CN114017296A - 气缸、压缩机、制冷设备及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了气缸、压缩机、制冷设备及制造方法，其中气缸包括缸体部和连接部，缸体部由铸铁制成，缸体部的外壁设有凹位；连接部用于将气缸焊接固定于壳体，其中，连接部由钢材通过增材制造工艺填充形成于凹位内，使得连接部与缸体部连接为一体，该气缸通过设置有连接部和缸体部，缸体部采用弹性模量低、减震性能好、高耐磨性、低成本的铸铁制成，连接部采用焊接性良好的钢材制成，因此将气缸固定于壳体的内壁时，气缸能够通过连接部与壳体焊接以固定于壳体的内壁上，从而降低焊接处的局部变形程度，以及减少焊点裂纹、虚焊等问题的产生，从而有利于提高气缸与壳体之间的焊接质量，提高泵体组件的刚性，提升压缩机运行的可靠性。

Description

气缸、压缩机、制冷设备及制造方法

技术领域

本发明涉及压缩机领域，特别涉及一种气缸、压缩机、制冷设备及制造方法。

背景技术

相关技术中，旋转式压缩机通常包括壳体、泵体组件和电机组件，泵体组件和电机组件设置于壳体内，泵体组件包括气缸，泵体组件通常将气缸焊接固定于壳体的内壁。由于铸铁具有良好的减震性能、耐磨性能和加工性能，而且其材料成本比较低，因此气缸一般采用铸铁制成，然而由于铸铁的碳含量比较高，其焊接性能比较差，因此通过焊接将气缸固定于壳体的内壁的时候，气缸与壳体之间的焊缝容易产生焊接裂纹和气孔，影响焊接的质量，焊接加工的难度比较大。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种具有良好焊接性能的气缸。

本发明还提供一种具有上述气缸的压缩机。

本发明还提供一种具有上述压缩机的制冷设备。

本发明还提供一种用于制作上述气缸的制造方法。

根据本发明第一方面实施例的气缸，包括：

缸体部，由铸铁制成，外壁设有凹位；

连接部，用于将所述气缸焊接固定于壳体；

其中，所述连接部由钢材通过增材制造工艺填充形成于所述凹位内。

根据本发明第一方面实施例的气缸，至少具有如下有益效果：

气缸通过设置有连接部和缸体部，连接部通过增材制造工艺填充形成于缸体部的外壁的凹位内，使得连接部与缸体部连接为一体，缸体部采用弹性模量低、减震性能好、高耐磨性、低成本的铸铁制成，连接部采用焊接性良好的钢材制成，因此将气缸固定于壳体的内壁时，气缸能够通过连接部与壳体焊接以固定于壳体的内壁上，从而降低焊接处的局部变形程度，以及减少焊点裂纹、虚焊等问题的产生，从而有利于提高气缸与壳体之间的焊接质量，提高泵体组件的刚性，提升压缩机运行的可靠性。

根据本发明的一些实施例，所述凹位设有多个，多个所述凹位在所述缸体部的外壁上间隔分布。

根据本发明的一些实施例，多个所述凹位沿着所述缸体部的所述的外壁的周向均匀间隔分布。

根据本发明的一些实施例，所述的增材制造工艺为电弧增材工艺，或者是激光增材工艺，或者是电子束增材工艺。

根据本发明的一些实施例，所述连接部为低碳钢或铁镍合金制成。

根据本发明第二方面实施例的压缩机，包括本发明第一方面实施例的气缸。

根据本发明第二方面实施例的压缩机，至少具有如下有益效果：

该压缩机通过设置有本发明第一方面实施例的气缸，气缸通过设置有连接部和缸体部，连接部通过增材制造工艺填充形成于缸体部的外壁的凹位内，使得连接部与缸体部连接为一体，缸体部采用弹性模量低、减震性能好、高耐磨性、低成本的铸铁制成，连接部采用焊接性良好的钢材制成，因此将气缸固定于壳体的内壁时，气缸能够通过连接部与壳体焊接以固定于壳体的内壁上，从而降低焊接处的局部变形程度，以及减少焊点裂纹、虚焊等问题的产生，从而有利于提高气缸与壳体之间的焊接质量，提高泵体组件的刚性，提升压缩机运行的可靠性。

根据本发明第三方面实施例的制冷设备，包括本发明第二方面实施例的压缩机。

根据本发明第三方面实施例的制冷设备，至少具有如下有益效果：

该制冷设备由于包括本发明第二方面实施例的压缩机，压缩机包括气缸，气缸通过设置有连接部和缸体部，连接部通过增材制造工艺填充形成于缸体部的外壁的凹位内，使得连接部与缸体部连接为一体，缸体部采用弹性模量低、减震性能好、高耐磨性、低成本的铸铁制成，连接部采用焊接性良好的钢材制成，因此将气缸固定于壳体的内壁时，气缸能够通过连接部与壳体焊接以固定于壳体的内壁上，从而降低焊接处的局部变形程度，以及减少焊点裂纹、虚焊等问题的产生，从而有利于提高气缸与壳体之间的焊接质量，提高泵体组件的刚性，提升压缩机运行的可靠性，提高制冷设备运行的平稳性。

根据本发明第四方面实施例的制造方法，用于制作本发明第一方面实施例的气缸，包括如下步骤：

制作外壁具有凹位的缸体部；

将钢材通过增材制造工艺在所述凹位内填充形成连接部。

根据本发明第四方面实施例的制造方法，至少具有如下有益效果：

该制造方法通过增材制造工艺将钢材在缸体部的外壁的凹位内填充形成有连接部，使得连接部与缸体部连接为一体，缸体部采用弹性模量低、减震性能好、高耐磨性、低成本的铸铁制成，连接部采用焊接性良好的钢材制成，因此通过该制造方法可以获得一种具有良好的减震性能、耐磨性能、加工性能和焊接性能的复合气缸，将气缸固定于壳体的内壁时，能够通过连接部与壳体焊接使气缸固定于壳体，从而降低焊接处的局部变形程度，以及减少焊点裂纹、虚焊等问题的产生，从而有利于提高气缸与壳体之间的焊接质量，提高泵体组件的刚性，提升压缩机运行的可靠性。

根据本发明的一些实施例，所述制作外壁具有凹位的缸体部，具体包括：

将铸铁材料浇注于模具内，冷却后脱模获得缸体部毛坯；

对所述缸体部毛坯进行第一次机加工，获得外壁具有凹位的缸体部。

根据本发明的一些实施例，所述第一次机加工包括：在所述缸体部的外壁钻孔以形成所述沉位。

根据本发明的一些实施例，所述第一次机加工预留第二次机加工的余量，所述余量为0.05mm至1mm。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明实施例的气缸的缸体部的结构示意图；

图2是本发明实施例通过增材制造工艺在缸体部的凹位内形成有连接部的示意图；

图3是本发明实施例的气缸成品的结构示意图；

图4是本发明实施例的制造方法的流程图。

附图标记：

缸体部100、凹位110；

连接部200。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接、装配、配合等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

相关技术中，旋转式压缩机通常包括壳体、泵体组件和电机组件，泵体组件和电机组件设置于壳体内，泵体组件包括气缸，泵体组件通常将气缸焊接固定于壳体的内壁。由于铸铁具有良好的减震性能和加工性能，而且其成本比较低，因此气缸一般采用铸铁制成，然而由于铸铁的碳含量比较高，其焊接性比较差，因此通过焊接将气缸固定于壳体的内壁的时候，焊缝中容易产生焊接裂纹和气孔，影响焊接的质量，焊接加工的难度比较大。

为了解决上述的至少一个技术问题，本发明提出一种气缸，其不仅具有良好的减震性和耐磨性，同时还具有良好的焊接性能。

参照图1至图3，本发明第一方面实施例的气缸，其应用于压缩机。气缸包括缸体部100和连接部200，连接部200设置于缸体部100的外壁上。缸体部100由铸铁制成，连接部200由钢材制成，从而使得铸铁制成的缸体部100和钢材制成的连接部200结合形成复合气缸。

参照图1，该气缸的外壁设置有凹位110，凹位110由缸体部100的外壁的表面朝向缸体部100的内部凹陷从而形成有能够容纳连接部200的容腔。

具体的，凹位110可以是盲孔或者沉槽等结构，其横截面形状可以为圆形或方形或是其他形状。

当然，在本发明的一些实施例中，凹位110可以是底部横截面大、顶部开口横截面小的结构，此时钢材经增材制造工艺填充于凹位110内形成的连接部200，连接部200的底部将卡接于凹位110内，从而可以进一步增强连接部200与缸体部100之间的连接强度。

由于铸铁具有良好的减震性能、耐磨性能和加工性能，因此由铸铁制成的缸体部100同样具有良好的减震性能、耐磨性能和加工性能。

参照图2，连接部200由钢材制成，制作时将钢材通过增材制造工艺融化后填充于凹位110内从而形成连接部200，使得连接部200与缸体部100连接为一体。由于钢材具有良好的焊接性能，因此由钢材制成的连接部200也同样具有良好的焊接性能。

具体的，连接部200通过增材制造工艺，使得钢材融化并堆积填充于凹位110内，凹位110的内壁可以经过预热从而使其表面产生融化从而与融化的钢材连接，钢材冷却后即成型固定于凹位110内，从而形成连接部200。通过增材制造工艺形成连接部200，其制作非常方便，而且效率高。而且通过增材制造工艺形成的连接部200，其与缸体部100的连接强度更高。

装配压缩机时，需要将气缸固定于壳体的内壁，此时可以将连接部200焊接于壳体的内壁，从而可以实现将气缸固定于壳体内。由于连接部200具有良好的焊接性能，因此能够降低焊接的难度，减少气缸与壳体之间的焊缝的焊接裂纹和气孔，提高焊接的质量，使得气缸安装于壳体内更为稳固，有利于提高压缩机运行的可靠性。同时由于连接部200填充于凹位110内，因此能够避免连接部200凸出于缸体部100的外壁而造成气缸的外径尺寸变大，有利于实现气缸的小型化设计，提高气缸的装配性。

参照图3，本发明第一方面实施例的气缸通过设置有连接部200和缸体部100，连接部200通过增材制造工艺填充形成于缸体部100的外壁的凹位110内，使得连接部200与缸体部100连接为一体，缸体部100采用弹性模量低、减震性能好、高耐磨性、低成本的铸铁制成，连接部200采用焊接性良好的钢材制成，因此将气缸固定于壳体的内壁时，气缸能够通过连接部200与壳体焊接以固定于壳体的内壁上，从而降低焊接处的局部变形程度，以及减少焊点裂纹、虚焊等问题的产生，从而有利于提高气缸与壳体之间的焊接质量，提高泵体组件的刚性，提升压缩机运行的可靠性。

参照图1，可以理解的是，在本发明的一些实施例中，可以通过钻孔的方式在缸体部100的外壁形成有盲孔，或者是通过挖槽的方式在缸体部100的外壁形成有沉槽，盲孔或者沉槽即构成缸体部100外壁上的凹位110，连接部200填充于凹位110内，从而使得连接部200能够嵌入于缸体部100内，避免连接部200凸出于缸体部100的外壁，同时通过将连接部200嵌入于缸体部100的外壁，能够增加连接部200与缸体部100的接触面积，提高连接部200与缸体部100之间的连接强度。

需要说明的是，在本发明的一些实施例中，凹位110可以设置有多个，多个凹位110在缸体部100的外壁上间隔分布。例如，凹位110可以设置有两个或者四个或者更多个，通过在每个凹位110均填充连接部200，从而可以增加连接部200的数量，使得气缸与壳体之间的焊接点更多，从而可以提高气缸与壳体之间的连接强度。

需要说明的是，上述实施例中，多个凹位110可以沿着缸体部100的外壁的周向间隔分布，从而使得填充于凹位110内的多个焊接点也沿着缸体部100的周向间隔分布，因此当气缸通过连接部200焊接固定于壳体的内壁，此时气缸通过周向间隔分布于外壁的多个焊接点与壳体之间进行连接，从而使得气缸在周向的受力稳定性更好。

具体的，在本发明的一些实施例中，多个焊接点之间可以采用均匀周布的方式，从而使得气缸与壳体之间的受力点分布更为均匀，从而可以进一步提高壳体与气缸之间的受力稳定性，提高气缸工作的可靠性，提升压缩机运行的可靠性。

可以理解的是，在本发明的一些实施例中，连接部200由低碳钢制成。低碳钢的含碳量较低，并且具有良好的焊接性能，表1为低碳钢的材料成分表(单位：质量％)。

C	Si	Mn	P	S	Fe
						0.04～0.09	0.5～1.2	0.8～2.0	0.01～0.02	0.01～0.015	余量

表1

可以理解的是，在本发明另外的一些实施例中，连接部200由铁镍合金制成，铁镍合金的含碳量较低，其具有良好的焊接性能，同时由于镍的含量比较丰富，因此其还具有良好的耐腐蚀性能，表2为铁-镍合金的材料成分表(单位：质量％)。

C

Si

Mn

P

S

Ni

Cr

Fe

0.03～0.04

0.4～0.6

0.8～2.0

0.01～0.02

0.01～0.015

8.0～24.0

12.0～16.0

余量

表2

具体的，在本发明的一些实施例中，增材制造工艺可以是电弧增材工艺，或者是激光增材工艺，或者是电子束增材工艺，还可以是其他的增材制造工艺。上述增材制造工艺均可以实现将钢材加热融化而填充于缸体部100的外壁的凹位110内，从而在缸体部100的外壁形成有连接部200，气缸可以通过连接部200焊接于壳体的内壁。

本发明第二方面实施例的压缩机，包括本发明第一方面实施例的气缸。压缩机可以是旋转式压缩机，当然也可以是其他类型的压缩机，其包括有壳体、电机组件和泵体组件，当然，压缩机通常还包括储液器。壳体由钢材制成，其通常为分体式结构，其可以包括上壳体、下壳体和主壳体，上壳体、下壳体密封连接于主壳体的两端，从而使得壳体内部形成有空腔，电机组件和泵体组件均装设于壳体的空腔内。

电机组件包括有转子和定子，定子固定于主壳体的内壁，转子能够相对定子转动。转子连接泵体组件的曲轴，能够带动曲轴做旋转运动。

泵体组件包括有气缸、上轴承、下轴承、消音器和曲轴，上轴承配合安装于气缸的上端面，下轴承配合安装于气缸的下端面，从而使得气缸内部形成有压缩腔。消音器安装于上轴承的上端，用于降低压缩腔排气时产生的气流噪声。

曲轴的一端与转子连接，另一端套设有活塞，活塞位于压缩腔内，活塞在曲轴的带动下在压缩腔内做偏心旋转运动，从而使压缩腔的工作容积产生周期性变化。活塞与配合的滑片将压缩腔分隔为低压腔和高压腔。

储液器设置于壳体的外部，其与泵体组件连接，为泵体组件提供制冷剂，泵体组件的曲轴在电机驱动下旋转，使得泵体组件能够完成吸气、压缩、排气的过程，制冷剂经过泵体组件的压缩后，通过上壳体的排气管排出，然后进入制冷装置循环。

该压缩机通过设置有本发明第一方面实施例的气缸，气缸通过设置有连接部200和缸体部100，连接部200通过增材制造工艺填充形成于缸体部100的外壁的凹位110内，使得连接部200与缸体部100连接为一体，缸体部100采用弹性模量低、减震性能好、高耐磨性、低成本的铸铁制成，连接部200采用焊接性良好的钢材制成，因此将气缸固定于壳体的内壁时，气缸能够通过连接部200与壳体焊接以固定于壳体的内壁上，从而降低焊接处的局部变形程度，以及减少焊点裂纹、虚焊等问题的产生，从而有利于提高气缸与壳体之间的焊接质量，提高泵体组件的刚性，提升压缩机运行的可靠性。

本发明第三方面实施例的制冷设备，包括本发明第二方面实施例的压缩机。制冷设备可以是冰箱，也可以是空调器，当然也可以是其他类型的制冷装置。

该制冷设备由于包括本发明第二方面实施例的压缩机，压缩机包括气缸，气缸通过设置有连接部200和缸体部100，连接部200通过增材制造工艺填充形成于缸体部100的外壁的凹位110内，使得连接部200与缸体部100连接为一体，缸体部100采用弹性模量低、减震性能好、高耐磨性、低成本的铸铁制成，连接部200采用焊接性良好的钢材制成，因此将气缸固定于壳体的内壁时，气缸能够通过连接部200与壳体焊接以固定于壳体的内壁上，从而降低焊接处的局部变形程度，以及减少焊点裂纹、虚焊等问题的产生，从而有利于提高气缸与壳体之间的焊接质量，提高泵体组件的刚性，提升压缩机运行的可靠性，提高制冷设备运行的平稳性。

参照图4，本发明第四方面实施例的制造方法，用于制作本发明第一方面实施例的气缸，包括如下步骤：

制作外壁具有凹位110的缸体部100；

S320：将钢材通过增材制造工艺在凹位110内形成连接部200。

该制造方法通过增材制造工艺将钢材在缸体部100的外壁的凹位110内形成有连接部200，缸体部100采用弹性模量低、减震性能好、高耐磨性、低成本的铸铁制成，连接部200采用焊接性良好的钢材制成，因此通过该制造方法可以获得一种具有良好的减震性能、耐磨性能、加工性能和焊接性能的复合气缸。

当需要将气缸固定于壳体的内壁时，气缸能够通过连接部200与壳体焊接以固定于壳体的内壁上，从而降低焊接处的局部变形程度，以及减少焊点裂纹、虚焊等问题的产生，从而有利于提高气缸与壳体之间的焊接质量，提高泵体组件的刚性，提升压缩机运行的可靠性。

可以理解的是，在本发明的一些实施例中，增材制造工艺可以是电弧增材工艺，或者是激光增材工艺，或者是电子束增材工艺，还可以是其他的增材制造工艺。上述增材制造工艺均可以实现将钢材加热融化而填充于缸体部100的外壁的凹位110内，凹位的内壁可以经过预热从而使其表面产生融化从而与融化的钢材连接，钢材冷却后即成型固定于凹位110内形成连接部200，从而在缸体部100的外壁形成有连接部200，使得气缸可以通过连接部200焊接于壳体的内壁。

可以理解的是，在本发明的一些实施例中，制作外壁具有凹位110的缸体部100，具体包括如下步骤：

S310：将铸铁材料浇注于模具内，冷却后脱模获得缸体部100毛坯；

S320：对缸体部100毛坯进行第一次机加工，获得外壁具有凹位110的缸体部100。

具体制作时，将铸铁材料加热至熔融状态，然后浇注至模具内，待流体状态的铸铁冷却定型后，脱模，从而获得缸体部100毛坯，其制作过程比较方便，可以根据所需的气缸尺寸，通过浇注获得大致尺寸的缸体部100毛坯，然后对缸体部100毛坯进行第一次机加工，以将缸体部100毛坯的尺寸车削至合适的尺寸。铸铁材料可以是HT250铸铁，当然也可以是其他型号的铸铁。

可以理解的是，凹位110的尺寸较大的时候，凹位110可以在浇注时与缸体部100本体一体成型，凹位110的尺寸较小的时候，凹位110可以通过第一次机加工制成。

在本发明的一些实施例中，由于凹位110的内径尺寸比较小，因此可以通过第一次机加工在缸体部100的外壁加工形成凹位110，从而可以通过增材制造工艺在凹位110内形成连接部200。

具体加工时，可以通过钻孔的方式在缸体部100的外壁钻出凹位110，凹位110的深度可以根据的需要而具体设置，例如在一些实施例中，凹位110的深度可以为4mm至12mm，从而使得连接部200与缸体部100能够形成较高的连接强度。

可以理解的是，在本发明的一些实施例中，第一次机加工通常为粗加工，因此后续还需要对气缸进行第二次机加工，为此，第一次机加工预留第二次机加工的余量，余量为0.05mm至1mm，例如余量可以是0.2mm或是0.5mm。通过设置合适的加工余量范围，使得后续能够对气缸进行较好的精加工，使得气缸的尺寸能够达到要求。

参照图2和图3，具体的，由于通过增材制造工艺在缸体部100的外壁的凹位110形成连接部200，此时连接部200可能会有部分凸出于缸体部100的外壁，同时气缸的表面的粗糙度还没达到装配的要求，因此需要对气缸进行第二次机加工(精加工)，通过精车气缸的外圆，精磨气缸的各个内孔，精磨气缸的上端面和下端面，去除气缸表面及内孔的毛刺，然后清洗，从而获得气缸成品，然后将气缸成品入库。

需要说明的是，上述第一次机加工的过程中，可以通过使用拓扑优化的方法对本发明实施例的缸体部100进行结构优化而进行相应的加工，从而使得缸体部100能够一方面满足轻量化、低成本的设计要求，另一方面可以保证缸体部100的结构强度，从而能在减轻缸体部100的质量的基础上，保证缸体部100的结构强度，降低了气缸的材料成本。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (11)

1.气缸，其特征在于，包括：

缸体部，由铸铁制成，外壁设有凹位；

连接部，用于将所述气缸焊接固定于壳体；

其中，所述连接部由钢材通过增材制造工艺填充形成于所述凹位内。

2.根据权利要求1所述的气缸，其特征在于：所述凹位设有多个，多个所述凹位间隔设置于所述外壁。

3.根据权利要求2所述的气缸，其特征在于：多个所述凹位沿所述外壁的周向均匀间隔分布。

4.根据权利要求1所述的气缸，其特征在于：所述增材制造工艺为电弧增材工艺或激光增材工艺或电子束增材工艺。

5.根据权利要求1至4任一项所述的气缸，其特征在于：所述连接部为低碳钢或铁镍合金制成。

6.压缩机，其特征在于，包括如权利要求1至5任一项所述的气缸。

7.制冷设备，其特征在于，包括如权利要求6所述的压缩机。

8.制造方法，用于制作如权利要求1至5任一项所述的气缸，其特征在于，包括如下步骤：

制作外壁具有凹位的缸体部；

将钢材通过增材制造工艺在所述凹位内填充形成连接部。

9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述制作外壁具有凹位的缸体部，具体包括：

将铸铁材料浇注于模具内，冷却后脱模获得缸体部毛坯；

对所述缸体部毛坯进行第一次机加工，获得外壁具有凹位的缸体部。

10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于：所述第一次机加工包括在所述缸体部的外壁钻孔以形成所述凹位。

11.根据权利要求9所述的气缸，其特征在于：所述第一次机加工预留第二次机加工的余量，所述余量为0.05mm至1mm。

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