专利名称：用于旋转斜盘式压缩机的活塞空心头部的形成方法
技术领域：
本发明是基于1999年8月25日提交的日本专利申请No.11-238547的，在此中包含并参考该申请的内容。
本发明涉及一种通过将一封闭部件焊接在一至少两端中的一端开口的中空圆柱形部件上，从而封闭该中空圆柱形部件的开口端，而形成用于旋转斜盘式压缩机的活塞的空心头部的方法。
在具有一绕其轴线转动的旋转驱动轴、一由该驱动轴可转动地支撑的旋转斜盘、和每个都包括一可滑动地装入压缩机汽缸体上形成的汽缸孔内的头部和一可滑动地啮合该旋转斜盘的颈部的一组活塞的旋转斜盘式压缩机中，活塞通过与驱动轴一起转动的旋转斜盘的转动而往复运动。在这种情况下，希望活塞的重量减小，特别是当安装在一旋转斜盘相对于垂直驱动轴线的方向的倾斜角度变化的变容型旋转斜盘式压缩机中时，以及当安装在一旋转斜盘的倾斜角度固定的定容型旋转斜盘式压缩机中时。在试图减小活塞重量的努力中，已经提出制造具有空心头部的活塞。活塞的空心头部通过将一封闭部件焊接在一至少两端中的一端开口的中空圆柱形部件上，从而封闭该中空圆柱形部件的开口端而制成。封闭部件通过束能焊比如电子束焊或激光束焊而固定到该中空圆柱形部件上。
在将封闭部件焊接到中空圆柱形部件上，从而封闭其开口端而形成活塞的空心头部的过程中，焊接能束通常沿平行于该两部件内、外圆周面之间的界面(焊接表面)的方向照射在该两部件上，其中这些圆周面互相邻近或保持接触，从而这两个部件在这些圆周面处通过照射在那里的焊接能束而互相连接在一起。互相接近或紧密接触的两部件的圆周面必须这样制成，以致于沿依赖于焊接条件的特定方向延伸，使得焊接能束沿平行于该界面的方向照射在该圆周面上。换句话说，形成能使这些表面之间的界面沿为了提高活塞的机械强度或耐用性并降低制造成本的目的所希望或适合的方向延伸的圆周表面是相当困难的。此外，上述方法可能会不希望地导致界面处焊接强度的变化。
本发明是根据上述的背景技术作出的。本发明的一个目的是提供一种形成用于旋转斜盘式压缩机的活塞的空心头部的方法，该方法保证了中空圆柱形部件和封闭部件的圆周面延伸方向的高自由度，同时避免了界面处焊接强度的变化。
上述目的可根据本发明的下述形式或模式之一而实现，为易于理解本发明，每种形式都类似所附的权利要求编号且从属于其他的形式，以适于指示和阐明本发明的技术特征的可能组合。应当理解的是，本发明不限于下述的技术特征及其组合。还应当理解的是，与其他技术特征结合的下述任何技术特征可以是本发明的主题，与那些其他技术特征无关。
(1)一种形成用于旋转斜盘式压缩机的活塞的空心头部的方法，包含步骤将一封闭部件固定到一至少在两端的一端开口的中空圆柱形部件上，从而封闭该中空圆柱形部件的开口端；且给该封闭部件和中空圆柱形部件的焊接表面施加一个焊接能束，其中该焊接表面互相邻近或接触，从而封闭部件和中空圆柱形部件在焊接表面处互相连接，其特征在于焊接能束沿与该焊接表面相交的方向照射在封闭部件和中空圆柱形部件的焊接表面上。
在根据本发明的上述形式(1)的方法中，该中空圆柱形部件可在其两端的一端或两端开口。在试图最小化中空圆柱形部件和封闭部件通过焊接而互相连接的焊接部分的努力中，可推荐的是该中空圆柱形部件仅在其两端的一端开口。在这种情况下，该中空圆柱形部件可在对应制成的活塞端面的一侧开口，其中该端面部分地确定压缩机内的加压室。作为选择，该端面可在远离活塞端面的另一侧开口。当活塞包括一装入在压缩机的汽缸体内形成的对应汽缸孔内的头部和一通过一对滑块滑动地啮合旋转斜盘的径向外部的颈部时，该中空圆柱形部件可与颈部整体制成，且可由一封闭部件在其远离颈部且对应活塞端面的开口端封闭，其中活塞端面与汽缸孔相配合而确定加压室。作为选择，该中空圆柱形部件可由与颈部整体制成的封闭部件在其开口端封闭。
当该两部件在其互相邻近或接触的焊接表面处通过焊接而固定在一起时，激光束通常沿平行于焊接表面的界面的方向照射在该两部件上。如在下面给出的优选实施例的详细描述中所述，用激光束沿上述平行于焊接表面的界面的方向照射这两个部件可能困难，特别是因为在用于产生焊接能束的装置和位于能束产生装置附近的任何其他装置(比如用于固定和转动该中空圆柱形部件和封闭部件的组件的装置)之间可能的干涉。而且，如果激光束的位置从焊接表面的界面的径向位置沿径向方向向内或向外偏移，那么这两个部件在焊接表面处的连接强度可能会发生不希望地变化。相反，激光束沿与焊接表面相交的方向照射在焊接表面上的本发明的方法消除了上述的一般遇到的问题。
(2)根据上述形式(1)的一种方法，该封闭部件装入该中空圆柱形部件的开口端，从而封闭部件的外圆周面和中空圆柱形部件的内圆周面互相啮合，作为焊接表面。
(3)根据上述形式(1)的一种方法，该中空圆柱形部件包括一大直径部分，该大直径部分具有大于其他部分的内径，该大直径部分位于该中空圆柱形部件的开口端一侧，且该封闭部件包括一大直径板部分和一小直径环形突出部分，该封闭部件装入该中空圆柱形部件的开口端内，使得封闭部件的大直径板部分的外圆周面啮合中空圆柱形部件的大直径部分的内圆周面，且使得封闭部件的小直径环形突出部分的外圆周面啮合中空圆柱形部件的其他部分的内圆周面，该中空圆柱形部件的大直径部分的内圆周面和封闭部件的大直径板部分的外圆周面作为焊接表面。
在根据本发明的上述形式(3)的方法中，中空圆柱形部件的大直径部分的内圆周面可以是锥形的，或如相对于下述形式(4)所述的圆柱形。封闭部件的大直径板部分的外圆周面做成匹配中空圆柱形部件的大直径部分内圆周面的构造的形状。当中空圆柱形部件的大直径部分的内圆周面和封闭部件的大直径板部分的外圆周面是锥形时，封闭部件装入中空圆柱形部件的开口端，使得锥形的内、外圆周面互相邻接而固定。当中空圆柱形部件包括一在其大直径部分和其他部分之间形成的凸肩，且封闭部件包括一在大直径板部分和小直径环形部分之间形成的凸肩时，封闭部件装入中空圆柱形部件的开口端，使得这些凸肩互相邻接而固定。作为选择，封闭部件装入中空圆柱形部件的开口端，使得封闭部件的凸肩邻接中空圆柱形部件的环形端面而固定。
(4)根据上述形式(3)的一种方法，中空圆柱形部件的大直径部分的内圆周面和封闭部件的大直径板部分的外圆周面有恒定的直径。
(5)根据上述形式(4)的一种方法，该中空圆柱形部件包括一在大直径部分和其他部分之间形成的凸肩，而封闭部件包括一在大直径板部分和小直径环形突出部分之间形成的凸肩，当封闭部件装入中空圆柱形部件的开口端，使得中空圆柱形部件的凸肩和封闭部件的凸肩保持互相邻接时，该中空圆柱形部件的大直径部分的内圆周面和封闭部件的大直径板部分的外圆周面由焊接能束焊接在一起。
在上述方法中，通过中空圆柱形部件的凸肩和封闭部件的凸肩邻靠接触，使得这两个部件更容易互相轴向定位，封闭部件以高精度装入中空圆柱形部件的开口端内，所以这两个部件可以高精度焊接在一起。当封闭部件装入中空圆柱形部件的开口端内，而封闭部件的大直径部分的两端面中远离小直径环形突出部分的一端面作为部分确定加压室的活塞端面时，在压缩机的运行过程中作用在活塞端面上的压缩气体的压力被互相邻接的凸肩所接收，所以提高了所制活塞的空心头部端壁的机械强度。
(6)根据上述形式(4)-(5)之一的一种方法，焊接能束沿垂直于中空圆柱形部件的中心线的方向照射在焊接表面上。
虽然焊接能束可沿除90°以外的角度与中空圆柱形部件的中心线相交的方向照射在焊接表面上，但更可取的是焊接能束沿垂直于中空圆柱形部件的中心线的方向照射在焊接表面上。在这种情况下，沿电子束的入射方向测量的焊点尺寸(熔化深度或熔透焊接表面之间的界面的距离)可以减小，其中焊点尺寸是确保这两个部件之间的高焊接强度所需要的，在这方面，应当指出的是从焊接强度的观点来看径向上的焊点尺寸是重要的。
(7)根据上述形式(1)的一种方法，该封闭部件包括一大直径板部分、一小直径环形突出部分，和在两者之间形成的凸肩，且该封闭部件装入中空圆柱形部件的开口端内，使得封闭部件的凸肩邻接中空圆柱形部件的在开口端一侧的端面，封闭部件的凸肩和中空圆柱形部件的端面用作焊接表面。
当封闭部件的大直径部分的两端面中远离小直径环形突出部分的一端面作为部分地确定加压室的活塞端面时，在压缩机的运行过程中作用在活塞端面上的压缩气体的压力被互相邻接的封闭部件的凸肩和中空圆柱形部件的环形端面所接收，致使活塞的空心头部在其部分确定加压室的端壁处提高了机械强度。
通过阅读下面结合附图的关于本发明优选实施例的详细描述，本发明的上述和其他目的、特征、优点和技术及工业意义将更好理解和评价，其中
图1是一旋转斜盘式压缩机的截面正视图，该压缩机装有一活塞，该活塞具有通过本发明的方法制造的空心头部；图2是图1中所示活塞的截面正视图；图3是示出一用于制造图2的活塞的坯件在封闭件固定到坯件的本体部件之前的局部截面正视图；图4是示出该本体部件的空心头部分与该封闭件啮合而形成活塞的空心头部的截面正视图；图5是示出根据本发明的一实施例通过焊接而形成活塞的空心头部的方法的截面局部正视图；图6是示出通过焊接形成活塞的空心头部的普通方法的截面局部正视图；图7是示出根据本发明的另一实施例通过焊接形成活塞的空心头部的方法的截面局部正视图；图8是示出根据本发明的又一实施例通过焊接形成活塞的空心头部的方法的截面局部正视图；图9是示出根据本发明的还一实施例通过焊接形成活塞的空心头部的方法的截面局部正视图；图10是示出根据本发明的再一实施例通过焊接形成活塞的空心头部的方法的截面局部正视图；图11是示出另一实施例的视图。
首先参照图1和2，描述用于旋转斜盘式压缩机的活塞，该活塞根据本发明的一实施例构成。图1示出了含有一组单头活塞(在下文中简称“活塞”)的旋转斜盘式压缩机。
在图1中，参考标记10表示一有一组沿其轴线方向延伸的汽缸孔12的汽缸体，使得汽缸孔12沿一个圆排列，圆的中心位于该汽缸体的中心线上。标为14的活塞往复地容纳在各汽缸孔内。在汽缸体10的轴向相反端面之一上，(如图1所示的左端面，这将称作“前端面”)，安装一前壳体16。在另一端面上，(如图1所示的右端面，这将称作“后端面”)，穿过一阀板20安装一后壳体18。该前壳体16、后壳体18和汽缸体10相配合构成旋转斜盘式压缩机本体的壳体组件。后壳体18和阀板20相配合确定了一个吸入室22和一个排出室24，它们分别通过一入口26和一出口28连接于一冷却回路(未示出)。阀板20具有吸入口32、吸入阀34、排出口36和排出阀38。
一旋转驱动轴50位于汽缸体10和前壳体16内，使得驱动轴50的转动轴线与汽缸体10的中心线对齐。驱动轴50在其相反两端分别通过前壳体16和汽缸体10经各自的轴承支撑。汽缸体10具有在其中心部分形成的中心轴承孔56，轴承位于这个中心轴承孔内，用于在其后端部分支撑驱动轴50。驱动轴50的前端部分穿过前壳体16的中心部分延伸，使得驱动轴50的前端位于前壳体16的外面，以便驱动轴50连接于驱动动力源(未示出)。旋转驱动轴50带动一旋转斜盘60，使得旋转斜盘60可轴向移动且可相对于驱动轴50倾斜。旋转斜盘60安装在驱动轴50上，从而驱动轴50穿过在旋转斜盘60的中心部分形成的中心安装孔61。旋转斜盘60的中心安装孔61的直径沿着从其轴向中间部分朝轴向相反两端的轴向相反方向逐渐增加。在驱动轴50上，固定一转动部件62，该转动部件通过一推力轴承66与前壳体16啮合。在驱动轴50的转动过程中，旋转斜盘60通过一铰链机构与驱动轴50一起转动。铰链机构64引导旋转斜盘60的轴向和倾斜动作。该铰链机构64包括一对固定在转动部件62上的支撑臂67、在旋转斜盘60上形成的且可与支撑臂67上形成的引导孔68滑动啮合的引导销69、旋转斜盘60的中心安装孔61，和驱动轴50的外圆周面。
上述活塞14包括一与旋转斜盘60啮合的颈部70，和一与颈部70整体形成且装配在对应的汽缸孔12内的头部72。颈部70上形成一槽74，旋转斜盘60通过一对半球形滑块76而与该槽74啮合。半球形滑块76保持在槽74内，使得滑块76在其半球形表面上滑动地啮合颈部70，且使滑块76在其平坦表面上滑动地啮合旋转斜盘60的相反表面的径向外部。现在将详细描述活塞14的构造。
旋转斜盘60的转动动作通过滑块76转换成活塞14的往复线性运动。当活塞14从其上死点运动到其下死点时，吸入室22内的冷却气通过吸入口32和吸入阀34吸入加压室79。当活塞14从其下死点运动到其上死点时，也就是，当活塞14处于压缩冲程时，加压室79内的冷却气被加压。加压的冷却气通过排出口36和排出阀38排到排出室24内。由于加压室79内冷却气的压缩，一个反作用力沿轴向方向作用在活塞14上。这种压缩反作用力通过活塞14、旋转斜盘60、转动部件62和推力轴承66被前壳体16承受。
汽缸体10具有一吸取通道80，以将排出室24和在前壳体16和汽缸体10之间确定的曲轴室86之间连通。该吸取通道80连接于一电磁操纵的控制阀90，用来控制曲轴室86内的压力。该电磁操纵的控制阀90包括一电磁线圈92和一关闭阀94，该关闭阀通过电磁线圈92的供能和去能而有选择地关闭和打开。即当电磁线圈92供能时该关闭阀94处于关闭状态，当线圈92去能时处于打开状态。
旋转驱动轴50具有一放出通道100。该放出通道100在其两端之一朝向中心轴承孔56开口，且在另一端朝向曲轴室86开口。中心轴承孔56在其底部通过一连通端口104与吸入室22连通。
如上所述通过控制电磁操纵的控制阀90，曲轴室86有选择地连接排出室24和断开排出室24，从而控制曲轴室86内的压力，以便调节旋转斜盘60相对于垂直于旋转驱动轴50的转动轴线的方向的倾斜角度，藉此控制压缩机的排出容量。因此，本发明的旋转斜盘式压缩机是变容型的。更准确地描述是，当电磁操纵的控制阀90的电磁线圈92通电时，吸取通道80封闭，从而排出室的加压的冷却气不进入曲轴室86。在这种情况下，曲轴室86内的冷却气经放出通道100和连通端口104流入吸入室22，使得曲轴室86内的压力降低，从而增加旋转斜盘60的倾斜角。由于旋转斜盘60的转动而往复运动的活塞14的往复冲程随着旋转斜盘60的倾斜角度增加而增加，从而增加了加压室79的容积变化量，藉此压缩机的排出容量增加。当电磁线圈92断电时，吸取通道80打开，使加压的冷却气从排出室24进入曲轴室86，导致曲轴室86内的压力增加，旋转斜盘60的倾斜角度减小，从而压缩机的排出容量相应减小。该电磁操纵的控制阀90的电磁线圈92由一未示出的、依赖于作用在含有本发明压缩机的空调系统的负载的控制装置来控制。该控制装置主要由一计算机构成。
汽缸体10和每个活塞14都是由铝合金制成的。活塞14在其外圆周面上涂敷有氟树脂膜，防止活塞14的铝合金与汽缸体10的铝合金直接接触，而使它们之间卡住，且可以使活塞14和汽缸孔12之间的间隙最小。汽缸体10和活塞14也可由过共晶铝硅合金制成。其他的材料也可用于汽缸体10、活塞14和涂膜。
下面将描述活塞14的构造。
活塞14的颈部70的端部，它远离头部72，有一U形截面，如图2所示。该端部的U形的两个相对侧壁有各自的互相相对的凹槽110。每一凹槽110由该侧壁的部分球形内表面所确定。上述的该对滑块76在旋转斜盘60的径向外部接触其相对表面，且被容纳在各自的部分球形凹槽110内。因此，颈部70通过滑块76可滑动地啮合旋转斜盘60。在该实施例中，颈部70构成一啮合旋转斜盘60形式的驱动部件的啮合部分。
活塞14的头部72与颈部70整体制成，且包括一圆柱形本体部分114和一固定到该本体部分114上的封闭部件116。该圆柱形本体部分114在其远离颈部70的一端开口，且在另一端封闭。封闭部件116封闭本体部分114的开口端。本体部分114的中空圆柱形部分有一内圆周面120，该内圆周面被分成两部分，即，在本体部分114的开口端一侧的大直径部分122和远离开口端的小直径部分124，这两部分互相配合而确定了在它们之间形成的凸肩126。
封闭部件116一般为圆盘形部件，包括一圆形板部分130，和一从该板部分130的两端面之一延伸且直径小于板部分130的环形突出部分132。该圆形板部分130可称作大直径部分，而环形突出部分132可称作小直径部分。在该圆形板部分130和环形突出部分132之间形成一凸肩134。封闭部件116的环形突出部分132有一在封闭部件116的远离圆形板部分130的端面开口的圆形槽136，如图2所示，使得封闭部件116的重量减小。封闭部件116装入本体部分114的中空圆柱形部分的内圆周面120内，使得封闭部件116的凸肩134邻接本体部分114的中空圆柱形部分的凸肩126。在这种情况下，封闭部件116的圆形板部分130的外圆周面啮合本体部分114的内圆周面120的大直径部分122，而封闭部件116的环形突出部分132的外圆周面啮合本体部分114的内圆周面120的小直径部分124。封闭部件116通过焊接固定到本体部分114上。在活塞14的压缩冲程中由于加压室79内的冷却气的压缩而作用在活塞14端面的压缩反作用力被互相邻接的凸肩126和134以及本体部分114和封闭部件116的接触圆周表面所接收，其中这些表面通过焊接连接。
上述构造的两个活塞14是从如图3所示的一个坯件制成的。用于制造两个活塞14的坯件150有一本体部件152和两个封闭部件154。本体部件152包括成对的颈部156和两个与成对的颈部156整体制成的圆柱形空心头部分158，使得该两空心头部分158从成对的颈部156的两端沿相反的方向延伸。成对的颈部156由对应两个单头活塞14的颈部70的相互整体形成的两部分组成。两个空心头部分158中的每一个在其两端中在该成对的颈部156一侧的一端封闭，且有一个在另一端开口的中空圆柱形部分，它对应头部72的中空圆柱形本体部分114。
如图3所示，空心头部分158有一内圆周面，该内圆周面被分成两部分，即，位于空心头部分158的开口端一侧的大直径部分162，和位于成对的颈部156一侧的小直径部分164。凸肩166在大直径部分162和小直径部分164之间形成。这个凸肩166作为活塞14的凸肩126。本体部件152由铝合金形式的金属材料通过模铸制成。通过模铸制成本体部件152是制备本体部件152的一个步骤。图3中的参考标记168指示两个桥形部分，它们是为增加本体部件152的刚性而提供的，且作为一加强部分，通过该加强部分可以保护本体部分152避免由于热造成的变形。
两封闭部件154在结构上是相同的。如同封闭部件116，这些封闭部件154都包括一圆形板部分174和一从该圆形板部分174的相对端面之一延伸的环形突出部分176。在该圆形板部分174和环形突出部分176之间形成一凸肩177。封闭部件154的圆形板部分174有一圆形槽178。封闭部件154的凸肩177和槽178作为封闭部件116的凸肩134和槽136。
每一封闭部件154的圆形板部分174在其远离环形突出部分176的端面上形成一保持部分182。该保持部分182具有圆形的截面，且有一中心孔182。在该实施例中，封闭部件154由铝合金形式的金属材料通过模铸制成。通过模铸制成封闭部件154是制备封闭部件154的一个步骤。封闭部件154的圆形板部分174和环形突出部分176具有与封闭部件116的圆形板部分130和环形突出部分132同样的尺寸关系，且省略对它们的详细描述。
如图4所示，封闭部件154装入空心头部分158的开口端，使得封闭部件154的圆形板部分174啮合空心头部分158的大直径部分162，且封闭部件154的环形突出部分176啮合空心头部分158的小直径部分164。封闭部件154插入空心头部分158直到凸肩177邻接凸肩166。随着每一个封闭部件154装入本体部件152，空心头部分158的大直径部分162的内圆周面和封闭部件154的圆形板部分174的外圆周面保持接近或互相邻接，以便这些内外圆周面通过电子束焊接而互相连接。下面将详细描述这种焊接工艺。在该实施例中，因为本体部件152和每个封闭部件154都通过模铸制成，且具有很高的尺寸精度，所以封闭部件154装入本体部件152不需要机械加工操作比如切削和磨削加工，使得用于单头活塞14的坯件150的制造成本降低。
在如上所述两个封闭部件154固定装入本体部件152的相应开口端部之后，在本体部件152的空心头部分158的外圆周面和封闭部件154的露出的外圆周面(图9)上进行切削加工。这种切削加工在车床或旋床上实现，使坯件150通过卡盘在封闭部件154的保持部分180处固定，其中坯件150与啮合中心孔182的两个中心对中，且使坯件150通过适当的驱动装置而转动。因为封闭部件154通过焊接固定到本体部件152上，所以防止了封闭部件154和本体部件152互相相对转动，从而坯件可整体转动，便于在其外圆周面进行有效的加工。
然后，本体部件152的空心头部分158和封闭部件154的外圆周面涂敷一层适当的材料，比如一层聚四氟乙烯。然后，坯件150经过机械加工，从封闭部件154上切除保持部分180，且在空心头部分158和封闭部件154的涂敷的外圆周面进行无中心磨削加工，制成了成为两个活塞14的头部72的两部分。在下一步中，在成对的颈部156的两桥形部分168附近进行切割加工，形成容纳活塞14的滑块76的凹槽110。这样，在该成对的颈部156处形成了成为两活塞14的颈部70的两部分。最后，该成对的颈部156在其轴向中心部分进行切割加工，将坯件150切为形成各自的两个活塞14的两块。
现在将描述将每一封闭部件154焊接到本体部件152上的工艺。
如上所述互相啮合的封闭部件154和本体部件152被一电子束焊接设备的电子束发射装置发射的电子束照射，使得空心头部分158的内圆周面的大直径部分162和封闭部件154的圆形板部分174的外圆周面通过焊接而互相连接，从而这些连接的表面形成一个界面。两部件152、154焊接在一起的空心头部分158和圆形板部分174的内、外圆周面在下文中称作“焊接表面”。参照图4详细描述，本体部件152和装入本体部件152的两个封闭部件154被固定并夹在一对夹具186之间，使得每个封闭部件154通过每个夹具压在本体部件152上，其中封闭部件154的保持部分180装入夹具186上形成的孔中。在这种情况下，通过适当的驱动装置经夹具186给每个封闭部件154施加一个扭矩，从而本体部件152和封闭部件154一起转动。在这种情况下，电子束照射在本体部件152和封闭部件154上，使这些部件在上述的焊接表面处焊接在一起。通过夹具186将封闭部件154压在本体部件152上防止了封闭部件154远离本体部件152移动，使得有可能对这些部件进行有效的焊接。在该实施例中焊接在真空下或减小的压力下是有效的，从而避免了由于热而造成的空气膨胀，消除了被封闭部件154所气密封闭的本体部件152内部通气的需要，以及给活塞提供一个通气孔的需要。
用于转动本体部件152和封闭部件154的驱动装置和电子束发射装置在本领域是公知的，其详细描述省略。在该实施例中，封闭部件154装入其中的坯件的转动使电子束的辉点沿坯件150的圆周方向移动。作为选择，电子束发射装置或电子束的辉点可以转动，而坯件保持静止。
如图5所示，从电子束发射装置发射出的电子束沿一条直线照射在坯件150上，该直线相对于单点划线表示的本体部件152的中心线倾斜，所以，在上述的直线和本体部件152的中心线之间的距离在空心头部分158的径向方向上，随着该直线沿平行于本体部件152的中心线方向和从大直径部分162到小直径部分164的方向接近凸肩表面166而减小。这就是，电子束照射在焊接表面的界面上的直线与焊接表面相交，从而随着入射线沿空心头部分158的轴向方向从大直径部分162到小直径部分164接近界面，入射线在空心头部分158的径向方向上向内接近界面。换句话说，电子束沿图5所示的倾斜延伸的箭头直线照射在坯件150上。如果电子束沿平行于接触圆周面的界面的方向照射在坯件150上，如在图6所示的现有技术中，那么本体部件152和封闭部件154的材料的熔化量对于这两个部件来说可以是均匀的，只要电子束在空心头部分158的径向方向上与界面(162)精确对齐。然而，如果电子束的辉点沿空心头部分158的径向方向向内或向外偏移，那么本体部件152和封闭部件154的材料的熔化量对于这两个部件来说可能是不均匀的，减小了焊接区域，即这些部件152、154被焊接在一起的区域，致使本体部件152和封闭部件154之间的焊接强度减小。如果焊接能束的辉点从界面沿空心头部分158的径向方向向外稍偏移，如图6中的上箭头直线所示，例如，本体部件152的材料的熔化量大于封闭部件154的，那么这些部件焊接在一起的焊接区域减小。所以，在现有技术的焊接方法中，本体部件152和封闭部件154之间的焊接强度依赖于单个坯件而不合需要地变化。相反，在图5的实施例中，焊接区域没有大的变化，即使如图6电子束的辉点从界面沿空心头部分158的径向方向向外偏移，所以根据图5的方法可以防止单个坯件150的焊接强度的变化。
在图6中所示的普通焊接方法中，电子束沿平行于它们的界面的方向照射在焊接表面上，焊接表面需要电子束照射在每个封闭部件154的形成保持部分180的端面一侧上，所以电子束的入射方向平行于本体部件152的中心线(在图6中用单点划线表示)。在这种方案中，因为电子束发射装置不可避免地靠近夹具186定位，所以在电子束发射装置和夹具186之间可能产生干涉。相反，根据本发明的方案，电子束沿相对于图5所示的夹具186的转动轴线倾斜的直线照射在焊接表面上，可以方便地避免夹具186和电子束发射装置之间的干涉。
在该实施例中，本体部件152的每一个空心头部分158相当于与封闭部件154相配合而形成活塞14的头部72的中空圆柱形部件，它是一空心头部。大直径部分162用作每个空心头部分158的大直径部分。圆形板部分174用作每个封闭部件154的大直径部分，而环形突出部分176用作每个封闭部件154的小直径部分。
电子束沿任何与焊接表面相交的方向照射在焊接表面上。例如，电子束可沿一如图7所示相对于本体部件152的中心线(用单点划线表示)倾斜的直线照射在焊接表面上，所以，在上述的直线和本体部件152的中心线之间的距离在空心头部分158的径向方向上，随着该直线沿平行于本体部件152的中心线方向和从小直径部分164到大直径部分162的方向接近圆形板部分174的端面而减小。这就是，电子束照射在焊接表面的界面上的入射直线与焊接表面相交，从而随着入射线沿空心头部分158的轴向方向从小直径部分164到大直径部分162接近界面，入射线在空心头部分158的径向方向上向内接近界面。换句话说，电子束沿图7所示的倾斜延伸的箭头直线照射在坯件150上。这种方案也有效地防止了电子束发射装置和夹具186之间的干涉。
作为选择，电子束可沿垂直于焊接表面的方向照射在焊接表面上，如图8所示。这种方案对于防止电子束发射装置和夹具186之间的干涉尤其有效。在该实施例中，沿电子束的照射方向测量的焊点尺寸(熔化深度或熔透焊接表面之间的界面的距离)，这是在本体部件152和封闭部件154之间获得所需的焊接强度所必须的，可以做得小于电子束沿相对于中心线倾斜的方向照射在焊接表面上的图5和7的实施例中的情况。在这方面，应当指出的是从焊接强度的观点来说沿径向方向的焊点的尺寸是重要的。
在图5和7-8的实施例中，焊接表面平行于本体部件152的中心线。焊接表面不必平行于本体部件152的中心线，而是可以沿其他方向延伸，如图9和10所示，其中使用与图5和7-8中所用的相同参考标记来标记对应的部件，且省略其详细描述。
参照图9，本体部件152的空心头部分200在其两端的一端封闭，而在另一端开口。封闭部件154装入本体部件152的孔202中，使得凸肩177邻接本体部件152的环形端面204，所以封闭部件154的环形突出部分176在其外圆周面处装入本体部件152的空心头部分200的内圆周面的对应部分。该方案的本体部件152的头部200在构造上简单，且有不变的小壁厚。在该实施例中，头部200的环形端面204和封闭部件154的凸肩177通过焊接连接在一起。而且，头部200的内圆周面的轴向端部和封闭部件154的环形突出部分176的外圆周面的对应轴向端部也通过焊接连接在一起。如图9中的箭头直线所示，电子束沿相对于本体部件152的中心线倾斜的直线照射在焊接表面上，所以，在上述的直线和本体部件152的中心线之间的距离在空心头部分200的径向方向上，随着该直线沿平行于中心线方向和从空心头部200到封闭部件154的方向接近端面204或凸肩177而减小。这就是，电子束照射在焊接表面177、204的界面上的直线与焊接表面相交，从而随着入射线沿从空心头部分200到封闭部件154的轴向方向接近界面，入射线在空心头部分200的径向方向上向内接近界面。作为选择，电子束可沿如图5的实施例的左下方向延伸的直线而照射在焊接表面上。应当指出的是，仅仅头部200的端面204和封闭部件154的凸肩177被焊接在一起。在这种情况下，焊接表面垂直于本体部件152的中心线。
图9中所示的实施例对于避免电子束发射装置和夹具186之间的干涉尤其有效，且能在沿垂直于本体部件152的中心线的方向延伸的头部200的端面204和封闭部件154的凸肩177之间实现有效地连接。在该实施例中，圆形板部分174用作封闭部件154的大直径部分，而环形突出部分176用作封闭部件154的小直径部分。
参照图10，本体部件152有一空心头部300，其环形端面304为锥形，其内径在轴向方向上向内不断地减小，一封闭部件310装入头部300的孔302内。该封闭部件310具有圆形板部分174，其外圆周面312为锥形，其外径如上所述在轴向方向上向内不断地减小。头部300的锥形表面304和封闭部件154的板部分174的锥形表面312通过焊接连接在一起。在该实施例中，电子束照射在焊接表面304、312上的方向垂直于本体部件152的中心线，且与这些锥形的焊接表面304和312相交。如果电子束的入射方向如在普通方法中平行与锥形焊接表面的界面，那么所获得的活塞被电子束在其部分确定加压室79的端面外围被不希望地熔化了。在这种情况下，当活塞位于压缩冲程的尽头时加压室79的最小体积由于熔化造成的变形而不希望地增加了，致使压缩机的运行效率降低。在图10中示出的实施例中，电子束的入射方向与锥形焊接表面304、312相交有效地避免了上述问题。在这种方案中，焊接表面被电子束照射，而没有遭受电子束发射装置和夹具186之间的干涉。如上所述，电子束可沿任何与焊接表面相交的方向照射在焊接表面304、312上。因此即使如图10的实施例当焊接表面相对于本体部件152的中心线倾斜时，焊接也可以很容易地进行。头部300的锥形表面304用作中空圆柱形部件的大直径部分的内圆周面，该中空圆柱形部件与一封闭部件相配合形成活塞。
为了享有本发明的优点，希望焊接能束相对于焊接表面的倾斜角度大于10度，可推荐的是大于20度，更好的是大于30度。
在图4、5、7、8、9、10中所示的实施例中，封闭部件154、310固定到中空圆柱形部分158、200、300中，使得封闭部件装入空心头部的开口端。如图11所示，该封闭部件可装在中空圆柱形部分上。在图11的实施例中，一空心头部分400有一在其开口端形成的环形突出部分402。该环形突出部分402有一小于其他部分的外径，所以在该环形突出部分402和其他部分之间形成一个凸肩404。封闭部件154装在空心头部400的环形突出部分402的外圆周面上，使得一环形突出部分350的环形端面352邻接空心头部400的凸肩404。在该实施例中，封闭部件154的环形突出部分350的环形端面352和空心头部400的凸肩404通过焊接连接在一起。
在图3所示的坯件150中，两个圆柱形空心头部分158都与成对的颈部156整体形成，且在其两端中远离成对的颈部156的一端开口，而每个空心头部分158的开口由分开制成的封闭部件154来封闭。坯件150可以是其他的结构。例如，两个封闭部件与一成对的颈部部件通过模铸整体制成，且每个封闭部件通过焊接而连接于两个分开模铸的中空圆柱形部件中对应的一个上，从而封闭该中空圆柱形部件的开口端。
封闭部件和中空圆柱形部件可通过锻造制成。
在所述实施例中的活塞可用于定容型旋转斜盘式压缩机以及变容型旋转斜盘式压缩机。而且，该活塞可以是双头的。
虽然仅仅为了说明的目的，上面已经描述了本发明的某些优选实施例，但应当理解的是本发明可以有各种变化和改进，比如在本发明概述中所描述的那些，这对那些本领域的技术人员来说是可能想到的。
权利要求
1.一种形成用于旋转斜盘式压缩机的活塞(14)的空心头部(72)的方法，包含步骤将一封闭部件(154，310)固定到一至少在两端的一端开口的中空圆柱形部件(158，200，300)上，从而封闭所述中空圆柱形部件的开口端，且给所述封闭部件和所述中空圆柱形部件的焊接表面施加一个焊接能束，该焊接表面互相邻近或接触，从而所述封闭部件和所述中空圆柱形部件在所述焊接表面处互相连接，其特征在于所述焊接能束沿与所述焊接表面相交的方向照射在所述封闭部件和所述中空圆柱形部件的所述焊接表面上。
2.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于所述封闭部件(154)装入所述中空圆柱形部件(158，300)的所述开口端，从而所述封闭部件的外圆周面和所述中空圆柱形部件的内圆周面互相啮合，作为所述的焊接表面。
3.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于所述中空圆柱形部件(158，300)包括一大直径部分(162，304)，该大直径部分具有大于其他部分(164，302)的内径，所述大直径部分位于所述中空圆柱形部件的所述开口端一侧，且所述封闭部件(154)包括一大直径板部分(174)和一小直径环形突出部分(176)，所述封闭部件装入所述中空圆柱形部件的所述开口端内，使得所述封闭部件的所述大直径板部分的外圆周面啮合所述中空圆柱形部件的所述大直径部分的内圆周面，且使得所述封闭部件的所述小直径环形突出部分的外圆周面啮合所述中空圆柱形部件的所述其他部分的内圆周面，所述中空圆柱形部件的所述大直径部分的所述内圆周面和所述封闭部件的所述大直径板部分的所述外圆周面作为所述的焊接表面。
4.根据权利要求3所述的一种方法，其特征在于所述中空圆柱形部件(158)的所述大直径部分(162)的所述内圆周面和所述封闭部件(154)的所述大直径板部分(174)的所述外圆周面有恒定的直径。
5.根据权利要求4所述的一种方法，其特征在于所述中空圆柱形部件(158)包括一在所述大直径部分(162)和所述其他部分(164)之间形成的凸肩(166)，而所述封闭部件(154)包括一在所述大直径板部分(174)和所述小直径环形突出部分(176)之间形成的凸肩(177)，当所述封闭部件装入所述中空圆柱形部件的所述开口端，使得所述中空圆柱形部件的所述凸肩(166)和所述封闭部件的所述凸肩(177)保持互相邻接时，所述中空圆柱形部件的所述大直径部分的所述内圆周面和所述封闭部件的所述大直径板部分的所述外圆周面由焊接能束焊接在一起。
6.根据权利要求4所述的一种方法，其特征在于焊接能束沿垂直于所述中空圆柱形部件的中心线的方向照射在所述焊接表面上。
7.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于所述封闭部件(154)包括一大直径板部分(174)、一小直径环形突出部分(176)，和在两者之间形成的凸肩(177)，且所述封闭部件装入所述中空圆柱形部件(200)的所述开口端(202)内，使得所述封闭部件的所述凸肩与所述中空圆柱形部件在所述开口端一侧的端面(204)保持邻接，所述封闭部件的所述凸肩和所述中空圆柱形部件的所述端面作为所述的焊接表面。
全文摘要
一种形成用于旋转斜盘式压缩机的活塞(14)的空心头部(72)的方法,包含步骤:将一封闭部件(154,310)固定到一至少在两端的一端开口的中空圆柱形部件(158,200,300)上,从而封闭该中空圆柱形部件的开口端,且给该封闭部件和该中空圆柱形部件的焊接表面施加一个焊接能束,该焊接表面互相邻近或接触,从而该封闭部件和该中空圆柱形部件在焊接表面处互相连接,其特征在于焊接能束沿与焊接表面相交的方向照射在封闭部件和中空圆柱形部件的焊接表面上。
文档编号B23K26/00GK1371778SQ0111193
公开日2002年10月2日 申请日期2001年2月24日 优先权日2001年2月24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