KR20050035082A - Reciprocating compressor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
피스톤 로드의 구형 부재와 연결되는 피스톤의 구면 받침부를 구비한 왕복식 압축기에 있어서, 피스톤의 구면 받침부의 가공 정밀도를 향상시킴으로써 단시간에 압축 효율이 높은 압축기를 제조한다. In a reciprocating compressor provided with a spherical support of a piston connected to a spherical member of a piston rod, a compressor with high compression efficiency is produced in a short time by improving the processing accuracy of the spherical support of a piston.
실린더와, 피스톤 로드와, 상기 실린더 내에서 왕복 운동하는 피스톤을 구비하고, 피스톤 로드는 피스톤에 연결되는 구형 부재 커플링을 갖고, 피스톤은 피스톤 로드의 상기 구형 부재 커플링과 접하는 곡면을 구비한 구면 받침부를 갖고, 구면 받침부의 곡면은 수증기 처리를 실시하지 않은 소결 금속에 기계 가공을 실시하여 그 후에 수증기 처리가 실시된 것으로 한다. A spherical surface having a cylinder, a piston rod, and a piston reciprocating in the cylinder, the piston rod having a spherical member coupling connected to the piston, and the piston having a curved surface in contact with the spherical member coupling of the piston rod. It is assumed that the curved surface of the spherical support portion has a support portion, and the sintered metal which has not been subjected to the water vapor treatment is subjected to mechanical processing and then subjected to water vapor treatment.
이 때, 수증기 처리 전에 초벌 가공을 행하고 있어, 수증기 처리 후에 기계 가공에 의한 마무리 가공을 하면 더 좋다. At this time, the initial processing is performed before the steam treatment, and it is better to perform the finish processing by machining after the steam treatment.
Description
본 발명은 주로 공조 장치 및 냉동 장치에 사용되는 왕복식 압축기에 관한 것이다. The present invention mainly relates to a reciprocating compressor used in an air conditioning apparatus and a refrigeration apparatus.
구면 커플링에 의해 피스톤과 피스톤 로드를 연접하는 구조의 왕복식 압축기는 종래부터 카 에어컨의 경사판식 압축기나 냉장고의 밀폐형 압축기 등에 이용되어 왔다. BACKGROUND ART A reciprocating compressor having a structure in which a piston and a piston rod are connected by spherical coupling has been conventionally used in inclined plate compressors for car air conditioners and hermetic compressors for refrigerators.
그와 같은 압축기 중 하나로, 특허 문헌 1에 기재된 기술이 있다. As one of such compressors, there is a technique described in Patent Document 1.
일본 특허 공개 평5-209588호 공보에는, 피스톤에 연결되는 부분이 구형 부재로 되어 있는 피스톤 로드와, 피스톤 로드의 구형 부재에 연결되는 구면 받침부를 구비한 피스톤을 갖고, 이 피스톤을 금속 분말을 성형 후 소결한 소결 합금에 대해 증기 처리를 실시하여 제조하면, 소결 합금 특유의 구멍을 밀봉하여 내마모성을 향상시킬 수 있다고 기재되어 있다. Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-209588 has a piston rod having a portion connected to a piston as a spherical member, and a piston having a spherical support portion connected to a spherical member of the piston rod, wherein the piston is formed into a metal powder. It is described that if the post-sintered sintered alloy is subjected to steam treatment and manufactured, the pores unique to the sintered alloy can be sealed to improve wear resistance.
또한, 피스톤의 종동부가 되는 외주면에 연삭 가공을 실시하여 산화 피막을 제거함으로써 치수의 안정화를 도모할 수 있는 동시에, 소결 합금 특유의 구멍이 건재화하여 윤활유 침투가 가능해진다고 기재되어 있다. In addition, it is described that grinding can be performed on the outer circumferential surface serving as the follower of the piston to remove the oxide film, whereby stabilization of the dimension can be attained, while holes unique to the sintered alloy can be built up to allow lubricating oil penetration.
또한, 일본 특허 공개 제2003-3956호 공보에는, 개구부의 직경이 피스톤 로드의 구형 부재의 직경보다도 작게 형성된 철계 소결 합금에 의한 구면 받침부가 기재되어 있다. Further, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2003-3956 describes a spherical support portion made of an iron-based sintered alloy in which the diameter of the opening portion is smaller than the diameter of the spherical member of the piston rod.
종래의 기술에서는 수증기 처리의 공정과 기계 가공의 공정 순서에 관하여 가공 정밀도나 가공 시간 면에서 고려되어 있지 않았다. In the prior art, the process of steam treatment and the process sequence of machining have not been considered in terms of processing precision and processing time.
철계 소결 금속은 금형에 금속 분말을 충전하여 압축 성형하고, 그 후 가열하여 금속 가루끼리를 접합함으로써 얻을 수 있는 재료이지만, 제조 과정에서 금속 분말을 용융 상태까지는 가열하지 않으므로 금속 분말끼리는 완전하게 융합하지 않는다. 그로 인해, 금속 분말 사이에 구멍이 존재하게 되므로, 연성이 거의 없다. 따라서, 소결 금속을 소성 변형시키고자 하면 취성적으로 파괴되므로, 특허 문헌 1의 도6이나 특허 문헌 2의 도1과 같이 구면 받침부의 개구경을 구면의 최대 직경보다도 작은 구조, 즉 개구 방향으로 직경 축소된 형상을 만드는 경우에, 소성 변형에 의한 성형을 하는 것은 곤란했다. Iron-based sintered metal is a material obtained by compressing and molding metal powder in a mold, and then heating and joining the metal powders together, but the metal powders do not completely fuse together because the metal powder is not heated until the molten state in the manufacturing process. Do not. Therefore, since holes exist between the metal powders, there is little ductility. Therefore, when plastic deformation of the sintered metal is brittle, the opening diameter of the spherical base portion is smaller than the maximum diameter of the spherical surface, i.e., the opening direction as shown in Fig. 6 of Patent Document 1 and Fig. 1 of Patent Document 2. In the case of making a reduced shape, it was difficult to mold by plastic deformation.
또한, 일반적인 금형에 의한 소결로 원하는 형상을 성형하고자 하는 경우, 특허 문헌 1의 도1과 같이 구면 받침부의 개구경을 구면의 최대 직경과 동등하거나, 그 이상의 직경으로 할 필요가 있다. In addition, when it is desired to shape the desired shape by sintering with a general mold, it is necessary to make the opening diameter of the spherical base portion equal to or larger than the maximum diameter of the spherical surface as shown in FIG.
그러나, 이와 같은 형상에서는 피스톤 로드의 구형 부재가 구면 받침부로부터 벗어날 가능성이 있다. However, in such a shape, there is a possibility that the spherical member of the piston rod deviates from the spherical support.
그래서, 소성 변형시키지 않고, 피스톤 로드의 구형 부재의 크랭크샤프트에 가까운 측을 덮는 소결 금속제의 구면 받침부를 구비한 왕복식 압축기를 실현하는 방법을 생각할 수 있다. Thus, a method of realizing a reciprocating compressor provided with a spherical support made of sintered metal covering the side close to the crankshaft of the spherical member of the piston rod without plastic deformation is conceivable.
그 방법으로서는, 본 발명자들은 소결 금속에 기둥 부재의 구멍을 가공한 후, 선반 절삭 등의 기계 가공으로 구면을 형성하고, 또한 그 구형 부재의 일부를 제거하여 폭을 줄인 2면 폭을 형성하여 상기 구면 받침부와 상기 구형 부재의 2면 폭을 이용하여 구면 받침부에 구형 부재를 삽입하는 방법을 취하는 것으로 하였다. As the method, the present inventors formed a spherical surface by machining a hole of a pillar member in a sintered metal, and then forming a spherical surface by machining such as lathe cutting, and forming a two-sided width in which the spherical member was removed to reduce the width. It was assumed that a method of inserting a spherical member into the spherical support was made by using the two surface widths of the spherical support and the spherical member.
이들 기계 가공을 행하는 데 있어서, 본 발명자들은 합금을 소결한 후에 기계 가공을 하지 않고 수증기 처리를 행하고, 그 후에 기계 가공을 행하는 것을 생각해 냈다. In performing these machinings, the inventors of the present invention have conceived of performing steam treatment without machining after sintering the alloy, and then performing machining.
그러나, 이 방법으로 제조한 구형 부재 받침부를 구비한 압축기를 평가한 결과, 매우 제조 시간이 길고, 또한 절삭용 바이트의 릴리프면에 있어서의 마모가 심하다. 그로 인해, 구형 부재 받침부의 가공한 곡면이 거칠어져 피스톤 로드의 움직임이 악화되어, 압축 효율을 저하시키는 경우가 있는 것을 알 수 있었다. However, when the compressor provided with the spherical member support part manufactured by this method was evaluated, the manufacturing time is very long and the abrasion in the relief surface of a cutting bite is severe. Therefore, it turns out that the processed curved surface of a spherical member support part may become rough, and the movement of a piston rod may deteriorate and the compression efficiency may fall.
또한, 전술한 구멍에 의해 발생하는 실린더 내로부터의 압축 기체의 누설을 수증기 처리에 의해 형성된 산화물로 막고 있었지만, 절삭량을 많게 한 경우 충분히 산화되어 있는 층을 제거해 버려, 전술한 구멍에 의한 압축 가스 누설이 발생하기 쉬워져 압축 효율이 저하되는 경우도 있었다. In addition, although the leakage of the compressed gas from the cylinder generated by the above-mentioned hole was prevented by the oxide formed by the steam treatment, when the cutting amount was increased, the sufficiently oxidized layer was removed, and the compressed gas leaked by the above-mentioned hole This tends to occur and the compression efficiency may fall.
즉, 본 발명의 목적은 이들 과제를 해결하여 피스톤 로드의 움직임을 순조롭게 함으로써, 왕복식 압축기의 압축 효율을 향상시키는 것을 목적으로 하는 것이다. That is, an object of the present invention is to solve these problems and to smoothly move the piston rod, thereby improving the compression efficiency of the reciprocating compressor.
본원은 상기 과제를 해결하는 방법을 복수 포함하는 것이지만, 대표적인 것은 다음과 같다. This application includes a plurality of methods for solving the above problems, but typical ones are as follows.
본 발명의 해결 방법으로서는, 왕복식 압축기의 피스톤 로드와 연결되는 피스톤으로서 구면 받침부에 산화막을 형성하기 전에, 절삭 등의 기계 가공으로 불필요한 부분을 제거해 두고, 그 후에 수증기 처리를 행한다. 그 후에는 필요에 따라서 마무리 기계 가공을 실시하도록 한다.As a solution of the present invention, before forming an oxide film on a spherical support as a piston connected to a piston rod of a reciprocating compressor, unnecessary parts are removed by machining such as cutting, and thereafter, steam treatment is performed. After that, finishing machining is performed as necessary.
이와 같이 함으로써, 가공에 수반하는 곡면의 거칠기를 억제할 수 있게 되어, 피스톤 로드의 움직임을 순조롭게 할 수 있으므로 압축기의 압축 효율을 향상시킬 수 있다. By doing in this way, the roughness of the curved surface accompanying a process can be suppressed and the movement of a piston rod can be made smooth, and the compression efficiency of a compressor can be improved.
또한, 수증기 처리 전에 한 번 기계 가공해 둠으로써, 수증기 처리에 의해 형성되는 구면 받침부의 산화물, 특히 철을 이용한 경우에는 사삼산화철(Fe3O4)의 층을 충분히 잔류시킬 수 있으므로, 실린더로부터의 압축 가스의 누설을 억제할 수 있다.In addition, by machining once before the steam treatment, the oxide of the spherical support portion formed by the steam treatment, especially iron, can sufficiently leave a layer of iron trioxide (Fe 3 O 4 ). Leakage of the compressed gas can be suppressed.
본 발명에 따르면, 왕복식 압축기의 압축 효율을 향상시킬 수 있다. According to the present invention, the compression efficiency of the reciprocating compressor can be improved.
본 발명에 관한 발명의 일실시 형태를 도1 내지 도6에 의해 설명한다. An embodiment of the invention according to the present invention will be described with reference to Figs.
도1은 냉동용 왕복식 압축기의 일 태양의 종단면도이다. 1 is a longitudinal sectional view of one embodiment of a refrigeration reciprocating compressor.
이 왕복 압축기는 냉매에 예를 들어 이소부탄 등의 탄화수소를 사용하는 것으로, 밀폐 용기인 챔버(6)의 내부에는 모터와, 이 모터에 의해 구동되는 압축 기구가 배치되어 있다. The reciprocating compressor uses hydrocarbons such as isobutane as the refrigerant, and a motor and a compression mechanism driven by the motor are arranged inside the chamber 6 which is a sealed container.
모터는 고정자(5a)와 회전자(5b)를 구비하고 있다. The motor is provided with the stator 5a and the rotor 5b.
이 회전자(5b)에는 크랭크샤프트(4)가 체결되어 있다. The crankshaft 4 is fastened to this rotor 5b.
크랭크샤프트(4)는 실린더 블럭(2)의 일부에 형성된 일정한 두께의 구멍인 베어링(2b) 내를 관통하도록 배치되고, 회전자(5b)의 회전과 아울러 회전하는 구조로 되어 있다. The crankshaft 4 is arrange | positioned so that it may penetrate the inside of the bearing 2b which is a hole of fixed thickness formed in a part of the cylinder block 2, and it is a structure which rotates with the rotation of the rotor 5b.
크랭크샤프트(4)에는 편심시킨 핀(4a)이 형성되고, 회전자(5b)의 회전과 아울러 회전하는 구조로 되어 있다. The crankshaft 4 is provided with the eccentric pin 4a, and is structured to rotate with the rotation of the rotor 5b.
핀(4a)에는 크랭크샤프트의 축에 대해 횡방향으로 신장하고 있는 피스톤 로드(3)가 연결되어 있다. A piston rod 3 extending laterally with respect to the axis of the crankshaft is connected to the pin 4a.
피스톤 로드(3)의 실린더에 인접하는 단부에는 피스톤(1)이 연결되어 있다. The piston 1 is connected to the end part adjacent to the cylinder of the piston rod 3.
피스톤(1)은 실린더(2a)에 의해 지지되고, 크랭크샤프트의 회전 운동이 피스톤 로드를 거침으로써 회전자(5b)의 회전을 피스톤의 왕복 경로와 경로가 대략 일치하는 직선적인 왕복 운동으로 변환하고 있다. The piston 1 is supported by the cylinder 2a, and the rotational movement of the crankshaft passes through the piston rod, thereby converting the rotation of the rotor 5b into a linear reciprocating motion approximately coincident with the reciprocating path of the piston and have.
또한, 실린더(2a)의 피스톤 로드에 인접하지 않는 측의 단부면에는 실린더(2a) 내에의 냉매의 출입을 제어하는 밸브를 구비한 밸브 기구(7)가 계지되어 있고, 밸브 기구(7)에는 압축되어 토출하는 냉매의 소음을 줄이는 사이렌서(8)가 부착되어 있다. In addition, a valve mechanism 7 having a valve for controlling the inflow and out of the refrigerant in the cylinder 2a is held on the end face of the cylinder 2a that is not adjacent to the piston rod, and the valve mechanism 7 The silencer 8 which reduces the noise of the refrigerant discharged by compression is attached.
챔버(6)의 하부에는 윤활재가 저류되어 있고, 크랭크샤프트(4)의 하단부로부터 빨려 올라가 크랭크샤프트(4), 피스톤 로드(3), 실린더 블럭(2) 및 피스톤(1)에 존재하는 미끄럼 이동 부분을 윤활하게 하는 구조로 되어 있다. Lubricant is stored in the lower part of the chamber 6, and it is sucked up from the lower end of the crankshaft 4 and slides in the crankshaft 4, the piston rod 3, the cylinder block 2, and the piston 1. The structure lubricates the part.
본 실시 형태의 예에서는 피스톤(1)과 피스톤 로드(3)의 연결에 구면 커플링을 이용하고 있다. In the example of this embodiment, the spherical coupling is used for the connection of the piston 1 and the piston rod 3.
이 구면 커플링의 구조를 도2를 이용하여 설명한다. The structure of this spherical coupling is demonstrated using FIG.
도2는 피스톤 로드(3)를 연결한 피스톤(1)의 종단면도이고, 도1의 A-A 단면의 피스톤 로드(3)와 피스톤(1)의 연결 부위의 확대도이다. FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the piston 1 connecting the piston rod 3, and is an enlarged view of the connecting portion of the piston rod 3 and the piston 1 in the A-A cross section of FIG.
피스톤 로드(3)의 실린더측 단부는 피스톤 로드(3)의 구형 부재 이외의 부분이 구면 받침부와 접촉을 방지하기 위해 직경이 축소되어 있다(단면적이 작아지고 있음). 또한 그 선단부에는 구형 부재(3a)가 형성되어 있다. The cylinder side end portion of the piston rod 3 is reduced in diameter (a smaller cross-sectional area) in order to prevent portions other than the spherical members of the piston rod 3 from contacting the spherical support. Moreover, the spherical member 3a is formed in the front-end | tip part.
피스톤(1)은 피스톤 로드(3)의 막대 형상 부분의 이동 범위보다도 넓은 개구부를 구비한 대략 구형 부재의 공간을 구성하는 구면 받침부(1a)를 구비하고 있다. The piston 1 is provided with the spherical support part 1a which comprises the space of the substantially spherical member provided with the opening part wider than the movement range of the rod-shaped part of the piston rod 3.
구형 부재(3a)에는 도2의 지면의 법선 방향으로 평면이 두 개 형성되어 있고, 이 두 면을 이용하여 서로 삽입 혹은 이격시킬 수 있도록 되어 있다. The spherical member 3a is formed with two planes in the direction of the normal line of the sheet of Fig. 2, and can be inserted or separated from each other using these two surfaces.
이 피스톤(1)은 철을 포함하는 재료로 소결된 철계 소결 금속으로 소재가 제작되고, 기계 가공에 의해 구면 받침부(1a), 외주면(1b)을 가공한 후에 수증기 처리를 실시함으로써 제작된 것이다. The piston 1 is made by iron-based sintered metal sintered from a material containing iron, and produced by steam treatment after machining the spherical support 1a and the outer circumferential surface 1b by machining. .
이 기계 가공과 수증기 처리의 가공 순서는 철계 소결 금속을 가공하였을 때의 공구 마모를 저감시킴으로써 면 표면을 깨끗하게 가공할 수 있을 뿐만 아니라, 수증기 처리에 의해 생성되는 소결 금속의 산화막, 본 실시 형태의 경우 삼사산화철의 남는 양을 늘릴 수 있으므로, 압축기의 압축 효율을 향상시킬 수 있다. The machining procedure of this machining and steam treatment is not only to clean the surface of the surface by reducing tool wear when the iron-based sintered metal is machined, but also to the oxide film of the sintered metal produced by the steam treatment, in the present embodiment. Since the amount of trioxide trioxide can be increased, the compression efficiency of the compressor can be improved.
이 공정 및 공구 마모에 대해 도3과 도4를 이용하여 설명한다. This process and tool wear will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
도3은 피스톤(1)을 효율적으로 얻기 위해 설정한 공정을 나타내고 있다. 3 shows a process set in order to obtain the piston 1 efficiently.
도3은 본 실시 태양의 일예로 피스톤(1)을 제작하는 공정의 흐름을 나타내고 있다. 3 shows a flow of a process of manufacturing the piston 1 as an example of this embodiment.
본 공정에서는, 우선 원하는 조성으로 원료 분말을 제작하고(공정 번호 1), 이 원료 분말을 바인더 등의 부원료 가루와 함께 금형으로 충전하여 프레스 성형하여 성형체를 얻는다(공정 번호 2). In this step, first, a raw material powder is produced with a desired composition (step No. 1), and this raw material powder is filled with a mold together with a sub raw material powder such as a binder and pressed to obtain a molded product (step No. 2).
계속해서, 분위기로 속에서 성형체를 승온하여 금속 분말을 확산 접합시키는 소결을 행하여 소결체를 얻는다(공정 번호 3). Subsequently, the molded body is heated in an atmosphere to sinter to diffuse-bond the metal powder to obtain a sintered body (step 3).
다음에, 소결 후에는 원통 형상이었던 구면 받침부(1a)를 선반으로 초벌 가공하여 구형으로 한(공정 번호 4) 후에 마찬가지로 선반을 이용하거나, 혹은 연삭반을 이용하여 구면 받침부(1a)를 원하는 치수와 정밀도로 마무리하는(공정 번호 5) 기계 가공을 행한다. Next, after sintering, the cylindrical spherical support 1a, which was cylindrical in shape, was first processed into a lathe to be spherical (step No. 4), and then similarly, the lathe was used, or a grinding plate was used for the spherical support 1a. Machining is performed to finish with dimensions and precision (process number 5).
이 구면 받침부(1a)는 도3의 (b)에 도시한 바와 같이 소결(공정 번호 3) 후에는 금형의 제약으로 원통형이었지만, 구면 받침부 마무리 가공(공정 번호 5) 후에는 기계 가공에 의해 구형을 이룬다. As shown in Fig. 3 (b), the spherical support 1a was cylindrical after sintering (step 3) due to the constraints of the mold, but after machining of the spherical support part (step 5), It forms a sphere.
계속해서, 도1의 (a)의 공정 번호 6에 나타내는 공정에서 원통 형상의 외주면(1b)을 원통 연삭반 혹은 센털리스 연삭반으로 가공한다. 이 가공은 소결체의 표면 거칠기, 형상(원통도)과 치수를 교정할 목적으로 행해진다. Subsequently, in the process shown by process number 6 of FIG. 1A, the cylindrical outer peripheral surface 1b is processed into a cylindrical grinding machine or a centerless grinding machine. This processing is performed for the purpose of correcting the surface roughness, shape (cylindrical degree) and dimensions of the sintered compact.
이 후에, 기계 가공에 의해 버어가 생기는 경우에는 숫돌 가루를 함유한 브러시 등으로 버어 제거를 행한다(공정 번호 7). Thereafter, when burrs are formed by machining, burrs are removed by brush or the like containing grindstone powder (Step No. 7).
이 단계에서 형상을 만들 목적으로 한 가공은 완료하여 다음에 수증기 처리를 실시한다(공정 번호 8). 이 수증기 처리에서는, 우선 기계 가공에 의해 부착된 가공액이나 유분을 세정에 의해 충분히 제거한다. 다음에 500 ℃ 내지 600 ℃로 가열한 수증기 중에 1시간 정도 유지한다. 이 처리에 의해, 수증기에 접촉한 철이 산화되어 흑색의 사삼산화철(Fe3O4)로 변화하고, 피스톤(1)의 표면에 산화물의 피막을 형성한다.At this stage, the machining for the purpose of forming the shape is completed, and then subjected to steam treatment (Step No. 8). In this steam treatment, first, the processing liquid and the oil adhered by machining are sufficiently removed by washing. Next, it is kept for about 1 hour in steam heated to 500 to 600 degreeC. By this treatment, iron in contact with water vapor is oxidized to black iron trioxide (Fe 3 O 4 ) to form an oxide film on the surface of the piston (1).
여기서, 일예로서는, 피스톤(1)은 부품으로서 완성하고, 도3의 (a)의 공정 번호 8 후에 나타내는 분기 B의 공정을 거쳐서 압축기로 조립된다. Here, as an example, the piston 1 is completed as a component, and is assembled by a compressor via the process of the branch B shown after the process number 8 of FIG.3 (a).
상술한 공정에서, 본 실시 태양의 특징은 수증기 처리 전에 기계 가공을 실시하고 있는 점에 있다. In the above-mentioned process, the characteristic of this embodiment is that the machining is performed before the steam treatment.
수증기 처리를 기계 가공 후에 행한 경우, 기계 가공으로 부착된 가공액 등의 제거를 세심하게 행할 필요가 발생하지만, 기계 가공으로 가공용 공구의 마모를 저감시킬 수 있는 것이 실험에 의해 구해졌다. In the case where the steam treatment is performed after machining, it is necessary to carefully remove the processing liquid and the like attached by machining, but it has been found by experiment that the wear of the machining tool can be reduced by machining.
도4는 가공용 공구의 마모 시험 결과의 일예를 종래의 공정에서 제작한 소결재와, 상술한 공정에서 제작한 소결재를 비교하여 나타낸 그래프이다. 도4에 도시한 결과를 얻은 실험의 조건은 도7의 표에 나타낸다. 시험에 이용한 소결재는 화학 성분(중량 %)이 탄소(C)를 0.7 내지 1.0 %, 구리를 1 내지 2 % 함유하고, 나머지가 철(Fe)로 이루어지는 것으로, JIS 규격으로 SMF4040에 해당한다. 이 소결 금속에 수증기 처리를 실시한 것과 실시하지 않은 것을 시험에 이용하였다. 사용한 공구는 피스톤(1)을 가공하는 선반용은 아니지만, 마모를 용이하게 관찰하기 위해 엔드밀을 이용하였다. 마모를 관찰한 부위는 엔드밀의 바닥면으로, 릴리프면의 마모 폭을 조사하였다. 사용한 엔드밀의 직경은 12 ㎜이고, 날수는 6매이다. 가공 조건은 엔드밀 회전수가 5000 min-1, 이송 속도가 600 ㎜/min이고, 바닥면 날에 절입 0.05 ㎜를 부여하여 시험재의 단부면을 가공하였다. 도4는 이 결과 얻게 된 가공한 거리와 공구의 최대 릴리프면의 마모 폭을 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing an example of a wear test result of a machining tool in comparison with a sintered material produced in a conventional process and a sintered material produced in the above-described process. The experimental conditions for obtaining the results shown in FIG. 4 are shown in the table of FIG. 7. The sintered material used for the test consists of 0.7-1.0% of carbon (C), 1-2% of copper, and the remainder consists of iron (Fe), and corresponds to SMF4040 by JIS standards. The sintered metal was subjected to steam treatment and was not used for the test. The tool used was not for the lathe to machine the piston 1, but an end mill was used to easily observe wear. The area where the wear was observed was the bottom face of the end mill, and the wear width of the relief face was examined. The diameter of the used end mill was 12 mm, and the number of blades was 6 sheets. As for the processing conditions, the end mill rotation speed was 5000 min <-1> , the feed speed was 600 mm / min, and 0.05 mm of cuts were provided to the bottom edge, and the end surface of the test material was processed. 4 is a graph showing the resulting machined distance and wear width of the maximum relief surface of the tool.
가공 개시 초기의 단계에서 가공 거리 1.2 m에서는 최대 릴리프면의 마모 폭에 양자의 차이는 없다. 그러나, 가공 거리 6 m의 단계까지에 수증기 처리를 실시한 소결 금속의 경우에는 최대 릴리프면 마모 폭이 270 ㎛로 급격히 증대하고, 가공점으로부터 적열한 절삭 가루가 생성되기 시작하고, 정상적인 가공의 지속이 곤란해졌다. 이에 대해, 수증기 처리를 실시하지 않은 소결 금속인 경우에는 정상적인 마모가 진행되고, 최대 릴리프면 마모 폭은 가공 거리 6 m의 단계에서 60 ㎛, 가공 거리 11 m에서 120 ㎛였다. 가공 거리 6 m의 시점에서 비교하면, 수증기 처리를 실시하지 않는 소결 금속을 가공한 경우에는 종래의 수증기 처리를 실시한 소결 금속을 가공한 경우에 비해 최대 릴리프면 마모 폭을 78 % 저감시킬 수 있다. 즉, 공구 마모를 약 1/5로 할 수 있다. 이 결과에 따르면, 피스톤(1)에 수증기 처리를 실시하기 전에 기계 가공을 완료시키는 공정은 공구 수명을 신장하여 생산 능률을 향상시키는 것을 가능하게 한다. 또한, 공구의 형상 변화가 적기 때문에 일정한 조건으로 가공할 수 있어, 균일하고 매끄러운 가공면을 얻을 수 있다. There is no difference in the wear width of the maximum relief surface at a machining distance of 1.2 m in the initial stage of machining start. However, in the case of sintered metal subjected to steam treatment up to a step of 6 m working distance, the maximum relief surface wear width rapidly increased to 270 µm, and the glowing cutting powder began to be produced from the processing point, and the continuous processing continued. It became difficult. On the other hand, in the case of the sintered metal which was not subjected to the steam treatment, normal wear progressed, and the maximum relief surface wear width was 60 µm at a machining distance of 6 m and 120 µm at a machining distance of 11 m. When compared with the viewpoint of 6 m of processing distances, when processing the sintered metal which does not perform steam treatment, the maximum relief surface wear width can be reduced by 78% compared with the case where the sintered metal which performed the conventional steam treatment was processed. In other words, the tool wear can be about 1/5. According to this result, the process of completing the machining before performing the steam treatment on the piston 1 makes it possible to extend the tool life and improve the production efficiency. In addition, since there is little change in the shape of the tool, it can be processed under constant conditions, and a uniform and smooth processing surface can be obtained.
또한, 수증기 처리로 형성되는 사삼산화철(Fe3O4)은 산화물이므로 금속간의 응착을 방지하여 내마모성을 향상시키는 작용이 있지만, 기계 가공 후에 수증기 처리함으로써 사삼산화철(Fe3O4)의 표층부가 완전히 잔류된다. 따라서, 피스톤(1)의 내마모성을 향상시키는 효과도 있다. 또한, 사삼산화철(Fe3O4)의 표층부가 완전히 잔류하므로 소결 금속 내의 구멍은 노출되는 일이 없으며, 피스톤(1)의 기밀성도 향상된다.In addition, the surface layer portion of the triiron tetraoxide (Fe 3 O 4) is triiron tetraoxide (Fe 3 O 4) by steam treatment after this, while the machining function of improving the wear resistance by preventing adhesion between the metal because it is an oxide formed by steam treatment completely Remaining. Therefore, there is also an effect of improving the wear resistance of the piston 1. In addition, since the surface layer portion of iron trioxide (Fe 3 O 4 ) remains completely, the pores in the sintered metal are not exposed, and the airtightness of the piston 1 is also improved.
상술한 공구 마모의 억제 효과가 큰 것은 가공에 의한 제거량이 많은 도3의 (a)에 도시한 구면 받침부 초벌 가공(공정 번호 4)이다. 외주면 가공(공정 번호 6)에 있어서도 효과는 있지만, 이 공정은 소결(공정 번호 3)에 의해 도달하지 않은 치수 정밀도나 원통도를 교정하는 것이 목적이고, 형상을 만들어내는 가공은 아니다. 일반적으로 제거값이 0.1 ㎜ 정도의 가공이므로, 사용하는 공구의 마모도 구형을 만드는 구면 받침부 초벌 가공(공정 번호 4)에 비해 작다. 따라서, 상술한 공정은 구면 받침부 초벌 가공(공정 번호 4)에 특히 유효하고, 공구가 마모하면 만족하는 구형의 정밀도를 얻는 것도 어려워지는 구면 받침부 초벌 가공(공정 번호 4)의 능률을 향상시키는 데 효과가 크다. The large effect of suppressing the above-described tool wear is the spherical support part priming (step number 4) shown in FIG. Although it is effective also in outer peripheral surface processing (process number 6), this process aims at correcting the dimensional precision and cylindricality not reached by sintering (process number 3), and is not a process which produces a shape. In general, since the removal value is about 0.1 mm, the wear of the tool to be used is also smaller than that of the spherical base portion forming process (process number 4), which makes a sphere. Therefore, the above-described process is particularly effective for spherical support part machining (step No. 4), and the efficiency of the spherical support part first machining (step No. 4), which is difficult to obtain satisfactory spherical precision when the tool is worn, is improved. Great effect
이와 같이 이점이 있는 공정이지만, 표면에 형성되는 사삼산화철(Fe3O4)은 결정이 거칠어 기계 가공한 면의 표면 거칠기를 증대시킨다. 따라서, 피스톤(1)이 실린더(2)나 피스톤 로드(3)와 미소한 끼워 맞춤 간극을 설정하고 있는 고정밀도인 사양의 경우에는 표면 거칠기의 증대에 의해 끼워 맞춤이 곤란해지는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는, 수증기 처리 후에 사삼산화철(Fe3O4)의 표층부를 삭감시키지 않는 범위에서 표층부를 제거하여 표면을 평활하게 하는 가공을 실시한다. 테이프랩이나 브러시 가공 등으로 0.01 ㎜ 이하의 제거값의 가공을 행하면 목적을 달성시키는 것이 가능하다. 사삼산화철(Fe3O4)의 층은 0.05 ㎜ 이상의 두께를 가지므로, 표층부를 0.01 ㎜ 정도 제거해도 사삼산화철(Fe3O4)의 층은 완전히 잔류된다. 이 공정은 도3의 (a)에 도시하는 공정도의 분기(C)로 나타내는 공정에서 형상이나 치수를 만드는 기계 가공 후에 증기 처리를 행하고, 계속해서 표면을 평활하게 할 목적으로 우선 외주면 마무리(공정 번호 8A)를 행하고, 다음에 구면 받침부 마무리(2)(공정 번호 8B)를 행한다. 이 후, 조립을 행함으로써 표면이 평활화해져 있으므로 순조로운 조립이 가능하다.Although the process has such an advantage, the iron trioxide (Fe 3 O 4 ) formed on the surface is rough crystals to increase the surface roughness of the machined surface. Therefore, in the case of the high precision specification in which the piston 1 sets the micro fitting gap with the cylinder 2 or the piston rod 3, fitting may become difficult by the increase of surface roughness. In such a case, after the steam treatment, the surface layer portion is removed so as to reduce the surface layer portion of iron trioxide (Fe3O4), and the surface is smoothed. If the removal value of 0.01 mm or less is processed by tape wrap, brush processing, etc., the objective can be achieved. Since the layer of iron trioxide (Fe 3 O 4 ) has a thickness of 0.05 mm or more, the layer of iron trioxide (Fe 3 O 4 ) remains completely even when the surface layer portion is removed by about 0.01 mm. This process first finishes the outer circumferential surface in order to smooth the surface after steaming after machining to form a shape or dimension in the process indicated by the branch C of the process diagram shown in Fig. 3A. 8A), and then the spherical surface finishing part 2 (process number 8B) is performed. Thereafter, the surface is smoothed by performing the assembly, so that the assembly can be performed smoothly.
또, 분기(C)를 선택한 경우에는 수증기 처리(공정 번호 8) 후에 기계 가공을 행하지만, 이 공정은 표면을 평활하게 하는 것이 목적이므로, 상술한 바와 같이 제거값은 0.01 ㎜로 매우 적다. 따라서, 수증기 처리(공정 번호 8)에 의한 공구 마모의 증대는 고려할 필요가 없는 레벨로 멈추게 할 수 있다. In the case where branch C is selected, machining is performed after the steam treatment (Step No. 8). However, since this step is intended to smooth the surface, the removal value is very small at 0.01 mm as described above. Therefore, the increase in tool wear by the steam treatment (process number 8) can be stopped at a level that does not need to be considered.
상술한 바와 같은 공정을 거친 피스톤(1)은 내마모성이 우수하므로 피스톤(1)의 구면 받침부(1a)와 피스톤 로드(3a) 사이에 수지 등의 내마모성을 향상킬 목적의 재료를 개재시킬 필요가 없다. 따라서, 도5의 (a)에 도시한 바와 같이 피스톤(1)과 피스톤 로드(3)를 조립 부착한 상태에서 피스톤 로드(3)의 베어링부로부터 피스톤 상면까지의 치수(H1)를 정확하게 기계 가공에 의해 얻는 것이 가능하다. 이 피스톤(1)과 피스톤 로드(3)는 양자를 조립 부착한 상태에서 실린더부(2a)와 베어링부(2b)가 일체가 된 실린더 블럭(2)에 조립하는 것이 가능하다. 이 실린더 블럭(2)의 베어링 중심으로부터 실린더 상면까지의 치수(H2)는 기계 가공에 의해 결정되어 버리지만, 피스톤 로드(3)의 베어링부로부터 피스톤 상면까지의 치수(H1)도 기계 가공으로 정확하게 결정할 수 있어 조립시에 위치 조정을 행할 필요가 없다. 종래의 구면 받침부(1a)와 피스톤 로드(3a) 사이에 수지 등의 재료를 개재시킨 구조에서는 H1에 상당하는 치수를 정밀하게 하는 것이 어려우므로, 조립시에 피스톤과 실린더의 위치 조정이 필요했다. 따라서, 실린더는 피스톤에 대해 위치를 조정할 수 있도록 각각 다른 부품으로 되어 있어야만 했다. 이에 수반하여, 실린더를 조립시에 조정하는 작업이나, 실린더를 고정하기 위한 볼트나 볼트 구멍이 필요했지만, 일체형의 실린더 블럭(2)에서는 이들 작업이 불필요해져 생산의 효율을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 종래의 실린더를 조립 공정으로 고정하는 방식에서는, 볼트 등에서의 체결에 의해 응력이 가해져 실린더가 변형되는 문제도 있었지만, 일체형의 실린더 블럭(2)에서는 조립에서 발생하는 실린더부(2a)의 변형 문제도 해소할 수 있다. Since the piston 1 which has undergone the above-described process is excellent in abrasion resistance, it is necessary to interpose a material for improving abrasion resistance of resin or the like between the spherical support 1a of the piston 1 and the piston rod 3a. none. Therefore, as shown in Fig. 5A, the dimension H1 from the bearing portion of the piston rod 3 to the upper surface of the piston in the state of assembling the piston 1 and the piston rod 3 is accurately machined. It is possible to get by. The piston 1 and the piston rod 3 can be assembled to the cylinder block 2 in which the cylinder portion 2a and the bearing portion 2b are integrated in a state where both of them are assembled. The dimension H2 from the bearing center of the cylinder block 2 to the upper cylinder surface is determined by machining, but the dimension H1 from the bearing portion of the piston rod 3 to the piston upper surface is also accurately machined. It can be determined and there is no need to adjust the position during assembly. In the structure in which a material such as resin is interposed between the conventional spherical support 1a and the piston rod 3a, it is difficult to precisely measure the dimension corresponding to H1. . Therefore, the cylinders had to be of different parts to adjust their position relative to the piston. In connection with this, although the operation | work which adjusts a cylinder at the time of assembly | assembly, and the bolt and a bolt hole for fixing a cylinder were needed, these operations are unnecessary in the integrated cylinder block 2, and it becomes possible to improve the efficiency of production. In the conventional method of fixing a cylinder by an assembling process, there is also a problem in that the cylinder is deformed due to stress being applied by fastening with a bolt or the like. However, in the integral cylinder block 2, deformation of the cylinder portion 2a generated during assembly is performed. Problems can also be solved.
도6은 본 실시 형태에서 구면 받침부의 정상점을 포함하는 위치에 오목부를 마련한 일예이다. Fig. 6 is an example in which a recess is provided at a position including a top point of the spherical base in this embodiment.
구면 받침부(1a)를 선반으로 가공하는 데 있어서는, 축선(S)을 중심으로 피스톤(1)을 회전시켜 바이트로 가공하지만, 구면 받침부(1a)의 표면은 단면이 원이므로 축선(S)으로부터의 거리가 장소에 따라 다르다. 따라서, 일정 회전수로 피스톤(1)을 회전시키면서 가공하면 가공 속도가 변화되어 버리므로, 가공하는 부분의 축선(S)으로부터의 거리에 따라서 회전수를 증감시키는 제어를 취할 수 있다. 그러나, 구면 받침부(1a)의 정상점 부분은 축선(S)의 선 상에 있고, 축선(S)으로부터의 거리는 0이므로, 이 부분에서는 부여하는 회전수에 상관없이 절삭 속도가 0이 된다. 따라서, 구면 받침부(1a)의 정상점 근방은 가공 정밀도가 열화되기 쉬운 부분이다. 한편, 구면 받침부의 정상점 부근은 피스톤으로부터 가장 부하를 받는 부분이고, 정상점 부근이 돌출된 형상으로 가공되면, 피스톤 로드의 구형 부재(3a)와의 미끄럼 이동시에 면압이 높아져 이상 마모나 눌어붙음의 원인이 된다. In processing the spherical support 1a into a lathe, the piston 1 is rotated about the axis S to be processed into a bite. However, since the surface of the spherical support 1a has a circular cross section, the axis S is Distance from location varies. Therefore, when the piston 1 is processed while rotating the piston 1 at a predetermined rotational speed, the processing speed is changed. Therefore, the control of increasing or decreasing the rotational speed can be taken in accordance with the distance from the axis S of the portion to be processed. However, since the top point portion of the spherical base 1a is on the line of the axis S, and the distance from the axis S is zero, the cutting speed is zero regardless of the number of rotations to be given in this portion. Therefore, the vicinity of the top point of the spherical base portion 1a is a portion where machining accuracy tends to deteriorate. On the other hand, the vicinity of the top point of the spherical support is the portion that receives the most load from the piston, and if the vicinity of the top point is processed into a protruding shape, the surface pressure increases during the sliding movement of the piston rod with the spherical member 3a, which causes abnormal wear Cause.
오목부(1d)는 이 정상점 부분을 구면 받침부(1a)에 만드는 가공에서는 가공하지 않도록 릴리프할 목적으로 마련하고 있다. 이 정상점 부분의 오목부(1d)는 일예로서 도3의 (a)의 공정도로 소결(공정 번호 3) 후에 드릴 가공에 의해 마련하는 것이 가능하다. 또한, 이 오목부(1d)는 성형(공정 번호 2)으로 금형에 의해 성형하는 것도 가능하고, 금형이 복잡해져도 허용되는 경우에는 오목부(1d)는 금형에 의해 성형된 쪽이 생산의 효율을 좋게 할 수 있다. 이 오목부(1d)는 구면 받침부(1a)의 가공 공정에서 정상점 부근을 가공하지 않기 위해 마련하는 이른바 릴리프이므로 형상은 상관없지만, 오목부(1d)에 의해 구면 받침부(1c)의 면적은 감소한다. 정상점 부근은 구면 받침부에 가장 부하가 걸리는 부분이므로, 오목부(1d)가 구면 받침부(1a)에서 개구되는 면적은 사용하는 용도에 따라 정할 필요가 있다. 그러나, 오목부(1d)의 개구 면적은 필요 최소한으로 해 두는 것이 바람직하다. The recessed part 1d is provided for the purpose of relief not to process in the process which makes this top part part into the spherical support part 1a. As an example, the recessed portion 1d of the peak portion can be provided by drilling after sintering (step 3) in the process diagram of Fig. 3A. Moreover, this recessed part 1d can also be shape | molded by a metal mold | die by shaping | molding (process number 2), and even if a mold becomes complicated, the recessed part 1d is molded by a metal mold | die, and the efficiency of production You can do it nicely. Since this recessed part 1d is a so-called relief provided in order not to process near a normal point in the process of the spherical support part 1a, the shape does not matter, but the area of the spherical support part 1c by the recessed part 1d. Decreases. Since the vicinity of the top point is the portion where the spherical bearing portion is most loaded, the area where the recessed portion 1d is opened in the spherical bearing portion 1a needs to be determined according to the intended use. However, it is preferable to keep the opening area of the recessed portion 1d as necessary.
이와 같이 내마모성이 우수한 피스톤(1)을 효율적으로 입수하는 것이 가능해지지만, 이 피스톤(1)을 조립한 압축기에서는 피스톤의 내구성을 저렴하게 향상시키는 것이 가능하다. 또한, 지구 환경 보호의 관점으로부터 종래 냉매로서 이용되고 있던 염소를 포함하는 프론으로부터 염소를 포함하지 않는 프론 혹은 이산화탄소나 탄화수소 등의 자연 냉매로 전환이 행해지고 있다. 이들 염소를 포함하지 않는 냉매를 압축하면, 냉매 자체의 마찰 경감 작용이 낮기 때문에 경계 윤활 상태가 되기 쉽지만, 사삼산화철(Fe3O4)을 표면에 형성하고 있는 피스톤(1)에서는 산화물이 금속끼리의 접촉을 방지하므로 경계 윤활하에 있어서도 내마모성이 향상되고 있다. 따라서, 본 피스톤(1)을 채용한 냉매 압축기는 염소를 포함하지 않는 냉매에의 적용에 있어서도 내구성의 면에서 유리하다.In this way, the piston 1 excellent in wear resistance can be obtained efficiently, but in the compressor in which the piston 1 is assembled, the durability of the piston can be improved at low cost. In addition, from the viewpoint of global environmental protection, a switch is made from a prone containing chlorine, which is conventionally used as a refrigerant, to a prone containing no chlorine, or a natural refrigerant such as carbon dioxide or hydrocarbon. Compacting does not contain refrigerant these chlorine, in due to the lower friction reduction action of the coolant itself is easy to become a boundary lubrication condition, triiron tetraoxide (Fe 3 O 4), a piston (1), which forms a surface oxide between the metal Since the contact is prevented, the wear resistance is improved even under boundary lubrication. Therefore, the refrigerant compressor employing the piston 1 is advantageous in terms of durability even in application to a refrigerant containing no chlorine.
피스톤 로드의 움직임을 순조롭게 함으로써 왕복식 압축기의 압축 효율을 향상시킨다.By smoothly moving the piston rod, the compression efficiency of the reciprocating compressor is improved.
도1은 본 발명의 실시 형태의 일예인 압축기를 도시한 종단면도. 1 is a longitudinal sectional view showing a compressor which is an example of an embodiment of the present invention.
도2는 피스톤과 피스톤 로드를 결합한 상태를 도시하는 종단면도. 2 is a longitudinal sectional view showing a state in which a piston and a piston rod are engaged;
도3은 본 발명의 실시 형태의 일예인 피스톤의 가공 공정을 나타낸 설명도와 피스톤의 종단면도. 3 is an explanatory view showing a machining step of a piston which is an example of an embodiment of the present invention, and a longitudinal cross-sectional view of the piston;
도4는 소결 금속을 가공한 경우의 공구 마모의 일예를 릴리프면의 마모 폭으로 나타낸 선도. Fig. 4 is a diagram showing an example of tool wear when the sintered metal is machined by the wear width of the relief surface.
도5는 피스톤, 피스톤 로드, 실린더 블럭의 외관을 도시한 조감도. 5 is a bird's eye view showing the appearance of a piston, a piston rod, and a cylinder block;
도6은 구면 받침부의 정상점에 마련한 오목부를 도시한 피스톤의 종단면도. Fig. 6 is a longitudinal sectional view of the piston showing a recess provided at the top of the spherical support;
도7은 도4에 나타낸 결과를 얻은 실험의 조건을 나타낸 표. 7 is a table showing the conditions of the experiment obtained the results shown in FIG.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1 : 피스톤1: piston
1a : 구면 받침부1a: spherical support
2 : 실린더 블럭2: cylinder block
2a : 실린더2a: cylinder
3 : 피스톤 로드3: piston rod
3a : 구형 부재3a: spherical member
4 : 크랭크샤프트4: Crankshaft
4a : 핀4a: pin
6 : 챔버6: chamber
7 : 밸브 기구7: valve mechanism
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