专利名称：其中颈部的底部的内表面具有铸态表面区域的旋转斜盘式压缩机活塞的制作方法
本申请基于1999年8月26日申请的11-239364号日本专利申请，其内容在此作参考。
本发明通常涉及一种旋转斜盘式压缩机的活塞，特别涉及这种压缩机的压铸活塞，和通过压铸法制造这种活塞的方法。
旋转斜盘式压缩机的活塞传统上通过锻造或压铸制造。更具体地来说，活塞的坯件通过锻造或压铸成形，该坯件经过适当的机加工操作，以产生理想的活塞。旋转斜盘式压缩机活塞可以是单头活塞或双头活塞。单头活塞包括一个头部和一个颈部，它们在压缩机的气缸体内形成的气缸孔中可滑动地移动。颈部通常是U形部分，它具有一个底部和从该底部延伸的一对基本平行的臂部。双头活塞包括在颈部的相对侧面上的两个头部。由于单头或双头活塞在气缸孔内往复运动，通常需要降低活塞的重量。为此目的，提出一种由铝合金制成的活塞，该活塞设计成具有尽可能小的壁厚。另一方面，在活塞往复运动期间，活塞的颈部的底部承受弯曲力矩的重复作用，因此，为了确保活塞具有理想的耐用度，壁厚的减少受到限制。尽管由锻造坯件制成的活塞具有较高的强度，通过压铸制造的活塞不可避免地具有较低的强度。
因此，本发明的第一目的是提供一种旋转斜盘式压缩机的压铸活塞，该活塞具有足够高的耐用度，并且重量减轻。本发明的第二目的是提供一种制造这种轻质高耐用度的压铸活塞的制造方法。
根据本发明的下列任何一种方式可实现第一或第二目的，每种方式类似所附权利要求那样编号，并从属其它一种或一些方式，适当时它表示和阐明一些元件和技术特征的可能的组合。可以理解本发明不仅限于仅为解释目的而描述的技术特征或其任何组合。还可以理解，本发明的下述方式中的任何一种所包括的若干元件或特征不一定全部提供，而且本发明可以采用非同一种方式下所描述的一些元件或特征。
(1)一种旋转斜盘式压缩机的压铸活塞包括气缸体，该气缸体内形成有气缸孔，活塞包括可滑动地容纳在气缸孔中的通常柱形头部，和通常U形颈部，该颈部具有一个底部和从该底部延伸的一对基本平行的臂部，压铸活塞的特征在于底部具有一个内表面，该内表面包括在压铸过程中形成的至少一个铸态表面区域。
在根据本发明的上述模式(1)构成的压铸活塞中，其中颈部的底部的内表面包括一个铸态表面区域或多个铸态表面区域，该底部耐用度或强度增加。通常，压铸制件或产品具有靠近其表面的冷硬层，在压铸过程后，未经机加工的冷硬层有效地提高了压铸制件的强度。在熔融物质与确定模腔的模具的内表面接触的部分，通过在铸模中的铁的熔融物质的快速冷却和固化可形成冷硬层。冷硬层的特征在于初生晶或α相(先共晶)和共晶硅的相互结晶比不连续变化。由于冷硬层具有较高的硬度和强度值，靠近颈部的底部的内表面存在的冷硬层有效地增加底部的弯曲强度，特别是底部的耐用度。靠近旋转斜盘式压缩机的外圆周表面布置的底部的内表面传统上需接受机加工操作，这导致冷硬层消除。然而，本发明的活塞中，靠近底部的内表面的至少一部分的冷硬层未经机加工，因此提供至少一个铸态表面区域，这样，与锻造活塞类似，本发明的压铸活塞由于其冷硬层因而具有足够高的耐用度和强度，并具有显著减轻的重量。尽管底部的内表面最好在尽可能大的表面区域留作铸态，内表面可能需要在一些区域或多或少的机加工，以便去掉肋或铸件飞边。经受机加工或其它加工操作以制造活塞的压铸坯件通常设有一个或多个加强肋，以确保坯件准确和有效地机加工。在模具的分模面，铸件飞边不可避免地位于坯件上，在模具的该分模面，两个半模对靠在一起以形成模腔。在底部的内表面部分机加工的位置，经机加工的表面区域最好是最少，以便使总铸态表面区域最大，从而使颈部的底部的耐用度和强度最大。
(2)根据上述方式(1)的压铸活塞，其中内表面包括一个中心经机加工的表面区域和一对铸态表面区域，从垂直于活塞的中心线方向看去，该中心经机加工的表面区域位于内表面的中间部分，该活塞的中心线经过通常柱状头部的中心，由于在内表面的中间部分的机加工操作，形成了中心经机加工的表面区域，从该方向看去，这对铸态表面区域位于中心经机加工的表面区域的相对侧上。
经处理以制造压铸活塞的压铸坯件通常设有一个或多个加强肋，以便在其热处理期间防止坯件热应变，并且在坯件上机加工操作期间，减少弹性变形。例如，一个肋形成为在一对臂部之间延伸，在与经过头部的中心的坯件的中心线垂直的方向上，这对臂部从坯件的颈部的底部延伸，因此，该肋与底部和两个臂部连接。该肋形成为从底部的内表面的中心部分延伸，从垂直于中心线的方向看去，该中心部分位于内表面的中间部分。该肋最终通过机加工操作去除，这样压铸活塞没有肋，因此，坯件的底部的内表面的中心部分必须接受机加工操作以去除肋，这样底部的内表面不可避免地具有中心经机加工的表面区域。换句话说，从臂部延伸的方向看去，在中心经机加工的表面区域的相对侧上，活塞的底部的内表面可具有一对铸态表面区域。在底部的内表面上留下的铸态表面区域有效地增加活塞的颈部。
(3)根据上述方式(1)的压铸活塞，其中，内表面的基本上整个部分是铸态表面区域。
从颈部的耐用度的观点上来看，根据上述方式(3)的活塞是最佳的。
(4)根据上述方式(1)至(3)中任一所述的压铸活塞，其中该对臂部具有相对的内表面，该内表面具有靠近底部的至少一个铸态表面区域的铸态表面区域，臂部的铸态区域也在压铸过程中形成。
这对臂部的相对内表面通常机加工成平表面，其中通过机加工形成部分球形凹槽，因此部分球形靴形部部分容纳在各凹槽内，以便与压缩机的旋转斜盘的相对的表面滑动接触。为了增加颈部的耐用度，特别是在靠近底部的内表面的端部的相对内表面的端部上，臂部的相对内表面最好保持为铸态。通常，在臂部的相对内表面和底部的内表面的交界处，为了降低该边界处的应力集中，提供该交界处的小曲率半径的倒角。为了增加颈部的耐用度，倒角最好为铸态即具有铸态表面。
(5)根据上述方式(1)至(4)中任一所述的压铸活塞，其中头部包括一个主体部分，该主体的横截面呈环形并与压缩机的气缸孔配合，以便部分限定一个增压室，该活塞还包括与头部和颈部连接的连接部。
根据上述方式(5)的压铸活塞的结构最好便于从铸模上去除坯件。通常铸模由两个半膜组成，这两个半膜对靠在一起以构成一个分模面，该分模面包括具有环形主体部分的头部的中心线，并且平行于从底部开始的臂部的延伸方向。当上述肋没有从底部的内表面的中间或中心部分延伸形成时，由于在上述分模线的两个半膜的对接，因而铸件飞边很可能在该中心部分形成。在没有形成肋的情况下，中心部分最好接受机加工操作以去除飞边。在底部的内表面经机加工以去除肋的情况下，最好经机加工的表面区域最小，以便在底部的内表面确定的情况下，使铸态表面区域最大。
(6)根据上述方式(5)的压铸活塞，其中头部还包括从主体部分延伸和与主体部分及连接部连接的滑动部分。
在头部的环形主体部分和连接部之间提供的滑动部分有效地确保活塞在气缸孔中平滑地滑动，同时该中心线相对于气缸孔的中心线不倾斜。然而，滑动部分最好具有较小的重量以减轻活塞的总重量。为了减少滑动部分的重量，滑动部分最好包括径向外滑动部分和径向内滑动部分，它们分别对应于气缸体的径向外部和径向内部。
(7)制造旋转斜盘式压缩机的压铸活塞的方法，该压缩机包括其中设有气缸孔的气缸体，压铸活塞包括通常柱形头部，该头部在气缸孔中可滑动地移动，和通常U形颈部，该U形颈部具有一个底部和从该底部延伸的一对基本平行的臂部，该方法的步骤包括通过压铸形成坯件，该坯件包括提供活塞的头部的一个头部；提供活塞的颈部的一个颈部，该颈部包括一个底部和一对臂部；和一个加强部分，在平行于经过坯件的头部的中心的坯件的中心线的方向上，该加强部分延伸以便与坯件的颈部的该对臂部连接；和使坯件接受机加工操作，以去除该加强部分，这样，坯件的颈部的底部具有一个内表面，该内表面包括未经机加工的至少一个铸态表面区域。
传统上，坯件的颈部的底部的内表面经机加工以便去除所述加强部分，该坯件的颈部的底部的内表面提供活塞的颈部的底部的内表面。在本发明的上述方式(7)的方法中，要机加工的坯件的内表面区域最小，以便使铸态表面区域最大，从而使通过处理坯件制造的活塞的颈部的耐用度和强度最大。
(8)根据方式(7)所述的方法，其中在坯件的该对臂部的延伸方向上，加强部分是从坯件的底部的内表面的中心部分延伸的肋，从垂直于中心线的方向看去，该中心部分位于坯件的底部的内表面的中心部分上，该肋与坯件的底部和一对臂部连接，其中使坯件接受机加工操作的步骤包括去除肋，以便坯件的底部的内表面包括从垂直于中心线的方向看去的中心经机加工的表面区域和中心经机加工的表面区域的相对侧上布置的一对铸态表面区域。
在上述方式(8)所述的方法中，当通过机加工操作去除肋时，坯件的颈部的底部的内表面的中心部分被去除。然而，在通过去除肋所形成的中心经机加工的表面区域的相对侧上布置的内表面部分内，还留有铸态表面区域。这些铸态表面区域有效地增加由坯件制造的活塞的颈部的耐用度。
(9)根据上述方式(7)所述的方法，加强部分是一个桥形部分，该桥形部分在平行于中心线的方向上伸展以便与该坯件的该对臂部连接，桥形部分与坯件的底部的内表面间隔开，从垂直于中心线的方向上看去，其中承受中心部分位于坯件的底部的内表面的中间部分，使坯件接受机加工操作的步骤包括去除桥形部分，和对坯件的底部的内表面的中心部分机加工，以便去除在形成坯件的步骤中形成的飞边，因此，辅助坯件的底部的内表面包括从垂直于中心线的方向看去的一个中心经机加工的表面区域和一对铸态表面区域，该铸态表面区域位于中心经机加工的表面区域的相对侧上。
在根据上述方式(9)所述的方法中，通过对坯件的颈部的底部的内表面的中心部分机加工，来去除沿半膜的分模面形成的飞边。因此，在中心经机加工的表面区域的相对侧上的部分留作铸态表面区域，这样提高了通过处理坯件制造的活塞的颈部的耐用度。
(10)根据上述方式(7)至(9)中任一所述的方法，其中使坯件接受机加工操作的步骤包括布置一个具有周边切削刃的旋转切削工具，因此旋转切削工具可绕一条轴线转动，从垂直于中心线的方向看去，该轴线平行于中心线并与加强部分的中心对齐；在旋转切削工具的径向方向，将旋转切削工具朝坯件的颈部的底部内表面给送，与此同时，旋转切削工具转动，因此来去除在坯件的一对臂部之间伸展的加强部分。
在根据上述方式(10)所述的方法中，其中旋转切削工具用来去除加强部分，坯件的颈部的底部的内表面部分可容易地留作铸态表面区域，该坯件位于中心经机加工区域的相对侧上。
(11)根据上述方式(7)至(10)中任一所述的方法，其中坯件的颈部的该对臂部具有各自相对的内表面，该相对的内表面在平行于中心线的方向上彼此相对，旋转切削工具还具有位于周边切削刃的相对侧上形成的侧切削刃，其中机加工操作的步骤包括对每个相对的内表面的至少一部分进行机加工，因此，靠近坯件的底部的内表面的每个相对的内表面的端部留作铸态表面区域。
在根据上述方式(11)所述的方法中，通过旋转切削工具进行机加工操作，该旋转切削工具具有周边切削刃和侧切削刃，不仅坯件的底部的内表面的中心部分，而且该对臂部的相对内表面部分由相同的旋转切削工具去除。为了制造活塞，在臂部的相对内表面的上述经机加工的部分内形成两个凹槽，因此该靴形部容纳在该凹槽内，以便与压缩机的旋转斜盘的相对表面滑动接触。在相对的内表面上实施机加工操作，因此，靠近底部的内表面的相对的内表面的端部为铸态，以便减少底部的内表面和臂部的相对内表面之间的交界处的应力集中，该应力集中容易发生在缺乏铸态表面的那些交界处。这样，根据本发明的上述方式(11)，由坯件制成的活塞的耐用度进一步增加。
下面，结合附图并通过阅读本发明的现有的优选实施例的详细描述，可更好的理解本发明的上述和其它目的、特点、优点和技术以及工业意义，其中
图1是采用根据本发明的一个实施例的一种方法制造的压铸活塞的旋转斜盘式压缩机的横截面的正视图；图2是图1所示的压缩机的压铸活塞的正视图；图3是压铸活塞的一部分的平面图；图4是用于制造图1所示的压铸活塞的坯件的正视图；图5是图4所示的坯件的一部分的正视图，它通过切削工具接收机加工操作；图6是沿图4中的线6-6截取的横截面图；以及图7是用来制造本发明的第二实施例的活塞的坯件的横截面的局部正视图。
首先参见图1，该图表示一种旋转斜盘式压缩机，它采用根据本发明的一个实施例制造并构成的若干单头活基。
在图1中，标记10表示具有中心线M的气缸体，和若干气缸孔12，该气缸孔成形为在其轴线方向上延伸，以便该气缸孔沿一个环布置，该环的中心位于中心线M上。通常用标记14表示的单头活塞(以后称之为“活塞14”)可往复运动地容纳在每个气缸孔12中。气缸体10的轴向相对端面中的其中一个(如图1所示的左端面，以后称之为“前端面”)与前壳体16连接。另一个端面(如图1所示的右端面，以后称之为“后端面”)通过阀板结构20与后壳体18连接。前壳体16、后壳体18和气缸体10相结合以构成旋转斜盘式压缩机的外壳组件的主体部分。
后壳体18和阀板结构20配合以确定一个吸入室22和一个排出室24，该吸入室22和排出室24分别通过入口26和出口28与制冷回路(未表示)连接。阀板结构20具有吸入口40、吸入阀42、排出口44和排出阀48。
回转驱动轴50设置在气缸体10和前壳体16内，因此驱动轴50的旋转轴线与气缸体10的中心线M在一条直线上。驱动轴50在其相对端部由前壳体16和气缸体10借助各自轴承支承。气缸体10在其中心部分具有中心轴承孔56，轴承设置在该中心轴承孔56内，以便在驱动轴50的后端部支承驱动轴50。
回转驱动轴50的前端部穿过前壳体16的中心部分延伸，因此驱动轴50的前端位于前壳体16的外部，因此，驱动轴50的前端与驱动动力源(未表示)连接。驱动轴50承载一个安装在其上的旋转斜盘60，因此旋转斜盘60相对于驱动轴50可轴向移动和倾斜。旋转斜盘60具有一个中心孔61，驱动轴50穿过该中心孔延伸。在从中心孔61的轴向中间部分向着其轴向相对端的在对轴向方向上中心孔61的直径逐渐增加。驱动轴50上固定有一个耳板62，该耳板62通过一个铰接机构64与旋转斜盘60保持接合。耳板62通过一个止推轴承66可与驱动轴50一起相对于前壳体16转动。在驱动轴50转动期间，铰接机构64使旋转斜盘60与驱动轴50一起转动。并允许旋转斜盘60轴向和倾斜运动，在这方面，注意到中心孔61在相对轴向端的直径大于驱动轴50的外直径。
铰接机构64包括固定到耳板62上的一对支承臂70，以及位于旋转斜盘60上的导销74。导销74与形成于支承臂70内的导孔72可滑动的接合。
上述活塞14包括与旋转斜盘60接合的颈部80、配装在相应的气缸孔12中的通常为柱形头部82和与颈部80以及头部82连接的连接部83。颈部80内形成有一个凹槽84，旋转斜盘60通过其一对半球形靴形部86与凹槽84保持接合。半球形靴形部86保持在凹槽84内，因此靴形部86的半球形表面与颈部80可滑动地接合，而其平表面与旋转斜盘60的相对的表面可滑动地接合。可以理解，头部82与气缸体10和阀板结构20配合，以限定一个增压室87。下面将描述活塞14的构造。
旋转斜盘60的转动通过靴形部86转换成活塞14的往复线性运动。当活塞14从其上止点移动到下止点，即当活塞14处于吸入冲程时，吸入室22内的致冷气体通过吸入口40和吸入阀42吸入或允许进入增压室87。当活塞14从其下止点移动到上止点，即当活塞14处于压缩冲程时，增压室87内的致冷剂由活塞14压缩。这样经压缩的致冷气体经过排出口46和排出阀48输送进入排出室24内。由于增压室87内的致冷气体的压缩，反作用力沿轴向作用在活塞14上。该压缩反作用力通过活塞14、旋转斜盘60、耳板62和止推轴承66由前壳体16承受。
如图2所示，活塞14的颈部80具有一个整体上成形的防止转动部件88，它布置成与前壳体16的内圆周表面接触，以防止活塞14绕其中心线N转动(图1)。
气缸体10具有穿过其中形成的供给通道94，以便使排出室24与曲柄室96连通，该曲柄室96限定在前壳体16和气缸体10之间。供给通道94与电磁操作控制阀100连接，该控制阀100用来控制曲柄室96内的压力。电磁操作控制阀100包括一个螺线管102和一个截止阀104，该截止阀104通过螺线管102的通电和断电以有选择的关闭和打开。即当螺线管102通电时，截止阀104处于关闭状态，而当螺线管102断电时，它处于打开状态。
旋转驱动轴50具有形成从中通过的抽气通道110，该抽气通道110的相对端中的其中一个端朝上述中心轴承孔56开口，并经过一个连通通道112向曲柄室96开口。中心轴承孔56在其底部通过一个连通口114与吸入室22连通。
当电磁操作控制阀100的螺线管102通电时，供给通道94关闭，因此排出室24内的压缩致冷气体没有被输送到曲柄室96内。在这种条件下，曲柄室96内的致冷气体经过抽气通道110和连通口114流入吸入室22，因此曲柄室96内的压力降低。结果，旋转斜盘60相对于一个平面的倾角增加，该平面垂直于驱动轴50的转动轴线M，而且，压缩机的排出能力相应增加。
当螺线管102断电时，供给通道94打开，允许压缩致冷气体从排出室24输入到曲柄室96内，从而导致曲柄室96内的压力增加，且旋转斜盘60的倾角减小，因此，压缩机的排出能力相应降低。
旋转斜盘60的最大倾角受形成于旋转斜盘60上的止挡件120与耳板62邻接的限制，而旋转斜盘60的最小倾角受旋转斜盘60与止挡件122邻接的限制，该止挡件122为固定地装配在驱动轴50上的环的形式。
如上所述，通过控制电磁操作控制阀100来控制曲柄室96内的压力，以便有选择地使曲柄室96与排出室24连接和断开连接。随曲柄室96内的压力的变化，旋转斜盘60的倾角相应改变，因此，控制活塞14的冲程，以便控制压缩机的排出能力。这样，在每个气缸孔12中具有活塞14的旋转斜盘式压缩机是可变容量式压缩机。根据作用在包括本发明的压缩机的空调系统上的负荷，电磁操作控制阀100的螺线管102受一个控制装置(未表示)的控制。该控制装置基本上由计算机构成。
气缸体10和每个活塞14由铝合金制成。活塞14的外圆周表面上涂敷有氟树脂膜，该氟树脂膜防止活塞14的铝合金与气缸体10的铝合金直接接触，并有可能使活塞14和气缸孔12之间的间隙量最小。气缸体10和活塞14还可由过共晶铝硅合金制成。气缸体10和活塞14还可由其它材料制成。
下面描述活塞14的构造。
如图2所示，活塞14的头部82包括一个主体部分126，一个外滑动部分128及一个内滑动部分130，该外滑动部分128及内滑动部分130分别对应于气缸体10的径向外部和内部。气缸体10的径向外部比气缸体10的径向内部距离中心线M更远。主体部分126具有环形的横截面。外滑动部分和内滑动部分128、130从环形主体部分126的各圆周部分向颈部80延伸，环形主体部分126的各圆周部分对应于气缸体10的径向外部和内部。外滑动部分和内滑动部分128、130适合在气缸孔12的内圆周表面的各圆周部分上滑动，该部分对应于气缸孔12的径向外部和内部。
活塞14的连接部83包括与径向外滑动部分128和颈部80连接的径向外部132，和与径向内滑动部分130和颈部80连接的径向内部134。活塞14包括头部82、颈部80、和连接部83组成，它们相互形成整体。
活塞14的颈部80通常是如图2所示的U形部分，它包括一个底部140，该底部140具有一个表面142，和一对侧壁，该侧壁为两个平行臂部144、146的形式，臂部在垂直于活塞14的中心线N的方向上从底部140开始延伸，活塞14的中心线N经过柱状头部82的中心。臂部144位于远离头部82的颈部80的端部。臂部144、146具有各自的内表面148、150，该内表面在中心线N的方向上相对，并且与底部140的内表面142配合，以限定上述凹槽84。颈部80具有在臂部144、146的每个相对的内表面148、150与底部140的内表面142之间的交界处形成的倒角。该倒角具有较小的曲率半径，因此，内表面142在其相对端与相对的内表面148、150平滑连接。内表面148、150具有各自的部分球形凹槽152。两个部分球形靴形部86的它们部分球形表面与各自的部分球形凹槽152的部分球形表面保持接触，该部分球形端头86的平表面与旋转斜盘60的相对的表面可滑动的接合。
如图3所示，在垂直于中心线N的方向上看去(从垂直于图2的平面的方向上看去)，底部140的内表面142包括在其中间部分的中心经机加工的表面区域154。经机加工的表面区域154是在中心线N的方向上延伸的通常细长的区域(图3所示的中间阴影区域)。经机加工的表面区域154由下面将描述的机加工形成。在图3所示的中心经机加工的表面区域154的相对侧上，存在两个铸态表面区域156(在中间阴影区域的相对侧上，如图3所示的两个阴影区域)。铸态表面区域156是通过压铸形成的区域，以形成下面将描述的坯件160。在底部140的内表面142和臂部144、146的相对表面148、150之间的倒角的弯曲表面也是铸态表面区域。
上述构造的两件单头活塞14由单独的一个坯件160制成。如图4示意表示，坯件160包括单独的双颈部166、两个连接部168和两个头部170，该头部170的形状使得两个连接部168中的每一个与中心布置的双颈部166和位于坯件160的相对端的两个头部170的相应的一个连接。双颈部166由两个颈部164构成，该颈部164串联并相互形成整体，而且分别提供两个单头活塞14的两个颈部80。两个连接部168分别提供两个单头活塞14的两个连接部83，与此同时两个头部170分别提供两个单头活塞14的两个头部82。双颈部166的两个颈部164中的每一个包括一个底部172，该底部172具有内表面174，一对相对的平行臂部178、180，该臂部从底部172的相对端延伸，和在坯件160的纵向上在两个臂部178、180之间延伸的加强肋176。肋176还在底部172的延伸方向上从底部172的内表面174的中心部分延伸，该中心部分是从垂直于图4的平面的方向上看去的中心。这样，肋176与底部172的内表面174和臂部178、180的内表面182、184连接，以便加强颈部164，从而增加坯件160的刚度和强度。
在本发明的实施例中，坯件160利用由两个半模组成的适当的铸模由金属材料特别是铝合金通过压铸形成。模型的两个半模确定了一个分模面，该分模面包括经过通常柱状头部170的中心的坯件160的中心线，并平行于臂部178、180从底部172延伸的方向。通过压铸形成坯件160的工艺是制造活塞14的方法中的一个压铸步骤。在该压铸步骤后，在铸态坯件160上实施机加工步骤。机加工步骤包括在坯件160的若干部分上的切削操作，它包括两个头部170的外圆周表面。为了对该外圆周表面进行机加工，头部170具有从其端面延伸的各自的固定部分186，如图4所示。固定部分186具有各自的中心孔188，因此坯件160通过各自的夹盘在固定部分186处固定，与此同时，坯件160位于一对中心的中心，该对中心与各自的中心孔188接合。为了对适当的车床上的头部170的外圆周表面进行机加工，坯件160通过一个适当的转动驱动装置经由卡盘转动。整体成形的坯件160可有效和精确的机加工，该坯件160的刚度通过肋176增加。
然后，头部170的经机加工的外圆周表面和坯件160的其它选择的表面可涂有适当的材料，例如聚四氟乙烯膜。随后，头部170的端面经切削以去除固定部分186，对头部170的经涂敷的外圆周表面进行无中心的研磨操作。
随后，对双颈部166进行机加工操作，利用图5和6中的双点划线所示的切削工具190，以去除两个颈部164的肋176。切削工具190包括一个刀体194和一个柄196。刀体194具有在其外圆周表面上形成的周边切削刃，和沿相对的侧表面的周边形成的侧切削刃。切削工具190通过一个适当的机床(例如铣床)的心轴转动，柄196可拆卸地配装在心轴的孔内。可以是铣刀的切削工具190能够用周边切削刃实施周边切削操作，用侧切削刃实施侧切削操作，且旋转体194可在径向上相对于肋176移动。可以理解刀体194和柄196的半径之间的差略大于臂部178、180从底部172的内表面174起的悬垂或延伸距离，以便在用刀体194进行切削操作期间，防止柄196和臂部178、180的远端部分之间的干扰。为了在活塞14的底部140的内表面142和颈部80的臂部144、146的内表面148、150之间形成倒角，在底部172的经机加工的内表面174的相对端和臂部178、180的经机加工的内表面182、184的相邻端之间已形成倒角。为此目的，刀体194以在周边切削刃的相对端以适当的曲线半径倒圆，因此，如图5所示，周边切削刃通过弯曲的切削刃与侧切削刃平滑的连接。倒角可有效的降低在内表面142和内表面148、150之间的交界处的应力集中。通过在周边切削刃和侧切削刃之间的交界处的刀体194进行倒角加工，或多或少可降低应力集中。
在机加工操作以便用切削工具190去除肋176之前，从垂直于图5的平面的方向上看去，即在图6的水平方向看去，切削工具190布置成使切削工具190的轴线(柄196)平行于头部170的中心线，并与肋176的中心对齐。而且，切削工具190在其轴向上布置成刀体194的侧切削刃的其中之一基本上与臂部180的内表面184对齐，刀体194与柄196距离较远，如图5所示。这样布置的切削工具190绕其轴线转动并沿径向向内表面174供送(即在从臂部178、180的远端向近端的方向上)。结果，靠近臂部180的肋176的端部由刀体194的周边切削刃去除，与此同时，内表面184用上述其中一个侧切削刃加工。随后，上述部分球形凹槽152在经机加工的内表面184内切削。如图6所示，在周边切削刃和侧切削刃之间存在已倒圆或切角的边时，底部172的内表面174和臂部180的内表面184的相邻端之间存在未切削的区域或倒角198。
然后，切削工具190在其径向从底部172的内表面174回缩到初始位置，并在轴向供送，直到刀体194的其它侧切削刃基本上与内表面182对齐，该刀体194靠近臂部178的内表面182。然后，切削刃190在径向上朝内表面174给送，以便以与上述相同的方式去除肋176的剩余部分并切削内表面182。在这种情况下，倒角198也留在内表面174和内表面182的相邻端之间。
用切削工具190实施切削操作，因此只有肋176去除，而不会切削内表面174的任何部分，在切削操作之前，内表面174上的肋176没有在坯件160上成形。由于去除肋176，由坯件160制成的活塞14的底部的内表面142具有中心经机加工的表面区域154，该中心经机加工的表面区域在中心线N的方向上延伸，和在经机加工的表面区域154的相对侧上的两个铸态表面区域156，如图3和上述表示。铸态表面区域154设有冷硬层，该冷硬层具有较高的硬度和强度，高硬度和强度是通过压铸获得的，并有助于显著增加活塞14的底部140的弯曲强度和耐用度。还注意到，在底部的内表面174、182、184与臂部172、178、180的相邻端之间的倒角198未切削，以提供铸态表面区域，这有助于显著地增加活塞14的颈部80的耐用度。倒角198位于颈部80的部分，在该部分很可能发生应力集中。
从坯件160去除肋176的步骤后紧接有在臂部178、180的经机加工的内表面180和182中形成部分球形凹槽152的步骤，和在两个颈部164的相邻臂部178之间的中点，将坯件160切削成两个部件，以便提供两个活塞14的步骤。
本发明的实施例确保通过压铸制造的活塞14的改进的耐用度，特别是，尽管活塞14构造并设计成减轻其重量，仍能保证颈部80具有足够高的耐用度。
尽管用于本发明实施例中的切削工具190的刀体194的轴向尺寸小于活塞的凹槽84的尺寸，该凹槽84的尺寸是在与中心线N平行的方向上所测量的尺寸，刀体194的尺寸可等于凹槽84的尺寸。在这种情况下，不需要在轴向上移动切削工具190，即可去除肋176。还应注意，刀体194不必要具有侧切削刃。
参见图7，图中描述了本发明的第二实施例，其中坯件200用来制造旋转斜盘式压缩机的两件单头活塞，该活塞具有单空心柱状头部。
坯件200包括一个主体部件202和一对闭合部件204。主体部件202包括一个单独的双颈部206和两个空心的柱状头部208，该柱状头部208与双颈部206形成整体，因此，两个空心柱状头部208从双颈部206的相对端延伸。双颈部206包括相互整体成形的两个颈部205，该颈部205提供两个活塞的颈部。与坯件160的颈部164类似，每个颈部205包括一个底部210和一对从底部210的内表面212延伸的平行的臂部214、216。臂部214、216具有各自的内表面218、220，该内表面218、220与底部210的内表面配合以限定一个通常U形结构。颈部205还包括一个为桥形部分222形式的加强肋，该桥形部分222与臂部214、216的相对的内表面218、220连接，因此，桥形部分222与内表面212分隔开。主体部件202和闭合部件204通过压铸成形。在图7所示的坯件200中，通过适当的固定方式例如光束焊接，闭合部件204固定配装在各自的头部208的开口端部内。在本发明第二实施例中，图1-6使用的相同的标记用来表示结构类似或功能类似的对应部件。
坯件200的双颈部206的每个颈部205的桥形部分222由切削工具190以与第一实施例相同的方式去除。然后，底部210的内表面212的中心部分上形成的铸件飞边由切削工具190去除。在第二实施例中，用来压铸坯件200的两个半模还确定了一个分模面，该分模面包括空心柱状头部208的中心线，并与臂部214、216的延伸方向平行。当压铸坯件200从半模上去除时，小的飞边在内表面212的通常细长中心部分内形成，该内表面212的细长中心部分在中心线的方向上延伸。在本实施例中，只有底部210的内表面212的细长中心部分经过机加工，以去除飞边，且在中心部分的相对侧上的内表面212的两个部分以及在内表面212和臂部214、216的内表面218、220之间的倒角成铸态，因此，在坯件的颈部的底部210，由坯件200获得的活塞具有高的耐用度。
尽管在图示的实施例中，底部140、210的内表面142、212的中心部分和倒角198成铸态，只有内表面142、212的中心部分可以是铸态，或者除了内表面142、212和倒角198之外的任何理想部分可以是铸态，以便增加其它部分的强度或耐磨性。那些其它部分可包括底部140、210的外表面，和防止转动部件88的表面。
而且，根据本发明的活塞可采用其它构造。例如，本发明可等效的应用于在颈部的相对侧上具有两个头部的双头活塞。
对于本领域的普通技术人员来说，在不超出下面的权利要求书所限定的本发明的实质和范围的前提下，可以理解本发明可采用不同的其它变化、改进和修改，例如在本发明概述部分中所述。
权利要求
1．一种旋转斜盘式压缩机的压铸活塞(14)，它包括气缸体(10)，该气缸体在其内形成有气缸孔(12)，所述活塞包括可滑动地容纳在气缸孔(12)中的通常柱形头部(82)，和通常U形颈部(80)，该颈部具有一个底部(140)和从所述底部延伸的一对基本平行的臂部(144，146)，所述压铸活塞的特征在于所述底部(140)具有一个内表面(142)，该内表面包括在压铸过程中形成的至少一个铸态表面区域(156)。
2．如权利要求1所述的压铸活塞，其特征在于，所述内表面(142)包括一个中心经机加工的表面区域(154)和一对铸态表面区域(156)，从垂直于活塞的中心线(N)方向看去，所述中心经机加工的表面区域位于所述内表面的中间部分，该活塞的中心线经过所述通常柱状头部(82)的中心，由于在所述内表面的所述中间部分的机加工操作，形成了所述中心经机加工的表面区域，从所述方向看去，这对铸态表面区域位于所述中心经机加工的表面区域的相对侧上。
3．如权利要求1所述的压铸活塞，其特征在于，所述内表面(142)的基本上整个部分是铸态表面区域(212)。
4．如权利要求1所述的压铸活塞，其特征在于，所述对臂部(144、146)具有相对的内表面(148、150)，该内表面具有靠近所述至少一个铸态表面区域(156)的铸态表面区域(198)，所述臂部的所述铸态区域也在所述压铸过程中形成。
5．如权利要求1所述的压铸活塞，其特征在于，所述头部包括一个主体部分(26)，该主体部分横截面为环形并与所述气缸孔(12)配合，以便部分限定一个增压室(87)，所述活塞还包括与所述头部和所述颈部(80)连接的连接部(83)。
6．如权利要求5所述的压铸活塞，其特征在于，所述头部还包括从所述主体部分延伸和与所述主体部分及所述连接部连接的滑动部分(128、130)。
7．如权利要求1所述的压铸活塞，其特征在于，铸态表面区域位于臂部的相对的内表面和底部的内表面之间交界处。
8．一种制造旋转斜盘式压缩机的压铸活塞(14)的方法，该压缩机包括其中形成有气缸孔(12)的气缸体(10)，所述压铸活塞包括通常柱形头部(82)，该头部在所述气缸孔中可滑动地移动，和通常U形颈部(80)，该U形颈部具有一个底部(140)和从所述底部延伸的一对基本平行的臂部(144、146)，该方法的步骤包括通过压铸形成坯件(160、200)，所述坯件包括提供所述活塞的所述头部(82)的头部(170、208)；提供所述活塞的所述颈部(80)的颈部(164、205)，该颈部包括一个底部(172、210)和一对臂部(178、180、214、216)；和一个加强部分(176、222)，在平行于经过坯件的所述头部的中心的所述坯件的中心线(N)的方向上，该加强部分延伸以便与所述坯件的所述颈部的所述对臂部连接；和使所述坯件接受机加工操作，以去除所述该加强部分(176、222)，这样，所述坯件的所述颈部(164、205)的所述底部(172、210)具有一个内表面(174、212)，该内表面包括未经机加工的至少一个铸态表面区域(156)。
9．如权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述坯件的所述对臂部(178、180)的延伸方向上，所述加强部分是从所述坯件(160)的所述底部(172)的所述内表面(174)的中心部分延伸的肋(176)，从垂直于所述中心线(N)的方向看去，所述中心部分位于所述坯件的底部的内表面的中间部分上，所述肋与所述坯件的所述底部和一对臂部连接，其中使所述坯件接受机加工操作的所述步骤包括去除所述肋，以便所述坯件的所述底部的所述内表面(174)包括从垂直于所述中心线的方向看去的中心经机加工的表面区域和在所述中心经机加工的表面区域的相对侧上布置的一对铸态表面区域。
10．如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述加强部分是一个桥形部分(222)，该桥形部分在平行于所述中心线的方向上伸展以便与所述坯件(200)的所述对臂部(214、216)连接，所述桥形部分与所述坯件的所述底部(210)的所述内表面(212)间隔开，从垂直于所述中心线(N)的方向上看去，所述中心部分位于所述坯件的底部的内表面的中间部分，使所述坯件接受机加工操作的所述步骤包括去除所述桥形部分，和对所述坯件(200)的所述底部的所述内表面(212)的中心部分机加工，以便去除在形成坯件的所述步骤中形成的飞边，因此，辅助坯件的所述底部的所述内表面包括从垂直于所述中心线的方向看去的一个中心经机加工的表面区域和一对铸态表面区域，该铸态表面区域位于所述中心经机加工的表面区域的相对侧上。
11．如权利要求9所述的方法，其特征在于，使所述坯件接受机加工操作的所述步骤包括布置一个具有周边切削刃的旋转切削工具(190)，因此所述旋转切削工具可绕一条轴线(196)转动，从垂直于所述中心线的方向看去，该轴线平行于所述中心线(N)并与所述加强部分(176、222)的中心对齐；在所述旋转切削工具的径向方向，将该旋转切削工具朝所述坯件(160、200)的所述颈部的所述底部(172、210)的所述内表面(174、212)给送，与此同时，所述旋转切削工具转动，因此来去除在所述坯件的所述对臂部之间伸展的所述加强部分。
12．如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述坯件的所述颈部的所述对臂部(178、180、214、216)具有各自相对的内表面(182、184、218、229)，该相对的内表面在平行于所述中心线的方向上相对，所述旋转切削工具还具有位于所述周边切削刃的相对侧上形成的侧切削刃，其中所述机加工操作包括对每个所述相对的内表面的至少一部分进行机加工，因此，靠近所述坯件的所述底部(172、210)的所述内表面的所述每个相对的内表面的一个端部留作铸态表面区域(198)。
全文摘要
一种旋转斜盘式压缩机的压铸活塞(14),它包括气缸体(10),该气缸体内设有气缸孔(12),该活塞包括可滑动地容纳在压缩机的气缸体(10)内的气缸孔(12)中的通常柱形头部(82),和通常U形颈部(80),该颈部具有一底部(140)和从该底部延伸的一对基本平行的臂部(144、146),该底部(140)具有一个内表面(142),该内表面包括在压铸过程中形成的至少一个铸态表面区域(156)。
文档编号F04B27/08GK1286355SQ00126070
公开日2001年3月7日 申请日期2000年8月28日 优先权日1999年8月26日
发明者福嶋茂男, 加藤崇行, 高松正人, 星田隆宏 申请人:株式会社丰田自动织机制作所