一种压缩机用球墨铸铁轴承及其浇注系统的制造方法与工艺

本发明涉及轴承零件铸件，特别是一种压缩机用压缩机用球墨铸铁轴承及其浇注系统。

背景技术：
轴承是组成压缩机泵体的关键零件，在压缩机高速运转过程中，由于马达定子、转子间产生的磁气吸引力和曲轴偏心部产生的偏心力的共同作用，一方面，导致曲轴和轴承柄部发生径向变形，使压缩机振动、噪音加大；另一方面，使上、下轴承柄部与曲轴外周紧密贴合形成摩擦副，该摩擦副为局部面接触，面压力极高接触面易发生较大磨损甚至烧结，影响压缩机长久运转可靠性。因此，要求轴承具备高强度、高刚性的力学性能。现有技术中，使用灰铸铁制造压缩机轴承零件，但其强度、刚性均较低，随着空调厂家对要所及性能要求的提高，以及冷媒迭代，灰铸铁轴承的强度、刚性已逐渐不能满足使用要求，使用灰铸铁轴承的压缩机运转时易出现耐磨性不足、定转子碰撞音、噪音高等的技术课题。为此，近年来不少研究人员试图用球墨铸铁材料来制造压缩机轴承，以达到提高轴承强度、刚性，进而改善压缩机性能、噪音的目的。但是，与灰铸铁相比，球墨铸铁过冷度大，共晶凝固时间长，共晶团数量多(为灰铸铁50～200倍)，趋向于在很大断面上固-液相共存的糊状凝固。由于球墨铸铁的这种凝固特点，压缩机用球墨铸铁轴承结构不合理，致使压缩机用球墨铸铁轴承极易在柄部与筋板连接处产生缩孔、缩松缺陷。废品率居高不下，无法达到量产能力。下面以某型压缩机轴承为例，说明这一情况。曾有开发人员为该型号轴承设计过如下几种铸件毛坯：如图1所示，柄部为实心的轴承毛坯结构剖视图；如图2所示，柄部为通孔的轴承毛坯结构剖视图；尽管上述轴承毛坯结构几何形状不同，但都存在同样的问题：轴承柄部1靠近轴承端面2处的热节圆A壁厚大于与它相邻并靠近浇注系统一侧的法兰辐条3壁厚t1和法兰盘4壁厚t2。铸造该轴承毛坯时，铸件在冷却过程中，最小壁厚的法兰辐条3、法兰盘4处先结束冷却凝固，而热节圆A处后结束冷却凝固，因而造成法兰辐条3、法兰盘4处提前封闭了轴承柄部1靠近轴承端面2的热节圆A处的补缩通道。而目前使用在铸造该轴承毛坯的浇铸系统都只是在轴承型腔法兰外圆5的中部设置有内浇道，且设置在离轴承柄部1较远的法兰外圆5处，外圆由于筋板薄加上中间有腰形孔的阻断，导致铁水无法通过浇道或冒口直接对轴承热节圆A处进行补缩，导致在该位置产生不可避免出现缩孔、缩松缺陷，产品不良率居高不下，使压缩机用球墨铸铁轴承一直无法实现批量生产。

技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有压缩机用球墨铸铁轴承制造技术存在的不足，提供一种压缩机用球墨铸铁轴承，解决压缩机用球墨铸铁轴承易出现缩孔、缩松不良率高发的技术问题。本发明通过如下的技术方案实现：一种压缩机用球墨铸铁轴承，其结构包括法兰盘、位于法兰盘中部的柄部，所述柄部下端设计有一个以轴承中轴线为轴心，自法兰盘端面向上的半开孔，所述半开孔的高度大于法兰盘高度的1.5倍而小于压缩机用球墨铸铁轴承总高度，所述孔的孔径尺寸为柄部直径的20％～90％。进一步地，所述半开孔由两段组成，第一段为圆柱形的直孔，拔模斜度为0°～5°，第二段为球面圆孔，孔径尺寸逐渐减小，直至封闭，第一段和第二段之间以直线倒角或圆弧倒角过渡连接，且第二段高度小于第一段高度的1/2。进一步地，所述半开孔为三段,第一段、第二段形状为圆柱形，而且第二段直径是第一段直径的3/4，第三段形状为圆锥或圆柱形，圆柱形直径是第二段直径的1/2。进一步地，所述柄部上部设置有圆锥柱形的凸台，凸台直径小于柄部直径，凸台高度小于压缩机用球墨铸铁轴承总高度的1/3。进一步地，所述凸台为圆柱形、圆锥柱形或球形、球冠形。进一步地，压缩机用球墨铸铁轴承的底平面含有加快筋板冷却速度的螺纹，螺纹深度(1～1.5)mm此外，有必要提供一种铸造所述压缩机用球墨铸铁轴承的浇铸系统。一种铸造所述的球墨铸铁上轴承浇铸系统，包括浇口杯、第一直浇道、重力补缩腔、第二直浇道、竖浇道、缓冲腔；其中重力补缩腔设置在轴承型腔上部，连通第一直浇道和第二直浇道，竖浇道设置在轴承型腔的中部，连接轴承型腔与第二直浇道。与现有技术相比，本发明的球墨铸铁轴承的设计原理，通过设计半开孔结构使压缩机用球墨铸铁轴承铸件靠近端面的法兰盘的热节圆直径小于柄部中心部的热节圆直径，使柄部上中心部的热节圆处成为压缩机用球墨铸铁轴承铸件的最后凝固位置，因而使缩孔、缩松缺陷控制到柄部上中心部的热节圆处位置，且分布集中。使用该浇铸系统时，铁水浇铸后，在铸件凝固液态收缩阶段,重力补缩腔利用铁水自身重力对轴承铸件施加静压力进行补缩，同时增加轴承型腔的铁水注入量；在铸件固态收缩阶段，内浇道封闭，利用球墨铸铁石墨化膨胀进行自补缩，显著提高铸件品质，产品良率由40～50％提升至75～90％。本发明应用该压缩机用球墨铸铁轴承的压缩机，其泵体的整体强度、刚性增加，以降低噪音，提高了长久运转可靠性。附图说明图1是现有设计的压缩机用球墨铸铁轴承剖视图；图2是现有设计的另一压缩机用球墨铸铁轴承剖视图；图3是本发明的第一实施例的压缩机用球墨铸铁轴承剖视图；图4是本发明的第二实施例的压缩机用球墨铸铁轴承剖视图；图5是本发明的的第一实施例的压缩机用球墨铸铁轴承铸件毛坯的浇铸系统示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，但本发明并不限于此。实施例一：请参阅图1，一种压缩机用球墨铸铁轴承，包括法兰盘10、位于在法兰盘10中部的柄部20。所述柄部20下端设计有一个以轴承中轴线为轴心，自法兰盘10端面向上的半开孔30。所述孔30的高度(h1+h2)大于法兰盘10高度t的1.5倍而小于压缩机用球墨铸铁轴承总高度H，所述孔30的孔径尺寸d为柄部20直径D的20％～90％。所述半开孔30由两段组成：第一段为圆柱形的直孔，拔模斜度为0°～5°，第二段为球面圆孔，孔径尺寸逐渐减小，直至封闭。第一段和第二段之间以直线倒角或圆弧倒角过渡连接，且第二段高度h2小于第一段高度h1的1/2。本发明的压缩机用球墨铸铁轴承，通过设计半开孔30结构使压缩机用球墨铸铁轴承铸件靠近端面的法兰盘10的热节圆A直径小于柄部20中心部的热节圆B直径，使柄部20上中心部的热节圆B处成为压缩机用球墨铸铁轴承铸件的最后凝固位置，因而使缩孔、缩松缺陷控制到柄部20上中心部的热节圆B处位置，且分布集中,后续缩孔、缩松位置通过钻孔的方式去除。实施例二：请参阅图4，一种压缩机用球墨铸铁轴承，包括法兰盘210、凸生在法兰盘210中部的柄部220。所述柄部220下端设计有一个以轴承中轴线为轴心，自法兰盘210端面向上的半开孔230。所述半开孔230孔的高度(h1+h2)大于法兰盘210高度t的1.5倍而小于压缩机用球墨铸铁轴承铸件毛坯总高度H的3/4。所述孔230的孔径尺寸d为柄部220直径D的20％～90％。所述半开孔230由两段组成：第一段为直孔，拔模斜度为0°～5°，第二段为锥孔，孔径尺寸逐渐减小，直至封闭。第一段和第二段之间以直线倒角或圆弧倒角过渡连接，且第二段高度h2小于第一段高度h1的1/2。压缩机用球墨铸铁轴承在柄部220上部设置有圆锥柱形的凸台240，凸台240直径d2小于柄部220直径D，凸台240高度h3小于压缩机用球墨铸铁轴承总高度H的1/3。所述凸台240结构可以为圆柱形、圆锥柱形或球形、球冠形。本实施例的压缩机用球墨铸铁轴承，通过设计所述半开孔230结构使压缩机用球墨铸铁轴承靠近端面的法兰盘210的热节圆A直径小于柄部220中心部的热节圆B直径，使柄部220中心部的热节圆B处成为压缩机用球墨铸铁轴承的最后凝固位置，而圆锥柱形的凸台240结构使热节圆B的位置相对实施例一向上移动，故能将缩孔、缩松缺陷进一步向上牵引，因而使缩孔、缩松缺陷控制到柄部220上中心部的热节圆B处及凸台230位置，且分布集中，后续缩孔、缩松位置通过钻孔的方式去除。此外，所述半开孔结构可以为三段：第一段、第二段形状为圆柱形，而且第二段直径是第一段直径的3/4，拔模斜度为0°～5°，第三段为锥孔或球面圆孔，孔径尺寸逐渐减小，直至封闭。第一段和第二段、第二段和第三段之间以直线倒角或圆弧倒角过渡连接，第三段形状为圆锥或圆柱形，圆柱形直径是第二段直径的1/2。所述压缩机用球墨铸铁轴承毛坯的半开孔结构通过砂芯成型：砂箱造型后，在轴承模具型腔中部设置与半开孔结构相同形状的砂芯，浇铸完成后，通过抛丸处理，即可形成带有半开孔结构的压缩机用球墨铸铁轴承毛坯铸件。进一步地，实施例一或者实施例二中压缩机用球墨铸铁轴承的底平面含有加快筋板冷却速度的螺纹E，螺纹深度(1～1.5)mm，后续加工去掉。进一步地，所述压缩机用球墨铸铁轴承使用FCD球墨铸铁材料成分(质量百分比)为：主成分为Fe，C：3.2～4.5，Si：2.2～3.2，Mn：≤0.7，S：≤0.12，P≤0.05，Cu≤0.6，Mg：0.02～0.08，Cr≤1.0，Mo≤1.0，V≤1.0，，Ti≤1.0，Sb≤0.05，Sn≤0.02，其他杂质含量≤1.0。请参阅图5，一种铸造所述的压缩机用球墨铸铁轴承浇铸系统，包括浇口杯301、第一直浇道302、重力补缩腔303、第二直浇道304、竖浇道305、缓冲腔307；其中重力补缩腔303设置在轴承型腔306上部，连通第一直浇道302和第二直浇道304，竖浇道305设置在轴承型腔307的中部，连接轴承型腔307与第二直浇道304。使用该浇铸系统时，铁水浇铸后，在铸件凝固液态收缩阶段,重力补缩腔303利用铁水自身重力对轴承铸件施加静压力进行补缩，同时增加轴承型腔307的铁水注入量；在铸件固态收缩阶段，内浇道封闭，利用球墨铸铁石墨化膨胀进行自补缩，并且在毛坯底平面增加深度(1～1.5)mm螺纹E，加快筋板冷却速度。采用上述铸造系统，能将压缩机用球墨铸铁轴承易发的缩孔、缩松缺陷集中控制到柄部20上部中心热节圆B处位置，并可通过后续孔加工工序完全去除，显著提高铸件品质，产品良率由40～50％提升至75～90％。该压缩机用球墨铸铁轴承的压缩机，其泵体的整体强度、刚性增加，以降低噪音，提高了长久运转可靠性。以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。