專利名稱：用于旋轉(zhuǎn)斜盤式壓縮機(jī)的活塞空心頭部的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是基于1999年8月25日提交的日本專利申請No.11-238547的，在此中包含并參考該申請的內(nèi)容。
本發(fā)明涉及一種通過將一封閉部件焊接在一至少兩端中的一端開口的中空圓柱形部件上，從而封閉該中空圓柱形部件的開口端，而形成用于旋轉(zhuǎn)斜盤式壓縮機(jī)的活塞的空心頭部的方法。
在具有一繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸、一由該驅(qū)動(dòng)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐的旋轉(zhuǎn)斜盤、和每個(gè)都包括一可滑動(dòng)地裝入壓縮機(jī)汽缸體上形成的汽缸孔內(nèi)的頭部和一可滑動(dòng)地嚙合該旋轉(zhuǎn)斜盤的頸部的一組活塞的旋轉(zhuǎn)斜盤式壓縮機(jī)中，活塞通過與驅(qū)動(dòng)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)斜盤的轉(zhuǎn)動(dòng)而往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在這種情況下，希望活塞的重量減小，特別是當(dāng)安裝在一旋轉(zhuǎn)斜盤相對(duì)于垂直驅(qū)動(dòng)軸線的方向的傾斜角度變化的變?nèi)菪托D(zhuǎn)斜盤式壓縮機(jī)中時(shí)，以及當(dāng)安裝在一旋轉(zhuǎn)斜盤的傾斜角度固定的定容型旋轉(zhuǎn)斜盤式壓縮機(jī)中時(shí)。在試圖減小活塞重量的努力中，已經(jīng)提出制造具有空心頭部的活塞。活塞的空心頭部通過將一封閉部件焊接在一至少兩端中的一端開口的中空圓柱形部件上，從而封閉該中空圓柱形部件的開口端而制成。封閉部件通過束能焊比如電子束焊或激光束焊而固定到該中空圓柱形部件上。
在將封閉部件焊接到中空圓柱形部件上，從而封閉其開口端而形成活塞的空心頭部的過程中，焊接能束通常沿平行于該兩部件內(nèi)、外圓周面之間的界面(焊接表面)的方向照射在該兩部件上，其中這些圓周面互相鄰近或保持接觸，從而這兩個(gè)部件在這些圓周面處通過照射在那里的焊接能束而互相連接在一起?；ハ嘟咏蚓o密接觸的兩部件的圓周面必須這樣制成，以致于沿依賴于焊接條件的特定方向延伸，使得焊接能束沿平行于該界面的方向照射在該圓周面上。換句話說，形成能使這些表面之間的界面沿為了提高活塞的機(jī)械強(qiáng)度或耐用性并降低制造成本的目的所希望或適合的方向延伸的圓周表面是相當(dāng)困難的。此外，上述方法可能會(huì)不希望地導(dǎo)致界面處焊接強(qiáng)度的變化。
本發(fā)明是根據(jù)上述的背景技術(shù)作出的。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種形成用于旋轉(zhuǎn)斜盤式壓縮機(jī)的活塞的空心頭部的方法，該方法保證了中空圓柱形部件和封閉部件的圓周面延伸方向的高自由度，同時(shí)避免了界面處焊接強(qiáng)度的變化。
上述目的可根據(jù)本發(fā)明的下述形式或模式之一而實(shí)現(xiàn)，為易于理解本發(fā)明，每種形式都類似所附的權(quán)利要求編號(hào)且從屬于其他的形式，以適于指示和闡明本發(fā)明的技術(shù)特征的可能組合。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明不限于下述的技術(shù)特征及其組合。還應(yīng)當(dāng)理解的是，與其他技術(shù)特征結(jié)合的下述任何技術(shù)特征可以是本發(fā)明的主題，與那些其他技術(shù)特征無關(guān)。
(1)一種形成用于旋轉(zhuǎn)斜盤式壓縮機(jī)的活塞的空心頭部的方法，包含步驟將一封閉部件固定到一至少在兩端的一端開口的中空圓柱形部件上，從而封閉該中空圓柱形部件的開口端；且給該封閉部件和中空圓柱形部件的焊接表面施加一個(gè)焊接能束，其中該焊接表面互相鄰近或接觸，從而封閉部件和中空圓柱形部件在焊接表面處互相連接，其特征在于焊接能束沿與該焊接表面相交的方向照射在封閉部件和中空圓柱形部件的焊接表面上。
在根據(jù)本發(fā)明的上述形式(1)的方法中，該中空圓柱形部件可在其兩端的一端或兩端開口。在試圖最小化中空圓柱形部件和封閉部件通過焊接而互相連接的焊接部分的努力中，可推薦的是該中空圓柱形部件僅在其兩端的一端開口。在這種情況下，該中空圓柱形部件可在對(duì)應(yīng)制成的活塞端面的一側(cè)開口，其中該端面部分地確定壓縮機(jī)內(nèi)的加壓室。作為選擇，該端面可在遠(yuǎn)離活塞端面的另一側(cè)開口。當(dāng)活塞包括一裝入在壓縮機(jī)的汽缸體內(nèi)形成的對(duì)應(yīng)汽缸孔內(nèi)的頭部和一通過一對(duì)滑塊滑動(dòng)地嚙合旋轉(zhuǎn)斜盤的徑向外部的頸部時(shí)，該中空圓柱形部件可與頸部整體制成，且可由一封閉部件在其遠(yuǎn)離頸部且對(duì)應(yīng)活塞端面的開口端封閉，其中活塞端面與汽缸孔相配合而確定加壓室。作為選擇，該中空圓柱形部件可由與頸部整體制成的封閉部件在其開口端封閉。
當(dāng)該兩部件在其互相鄰近或接觸的焊接表面處通過焊接而固定在一起時(shí)，激光束通常沿平行于焊接表面的界面的方向照射在該兩部件上。如在下面給出的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述中所述，用激光束沿上述平行于焊接表面的界面的方向照射這兩個(gè)部件可能困難，特別是因?yàn)樵谟糜诋a(chǎn)生焊接能束的裝置和位于能束產(chǎn)生裝置附近的任何其他裝置(比如用于固定和轉(zhuǎn)動(dòng)該中空圓柱形部件和封閉部件的組件的裝置)之間可能的干涉。而且，如果激光束的位置從焊接表面的界面的徑向位置沿徑向方向向內(nèi)或向外偏移，那么這兩個(gè)部件在焊接表面處的連接強(qiáng)度可能會(huì)發(fā)生不希望地變化。相反，激光束沿與焊接表面相交的方向照射在焊接表面上的本發(fā)明的方法消除了上述的一般遇到的問題。
(2)根據(jù)上述形式(1)的一種方法，該封閉部件裝入該中空圓柱形部件的開口端，從而封閉部件的外圓周面和中空圓柱形部件的內(nèi)圓周面互相嚙合，作為焊接表面。
(3)根據(jù)上述形式(1)的一種方法，該中空圓柱形部件包括一大直徑部分，該大直徑部分具有大于其他部分的內(nèi)徑，該大直徑部分位于該中空圓柱形部件的開口端一側(cè)，且該封閉部件包括一大直徑板部分和一小直徑環(huán)形突出部分，該封閉部件裝入該中空圓柱形部件的開口端內(nèi)，使得封閉部件的大直徑板部分的外圓周面嚙合中空圓柱形部件的大直徑部分的內(nèi)圓周面，且使得封閉部件的小直徑環(huán)形突出部分的外圓周面嚙合中空圓柱形部件的其他部分的內(nèi)圓周面，該中空圓柱形部件的大直徑部分的內(nèi)圓周面和封閉部件的大直徑板部分的外圓周面作為焊接表面。
在根據(jù)本發(fā)明的上述形式(3)的方法中，中空圓柱形部件的大直徑部分的內(nèi)圓周面可以是錐形的，或如相對(duì)于下述形式(4)所述的圓柱形。封閉部件的大直徑板部分的外圓周面做成匹配中空圓柱形部件的大直徑部分內(nèi)圓周面的構(gòu)造的形狀。當(dāng)中空圓柱形部件的大直徑部分的內(nèi)圓周面和封閉部件的大直徑板部分的外圓周面是錐形時(shí)，封閉部件裝入中空圓柱形部件的開口端，使得錐形的內(nèi)、外圓周面互相鄰接而固定。當(dāng)中空圓柱形部件包括一在其大直徑部分和其他部分之間形成的凸肩，且封閉部件包括一在大直徑板部分和小直徑環(huán)形部分之間形成的凸肩時(shí)，封閉部件裝入中空圓柱形部件的開口端，使得這些凸肩互相鄰接而固定。作為選擇，封閉部件裝入中空圓柱形部件的開口端，使得封閉部件的凸肩鄰接中空圓柱形部件的環(huán)形端面而固定。
(4)根據(jù)上述形式(3)的一種方法，中空圓柱形部件的大直徑部分的內(nèi)圓周面和封閉部件的大直徑板部分的外圓周面有恒定的直徑。
(5)根據(jù)上述形式(4)的一種方法，該中空圓柱形部件包括一在大直徑部分和其他部分之間形成的凸肩，而封閉部件包括一在大直徑板部分和小直徑環(huán)形突出部分之間形成的凸肩，當(dāng)封閉部件裝入中空圓柱形部件的開口端，使得中空圓柱形部件的凸肩和封閉部件的凸肩保持互相鄰接時(shí)，該中空圓柱形部件的大直徑部分的內(nèi)圓周面和封閉部件的大直徑板部分的外圓周面由焊接能束焊接在一起。
在上述方法中，通過中空圓柱形部件的凸肩和封閉部件的凸肩鄰靠接觸，使得這兩個(gè)部件更容易互相軸向定位，封閉部件以高精度裝入中空圓柱形部件的開口端內(nèi)，所以這兩個(gè)部件可以高精度焊接在一起。當(dāng)封閉部件裝入中空圓柱形部件的開口端內(nèi)，而封閉部件的大直徑部分的兩端面中遠(yuǎn)離小直徑環(huán)形突出部分的一端面作為部分確定加壓室的活塞端面時(shí)，在壓縮機(jī)的運(yùn)行過程中作用在活塞端面上的壓縮氣體的壓力被互相鄰接的凸肩所接收，所以提高了所制活塞的空心頭部端壁的機(jī)械強(qiáng)度。
(6)根據(jù)上述形式(4)-(5)之一的一種方法，焊接能束沿垂直于中空圓柱形部件的中心線的方向照射在焊接表面上。
雖然焊接能束可沿除90°以外的角度與中空圓柱形部件的中心線相交的方向照射在焊接表面上，但更可取的是焊接能束沿垂直于中空圓柱形部件的中心線的方向照射在焊接表面上。在這種情況下，沿電子束的入射方向測量的焊點(diǎn)尺寸(熔化深度或熔透焊接表面之間的界面的距離)可以減小，其中焊點(diǎn)尺寸是確保這兩個(gè)部件之間的高焊接強(qiáng)度所需要的，在這方面，應(yīng)當(dāng)指出的是從焊接強(qiáng)度的觀點(diǎn)來看徑向上的焊點(diǎn)尺寸是重要的。
(7)根據(jù)上述形式(1)的一種方法，該封閉部件包括一大直徑板部分、一小直徑環(huán)形突出部分，和在兩者之間形成的凸肩，且該封閉部件裝入中空圓柱形部件的開口端內(nèi)，使得封閉部件的凸肩鄰接中空圓柱形部件的在開口端一側(cè)的端面，封閉部件的凸肩和中空圓柱形部件的端面用作焊接表面。
當(dāng)封閉部件的大直徑部分的兩端面中遠(yuǎn)離小直徑環(huán)形突出部分的一端面作為部分地確定加壓室的活塞端面時(shí)，在壓縮機(jī)的運(yùn)行過程中作用在活塞端面上的壓縮氣體的壓力被互相鄰接的封閉部件的凸肩和中空圓柱形部件的環(huán)形端面所接收，致使活塞的空心頭部在其部分確定加壓室的端壁處提高了機(jī)械強(qiáng)度。
通過閱讀下面結(jié)合附圖的關(guān)于本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其他目的、特征、優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)及工業(yè)意義將更好理解和評(píng)價(jià)，其中

圖1是一旋轉(zhuǎn)斜盤式壓縮機(jī)的截面正視圖，該壓縮機(jī)裝有一活塞，該活塞具有通過本發(fā)明的方法制造的空心頭部；圖2是圖1中所示活塞的截面正視圖；圖3是示出一用于制造圖2的活塞的坯件在封閉件固定到坯件的本體部件之前的局部截面正視圖；圖4是示出該本體部件的空心頭部分與該封閉件嚙合而形成活塞的空心頭部的截面正視圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例通過焊接而形成活塞的空心頭部的方法的截面局部正視圖；圖6是示出通過焊接形成活塞的空心頭部的普通方法的截面局部正視圖；圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例通過焊接形成活塞的空心頭部的方法的截面局部正視圖；圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例通過焊接形成活塞的空心頭部的方法的截面局部正視圖；圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的還一實(shí)施例通過焊接形成活塞的空心頭部的方法的截面局部正視圖；圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的再一實(shí)施例通過焊接形成活塞的空心頭部的方法的截面局部正視圖；圖11是示出另一實(shí)施例的視圖。
首先參照圖1和2，描述用于旋轉(zhuǎn)斜盤式壓縮機(jī)的活塞，該活塞根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例構(gòu)成。圖1示出了含有一組單頭活塞(在下文中簡稱“活塞”)的旋轉(zhuǎn)斜盤式壓縮機(jī)。
在圖1中，參考標(biāo)記10表示一有一組沿其軸線方向延伸的汽缸孔12的汽缸體，使得汽缸孔12沿一個(gè)圓排列，圓的中心位于該汽缸體的中心線上。標(biāo)為14的活塞往復(fù)地容納在各汽缸孔內(nèi)。在汽缸體10的軸向相反端面之一上，(如圖1所示的左端面，這將稱作“前端面”)，安裝一前殼體16。在另一端面上，(如圖1所示的右端面，這將稱作“后端面”)，穿過一閥板20安裝一后殼體18。該前殼體16、后殼體18和汽缸體10相配合構(gòu)成旋轉(zhuǎn)斜盤式壓縮機(jī)本體的殼體組件。后殼體18和閥板20相配合確定了一個(gè)吸入室22和一個(gè)排出室24，它們分別通過一入口26和一出口28連接于一冷卻回路(未示出)。閥板20具有吸入口32、吸入閥34、排出口36和排出閥38。
一旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸50位于汽缸體10和前殼體16內(nèi)，使得驅(qū)動(dòng)軸50的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與汽缸體10的中心線對(duì)齊。驅(qū)動(dòng)軸50在其相反兩端分別通過前殼體16和汽缸體10經(jīng)各自的軸承支撐。汽缸體10具有在其中心部分形成的中心軸承孔56，軸承位于這個(gè)中心軸承孔內(nèi)，用于在其后端部分支撐驅(qū)動(dòng)軸50。驅(qū)動(dòng)軸50的前端部分穿過前殼體16的中心部分延伸，使得驅(qū)動(dòng)軸50的前端位于前殼體16的外面，以便驅(qū)動(dòng)軸50連接于驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源(未示出)。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸50帶動(dòng)一旋轉(zhuǎn)斜盤60，使得旋轉(zhuǎn)斜盤60可軸向移動(dòng)且可相對(duì)于驅(qū)動(dòng)軸50傾斜。旋轉(zhuǎn)斜盤60安裝在驅(qū)動(dòng)軸50上，從而驅(qū)動(dòng)軸50穿過在旋轉(zhuǎn)斜盤60的中心部分形成的中心安裝孔61。旋轉(zhuǎn)斜盤60的中心安裝孔61的直徑沿著從其軸向中間部分朝軸向相反兩端的軸向相反方向逐漸增加。在驅(qū)動(dòng)軸50上，固定一轉(zhuǎn)動(dòng)部件62，該轉(zhuǎn)動(dòng)部件通過一推力軸承66與前殼體16嚙合。在驅(qū)動(dòng)軸50的轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，旋轉(zhuǎn)斜盤60通過一鉸鏈機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)軸50一起轉(zhuǎn)動(dòng)。鉸鏈機(jī)構(gòu)64引導(dǎo)旋轉(zhuǎn)斜盤60的軸向和傾斜動(dòng)作。該鉸鏈機(jī)構(gòu)64包括一對(duì)固定在轉(zhuǎn)動(dòng)部件62上的支撐臂67、在旋轉(zhuǎn)斜盤60上形成的且可與支撐臂67上形成的引導(dǎo)孔68滑動(dòng)嚙合的引導(dǎo)銷69、旋轉(zhuǎn)斜盤60的中心安裝孔61，和驅(qū)動(dòng)軸50的外圓周面。
上述活塞14包括一與旋轉(zhuǎn)斜盤60嚙合的頸部70，和一與頸部70整體形成且裝配在對(duì)應(yīng)的汽缸孔12內(nèi)的頭部72。頸部70上形成一槽74，旋轉(zhuǎn)斜盤60通過一對(duì)半球形滑塊76而與該槽74嚙合。半球形滑塊76保持在槽74內(nèi)，使得滑塊76在其半球形表面上滑動(dòng)地嚙合頸部70，且使滑塊76在其平坦表面上滑動(dòng)地嚙合旋轉(zhuǎn)斜盤60的相反表面的徑向外部?，F(xiàn)在將詳細(xì)描述活塞14的構(gòu)造。
旋轉(zhuǎn)斜盤60的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作通過滑塊76轉(zhuǎn)換成活塞14的往復(fù)線性運(yùn)動(dòng)。當(dāng)活塞14從其上死點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到其下死點(diǎn)時(shí)，吸入室22內(nèi)的冷卻氣通過吸入口32和吸入閥34吸入加壓室79。當(dāng)活塞14從其下死點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到其上死點(diǎn)時(shí)，也就是，當(dāng)活塞14處于壓縮沖程時(shí)，加壓室79內(nèi)的冷卻氣被加壓。加壓的冷卻氣通過排出口36和排出閥38排到排出室24內(nèi)。由于加壓室79內(nèi)冷卻氣的壓縮，一個(gè)反作用力沿軸向方向作用在活塞14上。這種壓縮反作用力通過活塞14、旋轉(zhuǎn)斜盤60、轉(zhuǎn)動(dòng)部件62和推力軸承66被前殼體16承受。
汽缸體10具有一吸取通道80，以將排出室24和在前殼體16和汽缸體10之間確定的曲軸室86之間連通。該吸取通道80連接于一電磁操縱的控制閥90，用來控制曲軸室86內(nèi)的壓力。該電磁操縱的控制閥90包括一電磁線圈92和一關(guān)閉閥94，該關(guān)閉閥通過電磁線圈92的供能和去能而有選擇地關(guān)閉和打開。即當(dāng)電磁線圈92供能時(shí)該關(guān)閉閥94處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)線圈92去能時(shí)處于打開狀態(tài)。
旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸50具有一放出通道100。該放出通道100在其兩端之一朝向中心軸承孔56開口，且在另一端朝向曲軸室86開口。中心軸承孔56在其底部通過一連通端口104與吸入室22連通。
如上所述通過控制電磁操縱的控制閥90，曲軸室86有選擇地連接排出室24和斷開排出室24，從而控制曲軸室86內(nèi)的壓力，以便調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)斜盤60相對(duì)于垂直于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸50的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的方向的傾斜角度，藉此控制壓縮機(jī)的排出容量。因此，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)斜盤式壓縮機(jī)是變?nèi)菪偷?。更?zhǔn)確地描述是，當(dāng)電磁操縱的控制閥90的電磁線圈92通電時(shí)，吸取通道80封閉，從而排出室的加壓的冷卻氣不進(jìn)入曲軸室86。在這種情況下，曲軸室86內(nèi)的冷卻氣經(jīng)放出通道100和連通端口104流入吸入室22，使得曲軸室86內(nèi)的壓力降低，從而增加旋轉(zhuǎn)斜盤60的傾斜角。由于旋轉(zhuǎn)斜盤60的轉(zhuǎn)動(dòng)而往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞14的往復(fù)沖程隨著旋轉(zhuǎn)斜盤60的傾斜角度增加而增加，從而增加了加壓室79的容積變化量，藉此壓縮機(jī)的排出容量增加。當(dāng)電磁線圈92斷電時(shí)，吸取通道80打開，使加壓的冷卻氣從排出室24進(jìn)入曲軸室86，導(dǎo)致曲軸室86內(nèi)的壓力增加，旋轉(zhuǎn)斜盤60的傾斜角度減小，從而壓縮機(jī)的排出容量相應(yīng)減小。該電磁操縱的控制閥90的電磁線圈92由一未示出的、依賴于作用在含有本發(fā)明壓縮機(jī)的空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)載的控制裝置來控制。該控制裝置主要由一計(jì)算機(jī)構(gòu)成。
汽缸體10和每個(gè)活塞14都是由鋁合金制成的。活塞14在其外圓周面上涂敷有氟樹脂膜，防止活塞14的鋁合金與汽缸體10的鋁合金直接接觸，而使它們之間卡住，且可以使活塞14和汽缸孔12之間的間隙最小。汽缸體10和活塞14也可由過共晶鋁硅合金制成。其他的材料也可用于汽缸體10、活塞14和涂膜。
下面將描述活塞14的構(gòu)造。
活塞14的頸部70的端部，它遠(yuǎn)離頭部72，有一U形截面，如圖2所示。該端部的U形的兩個(gè)相對(duì)側(cè)壁有各自的互相相對(duì)的凹槽110。每一凹槽110由該側(cè)壁的部分球形內(nèi)表面所確定。上述的該對(duì)滑塊76在旋轉(zhuǎn)斜盤60的徑向外部接觸其相對(duì)表面，且被容納在各自的部分球形凹槽110內(nèi)。因此，頸部70通過滑塊76可滑動(dòng)地嚙合旋轉(zhuǎn)斜盤60。在該實(shí)施例中，頸部70構(gòu)成一嚙合旋轉(zhuǎn)斜盤60形式的驅(qū)動(dòng)部件的嚙合部分。
活塞14的頭部72與頸部70整體制成，且包括一圓柱形本體部分114和一固定到該本體部分114上的封閉部件116。該圓柱形本體部分114在其遠(yuǎn)離頸部70的一端開口，且在另一端封閉。封閉部件116封閉本體部分114的開口端。本體部分114的中空圓柱形部分有一內(nèi)圓周面120，該內(nèi)圓周面被分成兩部分，即，在本體部分114的開口端一側(cè)的大直徑部分122和遠(yuǎn)離開口端的小直徑部分124，這兩部分互相配合而確定了在它們之間形成的凸肩126。
封閉部件116一般為圓盤形部件，包括一圓形板部分130，和一從該板部分130的兩端面之一延伸且直徑小于板部分130的環(huán)形突出部分132。該圓形板部分130可稱作大直徑部分，而環(huán)形突出部分132可稱作小直徑部分。在該圓形板部分130和環(huán)形突出部分132之間形成一凸肩134。封閉部件116的環(huán)形突出部分132有一在封閉部件116的遠(yuǎn)離圓形板部分130的端面開口的圓形槽136，如圖2所示，使得封閉部件116的重量減小。封閉部件116裝入本體部分114的中空圓柱形部分的內(nèi)圓周面120內(nèi)，使得封閉部件116的凸肩134鄰接本體部分114的中空圓柱形部分的凸肩126。在這種情況下，封閉部件116的圓形板部分130的外圓周面嚙合本體部分114的內(nèi)圓周面120的大直徑部分122，而封閉部件116的環(huán)形突出部分132的外圓周面嚙合本體部分114的內(nèi)圓周面120的小直徑部分124。封閉部件116通過焊接固定到本體部分114上。在活塞14的壓縮沖程中由于加壓室79內(nèi)的冷卻氣的壓縮而作用在活塞14端面的壓縮反作用力被互相鄰接的凸肩126和134以及本體部分114和封閉部件116的接觸圓周表面所接收，其中這些表面通過焊接連接。
上述構(gòu)造的兩個(gè)活塞14是從如圖3所示的一個(gè)坯件制成的。用于制造兩個(gè)活塞14的坯件150有一本體部件152和兩個(gè)封閉部件154。本體部件152包括成對(duì)的頸部156和兩個(gè)與成對(duì)的頸部156整體制成的圓柱形空心頭部分158，使得該兩空心頭部分158從成對(duì)的頸部156的兩端沿相反的方向延伸。成對(duì)的頸部156由對(duì)應(yīng)兩個(gè)單頭活塞14的頸部70的相互整體形成的兩部分組成。兩個(gè)空心頭部分158中的每一個(gè)在其兩端中在該成對(duì)的頸部156一側(cè)的一端封閉，且有一個(gè)在另一端開口的中空圓柱形部分，它對(duì)應(yīng)頭部72的中空圓柱形本體部分114。
如圖3所示，空心頭部分158有一內(nèi)圓周面，該內(nèi)圓周面被分成兩部分，即，位于空心頭部分158的開口端一側(cè)的大直徑部分162，和位于成對(duì)的頸部156一側(cè)的小直徑部分164。凸肩166在大直徑部分162和小直徑部分164之間形成。這個(gè)凸肩166作為活塞14的凸肩126。本體部件152由鋁合金形式的金屬材料通過模鑄制成。通過模鑄制成本體部件152是制備本體部件152的一個(gè)步驟。圖3中的參考標(biāo)記168指示兩個(gè)橋形部分，它們是為增加本體部件152的剛性而提供的，且作為一加強(qiáng)部分，通過該加強(qiáng)部分可以保護(hù)本體部分152避免由于熱造成的變形。
兩封閉部件154在結(jié)構(gòu)上是相同的。如同封閉部件116，這些封閉部件154都包括一圓形板部分174和一從該圓形板部分174的相對(duì)端面之一延伸的環(huán)形突出部分176。在該圓形板部分174和環(huán)形突出部分176之間形成一凸肩177。封閉部件154的圓形板部分174有一圓形槽178。封閉部件154的凸肩177和槽178作為封閉部件116的凸肩134和槽136。
每一封閉部件154的圓形板部分174在其遠(yuǎn)離環(huán)形突出部分176的端面上形成一保持部分182。該保持部分182具有圓形的截面，且有一中心孔182。在該實(shí)施例中，封閉部件154由鋁合金形式的金屬材料通過模鑄制成。通過模鑄制成封閉部件154是制備封閉部件154的一個(gè)步驟。封閉部件154的圓形板部分174和環(huán)形突出部分176具有與封閉部件116的圓形板部分130和環(huán)形突出部分132同樣的尺寸關(guān)系，且省略對(duì)它們的詳細(xì)描述。
如圖4所示，封閉部件154裝入空心頭部分158的開口端，使得封閉部件154的圓形板部分174嚙合空心頭部分158的大直徑部分162，且封閉部件154的環(huán)形突出部分176嚙合空心頭部分158的小直徑部分164。封閉部件154插入空心頭部分158直到凸肩177鄰接凸肩166。隨著每一個(gè)封閉部件154裝入本體部件152，空心頭部分158的大直徑部分162的內(nèi)圓周面和封閉部件154的圓形板部分174的外圓周面保持接近或互相鄰接，以便這些內(nèi)外圓周面通過電子束焊接而互相連接。下面將詳細(xì)描述這種焊接工藝。在該實(shí)施例中，因?yàn)楸倔w部件152和每個(gè)封閉部件154都通過模鑄制成，且具有很高的尺寸精度，所以封閉部件154裝入本體部件152不需要機(jī)械加工操作比如切削和磨削加工，使得用于單頭活塞14的坯件150的制造成本降低。
在如上所述兩個(gè)封閉部件154固定裝入本體部件152的相應(yīng)開口端部之后，在本體部件152的空心頭部分158的外圓周面和封閉部件154的露出的外圓周面(圖9)上進(jìn)行切削加工。這種切削加工在車床或旋床上實(shí)現(xiàn)，使坯件150通過卡盤在封閉部件154的保持部分180處固定，其中坯件150與嚙合中心孔182的兩個(gè)中心對(duì)中，且使坯件150通過適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)裝置而轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)榉忾]部件154通過焊接固定到本體部件152上，所以防止了封閉部件154和本體部件152互相相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而坯件可整體轉(zhuǎn)動(dòng)，便于在其外圓周面進(jìn)行有效的加工。
然后，本體部件152的空心頭部分158和封閉部件154的外圓周面涂敷一層適當(dāng)?shù)牟牧希热缫粚泳鬯姆蚁?。然后，坯?50經(jīng)過機(jī)械加工，從封閉部件154上切除保持部分180，且在空心頭部分158和封閉部件154的涂敷的外圓周面進(jìn)行無中心磨削加工，制成了成為兩個(gè)活塞14的頭部72的兩部分。在下一步中，在成對(duì)的頸部156的兩橋形部分168附近進(jìn)行切割加工，形成容納活塞14的滑塊76的凹槽110。這樣，在該成對(duì)的頸部156處形成了成為兩活塞14的頸部70的兩部分。最后，該成對(duì)的頸部156在其軸向中心部分進(jìn)行切割加工，將坯件150切為形成各自的兩個(gè)活塞14的兩塊。
現(xiàn)在將描述將每一封閉部件154焊接到本體部件152上的工藝。
如上所述互相嚙合的封閉部件154和本體部件152被一電子束焊接設(shè)備的電子束發(fā)射裝置發(fā)射的電子束照射，使得空心頭部分158的內(nèi)圓周面的大直徑部分162和封閉部件154的圓形板部分174的外圓周面通過焊接而互相連接，從而這些連接的表面形成一個(gè)界面。兩部件152、154焊接在一起的空心頭部分158和圓形板部分174的內(nèi)、外圓周面在下文中稱作“焊接表面”。參照圖4詳細(xì)描述，本體部件152和裝入本體部件152的兩個(gè)封閉部件154被固定并夾在一對(duì)夾具186之間，使得每個(gè)封閉部件154通過每個(gè)夾具壓在本體部件152上，其中封閉部件154的保持部分180裝入夾具186上形成的孔中。在這種情況下，通過適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)裝置經(jīng)夾具186給每個(gè)封閉部件154施加一個(gè)扭矩，從而本體部件152和封閉部件154一起轉(zhuǎn)動(dòng)。在這種情況下，電子束照射在本體部件152和封閉部件154上，使這些部件在上述的焊接表面處焊接在一起。通過夾具186將封閉部件154壓在本體部件152上防止了封閉部件154遠(yuǎn)離本體部件152移動(dòng)，使得有可能對(duì)這些部件進(jìn)行有效的焊接。在該實(shí)施例中焊接在真空下或減小的壓力下是有效的，從而避免了由于熱而造成的空氣膨脹，消除了被封閉部件154所氣密封閉的本體部件152內(nèi)部通氣的需要，以及給活塞提供一個(gè)通氣孔的需要。
用于轉(zhuǎn)動(dòng)本體部件152和封閉部件154的驅(qū)動(dòng)裝置和電子束發(fā)射裝置在本領(lǐng)域是公知的，其詳細(xì)描述省略。在該實(shí)施例中，封閉部件154裝入其中的坯件的轉(zhuǎn)動(dòng)使電子束的輝點(diǎn)沿坯件150的圓周方向移動(dòng)。作為選擇，電子束發(fā)射裝置或電子束的輝點(diǎn)可以轉(zhuǎn)動(dòng)，而坯件保持靜止。
如圖5所示，從電子束發(fā)射裝置發(fā)射出的電子束沿一條直線照射在坯件150上，該直線相對(duì)于單點(diǎn)劃線表示的本體部件152的中心線傾斜，所以，在上述的直線和本體部件152的中心線之間的距離在空心頭部分158的徑向方向上，隨著該直線沿平行于本體部件152的中心線方向和從大直徑部分162到小直徑部分164的方向接近凸肩表面166而減小。這就是，電子束照射在焊接表面的界面上的直線與焊接表面相交，從而隨著入射線沿空心頭部分158的軸向方向從大直徑部分162到小直徑部分164接近界面，入射線在空心頭部分158的徑向方向上向內(nèi)接近界面。換句話說，電子束沿圖5所示的傾斜延伸的箭頭直線照射在坯件150上。如果電子束沿平行于接觸圓周面的界面的方向照射在坯件150上，如在圖6所示的現(xiàn)有技術(shù)中，那么本體部件152和封閉部件154的材料的熔化量對(duì)于這兩個(gè)部件來說可以是均勻的，只要電子束在空心頭部分158的徑向方向上與界面(162)精確對(duì)齊。然而，如果電子束的輝點(diǎn)沿空心頭部分158的徑向方向向內(nèi)或向外偏移，那么本體部件152和封閉部件154的材料的熔化量對(duì)于這兩個(gè)部件來說可能是不均勻的，減小了焊接區(qū)域，即這些部件152、154被焊接在一起的區(qū)域，致使本體部件152和封閉部件154之間的焊接強(qiáng)度減小。如果焊接能束的輝點(diǎn)從界面沿空心頭部分158的徑向方向向外稍偏移，如圖6中的上箭頭直線所示，例如，本體部件152的材料的熔化量大于封閉部件154的，那么這些部件焊接在一起的焊接區(qū)域減小。所以，在現(xiàn)有技術(shù)的焊接方法中，本體部件152和封閉部件154之間的焊接強(qiáng)度依賴于單個(gè)坯件而不合需要地變化。相反，在圖5的實(shí)施例中，焊接區(qū)域沒有大的變化，即使如圖6電子束的輝點(diǎn)從界面沿空心頭部分158的徑向方向向外偏移，所以根據(jù)圖5的方法可以防止單個(gè)坯件150的焊接強(qiáng)度的變化。
在圖6中所示的普通焊接方法中，電子束沿平行于它們的界面的方向照射在焊接表面上，焊接表面需要電子束照射在每個(gè)封閉部件154的形成保持部分180的端面一側(cè)上，所以電子束的入射方向平行于本體部件152的中心線(在圖6中用單點(diǎn)劃線表示)。在這種方案中，因?yàn)殡娮邮l(fā)射裝置不可避免地靠近夾具186定位，所以在電子束發(fā)射裝置和夾具186之間可能產(chǎn)生干涉。相反，根據(jù)本發(fā)明的方案，電子束沿相對(duì)于圖5所示的夾具186的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線傾斜的直線照射在焊接表面上，可以方便地避免夾具186和電子束發(fā)射裝置之間的干涉。
在該實(shí)施例中，本體部件152的每一個(gè)空心頭部分158相當(dāng)于與封閉部件154相配合而形成活塞14的頭部72的中空圓柱形部件，它是一空心頭部。大直徑部分162用作每個(gè)空心頭部分158的大直徑部分。圓形板部分174用作每個(gè)封閉部件154的大直徑部分，而環(huán)形突出部分176用作每個(gè)封閉部件154的小直徑部分。
電子束沿任何與焊接表面相交的方向照射在焊接表面上。例如，電子束可沿一如圖7所示相對(duì)于本體部件152的中心線(用單點(diǎn)劃線表示)傾斜的直線照射在焊接表面上，所以，在上述的直線和本體部件152的中心線之間的距離在空心頭部分158的徑向方向上，隨著該直線沿平行于本體部件152的中心線方向和從小直徑部分164到大直徑部分162的方向接近圓形板部分174的端面而減小。這就是，電子束照射在焊接表面的界面上的入射直線與焊接表面相交，從而隨著入射線沿空心頭部分158的軸向方向從小直徑部分164到大直徑部分162接近界面，入射線在空心頭部分158的徑向方向上向內(nèi)接近界面。換句話說，電子束沿圖7所示的傾斜延伸的箭頭直線照射在坯件150上。這種方案也有效地防止了電子束發(fā)射裝置和夾具186之間的干涉。
作為選擇，電子束可沿垂直于焊接表面的方向照射在焊接表面上，如圖8所示。這種方案對(duì)于防止電子束發(fā)射裝置和夾具186之間的干涉尤其有效。在該實(shí)施例中，沿電子束的照射方向測量的焊點(diǎn)尺寸(熔化深度或熔透焊接表面之間的界面的距離)，這是在本體部件152和封閉部件154之間獲得所需的焊接強(qiáng)度所必須的，可以做得小于電子束沿相對(duì)于中心線傾斜的方向照射在焊接表面上的圖5和7的實(shí)施例中的情況。在這方面，應(yīng)當(dāng)指出的是從焊接強(qiáng)度的觀點(diǎn)來說沿徑向方向的焊點(diǎn)的尺寸是重要的。
在圖5和7-8的實(shí)施例中，焊接表面平行于本體部件152的中心線。焊接表面不必平行于本體部件152的中心線，而是可以沿其他方向延伸，如圖9和10所示，其中使用與圖5和7-8中所用的相同參考標(biāo)記來標(biāo)記對(duì)應(yīng)的部件，且省略其詳細(xì)描述。
參照圖9，本體部件152的空心頭部分200在其兩端的一端封閉，而在另一端開口。封閉部件154裝入本體部件152的孔202中，使得凸肩177鄰接本體部件152的環(huán)形端面204，所以封閉部件154的環(huán)形突出部分176在其外圓周面處裝入本體部件152的空心頭部分200的內(nèi)圓周面的對(duì)應(yīng)部分。該方案的本體部件152的頭部200在構(gòu)造上簡單，且有不變的小壁厚。在該實(shí)施例中，頭部200的環(huán)形端面204和封閉部件154的凸肩177通過焊接連接在一起。而且，頭部200的內(nèi)圓周面的軸向端部和封閉部件154的環(huán)形突出部分176的外圓周面的對(duì)應(yīng)軸向端部也通過焊接連接在一起。如圖9中的箭頭直線所示，電子束沿相對(duì)于本體部件152的中心線傾斜的直線照射在焊接表面上，所以，在上述的直線和本體部件152的中心線之間的距離在空心頭部分200的徑向方向上，隨著該直線沿平行于中心線方向和從空心頭部200到封閉部件154的方向接近端面204或凸肩177而減小。這就是，電子束照射在焊接表面177、204的界面上的直線與焊接表面相交，從而隨著入射線沿從空心頭部分200到封閉部件154的軸向方向接近界面，入射線在空心頭部分200的徑向方向上向內(nèi)接近界面。作為選擇，電子束可沿如圖5的實(shí)施例的左下方向延伸的直線而照射在焊接表面上。應(yīng)當(dāng)指出的是，僅僅頭部200的端面204和封閉部件154的凸肩177被焊接在一起。在這種情況下，焊接表面垂直于本體部件152的中心線。
圖9中所示的實(shí)施例對(duì)于避免電子束發(fā)射裝置和夾具186之間的干涉尤其有效，且能在沿垂直于本體部件152的中心線的方向延伸的頭部200的端面204和封閉部件154的凸肩177之間實(shí)現(xiàn)有效地連接。在該實(shí)施例中，圓形板部分174用作封閉部件154的大直徑部分，而環(huán)形突出部分176用作封閉部件154的小直徑部分。
參照圖10，本體部件152有一空心頭部300，其環(huán)形端面304為錐形，其內(nèi)徑在軸向方向上向內(nèi)不斷地減小，一封閉部件310裝入頭部300的孔302內(nèi)。該封閉部件310具有圓形板部分174，其外圓周面312為錐形，其外徑如上所述在軸向方向上向內(nèi)不斷地減小。頭部300的錐形表面304和封閉部件154的板部分174的錐形表面312通過焊接連接在一起。在該實(shí)施例中，電子束照射在焊接表面304、312上的方向垂直于本體部件152的中心線，且與這些錐形的焊接表面304和312相交。如果電子束的入射方向如在普通方法中平行與錐形焊接表面的界面，那么所獲得的活塞被電子束在其部分確定加壓室79的端面外圍被不希望地熔化了。在這種情況下，當(dāng)活塞位于壓縮沖程的盡頭時(shí)加壓室79的最小體積由于熔化造成的變形而不希望地增加了，致使壓縮機(jī)的運(yùn)行效率降低。在圖10中示出的實(shí)施例中，電子束的入射方向與錐形焊接表面304、312相交有效地避免了上述問題。在這種方案中，焊接表面被電子束照射，而沒有遭受電子束發(fā)射裝置和夾具186之間的干涉。如上所述，電子束可沿任何與焊接表面相交的方向照射在焊接表面304、312上。因此即使如圖10的實(shí)施例當(dāng)焊接表面相對(duì)于本體部件152的中心線傾斜時(shí)，焊接也可以很容易地進(jìn)行。頭部300的錐形表面304用作中空圓柱形部件的大直徑部分的內(nèi)圓周面，該中空圓柱形部件與一封閉部件相配合形成活塞。
為了享有本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，希望焊接能束相對(duì)于焊接表面的傾斜角度大于10度，可推薦的是大于20度，更好的是大于30度。
在圖4、5、7、8、9、10中所示的實(shí)施例中，封閉部件154、310固定到中空圓柱形部分158、200、300中，使得封閉部件裝入空心頭部的開口端。如圖11所示，該封閉部件可裝在中空圓柱形部分上。在圖11的實(shí)施例中，一空心頭部分400有一在其開口端形成的環(huán)形突出部分402。該環(huán)形突出部分402有一小于其他部分的外徑，所以在該環(huán)形突出部分402和其他部分之間形成一個(gè)凸肩404。封閉部件154裝在空心頭部400的環(huán)形突出部分402的外圓周面上，使得一環(huán)形突出部分350的環(huán)形端面352鄰接空心頭部400的凸肩404。在該實(shí)施例中，封閉部件154的環(huán)形突出部分350的環(huán)形端面352和空心頭部400的凸肩404通過焊接連接在一起。
在圖3所示的坯件150中，兩個(gè)圓柱形空心頭部分158都與成對(duì)的頸部156整體形成，且在其兩端中遠(yuǎn)離成對(duì)的頸部156的一端開口，而每個(gè)空心頭部分158的開口由分開制成的封閉部件154來封閉。坯件150可以是其他的結(jié)構(gòu)。例如，兩個(gè)封閉部件與一成對(duì)的頸部部件通過模鑄整體制成，且每個(gè)封閉部件通過焊接而連接于兩個(gè)分開模鑄的中空圓柱形部件中對(duì)應(yīng)的一個(gè)上，從而封閉該中空圓柱形部件的開口端。
封閉部件和中空圓柱形部件可通過鍛造制成。
在所述實(shí)施例中的活塞可用于定容型旋轉(zhuǎn)斜盤式壓縮機(jī)以及變?nèi)菪托D(zhuǎn)斜盤式壓縮機(jī)。而且，該活塞可以是雙頭的。
雖然僅僅為了說明的目的，上面已經(jīng)描述了本發(fā)明的某些優(yōu)選實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)理解的是本發(fā)明可以有各種變化和改進(jìn)，比如在本發(fā)明概述中所描述的那些，這對(duì)那些本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是可能想到的。
權(quán)利要求
1.一種形成用于旋轉(zhuǎn)斜盤式壓縮機(jī)的活塞(14)的空心頭部(72)的方法，包含步驟將一封閉部件(154，310)固定到一至少在兩端的一端開口的中空圓柱形部件(158，200，300)上，從而封閉所述中空圓柱形部件的開口端，且給所述封閉部件和所述中空圓柱形部件的焊接表面施加一個(gè)焊接能束，該焊接表面互相鄰近或接觸，從而所述封閉部件和所述中空圓柱形部件在所述焊接表面處互相連接，其特征在于所述焊接能束沿與所述焊接表面相交的方向照射在所述封閉部件和所述中空圓柱形部件的所述焊接表面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種方法，其特征在于所述封閉部件(154)裝入所述中空圓柱形部件(158，300)的所述開口端，從而所述封閉部件的外圓周面和所述中空圓柱形部件的內(nèi)圓周面互相嚙合，作為所述的焊接表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種方法，其特征在于所述中空圓柱形部件(158，300)包括一大直徑部分(162，304)，該大直徑部分具有大于其他部分(164，302)的內(nèi)徑，所述大直徑部分位于所述中空圓柱形部件的所述開口端一側(cè)，且所述封閉部件(154)包括一大直徑板部分(174)和一小直徑環(huán)形突出部分(176)，所述封閉部件裝入所述中空圓柱形部件的所述開口端內(nèi)，使得所述封閉部件的所述大直徑板部分的外圓周面嚙合所述中空圓柱形部件的所述大直徑部分的內(nèi)圓周面，且使得所述封閉部件的所述小直徑環(huán)形突出部分的外圓周面嚙合所述中空圓柱形部件的所述其他部分的內(nèi)圓周面，所述中空圓柱形部件的所述大直徑部分的所述內(nèi)圓周面和所述封閉部件的所述大直徑板部分的所述外圓周面作為所述的焊接表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種方法，其特征在于所述中空圓柱形部件(158)的所述大直徑部分(162)的所述內(nèi)圓周面和所述封閉部件(154)的所述大直徑板部分(174)的所述外圓周面有恒定的直徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種方法，其特征在于所述中空圓柱形部件(158)包括一在所述大直徑部分(162)和所述其他部分(164)之間形成的凸肩(166)，而所述封閉部件(154)包括一在所述大直徑板部分(174)和所述小直徑環(huán)形突出部分(176)之間形成的凸肩(177)，當(dāng)所述封閉部件裝入所述中空圓柱形部件的所述開口端，使得所述中空圓柱形部件的所述凸肩(166)和所述封閉部件的所述凸肩(177)保持互相鄰接時(shí)，所述中空圓柱形部件的所述大直徑部分的所述內(nèi)圓周面和所述封閉部件的所述大直徑板部分的所述外圓周面由焊接能束焊接在一起。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種方法，其特征在于焊接能束沿垂直于所述中空圓柱形部件的中心線的方向照射在所述焊接表面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種方法，其特征在于所述封閉部件(154)包括一大直徑板部分(174)、一小直徑環(huán)形突出部分(176)，和在兩者之間形成的凸肩(177)，且所述封閉部件裝入所述中空圓柱形部件(200)的所述開口端(202)內(nèi)，使得所述封閉部件的所述凸肩與所述中空圓柱形部件在所述開口端一側(cè)的端面(204)保持鄰接，所述封閉部件的所述凸肩和所述中空圓柱形部件的所述端面作為所述的焊接表面。
全文摘要
一種形成用于旋轉(zhuǎn)斜盤式壓縮機(jī)的活塞(14)的空心頭部(72)的方法,包含步驟:將一封閉部件(154,310)固定到一至少在兩端的一端開口的中空圓柱形部件(158,200,300)上,從而封閉該中空圓柱形部件的開口端,且給該封閉部件和該中空圓柱形部件的焊接表面施加一個(gè)焊接能束,該焊接表面互相鄰近或接觸,從而該封閉部件和該中空圓柱形部件在焊接表面處互相連接,其特征在于焊接能束沿與焊接表面相交的方向照射在封閉部件和中空圓柱形部件的焊接表面上。
文檔編號(hào)B23K26/00GK1371778SQ0111193
公開日2002年10月2日 申請日期2001年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月24日
發(fā)明者加藤崇行, 片山誠二 申請人:株式會(huì)社豐田自動(dòng)織機(jī)制作所