CN109441940B - 旋转式压缩机曲轴坯件制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种旋转式压缩机曲轴坯件制造方法，属于液体变容式机械技术领域。它解决了现有的钢曲轴在冷镦成型过程中曲轴容易弯曲变形以及粉末冶金烧结存在着合格率底的问题。本旋转式压缩机曲轴坯件制造方法是按下述顺序步骤进行的，第一步，不分先后顺序地制造中心轴和偏心曲轴，中心轴中具有连接颈部，偏心曲轴内具有偏心孔；第二步，偏心曲轴从中心轴的一端套入且偏心曲轴的偏心孔孔壁和中心轴的连接颈部之间通过旋转摩擦焊接固定连接。本旋转式压缩机曲轴坯件制造方法中中心轴采用圆形钢棒制成；偏心曲轴可采用型材制成，以及还可采用冷挤压成型，因而具有零部件制造所需原材料少，制造成本低的优点。

Description

旋转式压缩机曲轴坯件制造方法

技术领域

本发明属于液体变容式机械技术领域，涉及一种旋转式压缩机，特别是一种旋转式压缩机曲轴坯件制造方法。

背景技术

旋转式压缩机的电机无需将转子的旋转运动转换为活塞的往复运动，而是直接带动旋转活塞作旋转运动来完成对制冷剂蒸气的压缩。旋转式压缩机更适合于小型空调器，特别是在家用空调器上的应用更为广泛。

不同型号的压缩机气缸数量不同，如单缸旋转式压缩机和双缸旋转式压缩机。单缸旋转式压缩机曲轴坯件上只有一个偏心曲轴部分；双缸旋转式压缩机曲轴坯件上具有两个偏心曲轴部分，有两个偏心曲轴部分按180°对置设置，该结构的曲轴坯件具有降低振动、噪声的优点，以及降低压缩机所需驱动力，提高压缩机能效比等优点。

曲轴是旋转式压缩机的核心部件之一，关于曲轴的制作方法相关文献较多，如密闭往复式压缩机曲轴的制造方法（公开号CN1470772A），该曲轴的主轴部分和偏心设置的曲柄部分通过铜焊方式固连在一起。空调压缩机球铁曲轴制备方法（公开号CN1455121A），该曲轴通过铸造成型。旋转式压缩机的曲轴制作方法（公开号CN1896555A），在圆管上锻造出偏心曲柄部，再对偏心曲柄局进行机加工成型。空调压缩机曲轴的制造方法（申请公布号CN106141052A），将一根钢棒的局部逐步镦粗且成型出偏心曲柄。压缩机曲轴制备方法（申请公布号CN105972055A），先对钢管进行加工得到主轴；再将冶金粉末进行模压成型得到粉末冶金偏心部生坯；以及将粉末冶金偏心部生坯与主轴结合后进行烧结处理。

随着人们不断注重环保性，低氟、无氟冷媒在压缩机和制冷产品中应用越来越多，如采用R134a、R407cr、R410A等冷媒的压缩机不断推出，其工作压力比采用R22冷媒的压缩机要提高60%，由原来16kg/cm²，提高到26～28kg/cm²。同时变频压缩机的转速相对于定频压缩机的转速更高，对曲轴的耐磨性、耐疲劳性和使用寿命技术要求也更高。

一种二氧化碳热泵热水器压缩机能在-20℃～25℃环境下工作，并能提供超过60℃～85℃以上热水，其吸入压力高达3.5 Mpa～4Mpa，出口压力超过8Mpa～12Mpa，其压力是传统冷媒压力的5～10倍。对曲轴的强度、耐磨性、耐疲劳性提出更高的技术要求。

现有常规的球墨铸铁曲轴已经无法满足技术要求。采用冷镦方法制造单缸曲轴存在着在冷镦成型过程中曲轴容易弯曲变形，换言之存在着成品合格率低，严重浪费材料等问题；该技术方案并不适合制造双缸曲轴的问题。粉末冶金烧结时存在着收缩，主轴与偏心部之间扭矩不易控制，存在着合格率底以及扭矩值无法满足二氧化碳热泵热水器压缩机的技术要求的问题。

发明内容

本发明提出了一种旋转式压缩机曲轴坯件制造方法，本发明要解决的技术问题是如何提出另一种旋转式压缩机曲轴坯件制造方法，最好使制得的旋转式压缩机曲轴能满足二氧化碳热泵热水器压缩机的技术要求。

本发明的要解决的技术问题可通过下列技术方案来实现：一种旋转式压缩机曲轴坯件包括一根中心轴部和一个偏心曲轴部，旋转式压缩机曲轴坯件制造方法是按下述顺序步骤进行的，第一步，不分先后顺序地制造中心轴和偏心曲轴，中心轴中具有连接颈部，偏心曲轴内具有偏心孔；

第二步，偏心曲轴从中心轴的一端套入且偏心曲轴的偏心孔孔壁和中心轴的连接颈部之间通过旋转摩擦焊接固定连接。

与现有技术相比，本旋转式压缩机曲轴坯件制造方法中中心轴采用圆形钢棒制成；偏心曲轴可采用型材制成，以及还可采用冷挤压成型，因而具有零部件制造所需原材料少，制造成本低的优点。

本旋转式压缩机曲轴坯件制造方法对曲轴进行合理分割，各个部件制造以及部件之间装配具有工艺成熟，因而本旋转式压缩机曲轴坯件制造方法具有制造方便、制造成本低和产品合格率高的优点。中心轴和偏心曲轴采用冷挤压成型，则能提高钢的性能，进而提高曲轴强度、耐磨性和耐疲劳性等特性。

偏心曲轴和中心轴之间采用摩擦焊固定连接，具有连接强度高，即偏心曲轴和中心轴之间摩擦焊固定连接静态扭矩值远远大于紧配合连接以及粉末冶金烧结连接静态扭矩值，同时偏心曲轴和中心轴之间摩擦焊固定连接强度不受曲轴温度升降影响，由此保证曲轴满足二氧化碳热泵热水器压缩机的技术要求以及保证最好使制得的旋转式压缩机曲轴能满足二氧化碳热泵热水器压缩稳定运行。

一种旋转式压缩机曲轴坯件包括一根中心轴部和两个偏心曲轴部，旋转式压缩机曲轴坯件制造方法是按下述顺序步骤进行的，

第一步，不分先后顺序地制造长轴、偏心曲轴和短轴偏心曲轴一体件；偏心曲轴内具有偏心孔；短轴偏心曲轴一体件中具有一与偏心曲轴部相同的偏心部，偏心部的一端面上具有与中心轴部一段相同的短轴部，另一端面上具有连接轴部，短轴部和连接轴部同轴心设置；

第二步，连接轴部从偏心曲轴的偏心孔一端穿入且连接轴部与偏心曲轴之间过盈配合连接；

第三步，长轴的一端部从偏心曲轴的偏心孔另一端穿入且长轴的一端部与偏心曲轴的偏心孔孔壁之间通过摩擦焊接固定连接以及长轴的一端部与连接轴部之间也通过摩擦焊接固定连接。

与现有技术相比，本旋转式压缩机曲轴坯件制造方法中长轴采用圆形钢棒制成，偏心曲轴可采用型材制成，偏心曲轴也可采用冷挤压成型，短轴偏心曲轴一体件采用冷挤压制成，因而具有零部件制造所需原材料少的优点。本旋转式压缩机曲轴坯件制造方法对曲轴进行合理分割，各个部件制造以及部件之间装配具有工艺成熟，制造方便、制造成本低和产品合格率高的优点。偏心曲轴和短轴偏心曲轴一体件采用冷挤压成型，能提高钢的性能，进而提高曲轴强度、耐磨性和耐疲劳性等特性。

长轴与偏心曲轴之间和长轴与短轴偏心曲轴一体件之间均采用摩擦焊固定连接，以及偏心曲轴与短轴偏心曲轴一体件之间还采用紧配合固定连接，使得长轴、偏心曲轴和短轴偏心曲轴一体件三者之间具有连接强度高的优点；即上述三者之间连接静态扭矩值远远大于紧配合连接以及粉末冶金烧结连接静态扭矩值，同时偏心曲轴和中心轴之间摩擦焊固定连接强度不受曲轴温度升降影响，由此保证曲轴满足二氧化碳热泵热水器压缩机的技术要求以及保证最好使制得的旋转式压缩机曲轴能满足二氧化碳热泵热水器压缩稳定运行。

综上所述，采用本旋转式压缩机曲轴坯件制造方法制作旋转式压缩机曲轴具有合格率高、生产效率高、生产成本低和性能优异以及性能稳定的优点。

附图说明

图1是双缸旋转式压缩机曲轴坯件的立体结构示意图。

图2是短轴偏心曲轴一体件的立体结构示意图。

图3是偏心曲轴的立体结构示意图。

图4是长轴的立体结构示意图。

图5是双缸旋转式压缩机曲轴坯件的剖视结构示意图。

图6是实施例二中单缸旋转式压缩机曲轴坯件的立体结构示意图。

图7是实施例二中中心轴的立体结构示意图。

图8是实施例二中偏心曲轴的立体结构示意图。

图9是实施例二中单缸旋转式压缩机曲轴坯件的剖视结构示意图。

图10是实施例三中单缸旋转式压缩机曲轴坯件的剖视结构示意图。

图11是实施例四中单缸旋转式压缩机曲轴坯件的剖视结构示意图。

图中，1、中心轴部；1a、长轴段；1b、短轴段；2、偏心曲轴部；3、长轴；4、偏心曲轴；4a、偏心孔；4b、减重成型孔；5、短轴偏心曲轴一体件；5a、短轴部；5b、连接轴部；5c、偏心部；6、中心轴；6a、连接颈部；6b、大端部；6c、小端部。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一

如图1所示，一种旋转式压缩机曲轴坯件包括一根中心轴部1和两个偏心曲轴部2，两个偏心曲轴部2上下叠设，偏心曲轴部2与中心轴部1之间具有偏心距。中心轴部1中位于偏心曲轴部2上方部分称为长轴段1a，中心轴部1中位于偏心曲轴部2下方部分称为短轴段1b。短轴段1b的长度远远小于长轴段1a的长度。

如图2至图5所示，旋转式压缩机曲轴坯件制造方法是按下述顺序步骤进行的：

第一步，不分先后顺序地制造长轴3、偏心曲轴4和短轴偏心曲轴一体件5；即将旋转式压缩机曲轴坯件分为长轴3、偏心曲轴4和短轴偏心曲轴一体件5三个部件。

长轴3的制作方法为先选择直径与中心轴部1中长轴段1a直径相同的圆形钢棒，再在圆形钢棒上按设计长度进行截取，由此得到长轴3；长轴3的设计长度略大于中心轴部1中长轴段1a的长度。

偏心曲轴4的制作方法为先选择具有偏心孔4a的无缝钢管，再在无缝钢管上按设计长度进行截取，最后通过扩镗孔或冷挤压成型得到偏心曲轴4。偏心曲轴4的直径与曲轴坯件中偏心曲轴部2的直径相同，偏心孔4a的位置与中心轴部1相对于偏心曲轴部2的位置相吻合，偏心孔4a的大小与中心轴部1中长轴段1a的大小相吻合。

短轴偏心曲轴一体件5的制作方法为先选择直径大于中心轴部1直径且小于偏心曲轴部2直径的圆形钢棒，再在圆形钢棒上截取圆形钢坯，最后将圆形钢坯冷挤压成短轴偏心曲轴一体件5。短轴偏心曲轴一体件5中具有一与旋转式压缩机曲轴坯件中偏心曲轴部2相同的偏心部5c，偏心部5c的一端面上具有与中心轴部1中短轴段1b相吻合的短轴部5a，偏心部5c的另一端面上具有连接轴部5b。连接轴部5b的长度小于偏心曲轴4高度的1/2，连接轴部5b和短轴部5a同心设置，连接轴部5b的直径与偏心曲轴4中偏心孔4a的直径相吻合。

第二步，将短轴偏心曲轴一体件5和偏心曲轴4装配在一起。连接轴部5b从偏心曲轴4的偏心孔4a一端穿入，偏心曲轴4与连接轴部5b过盈配合。具体来说，短轴偏心曲轴一体件5和偏心曲轴4均定位在专用夹具上，保证偏心曲轴4与短轴偏心曲轴一体件5中偏心部5c的位置关系符合设计要求，再将偏心曲轴4压套在连接轴部5b上。

第三步，长轴3与第二步加工完成的部件通过摩擦焊接固连。将长轴3放入摩擦焊接机中主轴内孔的弹簧夹头内并夹紧，第二步加工完成的部件通过夹具安装在摩擦焊接机的拖板上，偏心曲轴4的偏心孔4a与长轴3相对设置。

摩擦焊接机主轴高速旋转带动长轴3同步旋转，拖板移动带动夹具和第二步加工完成的部件同步向靠近长轴3方向移动。偏心曲轴4逐渐套入长轴3的端部，长轴3先与偏心孔4a的孔壁摩擦产生高温，随着移动行程增加，长轴3的端部与连接轴部5b的端面也摩擦产生高温，接触部位融化；摩擦焊接机利用焊接电流出现拐点的特征，做出顶镦、主轴刹车、夹具松开、拖板快速后退等动作，由此完成摩擦焊接。待冷却后长轴3与偏心曲轴4固连在一起，长轴3与连接轴部5b也固连在一起，形成双缸旋转式压缩机曲轴坯件坯料。

实施例二

如图6所示，一种旋转式压缩机曲轴坯件包括一根中心轴部1和一个偏心曲轴部2，偏心曲轴部2与中心轴部1之间具有偏心距。中心轴部1中位于偏心曲轴部2上方部分称为长轴段1a，中心轴部1中位于偏心曲轴部2下方部分称为短轴段1b。短轴段1b的长度远远小于长轴段1a的长度。

如图7至图9所示，旋转式压缩机曲轴坯件制造方法是按下述顺序步骤进行的：

第一步，不分先后顺序地制造中心轴6和偏心曲轴4；即将旋转式压缩机曲轴坯件分为中心轴6和偏心曲轴4两个部件。

中心轴6的制作方法为先选择直径与中心轴部1的长轴段1a直径相同的圆形钢棒，再在圆形钢棒上按设计长度进行截取，由此得到中心轴6。如图9所示，中心轴部1的短轴段1b直径小于长轴段1a的直径，则对中心轴6继续进行车削加工或冷挤压成型加工，使中心轴6的一端部直径与中心轴部1的短轴段1b直径相同，定义为中心轴6的小端部6c，以及成型出用于安装偏心曲轴4的连接颈部6a，连接颈部6a的直径略大于小端部6c直径；中心轴6的另一端部定义为中心轴6的大端部6b，连接颈部6a位于小端部6c和大端部6b之间。

偏心曲轴4的制作方法为先选择具有偏心孔4a的无缝钢管，再在无缝钢管上按设计长度进行截取，最后通过扩镗孔或冷挤压成型得到偏心曲轴4。偏心曲轴4的直径与旋转式压缩机曲轴坯件中偏心曲轴部2的直径相同，偏心孔4a的位置与旋转式压缩机曲轴坯件中中心轴部1相对于偏心曲轴部2的位置相吻合，偏心曲轴4中偏心孔4a为直孔，偏心孔4a的大小与连接颈部6a的大小相吻合。

第二步，中心轴6和偏心曲轴4通过摩擦焊接固连。将中心轴6放入摩擦焊接机主轴内孔的弹簧夹头内并夹紧，偏心曲轴4通过夹具安装在摩擦焊接机的拖板上，偏心曲轴4的偏心孔4a与中心轴6中小端部6c的端面相对设置。

摩擦焊接机主轴高速旋转带动中心轴6同步旋转，拖板移动带动夹具和偏心曲轴4同步向靠近中心轴6方向移动。偏心曲轴4逐渐套入连接颈部6a，中心轴6和偏心曲轴4中偏心孔4a的孔壁摩擦产生高温，接触部位融化；拖板移动至设计位置，主轴急停，同时夹具松开偏心曲轴4，拖板急速后退。待冷却后中心轴6和偏心曲轴4便固连在一起，形成单缸旋转式压缩机曲轴坯件。

实施例三

如图10所示，本实施例同实施例二的结构及原理基本相同，基本相同之处不再累赘描述，仅描述不一样的地方，不一样的地方在于：

旋转式压缩机曲轴坯件的偏心曲轴部2上具有偏心减重孔。

偏心曲轴4的制作方法为采用铁基金属粉末作为原料，经过成形和烧结成型。在偏心曲轴4在成形时形成与减重孔相吻合的减重成型孔4b。该工艺既能减少铁基金属粉末使用量，又能降低偏心曲轴4的偏心重量，进而提高旋转式压缩机效率。采用粉末冶金工艺制作偏心曲轴4具有制造成本更低的优点。

偏心曲轴4中偏心孔4a呈锥形，偏心孔4a小端口直径略大于中心轴6中小端部6c的直径，这样避免摩擦焊接时偏心曲轴4与中心轴6的小端部6c相接触。连接颈部6a的形状与偏心孔4a的形状相吻合，即连接颈部6a呈圆锥形。呈锥形的偏心孔4a和连接颈部6a之间摩擦焊固定连接相对于呈直孔的偏心孔4a和连接颈部6a之间摩擦焊固定具有连接强度更大，偏心孔4a和连接颈部6a的加工精度要求更低，合格率更高的优点。

实施例四

如图11所示，本实施例同实施例二的结构及原理基本相同，基本相同之处不再累赘描述，仅描述不一样的地方，不一样的地方在于：偏心曲轴4中偏心孔4a包括直孔段和锥孔段，直孔段与锥孔段的小端口相连通。直孔段的直径与略大于中心轴6中小端部6c的直径；该结构既能克服直孔的偏心孔4a和连接颈部6a之间摩擦焊固定连接存在偏心孔4a和连接颈部6a的加工精度要求高的问题，又能克服锥形的偏心孔4a和连接颈部6a之间摩擦焊固定连接存在偏心孔4a和连接颈部6a锥度不一致导致焊接连接面积小的问题；换言之，具有直孔段和锥孔段的偏心孔4a与连接颈部6a之间摩擦焊固定连接能够连接面积，进而保证连接强度，由此提高焊接合格率。

Claims (7)

1.一种旋转式压缩机曲轴坯件制造方法，旋转式压缩机曲轴坯件包括一根中心轴部（1）和一个偏心曲轴部（2），旋转式压缩机曲轴坯件制造方法是按下述顺序步骤进行的，

第一步，不分先后顺序地制造中心轴（6）和偏心曲轴（4），中心轴（6）中具有与中心轴部（1）一端部相吻合的大端部（6b）、与中心轴部（1）另一端部相吻合的小端部（6c）和位于小端部（6c）与大端部（6b）之间的连接颈部（6a）；偏心曲轴（4）的直径与偏心曲轴部（2）的直径吻合，偏心曲轴（4）内具有与连接颈部（6a）相吻合的偏心孔（4a），偏心孔（4a）的位置与中心轴部（1）相对于偏心曲轴部（2）的位置相吻合；

第二步，偏心曲轴（4）从中心轴（6）的一端套入且偏心曲轴（4）的偏心孔（4a）孔壁和中心轴（6）的连接颈部（6a）之间通过旋转摩擦焊接固定连接。

2.根据权利要求1所述的旋转式压缩机曲轴坯件制造方法，其特征在于，所述偏心曲轴（4）的制作方法为先选择具有偏心孔（4a）的无缝钢管，再在无缝钢管上按设计长度进行截取，最后通过扩镗孔或冷挤压成型得到偏心曲轴（4）。

3.根据权利要求1或2所述的旋转式压缩机曲轴坯件制造方法，其特征在于，所述偏心曲轴（4）中偏心孔（4a）为直孔。

4.一种旋转式压缩机曲轴坯件制造方法，旋转式压缩机曲轴坯件包括一根中心轴部（1）和两个偏心曲轴部（2），旋转式压缩机曲轴坯件制造方法是按下述顺序步骤进行的，

第一步，不分先后顺序地制造长轴（3）、偏心曲轴（4）和短轴偏心曲轴一体件（5）；短轴偏心曲轴一体件（5）中具有一与偏心曲轴部（2）相同的偏心部（5c），偏心部（5c）的一端面上具有与中心轴部（1）一端部相同的短轴部（5a），另一端面上具有连接轴部（5b），短轴部（5a）和连接轴部（5b）同轴心设置；偏心曲轴（4）的直径与偏心曲轴部（2）的直径吻合，偏心曲轴（4）内具有与连接轴部（5b）和长轴（3）的一端部相吻合的偏心孔（4a），偏心孔（4a）的位置与中心轴部（1）相对于偏心曲轴部（2）的位置相吻合；

第二步，连接轴部（5b）从偏心曲轴（4）的偏心孔（4a）一端穿入且连接轴部（5b）与偏心曲轴（4）之间过盈配合连接；

第三步，长轴（3）的一端部从偏心曲轴（4）的偏心孔（4a）另一端穿入且长轴（3）的一端部与偏心曲轴（4）的偏心孔（4a）孔壁之间通过摩擦焊接固定连接以及长轴（3）的一端部与连接轴部（5b）之间也通过摩擦焊接固定连接。

5.根据权利要求4所述的旋转式压缩机曲轴坯件制造方法，其特征在于，所述偏心曲轴（4）的制作方法为先选择具有偏心孔（4a）的无缝钢管，再在无缝钢管上按设计长度进行截取，最后通过扩镗孔或冷挤压成型得到偏心曲轴（4）。

6.根据权利要求4所述的旋转式压缩机曲轴坯件制造方法，其特征在于，所述短轴偏心曲轴一体件（5）的制作方法为先选择直径大于中心轴部（1）直径且小于偏心曲轴部（2）直径的圆形钢棒，再在圆形钢棒上截取圆形钢坯，最后将圆形钢坯冷挤压成短轴偏心曲轴一体件（5）。

7.根据权利要求4或5或6所述的旋转式压缩机曲轴坯件制造方法，其特征在于，所述连接轴部（5b）的长度小于偏心曲轴（4）高度的1/2。

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