異物164，在被捲入空間162時被阻擋而不被捲入縫隙160。也就是說，當斜切面角α設計適當時，異物164可以被排斥出去。所以本實施例中的瓦76可以充分排斥異物，使滑動表面之間很難捲入異物，從而保證高滑動性能。
下面描述圓角150的曲率半徑。圖3表示一較大異物164被捲入空間162的狀態。當圓角150的曲率半徑較大，異物較小時，異物164與圓角150接觸(如圖4所示)。在這種情況下，異物164被排斥還是被捲入，由接觸點(異物164緊靠圓角150的地方)處的切面相切平面166和延伸平面滑動表面144之間的相切平面角β決定。此外，延伸平面滑動表面144被認為與斜盤60的滑動表面132是同一表面。當切面相切平面角β較大時，異物164很容易排出。當切面相切平面角β較小時，異物164很容易被捲入滑動表面之間。
當異物164被假設為球體，q表示球體直徑，即異物164的直徑，r表示圓角150的曲率半徑時，切面相切平面角β、異物164的直徑q以及圓角150的曲率半徑之間的關係如下r-r·cosβ＝q/2+(q/2)·cosβ根據上式，切面相切平面角β由異物的直徑和圓角150的曲率半徑r計算得出，見圖5。
如圖5所示，異物直徑相同時，圓角150的曲率半徑減小，切面相切平面角β增大。圓角150的曲率半徑相同時，異物直徑q增加，切面相切平面角β增大。本實施例中描述的瓦76，其斜切面角α為45°，圓角150的曲率半徑為0.2mm。因此異物164直徑大於70μm時與斜切面146接觸，異物164直徑小於70μm時，與圓角150接觸。本實施例中描述的瓦76即使異物164與圓角150接觸，在異物164的接觸點的切面相切平面角β在異物直徑不小於20μm時超過20°。因此本實施例可以充分的排斥直徑較小的異物164。
例如，當切面相切平面角β為20°，圓角150的曲率半徑為0.5mm時，瓦76可以充分排斥直徑不小於30μm的異物。當切面相切平面角β為20°，圓角150的曲率半徑為0.3mm時，瓦76可以充分排斥直徑不小於20μm的異物。
如上所述，當圓角150的曲率半徑越小，瓦76越能充分的排斥異物164。另一方面，圓角150的曲率半徑越大，則與較小的圓角150的曲率半徑相比，潤滑油越能充分的被捲入滑動表面之間。當圓角150的曲率半徑過小時，如果瓦76的圓角150與斜盤60的滑動表面132接觸，則瓦76的圓角150可能剝落具有固體潤滑劑的潤滑層，因為潤滑層的強度和硬度較低。當圓角150的曲率半徑過小時，瓦76的圓角150不僅排斥異物164而且排斥潤滑油。瓦76的表面通常經過高速拋光變得十分光滑，且拋光時瓦76彼此可以緊挨。因此，當圓角150的曲率半徑過小時，圓角150會劃傷瓦76，產生缺陷。因此，瓦76的圓角150的曲率半徑根據排斥異物164和捲入潤滑油的特性綜合決定。為了在滑動表面平穩的捲入潤滑油，避免瓦高速拋光產生缺陷，防止金屬電鍍膜磨損，圓角150的曲率半徑應當不小於0.05mm，不小於0.1mm更好，最好不小於0.15mm。當圓角150的曲率半徑較大時，較小的異物不與斜切面接觸而與圓角接觸。這時，是否排斥異物由異物接觸點處的相切平面與延伸的平面滑動表面之間的夾角，即相切平面角的大小決定。當瓦的斜切面與異物接觸時，相切平面角越大，排斥異物的性能越高。另外，當相同直徑的異物與圓角接觸時，圓角的曲率半徑越大，相切平面角越小。即圓角曲率半徑越小，排斥異物的性能越高。當瓦的斜切面與異物接觸時，斜切面角大於20°就足以排斥異物。同樣，當瓦的圓角與異物接觸時，相切平面角大於20°就足以排斥異物。例如，假設異物為球體，具有0.5mm曲率半徑的圓角與直徑大約30μm的異物接觸時，相切平面角接近20°。另外，當曲率半徑為0.3mm的圓角與直徑大約20μm的異物接觸時，相切平面角大約20°。因此，當強調排斥異物性能時，圓角的曲率半徑應當不大於0.5mm，不大於0.4mm更好，不大於0.3mm最好。
下面將對本實施例中的瓦76與常用的瓦(圖中未示)進行比較。常用瓦的斜切面角小，難以排斥捲入滑動表面間的異物，斜切面壓在異物上，異物被猛地捲入滑動表面間。也就是說，由於空間截面呈楔形，異物很容易被捲入滑動表面間。常用的瓦不僅容易使異物捲入滑動表面間，更會造成相對於斜盤滑動的平面滑動表面產生嚴重缺陷。常用的瓦也會造成斜盤滑動表面上形成的潤滑層剝落，斜盤滑動表面產生缺陷。結果使瓦的滑動性能不足。
上述本實施例中的瓦76的斜切面角α為45°，圓角150的曲率半徑為0.2mm。本發明斜切面角α和圓角150的曲率半徑由瓦的用途決定。斜切面角α較小時，潤滑油可以充分的捲入瓦76的滑動表面之間。但斜切面角α越小，瓦76排斥平面滑動表面136和斜盤60滑動表面之間異物的能力越差。也就是說，斜切面146容易壓住異物。當瓦76在這種情況下移動時，異物就被捲入平面滑動表面136和斜盤60滑動表面之間。相反，當斜切面角α越大，斜切面146就越能有效的排斥異物。也就是說增大斜切面角α，就可使斜切面146排斥異物的能力更強。
當異物捲入滑動表面之間時，異物不僅增大滑動表面的摩擦，而且使滑動表面產生缺陷。缺陷從一對滑動表面蔓延到每個相對的滑動表面，造成滑動性能惡化。當斜切面角α較小時，瓦76壓住異物，將異物擠入滑動表面之間，使瓦76與斜盤60滑動表面間產生的缺陷加深。由於容易產生缺陷，抵抗異物的耐久力下降。因此，斜切面角α小的瓦76滑動性能較低。
同時，當斜切面角α過大，也就是說接近90°時，加工瓦的難度增大。球冠瓦通常採用鍛壓製造。例如，一對鍛壓瓦的模具由主要形成平面滑動表面136的模具和主要形成球形滑動表面138的模具構成。具有預定形狀的可塑性的原料在由一對模具限定的空腔中鍛壓成型。當利用這對模具鍛造時，半球冠瓦高度的精度特別重要，也就是說，平面滑動表面136和球形滑動表面138之間的距離精度很重要。因此，最好限定空腔，使空腔的一個側部能夠容納不同數量的原料。但當斜切面角α過大時，就很難做到，也很難保證瓦的高精度。因此具有較小斜切面角的瓦可以允許原料數量上的差別。當瓦鍛造精度不高時，在澆鑄後要通過拋光這種很費時的方法調整精度。製造成本增加。因此為了降低製造成本，保證精度，希望採用斜切面角α較小的半球冠瓦。此外，當瓦的高度不精確，使瓦與活塞之間的距離較大時，異物容易捲入滑動表面之間，而當使瓦與活塞之間的距離較小時，滑動表面間又產生額外的摩擦。這樣都會使滑動性能惡化。當斜切面角不小於30°時，排斥異物的性能可以進一步提高。當斜切面角不小於40°時，排斥異物的性能更能提高。
下面描述本實施例中瓦76的一種加工過程。瓦76的加工步驟為局部成形、鍛壓、熱處理、打磨及拋光、電鍍、精加工。基體152的成型步驟為局部成形、鍛壓、熱處理、打磨及拋光。將金屬電鍍膜154電鍍在基體上。下面將首先描述瓦76的原料，接著描述每一個製造工藝。
基體152的原料是比瓦76的基體152的直徑小，高度高的圓柱體鋁系合金。原料的製造步驟為使具有給定成分的鋁合金毛坯成型，通過擠壓和拉伸形成一定直徑的圓棒，使圓棒退火，用切割機將圓棒切斷成要求的長度，通過高速拋光使被切成段的原料表面光滑。
原料的一部分採用局部成形工藝成型。這一部分就是瓦76的平面滑動表面中心的142。局部成形的工藝如圖7所示。具有一對模具178的擠壓裝置，用於使原材料局部成形。一對模具178由底模174和衝孔機176構成。底模174形成一個其一端帶有底的孔172，孔172具有與原料170外徑近似相同的內徑。衝孔機176可以被操縱伸入孔172內。局部成形的步驟為將原料170放入孔172中，將衝孔機176的端頭壓在原料170上，通過使衝孔機下降，推動衝孔機176的端頭進入原材料170直至衝孔機176到達預定位置。衝孔機176的端頭衝出的孔就形成了基體152的142。
將局部成形後的原料進行如圖8所示的鍛造。具有一對模具184的鍛壓裝置用於冷鍛局部成形後的原料，該對模具184包括上模180和下模182。將上模180與下模182合攏，這對模具就限定出一個與瓦76的基體152的形狀基本相同的空腔。下模182具有一個凸起186，其形狀基本與凹槽142的相同。通過將凸起186插入142使局部成形後的原料188定位在下模182上。這樣，由於凹槽142在鍛造前成型，所以局部成形後的原料188可以利用凹槽142和凸起186正確地定位在該對模具184中。這樣局部成形後的原料188沿各方向可塑地流動。鍛造的瓦76的基體152形狀、大小基本相同，可以確保質量。局部成形後的原料188放在下模182上後，基體152被向下運行的上模180鍛壓至上模180與下模182合攏為止。
更具體地說，基體152受到下模182的成型表面的平面部分190模壓的那一部分就是平面滑動表面136，基體152受到下模的成型表面的傾斜部分192模壓的那一部分就是斜切面146。因此，平面部分190與傾斜部分192之間的夾角決定了前述的斜切面角α。設置在平面部分190和傾斜部分192之間的圓角194決定了瓦76的圓角150的曲率半徑。同樣，基體152受到上模180的成型表面196模壓的那一部分就是瓦76的球形滑動表面138。基體152的高度由下模182的平面部分190和上模180的成型表面196在上下模合攏後形成的間隙決定。
半球冠瓦的高度要求準確，原料188的數量不會影響鍛造基體152的高度。確定該對模具184內的腔體的容積，應使其大於局部成形後的原料188的體積。因此，塑性變形的原料188不會充滿整個腔體，也不會溢到腔體的外周邊。這樣在塑性變形的原料188與該對模具184之間就留有空間198。換句話說，側面140的圓面148主要由開口鍛模進行模壓，圓面148的形狀由原料188的數量決定。平面滑動表面136、球形滑動表面138以及側面140的斜切面146精確的成型了。本實施例中，由於瓦76的斜切面角α為45°，所以空間198的體積較大。因此，即使每種原料的數量不同，原料也可以準確的鍛壓成型。調整原料尺寸的花費降低。也降低了瓦76的製造成本。當斜切面角α增加時，空間198的體積就減小。這時，原料尺寸的可允許範圍減小。因此，建議使斜切面角α小於60°，最好不大於50°。
在製造過程中，鍛壓只有一個步驟。但也可以進行多次鍛壓。這時，前次鍛壓後的原料可在兩次鍛壓之間進行退火處理。
將在精煉過程中鍛壓成型的基體152在熱處理過程中進行熱精煉處理處理。本實施例中，對基體152的熱精煉處理為T6處理，先對基體152進行固溶處理，接著進行人工經久硬化處理。在固溶處理中，基將體152放在溫度約490℃的加熱爐內約1小時後，在室溫下快速冷卻。在人工經久硬化處理過程中，使基體152在溫度約180℃的加熱爐中放置5小時。T7處理可以代替T6處理。在T7處理中，基體152被固溶處理後，接著進行穩定化處理。這時，在上述的固溶處理後，將基體152放置在溫度約為200℃的加熱爐中停留約5小時。
對熱精煉處理過的基體152進行打磨、拋光，在打磨時調整尺寸和表面光潔度。打磨和拋光過程包括表面打磨過程，和高速拋光過程。對與平面滑動表面136相對的基體152的表面進行表面打磨。幾個基體152排成一列，接著藉助研磨劑用表面打磨機打磨。基體152的全部表面在高速拋光過程中拋光。將基體152與研磨劑一起放入高速拋光機，開始拋光。打磨表面主要在於調整基體152的高度。高速拋光主要在於使基體152光滑。打磨表面和高速拋光的先後順序可以交換。
拋光了的基體152的表面在電鍍過程中貼附金屬電鍍膜。金屬電鍍膜用鎳進行化學鍍膜形成。內層由Ni-P進行化學鍍膜形成，外層由Ni-P-B-W進行化學鍍膜形成。內外層按照常規工藝形成，即基體152預處理後浸入電鍍槽中進行電鍍。
表面貼附金屬電鍍膜154的基體152，即瓦76在精加工過程中進行拋光。瓦76在精加工過程中通過高速拋光而被磨光。需要時，瓦76進行表面打磨處理，之後再用軟皮拋光。高速拋光和表面打磨的具體情況已經在前面的打磨和拋光工藝中描述過。由於瓦76在高速拋光時彼此接觸，因此如果瓦76的表面有稜角，則瓦76就有可能被劃出缺陷。在稜角上的金屬電鍍膜154也可能被磨掉，使基體152直接暴露在外面。本實施例中的瓦76在其斜切面146和平面滑動表面136之間的部分是曲率半徑為0.2mm的圓角，這樣就避免了缺陷的產生，也避免了金屬電鍍膜154被磨掉。
經過上述工藝，半球冠瓦76的製造就完成了。製造工藝不僅限於上述描述過程。瓦也可以選用能達到相應目的的其它各種工藝製造。
下面描述本發明的優點。
由於潤滑層的強度較低，所以當瓦和斜盤之間捲入異物時，潤滑層就容易剝落，使瓦產生缺陷。本發明的瓦76可以有效地排斥異物，因此抑制了瓦76產生缺陷的可能性。瓦76也就幾乎不會使斜盤60的潤滑層產生缺陷，能夠在較長的時間內保持較高滑動性能。
本發明不僅限於上面一個實施例，下面描述其它實施例。
例如，本發明可以應用於在與斜盤嚙合部相對的兩側具有雙頭活塞的斜盤式壓縮機中，也可以用於定容壓縮機中。
本實施例中的瓦76，側面140具有斜切面146和與斜切面146相連的圓面148。本實施例的側面140可以製成圖6A和6B的結構。圖6A中的瓦76的側面140隻包括斜切面146。即斜切面146與平面滑動表面136和球形滑動表面138相連。圖6B中，瓦76的側面140包括斜切面146和和圓柱面168。即斜切面146的一端與平面滑動表面136的外緣相連，斜切面146的另一端與圓柱面168的一端相連。圓柱面168的另一端與球形滑動表面138的外緣相連。這樣，側面140的形狀就可以有多種變化。斜切面以外的其它表面的形狀也不限定。只要具有斜切面的瓦的側面與平面滑動表面相鄰即可使用該瓦。例如，可以使用斜切面與球形滑動表面相連的瓦，即整個側面均為斜切面。除斜切面還有圓柱面或錐面的，斜切面以外的側面與延伸的平面滑動表面之間的夾角可選，斜切面以外的側面可以與斜切面和球形滑動表面相互連接。此外，斜切面以外的側面可以包括多個圓面，每個圓面的曲率半徑不同。
對斜切面角、圓角曲率半徑以及瓦的缺陷進行了試驗。基於上述球瓦，製造了幾種斜切面角不同的瓦。另外還製造了一個常規瓦。對每個瓦的鑄鐵微粒的平面滑動表面的工作狀況進行測試。比較它們排斥鑄鐵微粒的性能以及對鑄鐵微粒的耐久力。下面描述瓦的製造、對鑄鐵微粒的耐久性試驗的條件以及耐久性試驗的結果。
製作了五種不同形狀的瓦。從1號編到5號。製作的瓦的形狀如圖9所示。每個瓦76的基體材料相同，表面的金屬電鍍膜相同，膜層厚度相同。
1號瓦為常規形狀。圖9A示出的是部分1號瓦。平面滑動表面136與斜切面146的延伸面144之間的夾角，即斜切面角α較小，該夾角為10°。平面滑動表面136和斜切面146之間的圓角的曲率半徑R1為0.7mm。空間162的截面為楔形，由斜切面146和斜盤滑動表面限定而成，即圖9A中所示的斜切面146和延伸面144限定而成。從延伸表面144到空間162的外緣的高度h1為0.16mm。
2至4號瓦是本發明的瓦。圖9B表示這些瓦的部分形狀。2至4號瓦的斜切面角α2分別為45°、60°、70°，比1號瓦大。2至4號瓦平面滑動表面136和斜切面146之間的拐角R的曲率半徑R2均為0.2mm。由斜切面146與斜盤滑動表面(斜切面146與圖9B中的延伸面144)限定出楔形截面空間162。2至4號瓦的空間162的外緣高度h2分別為0.67mm、0.82mm、0.89mm。
圖9C中的5號瓦與1至4號瓦相比，其沒有斜切面，側面140與平面滑動表面136的延伸面144之間的夾角α3為90°。也就是說，斜切面和平面滑動表面136的延伸面144之間的夾角為90°，側面140為圓柱形，並與平面滑動表面136相鄰。側面140與平面滑動表面136之間的圓角的曲率半徑R3幾乎為0，即5號瓦的圓角就是一個修邊。
1至5號瓦都是在相對於斜盤滑動的情況下進行圖10所示的耐久力試驗的。耐久力試驗裝置210包括一個可旋轉的斜盤60以及用於將瓦76放置在相對於其滑動的斜盤60的滑動表面132上的瓦固定器212。瓦固定器212中滑動地容納瓦76的球形滑動表面，它使瓦76的平面滑動表面相對於斜盤60的滑動表面132滑動。瓦固定器212以一給定壓力將瓦76壓在斜盤60上。斜盤60按照實際運行的情況運行。基體所用的材料、滑動表面132上形成的鋁噴塗層厚度以及潤滑層的類型和厚度如前所述。
斜盤60轉動時其滑動表面132上加50μl的潤滑油，1至5號瓦均由瓦固定器212以784N的壓力壓在斜盤60上，10mg重的鑄鐵微粒撒在整個滑動表面132上。鑄鐵微粒的直徑有兩種，一種直徑38μm至75μm，另一種直徑75μm至120μm。1至5號瓦均分別採用這兩種微粒進行試驗。在斜盤旋轉後對1至5號瓦進行檢查，紀錄瓦76平面滑動表面上產生的缺陷的數量及最深的缺陷深度。用目測法估算出現的缺陷數量，用粗糙度測量儀測量缺陷的深度。
表1中對1至5號每個瓦按照斜切面角α和圓角大小進行劃分，記錄了採用兩種鑄鐵微粒進行耐久力試驗後，各瓦出現的缺陷的數量和最深的缺陷深度的檢查結果。圖11用圖形方式表示出用直徑為38μm至75μm的鑄鐵微粒試驗後各瓦出現的缺陷數量及最深缺陷深度。圖12表示採用直徑為75μm至120μm的鑄鐵微粒進行試驗的結果。
表1

如表1、圖11及圖12所示，1號瓦的斜切面角α較小為10°，最深缺陷的深度最深，這與微粒的直徑無關。同樣，2至4號瓦的斜切面角α較大，比1號瓦出現的缺陷的數量較少，最深缺陷的深度較淺。特別是直徑較大的的微粒使得瓦的滑動表面及斜盤產生缺陷，滑動表面的滑動性能惡化。因此，採用撒放直徑為75μm至120μm的微粒模擬直徑較大的微粒。試驗結果表明1號瓦與2至4號瓦相比出現缺陷的數量較多且缺陷最深深度較深。斜切面角α較大的2至4號瓦可以有效的排斥鑄鐵微粒，確保對鑄鐵微粒的較高的耐久力。因此，實施例中的瓦76可以提供較高的滑動性能。
另外，不具有斜切面而帶有稜角的5號瓦用於與其它瓦作比較。5號瓦和2至4號瓦一樣可以有效的排斥鑄鐵微粒，確保對鑄鐵微粒的較高的耐久力。但很難以較低的成本得到精確的加工工藝。加上稜角可能造成斜盤滑動表面產生缺陷，因此5號瓦並不實用。
上面只是舉例說明了本發明的實施例，但本發明不僅限於上面的幾個實施例，而應當是權利要求書中限定的範圍。
權利要求
1.一種用於斜盤式壓縮機的介於斜盤和活塞之間的瓦，該瓦包括一個基本為平面且相對於斜盤滑動的平面滑動表面；一個基本為球面的一部分且相對於活塞滑動的球形滑動表面；以及一個位於平面滑動表面和球形滑動表面之間的側面，側面包括一個與平面滑動表面相鄰的斜切面；其中，斜切面與延伸的平面滑動表面之間的夾角為20°到80°。
2.如權利要求1所述的瓦，其特徵在於，斜切面與延伸的平面滑動表面之間的夾角不小於30°。
3.如權利要求2所述的瓦，其特徵在於，斜切面與延伸的平面滑動表面之間的夾角不小於40°。
4.如權利要求1所述的瓦，其特徵在於，斜切面與延伸的平面滑動表面之間的夾角不大於60°。
5.如權利要求4所述的瓦，其特徵在於，斜切面與延伸的平面滑動表面之間的夾角不大於50°。
6.如權利要求1所述的瓦，其特徵在於，在斜切面與平面滑動表面之間進一步包括一個圓角。
7.如權利要求6所述的瓦，其特徵在於，所述圓角的曲率半徑不小於0.05mm。
8.如權利要求7所述的瓦，其特徵在於，所述圓角的曲率半徑不小於0.1mm。
9.如權利要求8所述的瓦，其特徵在於，所述圓角的曲率半徑不小於0.15mm。
10.如權利要求6所述的瓦，其特徵在於，所述圓角的曲率半徑不大於0.5mm。
11.如權利要求10所述的瓦，其特徵在於，所述圓角的曲率半徑不大於0.4mm。
12.如權利要求10所述的瓦，其特徵在於，所述圓角的曲率半徑不大於0.3mm。
13.如權利要求1所述的瓦，其特徵在於，進一步包括一個由鋁系合金製成的基體。
14.如權利要求13所述的瓦，其特徵在於，基體表面的至少一部分塗有金屬電鍍膜。
15.如權利要求1所述的瓦，其特徵在於，進一步包括一個由鐵系合金製成的基體。
16.一種斜盤式壓縮機，包括一個腔體；一個由氣缸支撐且可旋轉的驅動軸；一個與驅動軸連接運轉的斜盤；一個安裝在所述腔體內與斜盤連接的活塞；以及一對介於斜盤和活塞之間的瓦，每個瓦包括，一個基本為平面且相對於斜盤滑動的平面滑動表面；一個基本為球面的一部分且相對於活塞滑動的球形滑動表面；以及一個位於平面滑動表面和球形滑動表面之間的側面，該側面包括一個與平面滑動表面相鄰的斜切面；其中，斜切面與延伸的平面滑動表面之間的夾角為20°到80°。
17.如權利要求16所述的斜盤式壓縮機，其特徵在於，斜盤包括一個鐵系合金製成的基體。
18.如權利要求16所述的斜盤式壓縮機，其特徵在於，所述斜盤在相對於所述瓦滑動的滑動表面上包括潤滑層。
19.如權利要求18所述的斜盤式壓縮機，其特徵在於，斜盤包括一個由鋁、銅或鋁銅合金之一的材料製成的金屬噴塗層，在相對於瓦滑動的表面上形成所述金屬噴塗層，在金屬噴塗層表面上形成潤滑層。
全文摘要
一種用於斜盤式壓縮機的介於斜盤和活塞之間的瓦,該瓦具有一個平面滑動表面,一個球形滑動表面和一個側面。平面滑動表面基本為平面,它相對於斜盤滑動。球形滑動表面基本為球面的一部分,它相對於活塞滑動。側面設置在平面滑動表面和球形滑動表面之間。側面包括一個與平面滑動表面相鄰的斜切面。斜切面與延伸的平面滑動表面之間的夾角為20°到80°。
文檔編號F04B27/08GK1385610SQ02125189
公開日2002年12月18日 申請日期2002年5月9日 優先權日2001年5月10日
發明者杉浦學, 杉岡隆弘, 小野田晃, 村上智洋, 大久保忍 申請人:株式會社豐田自動織機