制造压缩机活塞的方法

专利名称：制造压缩机活塞的方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种制造一用来压缩一种气体的压缩机活塞的方法，特别涉及一种制造一活塞的方法，该活塞具有一空心的圆筒状头部，该头部可滑动地装在形成于压缩机的缸体中的一气缸筒中。
压缩机用的活塞在形成于压缩机的缸体内的气缸筒中往复运动。就这方面而言，希望减小活塞的重量。当一活塞用于一旋转斜盘型压缩机时，尤其是一种容积可变的斜盘型压缩机时，特别需要减小其重量。随着压缩制冷剂气体的斜盘型压缩机用于汽车的空调系统，上述可变容积的斜盘型压缩机最近已经采用，其中斜盘相对于一垂直于驱动轴的旋转轴线的平面的角度可以改变，以改变压缩机的排量。在用于车辆的斜盘型压缩机中，通常需要增大驱动轴的转速，以便获得改进的压缩机性能，从而满足减小压缩机尺寸的要求。为此，需要减小活塞的重量。一种可变容积的斜盘型压缩机的斜盘的倾斜角可以在部分由活塞限定的一压缩室与一曲轴室的压差的基础上调节，所述曲轴室中设置斜盘，在这种压缩机中特别需要减小活塞的重量，以便稳定地调节斜盘的倾斜角，并减小压缩机运转过程中的噪音。
本发明的受让人在日本专利公开JP9-105380及其相应的美国专利US5174728中建议一种减小用于可变容积的斜盘型压缩机的活塞重量的技术。即，制造一种活塞，其具有一空心头部，该头部可滑动地装配在气缸筒中。制造方法包括如下步骤，首先，制造一个具有一开口端和一封闭端的圆筒状头部件，然后，用一封闭件封闭该头部件的开口端，该封闭件与一接合部一体形成，该接合部接合斜盘，最后，将头部件与封闭件焊接在一起。头部件和封闭件都是锻造而成。
头部件和封闭件的锻造成形不可避免地提高了活塞的制造成本。为了减小成本，通过压铸制造具有空心头部的活塞。然而，在压铸活塞中，很难将头部件与封闭件焊接在一起，这一问题使得压铸不适于实际应用。而且，也希望减轻在其它类型的压缩机中的活塞的重量，例如不仅是可变容积的压缩机，而且是一种固定容积型的压缩机。
因此，本发明的目的是提供一种制造压缩机活塞的方法，其中至少活塞的一个空心圆筒状头部是通过模铸成形，并将封闭件焊接于该空心圆筒状头部。
上述目的可以按照如下的本发明的任何一种形式或模式实现，为了容易理解本发明，这些形式或模式中的每一个都按照权利要求书编号，以指示并尽可能清楚地结合本发明的技术特征。应该理解，本发明不仅限于下面将描述的这些技术特征及其结合。还应该理解，下面描述的任何技术特征与其它的特征结合都可以是本发明的一个独立于其它技术特征的技术主题。
(1)按照本发明的第一特征提供一种制造压缩机活塞的方法，其包括如下步骤将一种熔融材料浇入一模具中，以成形一空心圆筒状活塞头部，该头部的两相对端中的一端开口，另一端封闭，使得包含在头部的材料中的气体的量不多于每100g材料5cc；用一封闭件封闭头部的开口端；通过多次向一焊接线上的许多点中的每一个发射焊接束，将头部与封闭件焊接在一起，头部与封闭件沿着所述焊接线彼此接触。
在本制造方法中，希望封闭件也通过模铸成形。然而，这不是必需的要求。活塞可以包括一个接合部，它与空心圆筒状头部的封闭端一体形成，并接合一驱动机构，封闭件可以是一个正好封闭头部的开口端的盖件。在这种特别的情况下，该盖件可以由一种除了模铸法以外的方法制成，例如对一种市售的材料，例如棒状材料进行机加工或者锻造而成。希望头部和封闭件由一种铝合金制成，该铝合金比重较小并容易模铸。然而，可以用不同的材料制造头部和封闭件，例如镁合金。
在一种通常的模铸活塞中，在常规条件下，即，一个大气压和室温下，包含在活塞的空心圆筒状头部的材料中的气体量为每100g材料10至30cc。与此相反，在一种后面将要描述的特殊的模铸方法，例如无孔法或煅铸法中，在常规条件下，包含在活塞的空心圆筒状头部的材料中的气体的量可以低于每100g材料5cc。用封闭件封闭头部，并通过两次或多次向头部与封闭件彼此接触的焊接线上的若干点中的每个发射焊接束，将头部与封闭件焊接在一起，因此，头部与封闭件的相应的焊接部位只有少量的气孔(blowhalls)。这样制成的活塞适合于实际使用。可以发射焊接束，例如电子束或激光束，以便在焊接线上形成一束点，焊接束与头部和封闭件的结合中的一个可以相对于另一个旋转，以便在焊接线上移动束点。因此，头部与封闭件的相应的焊接部分在焊接线附近熔化，并粘结在一起。这时，这些部件的材料中所含的气体被加热并膨胀，排入大气中，因此，在焊珠中形成气孔。然而，由于材料中的气体含量处于不大于每100g材料5cc，所形成的气孔的量也处于低水平。此外，在焊珠再一次暴露于焊接束并被熔融时，曾经在焊珠中出现的气孔被封闭，因此，焊珠中仍然具有较少量的气孔。这样制造的活塞非常适用于实际应用。“向焊接线上的许多点中的一个发射多次焊接束”一语的意思是，向焊接线上的许多点中的每个或每个点附近发射多次焊接束。这就是说，按照本发明，无需严格地向焊接线上的许多点中的每一个发射多次焊接束，而是可以第一次向一焊接线上的许多点中的每一点发射一焊接束，第二次向与上述每一点基本上相同的点发射焊接束或另一焊接束。
按照该特征，包含在头部的材料中的气体量不多于每100g材料5cc，更优选不多于每100g材料3cc，最优选不多于每100g1cc。
(2)按照包括第一特征(1)的本发明的第二特征，浇铸熔融材料的步骤包括用一种无孔模铸法浇铸所述熔融材料。
无孔铸模法指的是一种浇铸法，在该方法中，将一种熔融金属合金，例如铝合金浇入一模腔中(例如一可动模和一固定模)，浇入步骤是在腔中充以一种活性气体，例如氧的状态下进行的，由于熔融金属与活性气体的反应而产生高真空，所以，防止了气体包含在铸造品的材料中。这种铸造品具有很高的强度，既使其壁厚很小也是如此。
(3)按照包括第一特征(1)在内的本发明的第三特征，浇铸熔融材料的步骤包括以一种锻铸法浇铸该熔融材料。
锻铸法定义为这样的一种铸造方法，在这种方法中向全部或一半已经浇入一模具中的熔融材料施加高压，例如30至200Mpa，将这种状态一直保持到熔融金属固化。这种方法可以减小包含在铸造品的材料中的气体量。
(4)按照包括第一至第三特征(1)-(3)在内的本发明的第四特征，将头部与封闭件焊接在一起的步骤包括以下述方式将头部与封闭件焊接在一起，即，在向焊接线上的所述各点发射许多焊接束中的每一个焊接束的同时，使所述各焊接束与头部和封闭件的组合彼此相对地移动，从而使所述各点暴露于所述各焊接束。
在按照第四方面的焊接步骤中，至少(a)许多焊接束的相应的强度的相应的比例和(b)许多焊接束(例如两条焊接束)之间的距离二者中的一项可以以如下的方式变化，在由前一个焊接束形成的焊珠已经固化到一个适当的程度的状态下，将焊接束暴露于下一个焊接束。只要各焊接束的强度比例一确定，就可以确定各焊接束移动以适当地熔化焊接线两侧的金属材料的速度。同时，为了适当地消除气孔，如上所述，希望在由前一个焊接束形成的焊珠已经固化到适当程度的状态下，使焊接束暴露于下一个焊接束。为了同时满足这些要求，有效的是，至少改变(a)许多焊接束的相应的强度的相应的比例和(b)许多焊接束之间的距离这二者中的一项。
(5)按照包括第四特征在内的本发明的第五特征，发射各焊接束的步骤包括使焊接束中的至少一个相对于焊接线摆动，同时相对于所述组合移动所述一个焊接束。
另外也可以使至少一条焊接束相对于所述组合简单地移动。然而，有效的是，使焊接束中的至少一条相对于焊接线摆动，以便消除气孔和／或增加焊接的强度。
(6)按照包括第五特征(5)在内的本发明的第六特征，使所述焊接束摆动的步骤包括使所述焊接束旋转，以描绘出一锥形表面。
可以使至少一条焊接束沿着焊接线相对于所述组合移动，同时使其反复旋转，描绘出一个锥形表面。在这种情况下，由一条焊接线形成的焊接点沿着焊接线描绘出一条轨迹，如图8所示，从而减少了气孔量。预计这种效果会导致各焊珠熔化两次或更多次。
(7)按照包括第一至第三特征(1)-(3)中的任何一个特征在内的本发明的第七个特征，将头部与封闭件焊接在一起的步骤包括以如下的方式将头部与封闭件焊接在一起，即，向焊接线上的每一个点发射至少一条焊接束，同时使一条焊接束与头部和封闭件的组合中的至少一个相对于另一个移动，从而使各点多次暴露于所述一条焊接束。
(8)按照包括第七特征(7)在内的本发明的第八特征，发射所述一条焊接束的步骤包括使所述一条焊接束相对于焊接线摆动，同时使一条焊接束相对于所述组合移动。
(9)按照包括第一至第八特征(1)至(8)在内的本发明的第九特征，将头部与封闭件焊接在一起的步骤包括在一预定焊接条件下将头部与封闭件焊接在一起，该预定的焊接条件保证由所述若干次中最后一次焊接束所熔化的头部和封闭件的相应部位包含在由在最后一次之前的每次所熔化的头部与封闭件的相应部位的总和中。“由在最后一次之前的每次所熔化的头部与封闭件的相应部位的总和”意思是指在最后一次之前已经熔化至少一次的头部与封闭件的任何部位。例如，在由第二次发出的焊接束形成的焊接点的中心位置与第一次发出的焊接束形成的焊接点的中心位置不同的情况下，第二次的熔化部位可以在一垂直于焊接线的方向上与第一次熔化的部位偏移。如果在最后一次熔化的部位完全包含在第一次与第二次熔化的部位的总和中，则满足按照特征(9)的预定的焊接条件。换句话说，在最后一次，焊接束必需不熔化任何新的头部或封闭件的部位。
(10)按照包括第九特征(9)在内的本发明的第十特征，所述预定的焊接条件保证在所述许多次中的各后次焊接束所熔化的头部和封闭件的相应的部位包含在在所述各后次之前的每次焊接束所熔化的头部和封闭件的相应部位中。
在按照第十特征(10)的焊接步骤中，在第一次之后的每次发射的焊接束不熔化头部和封闭件的任何新的部位。这就是说，在各相继次熔化的部分与各前一次熔化的部分一致或小于该部分。如果相继两次的时间间隔较短，则当在前次或第一次中熔化的头部或封闭件的相应部位暴露于后次或第二次的焊接束时，这些部位的温度通常更高。因此，如果在相同的条件下相继两次暴露于焊接束，则不能满足按照第十特征的预定的焊接条件。即，后次条件必须比前次条件更适中。
(11)按照包括第九或第十特征(9)或(10)在内的本发明的第十一特征，预定的焊接条件保证由最后一次的焊接束所熔化的头部和封闭件的相应部位包含在许多次中所述最后一次之前的第一次的焊接束所熔化的头部和封闭件的相应部位中。
(12)按照包括第九至第十一特征中任一项在内的本发明的第十二特征，将头部与封闭件焊接在一起的步骤包括向焊接线上的各点发射至少三次焊接束，其中包括至少一次在第一次与最后一次之间，所述预定的焊接条件保证由每个所述至少一次中的焊接束所熔化的头部和封闭件的相应部位包含在由所述第一次中的焊接束所熔化的头部和封闭件的相应部位中。
(13)按照包括第九至第十二(9)-(12)特征在内的本发明的第十三特征，所述预定的焊接条件保证由所述最后一次焊接束所熔化的头部和封闭件的相应部位与由所述最后一次之前的许多次中的至少一次的焊接束所熔合的头部和封闭件的相应部位一致。只要涉及本特征，在最后一次之前的一次与最后一次之间就不会再有一次焊接束。
(14)按照包括第九至第十三特征(9)-(13)中任一项在内的本发明的第十四特征，预定的焊接条件包括焊接束和头部与封闭件的组合中的任何一个相对于另一个在最后一次的移动速度等于在最后一次之前的许多次中至少一次的移动速度，最后一次焊接束发射的强度等于至少一次焊接束发射的强度。
(15)按照包括第九至第十四特征(9)至(14)特征在内的本发明的第十五特征，预定的焊接条件保证在所述许多次中的各后次焊接束所熔化的头部和封闭件的相应的部位包含在在所述各后次之前的每次焊接束所熔化的头部和封闭件的相应部位中，预定的焊接条件包括下面的(a)和(b)中至少一个，(a)焊接束和头部与封闭件的组合中至少一个相对于另一个的移动速度在所述各后次中低于在所述各前次中，(b)在所述每下一次中发射的焊接束的强度高于在所述各前次中的焊接束的强度。
“不低于”意思是等于或高于，但高于优先等于。与此相似，“不高于”意思是等于或低于，但低于优先于等于。
在第十五特征中用的“各后次”的意思是，例如，第九或十一特征(9)或(11)中所用的最后一次，在第十特征(10)中用的第一次之后的每次，或者在第十二特征(12)中所用的最后一次和第一与最后一次之间的至少一次。在特征(15)中用到的“各前次”意思是，例如，在第九或第十特征(9)或(10)中用到的最后一次之前的每次，或第十一或十二特征(11)或(12)中的第一次。这就是说，“各后次”可以指每相继两次中的后一次。此外，“各后次”还可以指某一次后的一次或几次，“各前次”可以指某一次前的一次或几次。这些定义对于下面将要描述的第十六特征(16)也适用。
(16)按照包括第九至十五特征中的任一项在内的本发明的第十六特征，预定的焊接条件保证由许多次中的各后次的焊接束所熔化的头部和封闭件的相应部位包含在由先于各后次的许多次中的各前次的焊接束所熔化的头部和封闭件的相应部位中，预定的焊接条件包括在各后次中焊接束相对于焊接线的摆动量小于在各前次中焊接束相对于焊接线的摆动量。
在阅读了下面对结合附图对本发明的优选实施例的详细描述之后，可以更好地理解本发明的上述选择性的目的、特征和优点。


图1是一斜盘型压缩机的横截面的前视图，该压缩机装有一通过本发明的一实施例的方法制造的活塞；图2是图1所示的活塞的部分横截面的前视图；图3是一部分横截面的前视图，示出用于制造图2所示的活塞的一个活塞体件在封闭件固定于该体件之后的状况；图4是部分横剖的一前视图，示出图3中的活塞体件；图5A-5C是用于说明按照本发明的方法的活塞体件模铸工艺的视图；图6是用于作为本发明的方法的一个步骤的模铸工艺的一模铸装置的横截面侧视图；图7是用于说明作为本发明的方法的一个步骤的焊接步骤的视图；图8用于说明该焊接步骤的另一视图；图9是一前视图，用来说明用于作为本发明的第二实施例的另一压缩机活塞制造方法的一浇铸步骤；图10是一坯料的部分横截面前视图，该坯料用于作为本发明的第三实施例的另一压缩机活塞制造方法；图11是一部分横截面前视图，用来说明用于压缩机-活塞制造方法的一焊接步骤
图12是一侧视图，用于说明焊接步骤；图13是一表格，其示出用于焊接步骤中的一预定的焊接条件；图14是一局部横截面前视图，用于说明在图13中的表格中所示的焊接条件下焊接在一起的活塞体件与封闭件的相应的熔化部分。
图15是一个表格，示出用于作为本发明的第四实施例的另一压缩机-活塞制造方法的一焊接步骤中的另一预定的焊接条件；图16使一幅局部横剖面前视图，用于说明在作为本发明的第五实施例的另一压缩机制造方法的焊接步骤中熔化的活塞体件和封闭件的相应部位；图17用于说明作为本发明的第六实施例的另一压缩机制造方法的焊接步骤。
下面参见附图描述本发明的一优选实施例，其适合于用于汽车空调系统的斜盘型压缩机的一单头活塞。
参见图1，图中示出一斜盘型压缩机，该压缩机中有若干单头活塞(后称为“活塞”)，各活塞都是按照本发明的一个实施例构造的。
在图1中，编号10表示一个缸体，该缸体具有若干缸筒12，缸筒沿其轴向延伸，各缸筒12沿一圆分布，该圆的中心位于缸体10的中心线上。活塞总体上以14表示，其在各缸筒12中往复运动。缸体10轴向相对的两端面中的一个(图1中的左端面，以后将称为“前端面”)连接于一前壳体16。另一端面(图中的右端面，以后称为“后端面”通过一阀板20连接于一后壳体18。前壳体16、后壳体18和缸体10配合，构成斜盘型压缩机的一壳体组件。后壳体18与阀板20配合，限定一吸气室22和一排气室24，它们分别通过一入口26和一出口28连接于制冷回路(未示出)。阀板20具有吸气口32、吸气阀34、排气口36和排气阀38。
一个旋转驱动轴44设置在缸体10和前壳体16中，驱动轴44的轴线与缸体10的中心线对正。前壳体16和后壳体18分别通过轴承支撑着驱动轴44的两相对端部。缸体10具有一中心轴承孔48，该孔形成于缸体的中部，轴承设置在该中心轴承孔48中，支撑着驱动轴44的后端部。驱动轴44的前端部通过一离合机构，例如一电磁离合器连接于一外部驱动源(未示出)，该外部驱动源的形式为一汽车的发动机。在压缩机的操作中，驱动轴44通过该离合机构连接于运转中的汽车发动机，使驱动轴44绕其轴线旋转。
旋转驱动轴44携带一斜盘50，使该斜盘50可轴向移动并可相对于驱动轴44倾斜。斜盘50具有一中心孔，驱动轴44穿过该孔。从轴向上的中间部位向轴向上的两相对端，斜盘50的直径逐渐增大，孔52的轴向上相对的两端具有垂直的椭圆形横截面。在驱动轴44上固定一旋转件54，作为力矩传递件，该件通过一推力轴承56与前壳体16接合。在驱动轴44的旋转过程中，一枢轴旋转机构60使斜盘50与驱动轴44一起旋转。铰接机构60引导斜盘50作轴向和倾斜运动。铰接机构60包括一对固定于旋转件54的支撑臂62(图1中仅示出一个支撑臂62)、形成于斜缸50上并可滑动地接合在支撑臂62上的引导孔64的引导销66、斜盘50的中心孔52和驱动轴44的外周边面。需要说明的是，斜盘50构成一用于驱动活塞14的驱动件，而旋转驱动轴44、形式为车辆发动机的驱动源和形式为铰接机构的力矩传递装置互相配合，与斜盘50一同构成一用于驱动活塞14的驱动装置的主要部分。
上述活塞14包括一与斜盘50接合的接合部70和一空心头部70，该空心头部与接合部70一体形成，并装配到相应的缸筒12中。接合部70内形成一槽74，斜盘50通过一对半球状导向块76与槽74接合。半球状导向块76保持在槽74内，它的半球面可滑动地接合在的接合部70，而其平面部分可滑动地接合在斜盘50的相对面的径向外部。头部72的一端面、缸体10的一限定缸筒12的侧壁及阀板20互相配合，限定一压缩室77。活塞14的结构将在下面详细描述。
斜盘50的旋转运动通过导向块76转变成活塞14的往复直线运动。当活塞14从其上死点移动到其下死点时，即，活塞14在其吸气冲程中，吸气室22中的制冷气体通过吸气口32和吸气阀34吸气到压缩室77内。被压缩的制冷剂气体通过排气口36和排气阀38排气到排气室24。由于压缩室77中的制冷剂气体的压缩，一个反作用力沿轴向作用在活塞14上。这一反作用力通过活塞14、斜盘50、旋转件54和推力轴承56被前壳体16所接收。如图2所示，活塞14的接合部70具有一整体形成的旋转防止部件78，该部件设置成于前壳体16的内周边面接触，以防止活塞绕其中心线的旋转运动和活塞14与斜盘50碰撞。
缸体10内具有一供给通道80，该通道将排气室24与位于前壳体16和缸体10之间的曲柄箱86连通。供给通道80连接于一电磁控制阀90，该阀用于控制曲柄箱86内的压力。电磁控制阀90包括一螺线管92和一截流阀94，螺线管92的通电和断电使该阀选择性地关闭和开启。即，当螺线管92通电时，节流阀94处于关闭状态，当螺线管92断电时，位于开启状态。
旋转驱动轴44内具有一泄流通道100。泄流通道100的两相对端中的一端通向中心轴承孔48，另一端通向曲柄箱86。中心轴承孔48的底部通过一通孔104与吸气室22连通。
本斜盘型压缩机是一种容积可变型压缩机。通过利用作为高压源的排气室24与作为低压源的吸气室22之间的压差控制曲柄箱86中的压力，来调节作用在活塞14的前侧的曲柄箱85中的压力与作用在活塞14的后侧的压缩室77中的压力的压差，以改变斜盘50相对于垂直于驱动轴44的旋转轴线的平面的倾斜角度，从而改变活塞14的往复行程(吸气和压缩行程)，以便调节压缩机的排量。
如上所述，通过控制电磁控制阀90，以选择性地接通和断开曲柄箱86与排气室24的连通，来控制曲柄箱86中的压力。更具体地说，当电磁控制阀90的螺线管92通电时，供给通道80关闭，因此，排气室24中的压力制冷剂气体不排气到曲柄箱86内。在这种条件下，曲柄箱86中的制冷剂气体通过泄流通道100和通孔104流入吸气室22，使得曲柄箱86中的压力降低，从而增大斜盘50的倾斜角。在斜盘50的旋转带动下作往复运动的活塞14的往复运动冲程随着斜盘50的倾斜角的增加而增加，从而增大压缩室77的容积的变化量，使得压缩机的排量增大。当螺线管92断电时供给通道开启，使被压缩的制冷剂气体能够从排气室24流入曲柄箱86，且斜缸50的倾斜角增大，从而减小压缩机的排量。
斜盘50的最大倾斜角受到在斜盘50上的一止挡件106与旋转件54的接触的限制，而斜盘50的最小角受到与斜盘50与环形的固定于驱动轴44上的止挡件107接触的限制。电磁控制阀90的螺线管92根据作用在包括本压缩机在内的空调系统的负荷受到一控制装置(未示出)的限制。该控制装置原则上由一电脑构成。在本实施例中，吸气室22、排气室24、供给通道80、曲柄箱86、电磁控制阀90、泄流通道100、通孔104以及用于控制阀90的控制装置互相配合，构成用于控制曲柄箱86中的压力的一曲柄箱压力控制装置的一主要部分，或者一用于控制斜盘50的倾斜角的斜盘角度调节装置(即，一个用于调节压缩机排量的排量调节装置)。
缸体10和活塞14由一种铝合金作为一种金属件形成。活塞14的外周边表面涂覆以一种氟树脂膜，该膜防止活塞14的铝合金直接与缸体10的铝合金接触，从而防止二者彼此卡住，这样也可以将活塞14与缸筒12之间的间隙减至最小。缸体10和活塞14优选由一种铝硅合金形成。其它材料也可以用于缸体10、活塞14和涂覆膜。
下面将描述活塞14的结构。
活塞14的接合部70的端部(该端部远离头部72)具有一U形横截面，如图2所示。详细地说，接合部70具有一基部108，其限定所述U形底部和一对基本上平行的臂部110和112，这对臂部在垂直于活塞轴线14的一方向上从基部108伸出。基部108对应于活塞14的一周边部分，当活塞14装在适合的缸筒12中时，该周边部分对应于缸体10的一径向的外部。接合部70的U形端部具有两彼此相对的凹槽114，各凹槽由横向壁的一部分球形的内表面所形成。上述一对导向块76保持与斜盘50的相对表面的径向外部接触，并被接收在部分球形的凹槽114内。这样，接合部70通过导向块76可滑动地与斜盘50接触。
活塞14的头部72与接合部70一体形成于活塞的臂部侧112，其包括一空心的圆筒体部120和一封闭件122，圆筒体部120的两相对端中的远离接合部70的臂部112的一侧的端部开口，封闭件固定于体部120，以封闭体部120的开口端。封闭件122可以称为一盖件。接合部70与头部72一体形成。即，接合部70的臂部112与头部72的体部120的底部124一体。接合部70的基部108沿着一平行于体部120的中心线的方向从体部120的底部124的一径向上的外部伸出，该径向外部与中心线隔开一适当的距离。体部120具有一内周边表面126，该表面划分成两部分，即，在其开口端一侧的一大直径部分128和在远离开口端一侧的小直径部分130，这两部分互相配合，在其间限定一肩部132。在体部120的接近开口端的外周边表面的一轴向端部，形成一个周边槽136，润滑油通过该槽流动，以保证活塞14在缸筒12内的光滑的往复运动。
封闭件122大致为一盘形件，其由一圆形板部140和一环形装配凸起142构成，该环形凸起从板部140的两相对面的一面(内端面)凸起，其直径小于板部104的直径。在圆形板部140与环形装配凸起142之间形成一肩部144。封闭件122具有一圆形凹入部分148，其限定圆形装配凸起142并在该装配凸起142的一端面146上敞开，从而减小封闭件122的重量。封闭件122装配到体部120的内周边表面126上，封闭件122的肩部140保持与体部120的一端面154接触，使得封闭件122的环形装配凸起142保持与形成于体部120的内周边面126的大直径部分128与小直径部分130之间的肩部132接触。在这种情况下，封闭件122的装配凸起142的外周边表面与体部120的内周边表面126的大直径部分128的内周边表面接合。封闭件122通过作为束焊接一种的电子束焊接固定于体部120。作为活塞14的压缩冲程中制冷剂气体在压缩室77中压缩的结果，作用在活塞14上的部分限定室77的端面上的压缩反作用力被由封闭件122的装配凸起142的端面146与体部120的肩部132焊接在一起而构成的面以及由封闭件122的肩部144与体部120的端面154焊接在一起而构成的面所接收。在图2中，为了便于理解，将体部120的圆筒壁的壁厚夸大。
两个上述结构的活塞14由图3所示的一块单独的坯料160制成。用于制造两个活塞14的坯料160具有一个体件162和两个封闭件164。体件162由一双接合部168和一圆筒状空心头部170构成，该空心头部与双接合部一体形成，其中两空心头部170在相反的方向上从双接合部168的两相对端伸出。双接合部168由两个接合部166构成，这两个接合部一体形成，提供了单头活塞14的两个相应的接合部70。两个空心头部170中的每一个的两相对端中在双接合部168一侧的一端被封闭，另一端开口。两头部170彼此同心。
体件162的各头部170具有一内周边面172，该面划分为两部分，即，在开口端的一大直径部分174和在远离开口端的一小直径部分176，这两部分配合，限定其间的一肩部178。体件162的大直径部分174、小直径部分176和肩部178分别提供了活塞14的大直径部分128、小直径部分130和肩部132。体件162的头部170的一端面180提供活塞14的头部120的端面154。为了便于理解，在图3中将头部170的壁厚夸大。
两接合部166的每个包括一个基部184和一对相对的平行臂部186、188，基部的作用是作为活塞14的基部108，两臂部用作活塞14的臂部110、112。编号182表示两个桥部，其中每个连接与臂部186、188的内表面，以便帮助接合部166增大体件162的刚度，改善对坯料160的机加工精度，这在后面将要描述的用卡头保持坯料的相对端时是有效的。各桥部182也用作一个加强部，保护体件162，使其不会在对坯料进行热处理时变形。在本实施例中，体件162由形式为一种铝合金的金属材料通过无孔模铸形成。这种通过模铸的成形是体件162的一个制备步骤，后面将要对此详细描述。
如图3所示，两个封闭件164在结构上相同。与封闭件122类似，各封闭件164包括一圆形板部190和一环形装配凸起192，该凸起从圆形板部190的两相对端中的一端(内端面)凸起。在圆形板部190与环形装配部192之间形成一肩部194。封闭件162具有一圆形凹入部分198，该凹入部分限定环形装配部192，并在环形装配部分192的一端面196上敞开。封闭件164的肩部194和凹入部分198分别用作封闭件122的肩部144和凹入部分148。各封闭件164的圆形板部190具有一保持部202，该保持部在圆形板部的一外端面200的中部形成，盖外端面与形成环形装配凸起192的内端面相对。保持部202具有一圆形横截面和一中心孔204。在本实施例中，封闭件164通过无孔模铸法由一种形式为铝合金的金属材料形成，与体件162相似。这种通过模铸的成形是制备封闭件164的一个步骤。封闭件164的圆形板部190与装配凸起192之间具有与封闭件122的圆形板部140和装配凸起142之间相同的尺寸关系，在此省去详细的描述。
在本实施例中，体件162按照无孔模铸的方法形成。下面描述利用图4所示的无孔模铸法和图5A示出的无孔模铸装置制造体件162的工艺。
用于本发明的无孔模铸装置包括一对模具半体216和218，它们装在装置(未示出)的主体上，还包括一对滑动模芯220和222(在图4中以双点划线示出)，它们在两模具半体216和218内，使得滑动模芯220和222可相对于模具半体220和222滑动。两模具半体216和218分别具有模面234和236，它们与滑动模芯220和222的外周边面相配合，在其间限定一模腔224，该模腔的轮廓遵循体件162的轮廓。将一种熔化的铝合金引入模腔124，以成形一体件162。模具半体216是固定的，而模具半体218可相对于固定的模具半体216移动。两模具半体216和218的接触面限定了一个分型面229(图6)，在该平面上，两模具半体216和218相邻，并由一种适当的移动装置(未示出)彼此隔开，从而使可动的模具半体218向着或远离固定的模具半体216移动。
如图6所示，分型面229包括坯料160的中心线，该中心线穿过大致圆筒状的头部170的中心，并平行于臂部186和188从接合部166的基部184上延伸出的方向。如上所述，两个模具半体216和218分别具有模面234和236，它们与滑动模芯220和222的外周边面配合，在其间限定一模腔224，该模腔的轮廓遵循体件162的轮廓。滑动模芯220和222设置在由两模具半体216和218构成的铸模中，滑动模芯220和222借助于一个适当的驱动装置(未示出)进入铸模或从铸模中抽出。在图4中以双点划线表示的滑动模芯220和222可在平行于圆筒状头部170的中心线的方向和垂直于上述隔离方向上运动。驱动滑动模芯220和222的驱动装置例如包括液压缸。各滑动模芯220和222可在一前进位置和一抽回位置之间移动，在所述前进位置，各滑动模芯220和222的外周边表面与两模具半体216和218的模面234和236配合，以限定模腔224，在抽回位置，各滑动模芯220和222的前端部位于铸模的外侧。各滑动模芯220和222的前端部轮廓给出了头部170的内周边表面。各滑动模芯220和222的外周边表面分成两部分，即，一个直径对应于头部170的大直径部分174的大直径部分242和一个直径对应于头部170的小直径部分176的小直径部分244。
如图5A-5C所示，模腔224的下端保持通过一浇道270与一套筒276连通。套筒276设置有一个O2入口272和一熔融金属入口274。浇道270具有一浇口(未示出)，该浇口设置在其两相对的开口端中在模腔224的一侧上的一个端上。该浇口的直径小于浇道270的另一部分。浇道70的另一开口端保持与套筒276连通。套筒276上提供O2入口272，该入口比熔融金属入口274离铸模近。O2入口272经一O2给给通道278选择性地与一O2供给装置或一O2提供源(未示出)连通或断开。通过熔融简述入口274将一种熔融金属(在本发明中为一种熔融铝合金)注入套筒276。套筒276是一个圆筒件，它穿过模具半体216，其两相对端中远离模腔224的那一端位于铸模外。O2入口272和熔融金属入口274设置在套筒276的上述位于铸模外的一端部。在一柱塞280的一端形成一个柱塞头282，其直径大于柱塞280，该柱塞头可滑动地装配在套筒276内。柱塞280固定于一柱塞驱动装置的一活塞上，该柱塞驱动装置的形式为一液压缸(未示出)，柱塞280可与活塞一起运动。上述铸模移动装置、一个柱塞头282、滑动模芯驱动装置和包括柱塞驱动装置在内的铸模驱动装置由一控制装置(未示出)控制。当柱塞头282处于图5A所示的抽回位置时，熔融金属入口274开启，使熔融金属能够流入套筒276。
当柱塞头282处于图5A所示的抽回位置时，两模具半体216和218在分型面229上靠在一起，因此，抑制了代模具半体216和218的相对运动。在这种状态下，各滑动模芯220和222进入两模具半体216和218内，这时，模具半体216、218和滑动模芯220、222等待着熔融金属的浇入。接着，柱塞头282前进，经过熔融金属入口274，在到达O2入口272之前停止在一个前进位置上，如图5B所示，因此，抑制住形成于铸模内的模腔224与大气相通。在这种状态下，经O2入口272将一种氧气充入模腔224作为反应气体。即，用氧气来替换模腔中的大气。然后，在通过氧气入口272将氧气提供到套筒276的情况下将柱塞头282抽回，如图5C所示。在这种状态下，经熔融金属入口274将熔融金属引入套筒276。接着，使柱塞头282向铸模高速移动，使熔融金属在套筒276中的含量提高，并将熔融金属引入浇道270，然后通过设置在浇道270的另一端的狭窄的浇口注入模腔224。模腔224中的氧气与铝反应，模腔224缺氧时处于真空状态，以防止空气，特别是氮进入熔融金属。这样，熔融金属很容易流过模腔224，模腔224由两模具半体216、218的模面234、236以及滑动模芯220、222的外周边表面所限定并位于它们之间，它具有相应于头部170的小圆筒壁厚的小的径向尺寸。各滑动模芯220和222的外周边表面给出了头部170的内周边表面，而滑动模芯220和222的前端给出了头部170的内底面。包含在由无孔铸模法成形的体件162中的材料中的气体量在常态下，即，一个大气压和室温下不大于3cc／100g。
由于熔融金属以一种细雾的状态通过狭窄的浇口流入模腔224所以，熔融金属在与氧反应之后迅速冷却，因此，固化后的体件162具有一淬火层，该层具有较大的厚度。以通常的模铸法形成的淬火层的厚度一般大约为20μm，而由本无孔模铸法形成的淬火层的厚度在40至50μm的范围内。淬火层的特征在于初结晶或α相(先共晶的)以及共晶硅之间的相对的结晶率的不连续变化。由于淬火层的强度和硬度值都很高，所以，淬火层作为体件162的表面部分的存在对于提高头部170的强度同时减小其壁厚是有效的。
在将熔融金属浇注到模腔224之后的一定时间后，将可动模具半体218与固定模具半体216分开，并将滑动模220和222抽出成形的头部170。然后，将成形的体件162从固定模具半体218中取出。
类似于体件162，用无孔模铸法成形各封闭件164，使得包含在各封闭件164中的气体量在常态下，即一个大气压和室温下不高于3cc／100g。
如图3所示，将各封闭件164装入空心头部170的一端，使得封闭件164的环形装配凸起192与头部170的内周边面172的大直径部分174接合。将封闭件164插入空心头部170，使得封闭件164的肩部保持与头部170的环形端面180接触，并使头部170的肩部178保持与封闭件164的装配凸起192的环形端面196接触。在本实施例中，由于体件162和各封闭件都由模铸法成形，并都有很高的尺寸精度，所以，不必先进行机械加工，例如切削加工和磨削加工等，就可以将封闭件164装入体件162，这导致了单头活塞14的坯料160的制造成本的减低。
在封闭件164已经装入体件162的状态下，保持头部170的环形端面180与封闭件164的肩部194彼此接触，并通过作为一种束焊接的电子束焊接将端面180与肩部194焊接在一起。这样，端面180和肩部194就提供了焊接面。这是将体件162与封闭件焊接在一起的步骤，后面将会详细地描述这一步骤。一台电子束焊接机的电子束发射装置(未示出)向由上述保持接触的焊接面的相应的周边部分发射电子束。如图3中以双点划线示出的，将一个带有可以装到保持部202上的装配孔的夹具250施加到两封闭件164中的每一个上，使得封闭件164压靠在相应的头部170上。这样，夹具250将体件162和两封闭件164夹在其间。在这种状态下，用一个旋转装置(未示出)通过夹具250使体件162与封闭件164一起旋转，同时使在图3中以双点划线表示的电子束向焊接线发射。这样，由焊接束形成的束点沿着坯料160的周边方向在上述焊接线上移动，使得体件162和封闭件164上围绕着焊接线的相应部位内焊接在一起，这就是说，封闭件164连接于体件162上。由于夹具250防止封闭件164装入体件162，从而在各端面180与相应的肩部194之间留出一较大的空间，所以，体件162和封闭件164可以精确地焊接在一起。在该实施例中，在一真空空间中发射焊接束。
如图7所示，由电子束发射装置发出的电子束分成两束，各束在焊接线上的不同位置上形成一焊接点。当体件162和封闭件164旋转时，两电子束中的每一个以一预定的速度在沿体件162的周边方向延伸的焊接线上移动。当两束中的每一个在焊接线上移动时，各束反复地旋转，描绘出一锥形表面，这样，由各束形成的束点的运动描绘出图8所示的轨迹。可以将各电子束的这种旋转作为电子束相对于焊接线摆动的一个例子。在本实施例中，两电子束中的每一个由电子束发射器发出的单一的电子束分成两束电子束，形成移动的束点，同时，坯料16沿着焊接线旋转360度，描绘出图8所示的轨迹，直到束点绕坯料160的周边作一次完全的旋转。由于两分叉的电子束中的每一束所形成的束点沿着焊接线移动，以描绘出图8所示的轨迹，所以，焊接线上的各点暴露于各分叉束两或多次。此外，由于焊接线上各点首先暴露于分叉成的两束中的第一束，然后暴露于另一束，所以，焊接线上的各点两次或多次暴露于由电子束发射器发射出的电子束。即，由电子束发射器发射的电子束两次或多次施加于焊接线上的各点。
在所述焊接步骤中，体件162与封闭件164焊接在一起，两件162和164上的相应焊接部位熔合并连接在一起，包含在这些焊接部位中的气体材料加热膨胀后排入大气。这样，在焊珠中出现了气孔。在本实施例中，通过上述无孔法制造体件162和封闭件164，因此，包含在两件162和164的材料中的气体量很低。所以，包含在焊珠中的气孔也很少。此外，由于如上所述，电子束两次或多次由电子束发射器发射到焊接线上的各点上，所以，在各点第一次暴露于焊接束时在焊珠中形成的气孔在第二次暴露时由于该焊珠熔化而被封闭。因此，在焊珠中形成的气孔量也减少了。在本实施例中，分叉而成的两电子束的强度相等。根据各电子束的强度确定各电子束移动的速度(即，旋转装置使坯料160旋转的速度)，使其适合于恰当地熔化体件162和封闭件164的相应的焊接部位。此外，由两焊接束形成的各点之间的距离确定为这样的一个值，其保证在由两焊接束中的每一个熔化的件162和164的相应焊接部位固化到一个适当的程度之后，向焊接部位施加另一焊接束，以消除气孔。
在如上所述将两封闭件164固定地装配在体件162的相应的开口部位之后，对分别给出两活塞14的头部72的空心头部170和封闭件164的外周边表面进行机加工。这种机加工在车床上进行，由夹具将坯料160保持在封闭件164的保持部位202，使坯料与接合中心孔204的两中心对正，并利用一旋转装置(即，一旋转驱动装置)通过夹具带动坯料160(即，由体件162与装配在体件162中的封闭件164构成的组件)旋转。
然后，对体件162和封闭件164的空心头部170的外周边面涂覆一种适当的材料，例如一层聚四氟乙烯。再对坯料160进行机加工，从封闭件164的外端面200上切除保持部位202，并对空心头部170和封闭件的涂覆过的外周边表面进行不对中的磨削加工，以形成提供两活塞14的头部72的两部分。在下一步骤中，对双接合部168的两桥部182进行切削加工，以形成接收活塞14的导向块76的凹入部分114(在图3中以双点划线示出)。这样，就在双接合部168上形成了两活塞14的接合部70。最后，对双接合部168的轴向中心部位进行切割加工，以将坯料160切成两块，从而提供两个单头活塞14。
在本实施例中，在头部170和封闭件164的相应的焊接部位中只有少量的气孔，因此，各头部170和对应的封闭件164的连接强度得到了改善。这样就可得到既满足连接强度又适合于实际应用的活塞14。
在本实施例中，体件162通过使用模铸装置模铸而成，模铸装置包括两个模具半体216和218以及滑动模芯220和222，其中的模铸体件162的内周边表面172和头部170的内周边表面246无需进行机加工，于是降低了体件162的制造成本。但是，可以不用滑动模芯。
同时，也可以用锻铸法制造体件162。锻铸是铸造步骤的另一例。图9简要地示出一个用于锻铸法的装置。该装置包括一对可以开启和关闭的模具300、302，该对模具互相配合，限定一个形状对应于体件162的内腔。该锻铸装置还包括一个压件308，其可在两模具开启和关闭的方向上移动。更具体地说，一个驱动装置(未示出)驱动压件308移动到一进入腔306的前进位置和一从腔306抽回的抽回位置。在将全或半熔化的金属(即，一种铝合金)浇入腔306之后，使压件308前进，从而对熔融金属施加高压(30至20Mpa)，该高压提供到整个腔306中。于是，熔融金属在高压下固化。封闭件164也可以用锻铸法制造。还可以用锻铸法制造体件162和封闭件164，使包含在件162和164中的材料中的气体量很少，即，常态下(一个大气压和室温下)不高于每100g材料5cc。因此，体件162和封闭件164的相应的焊接部位中只包含少量的气孔，这导致了连接强度的改善。
体件162的内周边表面可以是简单的圆筒面。在这种情况下，封闭件162的装配凸起装入体件162的内周边表面至这样的一个程度或深度，使得体件162和封闭件164的肩部194保持彼此相邻。
可以改进分叉而形成的两电子束，使其具有不同的强度。例如，在焊接线上形成后续束点的两电子束的第二束的强度可以大于形成在先的束点的第一束的强度。在这种青况下，第一束熔化焊接部位到使气孔消除的程度，而较强的第二束适当地熔化焊接部位。于是，最后的产品中只有少量的气孔。
两电子束的摆动可以通过使各束沿着焊接线呈之字形运动、各束在焊接线上往复运动或之字形运动和往复运动的接合而产生。也可以仅仅使两电子束中的一束摆动，而另一束只沿着焊接线移动，或者也可以使两束都只是沿着焊接线移动。进而，还可以只使用一个单独的电子束，在焊接线上形成一个单独的束点，并在焊接线的各点上移动两次或多次。在后一种情况下，可以使单独的束只是沿着焊接线移动或沿着该线摆动。
在图1至8所示的实施例中，坯料相对于分叉的两电子束中的每一束旋转，使得各束在坯料160的周边方向上移动。然而，也可以使电子束发射器或由电子束形成的束点相对于坯料160旋转。
图10至14示出本发明的第三实施例。可以采用作为第三实施例的压缩机活塞制造方法来制造一个用于图1所示的斜盘型压缩机的单头活塞。因此，采用图1至8中所用的相同的编号来表示第三实施例中对应的部件，并省略了对这些部件的描述。
如图10所示，用于制造一单头活塞的坯料400与坯料160相似，是一个包括两个连接着的部分的双件，这两个连接部分对应于两个单头活塞。这就是说，坯料400包括一个体件402和两个作为正好封闭相应的体件402的开口端的盖件的封闭件404。与体件162相似，体件402包括两个接合部416和两个空心圆筒头部420，各接合部包括一对臂部410和412以及一个连接在两臂部410与412之间的连接部414，各空心圆筒头部的两相对端中的一端开口，另一端封闭，封闭端与对应的接合部416的臂部412一体。该体件402的两接合部416连接成一体，两头部420的相应的开口端向相反的方向开口，因此，两头部420彼此同心。各头部420具有一个简单圆筒状的内周边表面422。各封闭件404与各封闭件164相似，具有一个阶梯状的圆筒形，包括一个圆筒形底壁和一个可装入相应的头部420的内圆筒面422的小直径部430。封闭件404具有一个与小直径部分430相对的端面432，一个凸起从该端面的中心凸出。如图12所示，凸起434包括两个从凸起434的中部向相反方向伸出的耳部436，各耳部具有一个大致矩形的横截面。
在本实施例中，体件402和两封闭件404均由一种铝合金作为一种金属在一个铸造步骤中通过上述无孔法或锻铸法形成。因此，包含在体件402和封闭件404中的气体量在常态，即，一个大气压和室温下不高于每100g5cc。由于前面已经详细描述了无孔法和锻铸法，在此就省去了对其所作的描述。
通过焊接将这样成的体件402和封闭件404连接在一起。在各封闭件404与对应的头部420同轴定位的状态下，将各封闭件404的小直径部分430插入头部420的开口端，从而使小直径部分430装入头部420的内周边表面422。于是，封闭件404将头部420的开口端封闭，并使头部420的一端面440保持与从封闭件404的小直径部430沿径向向外伸出的肩部444接触。在这种状态下，通过作为一种束焊接的电子束焊接接将头部420和封闭件404连接在一起。在此焊接步骤中，头部420的端部和封闭件404的肩部444提供彼此接触并连接的焊接面。下面将详细描述焊接步骤。如图10所示，各封闭件404的凸起434的中心具有一个预先成形出的中心孔450。
如图11所示，相对地移动一对对中件452和454，并将它们与两封闭件404上相应的对中孔450接合。于是，坯料400在其两相对端由这两个对中件452和454支撑。可以用一个移动装置(未示出)沿坯料400的轴向移动对中件452和454。然而，在本实施例中，只是将两对中件452或454中的一个向另一个固定的对中件移动。在对中状态下，将一个旋转装置(或一个旋转驱动装置，未示出)的力矩传递件456定位在一个封闭件404的两耳部436中的一个的一侧面附近，如图12所示。当旋转装置运转时，由于件456与耳部436的接合，在图12中以箭头示出的力矩传递件456的力矩的旋转传递到封闭件404和体件402。然后，一台电子束焊接机的电子束发射器460(在图11中简要地示出)向焊接线462发射作为焊接束的一种的电子束(在图11和12中以虚线示出)，焊接线462沿着上述焊接面(即，端面404和肩部444)在坯料400的周边方向上延伸。在两对中件452和454夹住并保持着体件402和两封闭件404的状态下，用旋转装置使两封闭件404和体件402旋转，同时向焊接线462发射电子束，因此，由电子束形成的焊接点在焊接线462上沿坯料400的周边方向形成。结果，在焊接面附近的件402和404的相应部位熔化，使件402和404连接在一起。由于对中件452和454有效地防止了封闭件404离开体件402移动，并使封闭件404及体件402相对于电子束发射器460精确地定位，所以，件402和404很好地焊接在一起。本发明中所用的电子束焊接在真空下进行。对中件移动装置、旋转装置和包括束发射器460在内的电子束焊接机都由一控制装置(未示出)控制。
在本实施例中，由于电子束所形成的束点围绕着坯料400沿着焊接线462移动多次，所以，焊接线462上的各点多次暴露于焊接束。图13列出用于本实施例的一预定的焊接条件。在本实施例中，焊接线462上的各点五次暴露于电子束(换句话说，由电子束所形成的焊接点围绕着坯料400移动五次)，在这五次中，发射电子束的电流大小保持不变。焊接线462上的各点也以如下的方式暴露于电子束，即，在第二至第四次中，每下一次电子束移动的速度(即，旋转装置使坯料400旋转的速度)高于每前一次电子束移动的速度，在倒数第二次的速度等于最后一次的速度。更具体地说，用于发射电子束的电流的大小保持在50mA，对旋转装置进行控制，使电子束的移动速度选择在第一次为5m／mim，第二次为7m／mim，第三次为9m／mim，第四次为11m／mim，最后一次(第五次)为11m／mim。
在本实施例中，也采用无孔膜铸法或锻铸法来减小包含在体件402和封闭件404中的气体，并形成只包含少量气孔的焊珠。此外，由于如上所述，焊接线462的各点多次暴露于电子束，所以，在所述多次中的前次的焊珠中形成的气孔在所述多次中的下次暴露于电子束时被熔化，因此被封闭。于是，留在焊珠中的气孔量进一步减少。特别是，在本发明的焊接步骤中，电子殊移动速度受到控制或改变，因此，如图14所示，在第二至第四次中各下次中的电子束所熔化并连接在一起的体件402和各封闭件404上的相应部位Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ小于在第一至第三次中先于所述各下次的各前次的电子束所熔化并连接在一起的体件402和各封闭件404上的相应部位Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。因此，在第二至第四次的每一次中，电子束并不熔化件402和404上的任何新的部位。于是，图13所示的焊接条件保证了，既使考虑了与熔化有关的误差，在第二至第四次的各下次中由电子束熔化的体件402和各封闭件404上的相应部位Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ都包含在在先于所述各下次的第一至第三次中的各前次中由电子束所熔化的体件402和各封闭件404的相应部位Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中。在第二至第四次中的各下次中，没有新的气孔从包含在件402和404中的材料中的气体中产生，而在各前次中产生的气孔被有效地封闭。因此，体件402和封闭件404连接在一起后的强度得到了改善。
在第四和第五次中，电子束的移动速度保持不变。因此，在第五次中由电子束熔化的体件402和各封闭件404上的相应部位Ⅴ与在第四次中由电子束所熔化的体件402和各封闭件404上的相应部位Ⅳ一致。然而，在第五次中电子束的移动速度可以变得高于第四次。在这种情况下，在第五次中由电子束所熔化的体件402和各封闭件404上的相应部位Ⅴ小于在第四次中由电子束所熔化的体件402和各封闭件404上的相应部位。然而，在如图14所示的情况下，即，在从第一到第四次的各次中，由电子束所熔化的体件402和各封闭件404的相应部位逐渐减小的情况下，如果在焊接线462上的各点暴露于电子束的总次数增加，则在第一次中熔化的和在最后一次中熔化的体件402和各封闭件404上的相应部位之间的差就会增大。另一方面，如果在每次熔化的体件402和各封闭件404上的相应部位变得太小，则可以说暴露于电子束是无效的。为了避免这一问题，需要使在第一次中熔化的体件402和各封闭件404的相应部位非常大。就这点而言，希望在多次中的一部分中熔化的体件402和各封闭件404上的相应的部位保持不变。因此，在本实施例中，预定图13所列出的焊接条件，以保证体件402和各封闭件404上在第五次中被电子束所熔化的相应部位V与在第四次中被电子束所熔化的相应部位Ⅳ一致。更具体地说，控制电子束的移动速度，使其在第四次中与在第五次中保持不变。这样，既使在相继的两次中可以保持相同的速度，在两次中后一次中由电子束所熔化的体件402和各封闭件404上的相应部位也可以与在两次中的前次中由电子束所熔化的相应部位一致。然而，在一种特殊的情况下，即，在体件402和各封闭件404上在第二次中由焊接束所熔化的相应部位大于在第一次中由电子束所熔化的相应部位的情况下，由于通过第一次暴露于焊接束已经使体件402和各封闭件404的温度大大地高于室温，所以，体件402和封闭件404的温度达到一种恒定的状态，只有很小的增加。因此，在本发明的第四次和第五次中，温度的改变是如此之小，既使电子束的移动速度可以保持恒定，体件402和各封闭件404上在第五次中由电子束所熔化的相应部位Ⅴ也基本上与在第四次中熔化的部位Ⅳ一致。通过这种方式，既使在最后一次，也可以用电子束熔化体件402和各封闭件404上足够大的部位，因此，可以很好地消除气孔，使端面440和肩部444连接得很结实。
在本发明的第四实施例中，用图15所示的预定的焊接条件了替换图13所示的预定焊接条件。在该实施例中，在每次(例如五次)中电子束的运动速度都保持不变，随着次数的增加，电子束的强度逐渐减小。但是，在最后一次(第五次)中保持在倒数第二次(第四次)中所用的强度。更具体电说，在所有的五次中都将电子束的速度保持在5m／min，电子束焊接机的电子束发射器460受到控制装置的控制，使得提供给电子束发射器460的电流大小选择为第一次50mA，第二次40mA，第三次30mA，第四次和第五次20mA。因此，在本实施例中，体件402和两封闭件404焊接在一起后也只有很少量的气孔形成，与图10至14所以的第三实施例中的相似。
然而，为了提高焊接效率，最好逐渐增大电子束的速度，与第三实施例中相似。另一方面，在为降低焊接机的成本而采用一不能改变旋转夹具400的旋转速度的旋转装置(旋转驱动装置)的情况下，最好逐渐降低提供给电子束发射器460的电流，与第五实施例相似。
当焊接线462上的各点多次暴露于焊接束时，焊接束在坯料400的轴向上形成的束点的中心位置可以相对于焊接线462变化。图16所示的本发明的第五实施例与此方法有关。在第五实施例中，在四次中的第一次，作为焊接束的一种的电子束的中心位置在一垂直于线462的第一方向上，即，坯料400的轴向上偏离焊接线。在第二次，电子束的中心位置在与第一方向相反的第二方向上偏离焊接线462。第三次，电子束的中心位置位于焊接线462上。但需要说明的是，在图16中，为了便于理解，将焊接束与焊接线462的偏离量夸大了。在图16中，在第一次中由焊接束熔化的体件402和各封闭件404的相应部位用①表示；在第二次中由焊接束熔化的体件402和各封闭件404的相应部位用②表示；在第三次中由焊接束熔化的体件402和各封闭件404的相应部位用③表示；第一部位①、第二部位②及第三部位③互相重叠。这样，体件402和封闭件404上的相应焊接部位，包括作为焊接面的端面440和肩部444，这就是说，焊接线462上的各点多次(在本实施例中三次)暴露于电子束，使得焊接部位熔化多次，在第一或第二次中暴露于电子束所形成的气孔在第二或第三次暴露于电子束时被封闭或消除。
在第五实施例中，在三次中，电子束的运动速度和电流大小都保持不变。于是，第一部位“①”、第二部位“②”和第三部位“③”都具有基本上相同的宽度(即，垂直于焊接线462的第一或第二方向上的尺寸)，在坯料400径向上的深度也基本上相同。因此，很容易控制电子束焊接机。但是，在第五实施例中的焊接条件要求，在最后一次(第四次)中电子束的运动速度高于在前次(第一至第三次)中，并且／或者，提供给发射器460的电流强度小于前次。在最后一次，在电子束的中心位置位于焊接线462上的状态下，将电子束提供给坯料400。根据焊接条件，该体件402和各封闭件404上在第四(最后)次熔化的以“④”表示并在图16中以虚线包围着的相应部位小于(即，完全包含在)在先于最后一次的第一至第三次中熔化的第一部位“①”、第二部位“②”、第三部位“③”。因此，在最后一次中，电子束并不熔化件402和404上任何新的部位。所以，正如结合附图10至14所示的第三实施例所说明的，在最后一次暴露于电子束时没有新的气孔形成，而在前面各次中形成的第一至第三部位“①”、“②”、“③”中的气孔则被有效地封闭或消除。所以，连接在一起的体件402和各封闭件404的强度得到了改善。然而，也可以在第一至第三次中改变电子束运动速度和提供给发射器460的电流速度中的至少一个，使得第一至第三部位“①”、“②”、“③”精确地完全相同。
正如结合在图1至8中所示的第一实施例所说明的，焊接束可以摆动，焊接束的摆动量(或幅度)也可以变化。图17所示的第十六实施例涉及这种改进的方法。在该实施例中，沿着焊接线462移动作为焊接束的电子束，同时，沿着一锥形表面反复地旋转电子束，以反复地描绘出一个不同的锥形面，因此，由电子束形成的束点描绘出如图17所示的轨迹。这种电子束的旋转或运动被定义为按照本发明的摆动。在由电子束形成的束点沿着焊接线462的整个周边运动一圈时，焊接线462上的各点暴露于电子束多次。在本方法的焊接步骤中，电子束沿着整个焊接线462运动两圈。但是，也可以使电子束沿着整个焊接线462运动三次或多次。在本方法的焊接步骤中，在第二次中电子束反复旋转，描绘出一个以“②”表示的轨迹，其宽度(即，在垂直于焊接线462上的尺寸)小于以“①”表示的在第一次中使电子束反复旋转所形成的轨迹的宽度。在图17中，为了便于理解，夸大了第一和第二轨迹“①”、“②”。在第六实施例中所用的预定的焊接条件要求在第二次中电子束运动速度高于在第一次中，并且／或者，提供给发射器460的电流强度小于第一次。于是，体件402和各封闭件404上由第二次的电子束所熔化的相应部位的宽度和深度不大于在第一次由电子束所熔化的相应部位，因此，在第二次，电子束并不熔化件402和404上任何新的部位。
在图10至14、图15、16和17所示的第三至第六实施例中，可以采用两个分叉的电子束，它们施加于焊接线上的不同的点上，与图1至8所示的第一实施例相似。此外，电子束可以摆动。电子束的摆动可以用如下的几种方法实现。第一种方法由电子束所形成的束点描绘出一条沿着焊接线的轨迹，与图17所示的第六实施例相似；第二种方法电子束沿着焊接线运动，并呈之字形穿过焊接线；第三种方法电子束在焊接线上反复前后移动；第四种方法第一至第三种方法中的两种或几种的结合。在采用两分叉的电子束的情况下，可以只使电子束中的一束摆动，并简单地沿着焊接线移动另一束。也可以简单地沿着焊接线移动两束。
在图10至14、15、16和17所示的第三至第六实施例中，使坯料400旋转，以便在坯料400的周边方向上相对于坯料移动由电子束形成的束点。然而，可以使电子束发射器460或由电子束形成的束点相对于坯料400旋转。
可以改进上述各实施例中所采用的预定焊接条件，只要体件402和各封闭件404上每次由焊接束所熔化的相应部位都包含在到上一次为止的每前次中电子束所熔化的相应部位中即可。这就是说，焊接线上的各点暴露于电子束的总次数、电子束的移动速度、用于发射电子束的电流强度都可以改变成不同的值。此外，除了电子束的移动速度和电流强度以外的其它焊接条件也可以改变。
在图1至8所示的第一实施例中，夹具250可以用一对对中件来替换，这对对中件与坯料160的两接合部的相应的对中孔接合，与图10所示的第三实施例相似，因此，坯料160的两端被两个对中件支撑，并经一力矩传递件，在一旋转驱动装置的带动下旋转。在这种情况下，坯料160的接合部优选包括(类似于凸起434)两个整体的耳部，这两个耳部沿相反的方向从坯料接合部的一中心圆形部的外周边面上伸出，并可以与力矩传递件接合。
在上述各实施例中，在真空下使用电子束进行焊接步骤。由于在真空下空气不会因受热而膨胀，所以，不必从由封闭件164和404所封闭的体件162和402的内部空间中释放空气。所以，活塞14上不必带有任何空气释放孔。但是，活塞14上可以带有一个或几个空气释放孔。
对各封闭件164或404的结构没有特别的限定。例如，封闭件可以是一个圆盘。在图示实施例中，封闭件由模铸法制成。也可以用任何其它的方法制造封闭件，例如锻造。如果封闭件具有图示实施例中的封闭件164或404那样的简单的结构，则可以用一般的圆柱件通过机加工制造封闭件，这样制造的封闭件在市场上有售。
可以借助于激光束将封闭件164或404焊接于体件162或402上。如果利用激光束将封闭件焊接于体件上，则包括体件和固定于体件的封闭件在内的坯料160或404无需放置在真空状态下。
可以以其它的方式建立限定用于模铸两单头活塞的坯料的铸模的两模具半体216和218的分型面。例如，该分型面可以平行于包括穿过头部170的中心并垂直于臂部186和188从基部184上伸出的方向的坯料160的中线在内的一平面。在这种情况下，分型面穿过接合部的一部分，该部分在垂直于臂部186和188的延伸方向上测量具有最大的尺寸。
在所示实施例中，由单一坯料生产两件单头活塞，其中，两个接合部相互连接。然而，两个头部或一个头部和一个接合部互相连接以提供生产两件活塞的坯料。在由单件坯料生产两件活塞的所示实施例可有效地减少模铸活塞的费用。然而，由单件坯料也可生产单个活塞。
在所示实施例中所生产的活塞中，接合部与头部成整体，封闭件封闭头部敞开端，头部与接合部对置。坯料也可另外形成。例如，接合部与用于驱动斜盘形式的驱动件的驱动装置接合，它可通过压铸如无孔模铸或锻铸方法，与封闭件整体形成。所形成的接合部可焊接到空心头部，该头部通过无孔模铸或锻铸方法，与接合部分开形成，头部的敞开端由与接合部整体形成的封闭件封闭。
在图示实施例中，体件和封闭件由铝合金形成。然而，也可以用其它材料，例如镁合金制成这些件。
采用了活塞14的斜盘型压缩机的结构不限于图1所示。例如，电磁控制阀90并不是必不可少的，压缩机中可以采用一截流阀，这种阀根据曲柄箱86和排气室24中的压差机械地开启和关闭。还可以在泄流通道100中设置一个类似于控制阀90的电磁控制阀来代替或辅助电磁控制阀90。一种替代的形式是，可以提供一个截流阀，其根据曲柄箱86和吸气室22中的压差来机械地开启和关闭。
本发明同样适用于例如，一斜盘的倾斜角度固定的固定容积型斜盘型压缩机的活塞，以及一种在接合部的相对侧具有两个头部的双头活塞。而且，本发明适用于不同类型压缩机，例如波轮型压缩机的活塞。
虽然上面描述了本发明的一些优选实施例，但这仅仅是为了说明的目的，应该理解，本技术领域的普通技术人员可能做出各种具体变异和改进，例如本发明的概述中描述了的那些。
权利要求
1，一种制造压缩机活塞(14)的方法，其包括如下步骤将一种熔融材料浇入一模具(216、218；300、302)中，以成形一空心圆筒状活塞头部(72)，该头部的两相对端中的一端开口，另一端封闭，使得包含在头部的材料中的气体的量不多于每100g材料5cc；用一封闭件(122)封闭头部的开口端；通过多次向一焊接线上的许多点中的每一个发射焊接束，将头部与封闭件焊接在一起，头部与封闭件沿着所述焊接线彼此接触。
2，一种如权利要求1的方法，其中浇铸熔融材料的步骤包括用一种无孔模铸法浇铸所述熔融材料。
3，如权利要求1的方法，其中浇铸熔融材料的步骤包括以一种锻铸法浇铸该熔融材料。
4，如权利要求1-3中任一项的方法，其中将头部与封闭件焊接在一起的步骤包括以下述方式将头部与封闭件焊接在一起，即，在向焊接线上的所述各点发射许多焊接束中的每一个焊接束的同时，使所述各焊接束或者由头部和封闭件构成的组合这二者中至少一个相对于另一个移动，从而使所述各点暴露于所述各焊接束。
5，如权利要求4的方法，其中发射各焊接束的步骤包括使焊接束中的至少一个相对于焊接线摆动，同时相对于所述组合移动所述一个焊接束。
6，如权利要求5的方法，其中使所述焊接束摆动的步骤包括使所述焊接束旋转，以描绘出一锥形表面。
7，如权利要求1-3中任一项的方法，其中将头部与封闭件焊接在一起的步骤包括以如下的方式将头部与封闭件焊接在一起，即，向焊接线上的每一个点发射至少一条焊接束，同时使一条焊接束与头部和封闭件的组合中的至少一个相对于另一个移动，从而使各点多次暴露于所述一条焊接束。
8，如权利要求7的方法，其中发射所述一条焊接束的步骤包括使所述一条焊接束相对于焊接线摆动，同时相对于所述组合移动所述一条焊接束。
9，如权利要求1的方法，其中将头部与封闭件焊接在一起的步骤包括在一预定焊接条件下将头部与封闭件焊接在一起，该预定的焊接条件保证由所述若干次中最后一次焊接束所熔化的头部和封闭件的相应部位包含在由在最后一次之前的每次所熔化的头部与封闭件的相应部位的总和中。
10，如权利要求9的方法，其中所述预定的焊接条件保证在所述许多次中的各后次焊接束所熔化的头部和封闭件的相应的部位包含在在所述各后次之前的每次焊接束所熔化的头部和封闭件的相应部位中。
11，如权利要求9的方法，其中预定的焊接条件保证由所述最后一次焊接束所熔化的头部和封闭件的相应部位包含在由所述最后一次之前的所述许多次中的第一次的焊接束所熔化的头部和封闭件的相应部位中。
12，如权利要求9的方法，其中将头部与封闭件焊接在一起的步骤包括向焊接线上的各点发射至少三次焊接束，其中包括至少一次在第一次与最后一次之间，所述预定的焊接条件保证由每个所述至少一次中的焊接束所熔化的头部和封闭件的相应部位包含在由所述第一次中的焊接束所熔化的头部和封闭件的相应部位中。
13，如权利要求9的方法，其中所述预定的焊接条件保证由所述最后一次焊接束所熔化的头部和封闭件的相应部位与由所述最后一次之前的许多次中的至少一次的焊接束所熔合的头部和封闭件的相应部位一致。
14，如权利要求9的方法，其中预定的焊接条件包括焊接束和头部与封闭件的组合中的任何一个相对于另一个在最后一次的移动速度等于在最后一次之前的许多次中至少一次的移动塞度，最后一次焊接束发射的强度等于至少一次焊接束发射的强度。
15，如权利要求9的方法，其中预定的焊接条件保证在所述许多次中的各后次焊接束所熔化的头部和封闭件的相应的部位包含在在所述各后次之前的每次焊接束所熔化的头部和封闭件的相应部位中，预定的焊接条件包括下面的(a)和(b)中至少一个，(a)焊接束和头部与封闭件的组合中至少一个相对于另一个的移动速度在所述各下次中低于在所述各前次中，(b)在所述各下次中发射的焊接束的强度高于在所述各前次中的。
16，如权利要求9至15中任一项的方法，其中预定的焊接条件保证由许多次中的各后次的焊接束所熔化的头部和封闭件的相应部位包含在由先于各后次的许多次中的各前次的焊接束所熔化的头部和封闭件的相应部位中，预定的焊接条件包括在各后次中焊接束相对于焊接线的摆动量小于在各前次中焊接束相对于焊接线的摆动量。
全文摘要
一种制造压缩机活塞(14)的方法,包括如下步骤:将一种熔融材料浇入一模具(216、218;300、302)中,形成一端开口另一端封闭的空心圆筒状活塞头部(72),使包含在所述头部材料中的气体量不高于每100g材料5cc,用一封闭件(22)封闭头部的开口端,通过向头部与封闭件彼此接触的焊接线上的各点多次发射焊接束将头部与封闭件焊接在一起。
文档编号B22D17/00GK1290814SQ0013385
公开日2001年4月11日 申请日期2000年9月20日 优先权日1999年9月21日
发明者加藤崇行, 片山诚二 申请人:株式会社丰田自动织机制作所