專利名稱：帶非軸線對稱內面構形的中空頭部的斜盤式壓縮機活塞的制作方法
這一申請基于1999年9月21日提交的日本專利申請?zhí)?1-267131。其內容引用結合在本文中。
斜盤式壓縮機適于通過多個活塞壓縮氣體，活塞通過斜盤的轉動而往復運動。一般，活塞包括滑動地裝在缸孔中的頭部和滑動地與斜盤接合的接合部，缸孔形成在壓縮機氣缸體中。為減小活塞的重量，已提出形成具有中空圓柱形頭部的活塞。作為制造這樣活塞的一個實例，本發(fā)明的受讓人在JP-A-11-152239中提出制造活塞坯料的方法，其包括下面步驟準備一本體件的步驟，本體件有中空頭部和接合部，中空頭部在其對置端之一處封閉而在另一端敞開，接合部與頭部整體形成；和將與本體件分開準備的封閉件固定到本體件上以便封閉頭部的敞開端。封閉件可由任何方法制造，而本體件最好通過壓鑄制造。
根據(jù)上述背景技術，作出本發(fā)明。本發(fā)明的目的是提供通過壓鑄制造斜盤式壓縮機本體件的改進方法，本體件包括在其對置端之一處封閉的中空圓柱形頭部和與該頭部整體形成的接合部。
根據(jù)本發(fā)明的下列的形式或模式之一，可實現(xiàn)本發(fā)明的目的。為便于理解本發(fā)明，如同所附權利要求那樣，每一模式被編號并合理地從屬于其它的一個模式或幾個模式，以便表示和說明本發(fā)明技術特征的可能組合?？梢岳斫獗景l(fā)明并不局限于下述的技術特征和其組合。可理解下述技術特征與其它技術特征組合可以是本發(fā)明的主題，這些其它的技術特征是獨立的。
(1)一種制造斜盤式壓縮機活塞的本體件的方法，上述本體件包括一般中空中圓柱形頭部和接合部，上述頭部具有封閉端和被封閉件封閉的敞開端，以便提供上述活塞的頭部，上述接合部與位于上述封閉端的上述中空圓柱形頭部的底部整體接合，上述接合部提供上述活塞的接合部，用于與壓縮機的斜盤接合，該方法包括下列步驟準備一壓鑄裝置，該壓鑄裝置包括一鑄模和活動芯，該鑄模有兩個半模，它們可相互分開并可沿垂直于上述中空圓柱形頭部的中心線的方向接合在一起，上述兩個半模具有各自的型面；上述活動芯可沿平行于上述中心線的方向滑動移動以便上述活動芯前進進入上述鑄模和退出上述鑄模，當上述活動芯進入上述鑄模時，上述活動芯與上述半模型面互相配合在其間形成型腔，上述型腔具有隨同上述本體件的構形，上述本體件包括上述中空圓柱形頭部和上述接合部，至少上述活動芯前端部具有相對上述活動芯中心線非軸線對稱的構形；和使用上述壓鑄裝置壓鑄上述本體件，從而上述中空圓柱形頭部有內底面，該內底面有相對上述中空圓柱形頭部的中心線非軸線對稱的立體構形，該立體構形對應于上述活動芯前端部的非軸線對稱的構形。
在本發(fā)明模式(1)的方法中，當活動芯前進進入有兩個半模的鑄模時，活動芯與兩個半模型面配合形成一型腔，該型腔具有隨同本體件的構形，本體件包括中空頭部和接合部。型腔充滿熔化金屬，以便預期的本體件在型腔中成形。然后，活動芯退出成形的中空圓柱形頭部，以便活動芯前端部位于鑄模的外側。隨后，兩個半模互相移動分開以拆卸成形的本體件。在這一設計中，至少活動芯的前端部有相對其中心線的非軸線對稱的構形，成形的中空圓柱形頭部具有內底面，該內底面具有相對其中心線的非軸線對稱的立體構形，該構形對應于活動芯前端部的非軸線對稱的構形。
為減小活塞重量，可對中空圓柱形頭部進行機械加工，如在將封閉件固定到頭部敞開端之前對其內圓周面進行切削加工。當對頭部內底面切削加工時，同時對頭部內圓周面進行切削加工，內底面最好有由多個與頭部同心的圓限定的構形，即，與切削加工時使用的刀具同軸。
然而，為了盡量減小本體件的重量，其中，頭部與頭部的底部整體形成，頭部的內底面最好具有不同于上述構形的構形。
除上述對頭部內圓周面切削加工之外，使用鉆頭或端銑刀對頭部內底面減小另外的切削加工，頭部的內底面可形成立體構形，其不同于由多個與頭部同心的圓形成的上述構形。但是，這一附加的步驟不可避免地增加活塞制造費用。
根據(jù)本發(fā)明方法，相反，本體件頭部的內底面可形成理想的立體構形。換句話說，頭部的內底面可有任何構形，只要活動芯容易從成形的本體件退出。在本方法中，頭部內底面具有有效減小本體件重量的立體構形，本體件包括頭部和與頭部的底部整體形成的接合部。
上述的說明是基于為了減小活塞重量對本體件的頭部內圓周面進行機加工如切削加工的假設。然而，頭部內表面，其包括內圓周面和內底面，不必加工。當本體件(其中空圓柱形頭部具有充分減小的圓柱形壁厚)壓鑄成形時，對頭部內圓周面的切削加工可以取消。
(2)按上述模式(1)的方法，上述接合部為具有基部的U形部，該基部沿大體平行于上述頭部中心線的方向從上述頭部底部的預定圓周部分伸出，上述圓周部分偏離上述頭部中心線，一對平行臂部沿大體垂直于上述頭部中心線的方向從上述基部伸出，上述活動芯形成有凸起，該凸起沿平行于上述頭部的中心線的方向從上述活動芯前端部的預定圓周部分伸出，上述活動芯前端部的預定圓周部分對應于上述接合部的基部。
當U形接合部與頭部底部整體形成時，連接到接合部的基部的頭部的底部的一部分往往具有大的壁厚。如果活動芯有上述模式(2)的凸起，在壓鑄步驟中，活動芯的凸起將提供給底部厚壁部分的大量材料朝接合部基部壓下，由此，以充分地減小底部厚壁部分的厚度。形成活動芯的凸起以便平行于活動芯的中心線延伸，這樣，活動芯可容易地從成形的本體件退出，同時避免活動芯凸起與本體件干涉。
(3)按上述模式(1)或(2)的方法，活動芯設置擠壓件，擠壓件沿平行于上述頭部中心線的方向滑動移動，壓鑄上述本體件的步驟包括將上述擠壓件端部壓入注滿提供上述本體件的型腔的熔化金屬，由此，上述熔化金屬中存在的氣孔被消除。
與頭部的厚度相比較，本體件的接合部傾向于有較大的壁厚，從而會有在其中形成的氣孔。在本設計中，擠壓件壓入熔化金屬，由此，由于擠壓件施加的遠離，氣孔可有效地消除。
(4)按上述模式(3)的方法，其中，上述擠壓件與上述活動芯同心地形成，以便擠壓上述頭部的內底面的中心部。
由于擠壓件壓入頭部內底面的中心部，在該中心部留有中空殘留壁。使用下面模式(5)的方法，可容易地去除殘留壁。雖然殘留壁不必被去除，因為殘留壁形成在本體件頭部，但是，最好，除去殘留壁以便減小活塞重量。
(5)按上述任一模式(1)-(4)的方法，還包括對上述壓鑄成形的本體件進行機械加工的步驟，以便切掉中空殘留壁，由于上述擠壓件工作的結果，中空殘留壁在上述頭部內底面的中心部形成，上述機械加工包括圍繞上述頭部的中心線互相轉動旋轉刀具上述本體件。
(6)按上述任一模式(1)-(5)的方法，其中，壓鑄上述本體件的步驟包括壓鑄兩個本體件，它們分別具有上述接合部和上述頭部，上述兩個本體件在上述接合部一側上的端部處相互連接，從而上述兩個本體件的頭部互相連接，并且上述兩個本體件的每一頭部在遠離連接在一起的上述接合部的對置端之一上是敞開的。
本設計有效地減小了壓鑄活塞本體件的費用，同時便于對其進行機械加工，從而減小活塞制造成本。
(7)按上述任一模式(1)-(6)的方法，其中，根據(jù)無孔壓鑄方法進行上述壓鑄上述本體件的步驟。
通過將熔化金屬如熔化的鋁合金引入鑄模的型腔，型腔填充有反應氣體如氧氣，以便型腔由于熔化金屬和反應氣體之間的反應，型腔處于高真空狀態(tài)，這樣，無孔壓鑄方法可防止在壓鑄物品中存有氣體。由上述無孔壓鑄方法形成的壓鑄物品顯示出高強度和較小的壁厚。
(8)按上述模式(7)的方法，其中，上述中空圓柱形頭部具有不大于1．8mm的壁厚。
上述無孔壓鑄方法有利于制造薄壁壓鑄物品。通過制造活塞本體件時適當確定壓鑄條件，本體件頭部的壁厚可減小到不大于1．8mm、1．5mm、或1．2mm。
(9)一種制造斜盤式壓縮機活塞的方法，該活塞具有按上述模式(7)或(8)限定的方法制造的本體件，其中，上述本體件的中空圓柱形頭部在其一端由上述封閉件封閉，以提供上述活塞頭部而不對上述頭部的內圓周面進行機械加工。
因為無孔壓鑄方法允許制造具有高機械強度和高尺寸精度的薄壁壓鑄物品，無孔壓鑄方法形成的本體件不必對中空圓柱形頭部的內圓周面進行機械加工來減小其壁厚。取消機械加工可經(jīng)濟地制造活塞。本設計，其中，封閉件封閉遠離接合部一側上的中空圓柱形頭部敞開端，它保證比封閉件封閉接合部一側上中空圓柱形頭部的敞開端的設計有更高的活塞使用耐用性。
雖然根據(jù)本發(fā)明方法適于可變容量式的斜盤式壓縮機使用的單頭活塞，但是，本發(fā)明同樣適用于制造固定式的斜盤式壓縮機使用的活塞。
結合附圖，閱讀本發(fā)明優(yōu)先實施例的下面詳細說明，可更好地認識和理解本發(fā)明的上述任何目的，特征，優(yōu)點，以及技術和工業(yè)上的重要意義。其中

圖1是配置按本發(fā)明一實施例構成的活塞的旋轉斜盤式壓縮機前剖視圖；圖2是圖1活塞的局部剖開前視圖；圖3是圖2的活塞的局部平面圖；圖4是表示本體件的局部剖開的前視圖，該本體件用于在封閉件固定到本體件之后制成圖2的活塞；圖5是表示圖4的本體件局部剖開的前視圖；圖6A-6C是說明根據(jù)本發(fā)明方法壓鑄本體件的方法的視圖；圖7是用于本發(fā)明壓鑄方法的壓鑄裝置的側視圖；圖8A和8B是說明使用圖7壓鑄裝置壓鑄本體件的方法的視圖；圖9是表示設置在普通壓鑄裝置中的擠壓構件的視圖；圖10是表示根據(jù)本發(fā)明方法切掉擠壓壁的步驟的視圖；圖11是斜盤式壓縮機活塞的本體件的局部剖開的前視圖，該本體件按本發(fā)明另一實施例構成；圖12是用于制造圖11本體件的壓鑄方法的壓鑄裝置的剖視側視圖。
參考附圖，將詳細說明應用于本體件時本發(fā)明優(yōu)選實施例，本體件用于制造單頭活塞，其用于汽車空調系統(tǒng)的斜盤式壓縮機。
首先參考圖1，斜盤式壓縮機有多個單頭活塞(下面簡稱活塞)；其分別按本發(fā)明一實施例構成。
在圖1中，汽缸體10具有多個缸孔12，其沿軸向延伸，缸孔12沿其圓心位于汽缸體10的中心線上的一圓布置?；钊?4可往復運動地容納在每個缸孔12中。前殼體16固定到汽缸體10的軸向對置的端面(圖1看左端面，其被稱為前端面)。后殼體18通過閥板20固定到另一端面上(圖1看右端端面，其被稱為后端面)。前殼體16，后殼體18，汽缸體10相互配合構成斜盤式壓縮機的外殼部件。后殼體18和閥板20配合形成吸入腔22和排出腔24，它們分別通過進口26和出口28連接冷卻回路(未示出)。閥板20有吸入孔32，吸入閥34，排出孔36和排出閥38。
旋轉驅動軸44設置在汽缸體10和前殼體16內，以便驅動軸44的轉動軸線對正汽缸體10的中心線。驅動軸44通過各自的軸承支承在前殼體16和汽缸體10的對置端部分處。汽缸體10具有在其中心部形成的中心軸承孔48，軸承設置在該中心軸承孔48中，以便支承驅動軸44的后端部。通過離合機構如電磁離合器，驅動軸44的前端部連接到汽車發(fā)動機形式的外驅動源(未示出)。工作時，驅動軸44通過離合機構連接到工作的汽車發(fā)動機以便驅動軸44圍繞其軸線轉動。旋轉驅動軸44攜帶斜盤50，從而斜盤50軸向移動并相對驅動軸傾斜。斜盤50有中心孔52，通過該中心孔驅動軸44延伸。斜盤50的中心孔52的直徑沿軸向對置的方向從軸向的中間部分到軸向對置端逐漸增大。作為轉矩傳遞件的轉動件54被固定到驅動軸44，其被保持通過推力軸承56與前殼體16配合。驅動軸44轉動時通過鉸接機構60斜盤50隨驅動軸44轉動。鉸接機構60引導斜盤50以便其軸向和傾斜運動。鉸接機構包括一對固定在轉動件54上的支承臂67，導向銷69，斜盤50的中心孔52和驅動軸44的外圓周面；導銷66在斜盤50上形成并可滑動地與支承臂67上形成的導向孔68配合。應注意斜盤50構成驅動件，以便驅動活塞14，而旋轉驅動軸44，汽車發(fā)動機形式的驅動源，鉸接機構60形式的扭矩傳遞裝置相互配合構成驅動裝置的主要部分。
活塞14包括與斜盤50接合的接合部70和頭部72，頭部72與接合部70整體形成并裝在相應的缸孔12中。接合部70有其中形成的槽74，斜盤50通過一對半球滑塊76保持與槽74接合。半球滑塊76被保持在槽74中，從而滑塊76以其半球表面滑動地與接合部70接合而以其平表面可滑動地與斜盤60的對置面的徑向外部接合。活塞14的構形將詳細說明。
斜盤的轉動通過滑塊76轉換成活塞14的線性往復運動。當活塞14從上死點移動到下死點，即活塞吸入沖程時，吸入腔22中的冷卻氣體通過吸入孔32和吸入閥34吸入加壓腔79。當活塞14從下死點運動到上死點，即活塞14在壓縮沖程時，加壓腔79中的冷卻氣體由活塞14壓縮。壓縮冷卻氣體通過排出孔36和排出閥38排入排出腔24。反作用力沿軸向作用在活塞14上，結果在加壓腔79的冷卻體被壓縮。前殼體16通過活塞14，斜盤50，轉動件54和推力軸承56接受壓縮反作用力。
如圖2所示，活塞14的接合部70具有整體形成的防止轉動部78，其被設置接觸前殼體16的內圓周表面以便防止活塞14圍繞其中心線轉動。
氣缸體10具有在其上形成的供應通道80，用于在排出腔24和曲軸腔86之間連通；曲軸腔86在前殼體16和氣缸體10之間形成。供應通道80連接到螺線管操縱的控制閥90，以控制曲軸腔86的壓力。螺線管操縱的控制閥90包括螺管線圈92和截止發(fā)94，截止閥94由于螺管線圈的激勵和非激勵可選擇地關閉和打開。因此，螺管線圈92被激勵時截止閥94處在關閉的狀態(tài)，而螺管線圈92非激勵時，截止閥94處在打開的位置。
旋轉驅動軸50具有貫穿其上的排放通道100。排放通道100在中心軸承孔56的對置端之一敞開，而在另一端相對曲軸腔86敞開。中心軸承孔56在其底部通過連通孔104與吸入腔22連通。
本斜盤式壓縮機是可變容量型的。通過利用作為高壓源的排出腔24和作為低壓源的吸入腔22的壓力差控制曲軸腔86的壓力，作用在活塞14前側的曲軸腔86和加壓腔79的壓力差可調節(jié)，從而可改變斜盤60相對于垂直于驅動軸50的轉動軸線的平面的傾斜角，由此，改變活塞的往復沖程(吸入和壓縮沖程)，因此壓縮機的排出容量可以調節(jié)。
如上述，通過控制螺線管操縱的控制閥90以選擇地將曲軸腔86連接到排出腔24和使曲軸腔86與排出腔24脫離連接，控制曲軸腔的壓力。更具體地說明，當螺線管操縱的控制閥90的螺管線圈92激勵時，供應通道80關閉，從而排出腔24中的壓縮冷卻氣體不被送到曲軸腔86。這樣，曲軸腔86中的冷卻氣體通過排放通道100和連通孔104流入吸入腔22，從而曲軸腔86中的壓力降低，以便由此增加斜盤60的傾斜角度。由于斜盤60的轉動而往復運動的活塞14的往復沖程隨著斜盤60傾斜角度的增加而增加，以增加加壓腔79容積的變化量，由此，壓縮機的排出容量增加。當螺管線圈92非激勵時，供應通道80打開，允許壓縮冷卻氣體從排出腔24送到曲軸腔86，從而導致曲軸腔86壓力增加；而斜盤60的斜盤角度減小，壓縮機的排出容量因此減小。通過在斜盤60上形成的擋塊106與轉動件62貼靠接觸限制斜盤60的最大傾斜角度，而通過斜盤60與在驅動軸50上固定安裝的環(huán)式止動件107貼靠接觸限制斜盤60的最小傾斜角度。根據(jù)包括本壓縮機的空調系統(tǒng)上作用的負載，控制裝置(未示出)控制螺線管操縱的控制閥90的螺管線圈92?？刂蒲b置主要由計算機構成。在本實施例中，供應通道80，曲軸腔86，螺線管操縱的控制閥90，排放通道100，連通孔104和控制控制閥90的控制裝置相互配合構成曲軸腔壓力控制裝置或斜盤角度調節(jié)裝置的主要部分，曲軸腔壓力控制裝置用于控制曲軸腔86中的壓力，斜盤角度調節(jié)裝置用于控制斜盤60的傾斜角度(用于調節(jié)壓縮機的排出容量)。
氣缸體10和每一活塞14由鋁合金構成活塞14的外圓周表面有氟樹脂膜涂層，其防兩者之間咬住，并且能夠使活塞14和缸孔12間的間隙量盡可能地減小。氣缸體10和每一活塞14還可由鋁硅合金構成。其它的材料也可用于氣缸體10，每一活塞14和涂層膜。
下面說明活塞14的構形。
遠離頭部72的活塞14的接合部70的端部具有U形截面，如圖2所示。接合部70有形成U形底部的基部108和一對大體平行的臂部110，112，臂部110，112沿垂直于活塞14軸線的方向自基部108伸出?；?08對應于活塞14的圓周部分，當活塞14裝在適當?shù)母卓?2中時，該活塞14的圓周部分對應于缸孔10的徑向外部。接合部70端部U形的兩個對置側壁有各自凹槽114，凹槽114相互對置。由部分球形內表面形成每一凹槽114。一對滑塊76與斜盤60徑向外部的對置表面保持接觸并且容納在相應的部分球形的凹槽114中。因此，接合部70通過滑塊76與斜盤60滑動接合。
活塞14的頭部72在臂部112的側面與接合部70整體形成，它包括圓柱形本體部116和封閉件122，本體部116在對置端之一并在遠離接合部70的臂部112的一側敞開，封閉件122固定到本體部116上以便封閉本體部116的敞開端。接合部70和頭部72互相整體形成。由此，接合部70的臂部112和頭部72的本體部120的底部124互相整體形成。接合部70的基部108沿平行于本體部120中心線的方向自本體部120的底部124的徑向外部伸出，該徑向外部距中心線間隔適當距離。本體部116有內圓周表面120，它被分為兩部分，即，在敞開端一側的大直徑部分122和遠離敞開端的小直徑部分124，兩個部分相互配合形成肩部126。
活塞14的頭部72的圓柱形本體部120具有遠離其敞開端的內底面134。內底面134具有相對于本體部120的中心線非軸線對稱的立體構形。如詳細說明，內底面134在偏離本體部120中心線的徑向外部處以及在對應于接合部70的底部108的圓周部分處形成有凹槽136，如圖2和3所示。換句話說，內底面的圓周部分沿平行于本體部120的中心線的方向向臂部112凹陷。如圖3所示，凹槽136的尺寸，沿平行于和垂直于本體部120中心線測量，(沿垂直于和平行于臂部110、112從基部108伸出的方向的方向)，適量少于臂部112的尺寸。在存在凹槽136時，臂部112減輕重量。
封閉件122為大體盤形構件，它有圓形板部140和環(huán)形固定凸起142，凸起132從板部130的對置端面(內端面)之一突出并且具有小于板部130的直徑。肩部144在圓形板部140和環(huán)形固定凸起142之間形成。
封閉件122有限定環(huán)形固定凸起142的圓形凹槽148并且在固定凸起142的端面146上敞開，減小封閉件122的重量。封閉件122裝在本體部116的內圓周表面120上，從而封閉件122的肩部144與本體部116的端面140保持接觸，而封閉件122的環(huán)形固定凸起142的端面136與肩部126保持接觸，肩部126在本體部116內圓周表面120的大直徑部分122和小直徑部分124之間形成。在這樣的狀態(tài)下，封閉件122的固定凸起142的外圓周表面與本體部116內圓周表面120的大直徑部分122配合。封閉件122經(jīng)焊接固定到本體部116上?；钊?4端面部分地限定加壓腔79，結果活塞14壓縮沖程時加壓腔79中的冷卻氣體被壓縮；作用在活塞14端面上的壓縮反作用力由封閉件122的肩部144與本體部116的端面140貼靠接觸部分和封閉件122的固定凸起142的端面136與本體部116的肩部126貼靠接觸部分以及本體部116和封閉件122的被焊接固定的接觸圓周表面承受。在圖2中，本體部116的圓柱形壁的厚度被夸大以便于理解。
上述結構的兩件活塞14由圖4所示的單個坯料160制造。用于制造兩個活塞14的坯料160有本體件162和兩個封閉件164。本體件162有成對接合部168和兩個圓柱形中空頭部170，頭部170與成對接合部168整體構成形以便兩個圓柱形中空頭部170從成對接合部168的對置端沿相反的方向伸出。成對接合部168有兩個接合部165，它們串聯(lián)形成并相互整體構成，而且提供兩個單頭活塞14的相應的兩個接合部70。兩個中空頭部170的每一個在其中之一的對置端被封閉，該端是在成對接合部168的一側上，而其在另一端敞開。兩個頭部170互相同心?？烧J為本體件162包括兩個本體件，每一本體件有單個接合部165和單個頭部170，兩個本體件在接合部165一側以其端部互相連接，從而兩個頭部170互相同心，而且每一頭部在遠離接合部的對置端的其中之一敞開。
本體件162的每一頭部170有內圓周面171，其分為兩個部分，即，敞開端一側上的大直徑部分172和遠離敞開端的小直徑部分173，兩個部分相互配合形成其間的肩部174。每一頭部170有遠離其敞開端的內底面176。內底面176有相對于頭部170的中心線非軸線對稱的立體構形。如已詳細說明，內底面176在偏離頭部170的中心線的徑向外部和上述對應于接合部166底部184的圓周部分處形成有凹槽178。換句話說，上述內底面176的圓周部分朝上述接合部166的臂部凹陷。內圓周面171和具有凹槽178的內底面176分別提供內圓周面126和活塞14的內底面134。本體件162的頭部170的端面178提供活塞14的本體部116的端面140。除對應于大直徑部分172的軸向端部之外，頭部170具有1．5mm的圓柱形壁的厚度。為便于理解，頭部170的圓柱形壁的厚度在圖4和5中被夸大。
兩個接合部166的每一個包括起活塞14的基部108作用的基部184和起活塞14的臂部110、112作用的一對對置的平行臂部186、188。每一過橋部182連接臂部186、188的內表面以便加強接合部166并由此增加本體件162的剛性，改善坯料160的機械加工精度，如下述，通過卡盤在對置端夾持坯料160時進行機加工。每一過橋部182起增強部的作用，其保護本體件162防止由于熱產(chǎn)生的變形。在本實施例中，本體件162通過壓鑄鋁合金金屬材料形成。
兩個封閉件164在結構上與圖4所示的封閉件相同。與封閉件122一樣，每一封閉件164包括圓形板部190和環(huán)形固定凸起192，凸起192從圓形板部190的對置端面(內端面)之一突出。肩部194在圓形板部190和環(huán)形固定凸起192之間形成。封閉件164有圓形凹槽198，其限定環(huán)形固定凸起192并在固定凸起192的端面196上敞開。肩部194和封閉件164的凹槽198分別提供封閉件116的肩部144和凹槽148。每一封閉件164的圓形板部190有夾持部202，它形成在其外端面的中心部，該外端面與形成有環(huán)形固定凸起192的內表面對置。夾持部202具有圓形截面，并有頂尖孔204。在本實施例中，封閉件164由鋁合金金屬材料壓鑄形成。壓鑄封閉件164為準備封閉件164的步驟。圓形板部190和封閉件164的固定凸起192有與圓形板部140和封閉件116的固定凸起142相同的尺寸關系；將給予詳細的說明。
在本實施例中，本體件162通過無孔方法壓鑄形成。下面將更詳細地說明無孔壓鑄方法。圖5表示根據(jù)無孔方法壓鑄的本體件162。在壓鑄本體件的頭部170中，在其內底面徑向中心部留有中空的圓柱形殘留壁210。這一殘留壁210沿平行于頭部170的中心線的方向從內底面176突出。由于擠壓加工的結果形成殘留壁210，在擠壓加工過程中擠壓件162亞在頭部170的底部212中心部。
下面將說明使用圖6示意表示的壓鑄裝置，無孔壓鑄制造本體件162的方法。
在本發(fā)明中使用的壓鑄裝置包括一對半模216、218和一對活動芯220、222，半模216、218由該裝置的主體(未示出)攜帶，活動芯220、222設置在兩個半模216、218中，從而活動芯220、222可相對半模216、218滑動地移動。兩個半模216、218有各自的型面234、236，它們與活動芯220、222的外圓周面配合形成型腔224，其構形跟隨本體件162的構形。熔化的鋁合金被引入型腔224以模制本體件162。。半模216是固定的，而半模218相對于固定的半模216是活動的。兩個半模216、218的接觸面214、216限定圖7所示的分型面229，兩個半模216、219在分型面處靠緊在一起，并通過適當?shù)囊苿友b置(未示出)使其相互分離，以便活動半模218從固定半模216分離開。
如圖7所示，分型面229包括坯料160的中心線，其通過大體圓柱形頭部170的中心并且平行于臂部186、188自接合部165的基部182延伸的方向。如上述，兩個半模216、218具有各自的型面234、236，它們與活動芯220、222的外圓周面244在其間配合形成型腔224，其構形隨同本體件162的構形?；顒有?20、222設置在有兩個半模216、218的鑄模215內，以便使用適當?shù)尿寗友b置(未示出)使其前進進入和退出鑄模215。圖5雙點劃線所示的活動芯220、222沿平行于圓柱形頭部170的中心線的方向以及垂直于上述分型方向的方向滑動移動。驅動活動芯220、222的驅動裝置包括，例如，液壓操縱缸。每一活動芯220、222包括插入鑄模215的前端部和遠離前端部的圓柱形部分。每一活動芯220、222可在前進位置和退出位置之間移動；在前進位置，每一活動芯220、222的外圓周面與兩個半模216、218的型面234、236相互配合形成型腔224；在退出位置，每一活動芯220、222的前端部位于鑄模的外側。每一活動芯220、222的前端部具有相對其軸線非軸線對稱的構形，該構形對應頭部170內圓周面的構形。對置于前端部的每一活動芯220、222的外圓周面分為兩個部分，即，大直徑部分242和小直徑部分244；大直徑部分242的直徑對應于頭部170的大直徑部分的直徑，小直徑部分244的直徑對應于頭部170的小直徑部分的直徑。
“B”如圖5和7所示，每一活動芯220、222具有凹槽250在前端面246的徑向中心部形成并具有圓柱形截面形狀?；顒有?20、222包括凸起252，凸起252沿平行頭部170的中心線的方向從對應接合部166的基部184的前端面246的圓周部分突出。如圖7所示，每一活動芯220、222的凸起252的尺寸從平行于和垂直于頭部170的中心線測量小于臂部188的尺寸(圖7雙點話線所示)。
如圖7和8所示，在每一活動芯220、222中，擠壓件260以與每一活件220、222同心的關系設置，這樣擠壓件260由適當?shù)奈词境龅尿寗友b置使之軸向移動。每一擠壓件260具有圓形截面形狀和小于凹槽250的直徑，凹槽250在活動芯220、222的前端面形成。擠壓件260在圖8A所示的退出位置和圖8B所示的前進位置之間移動，在退出位置，擠壓件260的前端面262與活動芯220、222的凹槽250的底部264平齊，以便前端面262部分限定活動芯220、222的前端面246，在前進位置，擠壓件260從活動芯220、222凹槽250的底部264突出。
如圖6所示，型腔224的下端經(jīng)橫澆道270保持與套筒276連通。套筒276設有氧氣進口272和熔化金屬進口274。橫澆道270具有在型腔224一側上對置的敞開端之一處設置的門(未示出)。這一門有小于橫澆道270其它部分的直徑。橫澆道270在另一敞開端與套筒276保持連通。氧氣進口272設在套筒276中，這樣它比熔化金屬進口274更接近鑄模215定位。氧氣進口272通過氧氣供應通道243選擇地連接和不連接到氧氣供應裝置或氧氣供應源(未示出)。熔化金屬(在本實施例中為熔化鋁合金)通過熔化金屬進口注入套筒276。套筒276是延伸通過固定半模216的圓柱形構件，從而遠離型腔224的對置端部之一位于鑄模215的外側。氧氣進口272和熔化金屬進口274設置在位于鑄模215外側的套筒276的上述一端部的一側。沖頭282滑動地裝在套筒276中，沖頭282在沖桿280一端形成并具有大于沖桿280的直徑。沖桿280固定到液壓操縱缸(未示出)形式的沖桿驅動裝置的活塞上，以便沖桿280與活塞一起移動。上述鑄模移動裝置，上述氧氣供應裝置，沖桿驅動裝置，活動芯驅動裝置，包括擠壓件驅動裝置的壓鑄裝置由來示出的控制裝置控制。當沖頭282處在圖6A所示的退出位置時，熔化金屬進口274打開以便允許熔化金屬流入套筒276。
當沖頭282處在圖6A的退出位置時，兩個半模216、218在分型面229處貼靠在一起，從而兩個半模216、218被禁止相對移動。在這種情況下，每一活動芯220、222前進進入兩個半模216、218，順序地，沖頭282前進通過熔化金屬進口274并在其達到氧氣進口272之前停止在前進位置，如圖6B所示，這樣在鑄模215中形成的型腔224被禁止與大氣連通。在這種狀態(tài)下，作為反應氣體的氧氣通過氧氣進口272提供填充型腔224。因此，型腔224中的空氣被氧氣代替。爾后，沖頭282置于退出位置，氧氣通過氧氣進口272供入套筒276，如圖6C所示。在這種狀態(tài)下，熔化金屬經(jīng)熔化金屬進口274引入套筒276。隨后，沖頭282以高速向鑄模215前進，從而套筒276中的熔化金屬水平面升高，由此，熔化金屬被引入橫澆道270，然后，通過在橫澆道270端部提供的窄門注入型腔224。型腔214中的氧氣與鋁反應，由于缺少氧氣，型腔214處于真空狀態(tài)，因此可防止空氣，特別是氮氣，存于熔化金屬中。″C″因此，熔化的金屬容易流過型腔224；型腔224由于兩個半模212、218的型面234、236和活動芯220、222的外圓周面在其間限定，并且具有對應于頭部170的圓柱形壁的厚度的較小徑向尺寸。每一活動芯220、222的外圓周面提供頭部170的內圓周面171，而活動芯220、222的前端提供頭部170的內底面176。
由于熔化金屬經(jīng)窄門薄霧狀地注入型腔224，熔化金屬與氧氣反應后迅速冷卻，固化的坯料162具有較大厚度的冷硬層。由傳統(tǒng)壓鑄方法形成的冷硬層一般具有大約20μm厚度，而由本無孔壓鑄方法形成的冷硬層具有40-50μm范圍的厚度。冷硬層的特點在于初晶或α相(先供晶)和供晶硅互相的結晶比不連續(xù)改變。由于冷硬層具有高數(shù)值的硬度和強度，作為坯料162表層部分的冷硬層的存在有效地增加了頭部170的強度，同時減小其壁厚。
“D”熔化金屬注入型腔224之后一段預定時間，熔化金屬呈半固體狀態(tài)時，使每一擠壓件260到圖8A前進位置，這樣擠壓件260的前端部壓入流入每一活動芯220、222的凹槽250的熔化金屬體。換句話說，擠壓件260推動頭部170的底部212的中心部。當擠壓件260壓入上述熔化金屬時，擠壓件260的壓力通過頭部170底部212作用在接合部166上。根據(jù)這一設計，由擠壓件260所提供的壓力可有效地消除對應于具有較大厚度的接合部166熔化金屬體中存有的氣孔。一對擠壓件260沿軸向對置的方向，從相互同心并在成對接合部168軸向對置端部處形成的頭部170的底部212向成對接合部168壓入熔化金屬，由此，可有效地除去提供接合部166的熔化金屬體中的氣孔。每一擠壓件260處于其前進位置之后一段預定時間，其退出，由此，頭部170的內底面176的中心部留下上述殘留中空圓柱形壁210，如圖5所示。
圖9表示普通的本體件288。在圖9中，與圖5中所用的參考號相同的參考號用于相應的構件并給與相同說明。在圖9的普通本體件288中，擠壓件290被壓在過橋部182的對置表面之一上。另外，擠壓件292被壓在接合部166的基部184的外表面。中空圓柱形壁保留在各自擠壓件290、292所壓的本體件288的表面上。當擠壓件290壓在過橋部182的表面上時，擠壓件290的壓力不能有效地作用在接合部166整體上，因為半固態(tài)的熔化金屬具有增加的粘滯阻力，從而擠壓件290所提供的壓力難以消除熔化金屬體中的氣孔。當擠壓件292壓在基部184的外表面上時，如果擠壓件292不均勻地壓迫基部184，在基部184的一部分上可形成流線，從而不理想地降低在該部分基部184的強度。這樣，基部184沒有足夠的高強度。另外，如果擠壓件292過度壓迫基部184的外表面，基部184的外表面將不需要地凹陷。
在本實施例中，其中，每一擠壓件將頭部170的底部212壓向接合部166，氣孔可有效地被消除，同時避免上述遇到的問題。
活動的半模218可與固定的半模216分開，每一擠壓件260移動到退出位置之后一段預定時間，活動芯220、222退出成形的頭部170。然后，成形的本體件162從固定半模216拆除。隨后，在頭部170的內底面176的中心部，切除由每一擠壓件260擠壓操作所形成的殘留壁210。在本實施例中，本體件162被車床主軸夾持，主軸軸線對準頭部170的中心線。隨著本體件162與主軸一起轉動，圖10所示的旋轉刀具，鉆頭300，進給到頭部170中，以便切除留在頭部170的內表面176的殘留壁210。轉動本體件162切除殘留壁這一方法是制造本體件162的方法的機加工步驟的一個實例。另外，通過轉動旋轉刀具也可去除殘留壁210。切除殘留壁210，可減輕活塞14的重量。但是，可不必去除殘留壁210，因為殘留壁210形成在由封閉件封164封閉的中空頭部170中。
如圖4所示，每一封閉件164被固定到中空頭部170的敞開端，從而封閉件164的環(huán)形固定凸起192與頭部170的大直徑部分172接合。封閉件164插入中空頭部170以便封閉件164的肩部194與頭部170的環(huán)形端面178保持貼靠接觸，而頭部170的肩部174與封閉件164的固定凸起192的環(huán)形端面196保持貼靠接觸。這樣，本體件162和封閉件164都由電子束焊接焊接在一起。在本實施例中，由于本體件162和每一封閉件164均由壓鑄成形并且具有高的尺寸精度，封閉件164裝在本體件162中而必需要在前的機加工工作，如機械切削和磨削，從而減小單頭活塞14的坯料160的制造成本。
如上述，兩個封閉件164固定地裝在本體件162的各自敞開端部分之后，可分別對于提供兩個活塞14的頭部72的中空頭部170的外圓周面和封閉件暴露的外圓周面進行機加工。這樣的機加工可在車床上進行，坯料160在封閉件164的其夾持部202處由卡盤夾持，坯料160與兩個與頂尖孔204接合的頂尖對中，而坯料160(即，本體件162和兩個裝在本體件162的封閉件164的組件)由適當?shù)霓D動驅動裝置通過卡盤轉動。
然后，本體件162中空頭部170的外圓周面和封閉件164的外圓周面涂覆適當?shù)牟牧?，如聚四氟乙烯薄膜。進行機加工從封閉件164的外端面切掉夾持部202，然后，坯料160被機加工從封閉件164的外端面200切除夾持部202，并且對中空頭部170和封閉件164的涂層外圓周面進行無心磨削加工，從而形成提供兩個活塞14的頭部72的兩個部分。在下個步驟中，在成對接合部168的兩個過橋部182附近進行切削加工以形成容納活塞14的滑塊76的凹槽114。因此，提供兩個活塞14的接合部70的兩個部分在成對接合部168處形成。最后，成對接合部168的軸向中心部被切削加工將坯料160切成兩件，它們提供相應的兩個單頭活塞14。
“E”在本實施例中，使用壓鑄裝置壓鑄本體件162，壓鑄裝置包括兩個半模216、218和活動芯220、222；壓鑄的本體件162不需要在內圓周面171和每一頭部170的內底面176上進行機加工，從而減少了本體件162的制造成本。由于每一活動芯220、222的前端形成有上述非軸向對稱構形，每一成型的頭部170在其內底面176有凹槽178，凹槽178是被活動芯220、222的凸起252朝向臂部188壓陷的。根據(jù)這一設計，凹槽178形成在對應基部184的內底面176的圓周部分和徑向外部，以便減小在內底面176的圓周部分的頭部重量，該圓周部分一般不能用刀具機械加工。因此，本設計有效地減輕了活塞14的重量。在本實施例中，每一擠壓件260沿軸向從頭部170的底部212向接合部166壓入熔化金屬體，需要特高強度的接合部166中存在的氣孔被擠壓件260施加的壓力有效地消除，由此，活塞14獲得非常高的質量。
活動芯的前端可以形成任何構形，只要該構形相對活動芯的軸線是非軸線對稱的。當擠壓件設置在活動芯中以便擠壓件的軸線如所示實施例那樣對準活動芯的軸線，在頭部內底面的中心部將留有殘留壁，其可通過旋轉刀具很容易地去除。然而，擠壓件還可設置在活動芯中，以便擠壓件的軸線偏離活動芯軸線。圖11表示單頭活塞坯料的本體件402，本體件402根據(jù)另一實施例構成，該實施例所使用的活動芯和擠壓件不同于制造圖5所示的本體件162所使用的活動芯和擠壓件。在圖11中，圖1-10的實施例中所使用的同樣參考號用于指示相應的構件并用于給予的詳細說明。
在圖11的本體件402中，每一圓柱形中空頭部170具有固定直徑的內圓周面404和內底面410，內底面410具有相對頭部170的中心線非軸線對稱的立體構形。如詳細所述，中空頭部170的底壁的徑向中心部有在內表面形成的凹槽412，以便在其底部減小頭部170的重量。沿平行于和垂直于頭部170的中心線(垂直和平行于臂部188延伸方向)測量的凹槽412的尺寸小于臂部188的尺寸。確定沿平行于頭部170中心線的方向測量的凹槽412的深度，從而凹槽412不能達到容納活塞14的滑塊76的凹槽114。在徑向外部和對應基部184的內底面410的圓周部分，形成有中空圓柱形殘留壁414，殘留壁414沿平行于頭部170的中心線的方向從底面410突出。
在本實施例所使用的壓鑄裝置的半模216、218中設置一對活動芯420、422，這樣活動芯420、422沿平行于頭部170中心線的方向相對半模216、218滑動。與第一實施例使用的活動芯220、222相同，這一實施例的每一活動芯420、422在前進位置和退出位置由未示出的活動芯驅動裝置移動。
每一活動芯420、422的前端具有相對其軸線非軸線對稱的構形，以提供本體件402的頭部170的內底面410的立體構形。每一活動芯420、422具有圓柱形部分和前端部，圓柱形部分的外圓周面430有對應于頭部170的內圓周面404的直徑，前端部的端面432形成有凸起434，凸起434沿軸向從端面432的中心部向接合部166達到臂部188突出。如圖12所示，沿平行和垂直于頭部170中心線測量的活動芯420、422的凸起434的尺寸小于臂部188的尺寸。在活動芯420、422中，提供一對擠壓件440、440，擠壓件440沿平行于活動芯420、422的軸線的方向相對活動芯420、422滑動。每一擠壓件440定位在每一活動芯420、422的徑向外部和圓周部分，它們關于凸起434徑向向外定位并且對應于接合部166的基部184。擠壓件440具有類似于第一實施例的擠壓件260的結構，它由未示出的擠壓件驅動裝置移動。使用包括上述結構的活動芯420、422和擠壓件440的壓鑄裝置所壓鑄的本體件402被減輕重量，因為在頭部170的內底面410上形成有凹槽412。在本實施例中，每一擠壓件440以其前端部壓入對應接合部166的基部184的熔化金屬體，這樣，接合部166的基部184中的氣孔可有效地被消除。由擠壓件440在每一頭部170的內底面410的徑向外部處擠壓操作所形成殘留壁414可以切除或者也可不切除。
在所示實施例中，從單個坯料可生產(chǎn)兩件單頭活塞14，以減小壓鑄活塞14的成本。然而，單頭活塞可由包括一個本體件和一個封閉件的坯料生產(chǎn)。
在所示實施例中，通過壓鑄制造封閉件。封閉件也可通過其它方法如鍛造生產(chǎn)。當封閉件具有簡單構形時，通過對可在商業(yè)上獲得的普通圓柱形構件進行機械加工來生產(chǎn)封閉件。封閉件的結構不被特別限制。例如，封閉件可以是圓形板。
還可以設置分型面，它由鑄模215的兩個半模216、218限定，鑄模用于壓鑄兩個單頭活塞的坯料。例如，分型面可平行于包括通過頭部170的中心的坯料160的中心線的平面，并且垂直于自基部184的臂部186，188延伸方向。在這種情況下，分型面通過接合部166的一部分，其具有沿垂直于臂部186、188延伸方向的方向測量的最大尺寸。
封閉件借助激光焊接到活塞坯料本體件上。另外，封閉件和本體件還可借助除激光焊接之外的任何適當手段結合在一起。例如，封閉件通過使用黏合劑或具有低于那些構件的低熔點合金，如軟焊或硬焊材料連接，將封閉件固定到本體件。另外，通過斂縫或螺釘可將封閉件固定到本體件。替換地，在兩個構件之間利用摩擦接觸或者塑料流可將封閉件固定到本體件上。
在所示實施例中，本體件和封閉件由鋁合金制成。但是，這些構件也可由其它金屬材料如鎂合金制成。
使用活塞14的斜盤式壓縮機的結構并不限于圖1的結構。例如，螺線管操縱的控制閥90不是必須的。壓縮機可采用截止閥，根據(jù)曲軸腔86和排出腔24之間的壓差機械地打開和關閉該截止閥。除螺線管操縱的控制閥90之外，在排放通道100中可設置類似于控制閥90的螺線管操縱的控制閥，或者由其代替控制閥90。另外，可提供一截止閥，根據(jù)曲軸腔86和吸入腔22之間的壓差機械地打開或關閉該截止閥。
僅為舉例的目的，上面描述了本發(fā)明的優(yōu)先實施例，可以理解對于本領域普通技術人員，本發(fā)明還可體現(xiàn)為各種變型和改型，如在本
權利要求
1.一種制造斜盤式壓縮機活塞(14)的本體件(162，402)的方法，上述本體件包括一般中空中圓柱形頭部(170)和接合部(166)，上述頭部具有封閉端和被封閉件(164)封閉的敞開端，以便提供上述活塞的頭部(72)，上述接合部(166)與位于上述封閉端的上述中空圓柱形頭部的底部整體接合，上述接合部提供上述活塞的接合部(70)，用于與壓縮機的斜盤(50)接合，該方法包括下列步驟準備一壓鑄裝置，該壓鑄裝置包括一鑄模和活動芯(220、224、420、422)，該鑄模有兩個半模(216、218)，它們可相互分開并可沿垂直于上述中空圓柱形頭部的中心線的方向接合在一起，上述兩個半模具有各自的型面(234、236)；上述活動芯可沿平行于上述中心線的方向滑動移動以便上述活動芯前進進入上述鑄模和退出上述鑄模，當上述活動芯進入上述鑄模時，上述活動芯與上述半模型面互相配合在其間形成型腔(224)，上述型腔具有隨同上述本體件的構形，上述本體件包括上述中空圓柱形頭部和上述接合部，至少上述活動芯前端部具有相對上述活動芯中心線非軸線對稱的構形；和使用上述壓鑄裝置壓鑄上述本體件，從而上述中空圓柱形頭部(170)有內底面(176)，該內底面有相對上述中空圓柱形頭部的中心線非軸線對稱的立體構形，該立體構形對應于上述活動芯前端部的非軸線對稱的構形。
2.按權利要求1的方法，其特征在于，上述接合部(166)為具有基部(184)的U形部，該基部沿大體平行于上述頭部中心線的方向從上述頭部(170)底部的預定圓周部分伸出，上述圓周部分偏離上述頭部中心線，一對平行臂部(186、188)沿大體垂直于上述頭部中心線的方向從上述基部伸出，上述活動芯形成有凸起(252)，該凸起沿平行于上述頭部(170)的中心線的方向從上述活動芯前端部的預定圓周部分伸出，上述活動芯前端部的預定圓周部分對應于上述接合部(166)的基部(184)。
3.按權利要求1的方法，其特征在于，上述活動芯設置擠壓件(260、440)，擠壓件(260、440)沿平行于上述頭部中心線的方向滑動移動，壓鑄上述本體件的步驟包括將上述擠壓件端部壓入注滿提供上述本體件的型腔(224)的熔化金屬，由此，上述熔化金屬中存在的氣孔被消除。
4.按權利要求3的方法，其特征在于，上述擠壓件(260)與上述活動芯(220、222)同心地形成，以便擠壓上述頭部(170)的內底面(176)的中心部。
5.按權利要求4的方法，其特征在于，還包括對上述壓鑄成形的本體件進行機械加工的步驟，以便切掉中空殘留壁(210)，由于上述擠壓件(260)工作的結果，中空殘留壁(210)在上述頭部(170)內底面(176)的中心部形成，上述機械加工包括圍繞上述頭部的中心線互相轉動旋轉刀具(300)和上述本體件。
6.按權利要求1的方法，其特征在于，壓鑄上述本體件的步驟包括壓鑄兩個本體件，它們分別具有上述接合部和上述頭部，上述兩個本體件在上述接合部一側上的端部處相互連接，從而上述兩個本體件的頭部互相連接，并且上述兩個本體件的每一頭部在遠離連接在一起的上述接合部的對置端之一上是敞開的。
7.按權利要求1的方法，其特征在于，根據(jù)無孔壓鑄方法進行上述壓鑄上述本體件的步驟。
8.按權利要求7的方法，其特征在于，上述中空圓柱形頭部(170)具有不大于1．8mm的壁厚。
9.一種制造斜盤式壓縮機活塞的方法，該活塞具有按權利要求7限定的方法制造的本體件，其中，上述本體件的中空圓柱形頭部(170)在其一端由上述封閉件(164)封閉，以提供上述活塞頭部(72)而不對上述頭部的內圓周面(171)進行機械加工。
全文摘要
一種制造斜盤式壓縮機活塞的本體件的方法包括準備一壓鑄裝置,該壓鑄裝置包括鑄模和活動芯,該鑄模有可相互分開的半模,活動芯可滑動進入和退出鑄模,當活動芯進入上述鑄模時,活動芯與上述半模型面配合在其間形成型腔,至少上述活動芯前端部具有相對活動芯中心線非軸線對稱的構形;上述中空圓柱形頭部有內底面,該內底面有相對中空圓柱形頭部中心線非軸線對稱的立體構形,該立體構形對應于活動芯前端部的非軸線對稱的構形。
文檔編號F04B27/08GK1295193SQ00128699
公開日2001年5月16日 申請日期2000年9月21日 優(yōu)先權日1999年9月21日
發(fā)明者加藤崇行, 高松正人 申請人:株式會社豐田自動織機制作所, 株式會社阿爾特克斯