CN101617122B - 注射模制的涡旋体结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通过注射模制法制成的涡旋体。该涡旋体部件具有限定在涡旋体的渐开线部内的顶部密封槽。轴承密封接合板和顶部密封件接合板一体模制在涡旋体的基部构件内。

Description

注射模制的涡旋体结构
相关申请的交叉引用 
本申请要求2008年3月21日提交的美国发明专利申请No.12/052,818和2007年4月4日提交的美国临时专利申请No.60/910,125的权益。以参引全文的方式将以上申请的公开内容结合在本申请中。 
技术领域
本公开总体上涉及压缩机，更具体地，涉及压缩机部件和用于形成这种部件的方法。 
背景技术
本节中的陈述仅提供涉及本公开的背景信息，并且可以不构成现有技术。 
在制造过程中，涡旋体部件的尺寸精度是重要的参数。为了在涡旋式压缩机中最优地工作，涡旋体应当使泄露、磨损和断裂最小化。所以精确的成品尺寸很重要。涡旋式压缩机的涡旋体部件往往通过熔铸金属法(“铸造法”)制成。在一种铸造方法中，诸如液态灰铸铁的熔融金属被浇铸到空腔中然后固化，并在固化完成之后形成涡旋体。铸造过程中所使用的流入熔融金属的模具往往包括沙、粘结剂和/或陶瓷涂层因而可能不具有充分的结构刚度。当液态金属接触模具的壁表面时，会对模具施加压力，这可能会导致模壁膨胀。灰铸铁易于固化膨胀，认为部分原因是其具有较高的碳或石墨含量。这种现象会有助于尺寸变化，进而公差增大。 
此外，有时能够观察到“集肤效应”，该效应被认为会有助于在固 化和冷却过程中发生在金属和陶瓷铸造材料之间的界面处的复杂的热力学、动力学和冶金学/化学的相互作用。这种集肤效应可能使得有必要去除变形的表面。为了在铸造后达到精确的尺寸，经常对粗铸件采用深度的、复杂的并且昂贵的机加工，以将它们转变成可用的涡旋体。 
期望在制造过程中提高所生产的涡旋体部件的尺寸精度，和/或减少在涡旋体部件的制造过程中所需的机加工和其它附带加工的量，以提高制造效率和产品质量。 
发明内容
在许多方面，本公开提供了一种涡旋体部件，该涡旋体部件包括具有渐开线部分和基板部分的注射成型的涡旋体结构。在某些方面，注射模制的涡旋体结构包括聚合物。在某些方面，注射模制的涡旋体结构由聚合物形成，聚合物中遍布有许多强化材料颗粒，从而在聚合物基中形成强化相。其中，所述渐开线部设置在所述基板部的第一侧上，在所述基板部的与所述第一侧相反的第二侧上设置有毂部，用于与驱动构件轴颈互相接触的毂轴承柱面磨耗板一体模制在所述毂部中。在某些方面，本公开可选择地提供了一体模制到基板部中的一个或多个磨耗板，其中，所述磨耗板为顶部接合磨耗板或止推轴承接合磨耗板。 
在其它方面，本公开提供了一种包括涡旋体结构的涡旋体部件，其中涡旋体结构包括基板部、毂部和位于基板部的第一侧上的渐开线部，所述涡旋体结构用包含强化相的聚合物注射模制而成。该渐开线部分进一步限定有顶部密封槽。在操作温度达到300°F时，涡旋体结构的材料模量至少为10,000兆帕。顶部密封件可以设置在顶部密封槽中，在某些方面，可以不需要切削模制顶部密封槽来实现该顶部密封件。涡旋体结构具有基板部分，该基板部分限定出金属轴承和金属顶部密封件接合面。具体地，涡旋体结构具有一体模制到所述基板部的所述第一侧中的顶部密封件接合金属磨耗板，其中，所述顶部密封件接合金属磨耗板呈盘旋状并且与位于所述渐开线部的凸起的翼片之间的所述基板部的形状一致，其中，所述顶部密封件接合金属磨耗板包括至少一个外围边缘，所述外围边缘上设置有锁定装置或凸缘以将所述顶部密封件接合金属磨耗板固定到所述基板部上。 
在其它方面，本公开提供了一种涡旋式压缩机，该涡旋式压缩机包括具有渐开线部的涡旋体结构，其中渐开线部包括聚合物，并限定有形成在渐开线部末端处的模制的顶部密封件槽。顶部密封件设置在该模制的顶部密封件槽中，其中顶部密封件包括摩擦学材料。在某些方面，基板部还具有顶部密封件接合面。 
在其它方面，提供了一种涡旋体部件，该涡旋体部件包括具有渐开线部和基板部的涡旋体构件。渐开线部包括聚合物，并限定有模制的顶部密封件接收槽，在顶部密封件接收槽中设置有顶部密封件。基板部可选择地进一步限定有顶部密封件接合面。 
从此处提供的描述中，其它可应用的领域将变得显而易见。应当理 解，这些描述和具体示例仅出于说明的目的，而并非意在限制本公开的范围。 
附图说明
此处描绘的图形仅出于说明的目的，而并非意在以任何方式限制本公开的范围。 
图1示出了根据本发明教示的涡旋体部件的横剖视图； 
图2至图3B示出了图1所示的细节特征； 
图4示出了如图1的涡旋体部件中示出的磨耗板的立体图； 
图5示出了图1所示的涡旋体部件的仰视立体图； 
图6示出了用于形成图1所示的涡旋体部件的模具；以及 
图7示出采用了根据本发明的涡旋体的涡旋式压缩机的剖视图。 
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的，而并非意在限制本公开及其应用或用途。应当理解附图中自始至终以相应的附图标记指示相同或相应的部件和装置。 
本公开提供了一种制造方法，该方法使得能够制造出具有改善的尺寸公差同时还符合针对运行的涡旋体的严格的应力和压力要求的涡旋体。在许多方面，本发明提供了用于制造各种近净成形的涡旋体部件的注射模制法。在许多方面，涡旋体结构或者整体形成，或者以组成部件的形式形成，然后能够将这些组成部件连结从而制成整个涡旋体。 
总体而言，此处的教示针对在用于涡旋式压缩机的涡旋体部件的成形中对诸如聚合物的注射模制材料的使用。可以利用注射模制工艺形成整个涡旋体部件。进一步地，可以利用嵌件模制工艺制造涡旋体部件的某些部分。这些部分或嵌件能够形成涡旋体的磨耗表面的某些部分，以提供高等级的尺寸公差。这些部分可以通过包覆模制工艺紧固到涡旋体 部件的其它部分。通过诸如铸造、锻造、和/或注射模制等多种本领域已知的工艺形成这些部分，以提供期望的摩擦学特性。 
图1示出了根据本公开的教示的涡旋体部件6的立体横剖视图。涡旋体部件结构6包括涡旋体渐开线部8，毂部10以及涡旋体基部12。如下文进一步描述的，涡旋体基部12可选择地具有顶部接合磨耗板14和/或轴承接合磨耗板16。进一步地，毂部10具有可选择的毂轴承柱面磨耗板18。 
如图2中最好看到的，涡旋体基部12具有顶部接合磨耗板14和轴承接合磨耗板16。可选择地，如下文将描述的，这种磨耗板与涡旋体基部12一体模制而成。在顶部接合磨耗板14和轴承接合磨耗板16的外围边缘上设置有可选择的锁定装置或凸缘19。这些锁定装置19的用于固定顶部接合磨耗板14和轴承接合磨耗板16相对于涡旋体基部12的位置。此处，顶部接合磨耗板14和轴承接合磨耗板16都具有支承表面23和接界中介表面26。在许多方面，支承表面23具有期望的例如等同于或优于诸如青铜轴承或填充聚四氟乙烯(PTEE)轴承等传统轴颈轴承材料的摩擦学特性。在某些方面，在涡旋体部件6的制造过程中，控制支承表面23与相对的涡旋体上的相对的顶部的相对位置。此处，想到支承表面23既能够模制成那样使用，也能够可选择地作为脱模后的金属工件的对象。 
图3A和3B示出了末端具有顶部9的涡旋体渐开线部8。在顶部9中形成有顶部密封槽24，该顶部密封槽24构造成在其内部接合、容置并保持顶部密封件28。在某些方面，涡旋体渐开线部8通过例如注射成型一体形成并模制而成。尽管图3A和3B中示出的顶部密封槽24具有一对成角度的附属侧部25，但是想到顶部密封槽24可另外采取其它构形。此处，想到顶部密封槽24可具有一对大体平行的接合表面25，或者还可以具有模制在其中的锁定装置(未示出)。能够在注模成形过程中利用模腔形状来模制和成形顶部密封槽24，换句话说，顶部密封件接收槽24可以呈“模制形式”，或者在某些方面，可以进一步进行机加工以获得期望顶部密封件接收槽24形状。在本公开的某些方面，用聚合物材料注射模制使得能够形成具有所需的尺寸的模制的顶部密封槽，消除了任何对进一步机加工的需要。能够通过摩擦配合或本领域技术人员已知的其它方法接合到顶部密封槽24中。可选择地，顶部密封 件28由本领域已知的合适的摩擦学材料形成，并且作为非限制性示例，其可由金属(例如平行的金属薄垫片)或聚合物(例如碳强化的PTEE)形成。 
图4示出了顶部密封件接合磨耗板14的立体图。如图所示，顶部密封件接合磨耗板14大体成盘旋形且与位于涡旋体渐开线部8的凸起的翼片之间的涡旋体基部12的形状一致。顶部接合磨耗板14的侧部和底部中介表面26可处理成有助于与涡旋体基部12的基质或基体材料粘结在一起。此处，中介表面26可以是多孔的，或者可以限定出锁定装置。能够通过定位在涡旋构件顶部9上的槽24中的挠性顶部密封件28来实现涡旋体部件结构6的相对的顶部9与其涡旋体基部12之间的轴向密封。 
如图5所示，接合磨耗板16的止推轴承是围绕涡旋体基部12的下表面的毂部10限定出的环形构件。和顶部密封件接合支承磨耗板14相同，可选择地，止推轴承接合磨耗板16可一体模制在涡旋体基部12内。类似地，可选择的用于与驱动构件轴颈互相接触的毂轴承柱面磨耗板18一体模制在毂部10内。可选择地，顶部接合磨耗板14、止推轴承接合磨耗板16以及毂轴承柱面磨耗板18可由对相互接触的材料具有良好的耐磨特性的诸如但不限于铸铁、高碳钢、不锈钢以及阳极氧化铝等的材料形成，反之亦然。 
在某些方面，如图6所示的那种模具被用于制造图1中示出的涡旋体部件。该模具由第一半模40和第二半模42形成。第二半模42限定有浇口44，同时在第一半模40与第二半模42之间限定出模腔46。模腔46大体分成毂部48、基部50、以及渐开线部52。在闭模和模制之前，将顶部接合磨耗板14和止推轴承接合磨耗板16分别耦联至内模面56和58。可将毂轴承柱面磨耗板18设置在毂部48内。 
能够利用定位销(未示出)或可选择的设在模具内的磁体54将顶部接合磨耗板14和轴承接合磨耗板16耦联至内模面。在顶部接合磨耗板14和止推轴承接合磨耗板16定位之后，闭合模具并将液体经浇口44注射入模腔中。在部件的基质或基体材料定型之后，打开模腔46，并给涡旋体部件6脱模。应当理解，此处的注射模制工艺可采用聚合物材料和金属注射模制，或者可采用利用粘合剂的粉末状金属注射。在某些方面，注入的材料包括聚合物。在某些方面，注入的材料还包括强化材 料或强化相(例如，形成包括分散在一种或多种聚合树脂中的许多颗粒的复合材料或聚合物基体)。进一步地，应当理解，能够通过诸如铸造等其它传统加工工艺形成涡旋体的某些部件或部分，然后可将注射模制部件与其它部件连结在一起，从而形成完整的涡旋体。 
关于聚合物注射模制，想到用于形成涡旋体部件6的聚合物材料可以是热固性聚合物材料或者热塑性聚合物材料。此处，热固性材料或者热塑性材料可以是工程塑料，如使用强化材料的聚合物。在某些方面，聚合物包括聚酰亚胺、聚酰亚胺共聚物、和/或它们的衍生物或等同物。如上所述，可选择地，这种聚合物材料包括强化相材料以形成基体。这些强化材料可以包括但并不限于碎玻璃、碳纤维、聚酰亚胺纤维及它们的混合物。另外，想到可利用纳米相粘土(例如，蒙脱石粘土)或者用作强化材料以形成纳米复合材料的单壁或多壁碳微米管或纳米碳管来强化聚合物材料。还可以想到本领域已知或将要开发出的其它等同的强化相材料。此处，想到碳微米管或纳米碳管(此处称为“碳纳米管”)在聚合物复合材料总重量中所占的质量百分比可小于或等于5％，或者可选择地，大于或等于1％且小于或等于2％。在某些方面，例如，在操作温度达到300°F(149℃)时，材料模量至少为10,000兆帕。适合应用于此的市售聚酰亚胺聚合物的例子是可从特拉华州的威尔明顿市的杜邦公司(E.I.DuPont Nemours of Wilmington，DE)购得的VESPEL 
Figure G2008800054220D00061
图7示出了结合有根据本公开的注射模制涡旋构件的示例性全密封涡旋式压缩机60。压缩机60包括压缩机主体62、盖组件64、主支承壳体66、驱动装置和油泵组件(未示出)、动涡旋构件72以及定涡旋构件74。动涡旋构件72和定涡旋构件74限定有紧邻主支承壳体66定位的涡旋体吸入口并位于涡旋体吸入口65径向内侧。吸气配件78由金属吸气板67和吸气管67′形成。 
压缩机主体62大体呈圆筒形。在某些方面，压缩机主体62由钢构成。主体62限定出内腔86，主支承壳体66和吸入口65位于内腔86中，其中吸入口用于连接至与压缩机60相关联的制冷剂回路(未示出)。压缩机主体62和上下盖组件限定出密封腔34，涡旋构件72和73设置在密封腔34中。 
如图所示，当使用时，顶部密封件28与相对的涡旋体部件的顶部 密封件接合磨耗板14的顶部密封支承表面23接合。类似地，轴承接合磨耗板16与相关联的轴承81接合。可选择的设置在毂部10内的毂轴承柱面磨耗板18构造成与轴承套84互相接触。如上所述，顶部密封件28可以由平行的金属薄垫片或碳强化的聚合物(PTEE)形成。 
钢质驱动轴或一端具有偏心曲柄销82的曲柄轴80以可旋转的方式轴颈连接于主支承壳体66中的套筒轴承84中和下轴承组件(未示出)中的轴承中。曲柄销82驱动性地设置在驱动衬套94的内孔92中。曲柄销82在其一个表面上具有平坦部，该平坦部驱动性地接合形成为提供径向随动配置的平表面(未示出)，如在共同转让给Caillet等人的美国专利No.4,887,382中示出的那样，就此将其以参引的方式结合在本文中。 

Claims (18)

1.一种涡旋体部件，包括： 
注射模制的聚合物涡旋体结构，所述聚合物涡旋体结构具有渐开线部和基板部，其中，所述渐开线部设置在所述基板部的第一侧上，在所述基板部的与所述第一侧相对的第二侧上设置有毂部，用于与驱动构件轴颈互相接触的毂轴承柱面磨耗板一体模制在所述毂部中，所述聚合物涡旋体结构的所述基板部、所述渐开线部和所述毂部包含至少一个强化相，在操作温度达到300°F时，所述聚合物涡旋体结构的材料模量至少为10,000兆帕；以及 
一体模制到所述基板部中的磨耗板，其中，所述磨耗板为顶部接合磨耗板或止推轴承接合磨耗板。 
2.如权利要求1所述的涡旋体部件，其中，所述强化相包括从碎玻璃、石墨、碳纳米管、碳微米管、纳米相粘土以及它们的混合物和它们的等同物所构成的群组中选择的材料。 
3.如权利要求1所述的涡旋体部件，其中，所述聚合物涡旋体结构包含聚酰亚胺、聚酰亚胺的共聚物或聚酰亚胺的衍生物。 
4.如权利要求1所述的涡旋体部件，其中，所述强化相包括在总组分中所占的重量百分比小于或等于5％的碳纳米管。 
5.如权利要求1所述的涡旋体部件，其中，所述渐开线部限定有顶部密封件接收槽，在所述顶部密封件接收槽中设置顶部密封件。 
6.如权利要求5所述的涡旋体部件，其中，所述顶部密封件由摩擦学金属和/或摩擦学聚合物形成。 
7.一种涡旋体部件，包括： 
涡旋体结构，所述涡旋体结构包括基板部、毂部和位于所述基板部的第一侧上的渐开线部，所述涡旋体结构用包含强化相的聚合物注射模制而成，所述涡旋体结构具有形成在所述渐开线部的末端处的模制的顶部密封槽，其中，在操作温度达到300°F时，所述涡旋体结构的材料模量至少为10,000兆帕； 
设置在所述模制的顶部密封槽中的顶部密封件；以及 
一体模制到所述基板部的所述第一侧中的顶部密封件接合金属磨耗板，其中，所述顶部密封件接合金属磨耗板呈盘旋状并且与位于所述渐开线部的凸起的翼片之间的所述基板部的形状一致，其中，所述顶部密封件接合金属磨耗板包括外围边缘，所述外围边缘上设置有锁定装置或凸缘以将所述顶部密封件接合金属磨耗板固定到所述基板部上。 
8.如权利要求7所述的涡旋体部件，其中，所述基板部还包括在与所述第一侧相反的第二侧上一体模制到所述基板部中的止推轴承接合金属板。 
9.如权利要求7所述的涡旋体部件，其中，所述涡旋体结构还包括毂部，所述毂部形成在所述基板部的与所述第一侧相反的第二侧上，止推轴承接合磨耗板为一体模制到所述基板部的第二侧中的环形构件。 
10.如权利要求7所述的涡旋体部件，其中，所述顶部密封件接合金属磨耗板包括从铸铁、高碳钢、不锈钢、阳极氧化铝以及它们的混合物所构成的群组中选择的金属。 
11.如权利要求7所述的涡旋体部件，其中，所述涡旋体结构的聚合物包括包含聚酰亚胺、聚酰亚胺的共聚物或聚酰亚胺的衍生物的材料。 
12.如权利要求11所述的涡旋体部件，其中，所述强化相从碎玻璃、石墨、碳纳米管、碳微米管、纳米相粘土以及它们的混合物和它们的等同物所构成的群组中选择。 
13.如权利要求7所述的涡旋体部件，其中，所述顶部密封件由多个金属薄垫片或碳强化的聚四氟乙烯聚合物材料中的一种形成。 
14.一种涡旋式压缩机，包括： 
涡旋体结构，所述涡旋体结构包括基板部、并具有位于所述基板部的第一侧上的渐开线部和位于所述基板部的与所述第一侧相反的第二侧上的毂部，其中，所述涡旋体结构包括包含强化相的聚合物，使得在操作温度达到300°F时所述涡旋体结构的材料模量至少为10,000兆帕，所述毂部 能够容置主支承壳体中的套筒轴承，钢质驱动轴或一端具有偏心曲柄销的曲柄轴以可旋转的方式轴颈连接于所述套筒轴承中，所述渐开线部限定有容置顶部密封件的模制的顶部密封件接收槽，并且，所述基板部的所述第一侧限定有一体模制的顶部密封件接合磨耗板。 
15.如权利要求14所述的涡旋式压缩机，其中，所述基板部的所述第二侧包括止推轴承接合磨耗板，所述止推轴承接合磨耗板为一体模制到所述基板部中的环形构件。 
16.如权利要求14所述的涡旋式压缩机，其中，所述渐开线部的聚合物包括热固性聚合物，并且所述渐开线部还包括从碎玻璃、碳纤维、聚酰亚胺纤维、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、碳微米管、纳米相粘土以及它们的混合物和它们的等同物所构成的群组中选择的所述强化相。 
17.如权利要求15所述的涡旋式压缩机，其中，所述聚合物包括聚酰亚胺、聚酰亚胺的共聚物或聚酰亚胺的衍生物，并且所述强化相从碎玻璃、石墨、纳米相粘土、碳纳米管、碳微米管以及它们的混合物和它们的等同物所构成的群组中选择。 
18.如权利要求14所述的涡旋式压缩机，其中，所述顶部密封件接合磨耗板的中介表面是多孔的，以有助于与所述基板部的注射模制的聚合物粘结在一起。 
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