涡旋压缩机大批量生产的几个关键技术问题.docx

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珠海凌达压缩机有限公司谢利昌摘要通过对涡旋压缩机零件分析 ,阐述了该压缩机大批量生产时需要解决的专用机床、刀具、检测、分档、装配、倒角、去毛刺、磷化、性能测试等核心技术问题 ,为涡旋压缩机制造业提供参考。关键词质量大批量生产涡旋压缩机偏心量 ,可用生产线专用检测设备测试 ,保证涡旋线良好的啮合状态。 (4) 机架的同轴度和垂直度机架的主要形位精度为主轴承孔与下轴承孔的同轴度以及两轴承孔对机架端面的垂直度 ,需要用专用生产线检测设备测试 ,保证主轴良好的运动性能。 (5) 壳体内径的精度不论高压腔还是低压腔涡旋式空调压缩机 ,电动机的定子都是热套在管壳内的。为了保证转子气隙的均匀性 ,壳体的内径一般都需要经过粗、精整形才能达到要求的内径精度。前言涡旋压缩机兼具往复式压缩机与旋转式压缩机的优点 ,具有体积小、重量轻、噪声振动低及结构简单等特点 ,被公认为是技术最先进的第三代压缩机。在我国随着柜式空调器产量的增大 ,涡旋压缩机越来越受到空调器厂家的青睐 ,具有巨大的市场潜力。笔者结合多年对涡旋压缩机的工艺研究 ,以及在日常大批量生产中遇到的问题 ,总结了涡旋压缩机大批量生产需要解决的一些关键技术问题 ,才能保证稳定的大批量生产质量。 1 涡旋盘加工专机及刀具 3 保证零件的主要加工精度众所周知 ,涡旋压缩机零件精度一般要求微米级 (μm) ,因为它对压缩机性能影响较大。其零件的主要加工精度为 : (1) 涡旋线的精度涡旋线的精度是影响压缩机制冷量的最主要因素。它主要包括涡旋型线轮廓度即实际值与理论渐开线涡线 ( 也有用其它线型构成涡旋线) 的误差 ,型线端面、型线底面的平面度及两者之间的平行度 ,涡壁表面粗糙度 ,上下倒角值 ,涡壁垂直度 (垂直度已由涡旋线的轮廓度包括了 ,在生产中一般不再测量) 。涡旋线的轮廓度要保证在 10～15μm 以内 , 平面度和平行度一般应控制在 5μm 以内。涡旋型线精度可用日本东京测试株式会社 ( To so k co rpo ratio n) 的涡线精度生产线检测仪。 (2) 键槽“三度” 键槽“三度”是指动盘、机架上安装十字滑环的键槽两侧面的平面度、平行度、垂直度。它是影响压缩机运转性能的关键 , 一般都应控制在 715μm 以内 ,需要用三坐标测量机在计量室检测或用意大利马波斯 ( MA R PO SS) 专用检查装置在生产线检测。 (3) 曲轴的平行度和偏心量曲轴除了要保证主轴直径和偏心轴直径的尺寸公差、各轴直径的圆柱度精度外 ,还要保证曲轴偏心部轴线与主轴线的平行度、 ·32 · 2 311 加工专机 (1) 机床的加工原理通过大量的实践证明 :靠加工中心的 X 、Y 轴圆弧插补很难加工出高精度涡旋壁 (误差在微米级内) , 只适用于涡旋壁粗加工。涡旋壁半精加工可以采用高精度的加工中心带数控回转工作台通过展成法完成。而对于涡旋盘的精加工必须用专机来实现 , 它的加工原理是采用 X 、Y 、Z 、C 轴四轴联动和闭环控制 , 以展成法为基础的渐开线插补来完成涡旋盘的加工。专机的静态精度是涡 ( 2) 专机的主要精度要求旋盘加工动态精度的基础。其主要静态精度有 : 主轴轴向跳动、径向跳动 , X 轴运动的直线度 , X 、Y 、Z 、C 轴的重复定位精度 , 工件夹具定位面的跳动。动态精度( 参照日本 kashif uji 株式会社提供 KY20 专机的技术资料) :涡旋壁的外壁上、下 ,内壁上、下的渐开线曲线误差 M IN 为 - 0 . 0075 mm , MA X 为 0 . 0075 mm , FO RM = MA X - M IN ≤0 . 0125 mm , 涡旋壁底面的平面度为 0 . 005 mm 。 (3) 专机的主要生产厂家国外从 80 年代就开始涡旋压缩机制造技术的研究 ,经过了十多年的不懈努力 ,其中最关键的技术之一 ———涡旋盘数控加工专机 , 已大大提高了加工精度及加快了制造节拍 ,从而增加了零件的互换性能并大幅度提高了其经济性。国外生《制造技术与机床》 2000 年第 5 期产涡旋盘加工专机的主要公司有德国的 Excello 公司、日本的东洋公司 ( To yo advance ) 、日本精工 ( Hitachi seiki) 、坚藤公司 ( Kashif uji) 、三井精机 ( Mit sui seiki) 、美国的波士顿数字公司 (Bo sto n Digital co rpo ratio n) 、瑞士的威力铭 ( Willemin) 等公司。我国还刚刚开始此方面的研制 ,仅有青海第二机床厂一家生产了涡旋盘专机。 (4) 涡旋盘专机的基本要求对于空调压缩机铸铁件的精加工 , 刀具主轴的转速一般为 3000 ～ 10000r/ min ,而对于涡旋式汽车空调压缩机的动定盘铝合金材料的精加工 , 如日本东洋的 T - 402 SC Y 专机 , 3 个刀具主轴转速分别为2 0 0 0 0 、3 0 0 0 0 、4 0 0 0 0 r/ min ,3 个刀具主轴用于加工不同的部位 ,各轴的输出功率分别为 11 、11 、715 k W ; 对于薄壁件的高速或超高速切削 ,容易保证零件的加工精度 ,但机床各运动部件也应适合高速运动 , X 、Y 、Z 轴脉冲最小单位应为 01001 mm ,工件旋转 C 轴的最小旋转单位为 01001° ( 3 . 6″) ; 机床的控制系统必须带 R —Q 控制功能 ,可以实现展成法加工 ,具有渐开线插补功能 ,能用于手工编写涡旋线加工程序 ; 工件卡盘的外径要比工件法兰外径小 0102 ～0 . 04 mm ,卡盘工件定位面的平面度应为 3μm 以内 , 夹具的夹紧力应有 2 级转换功能 , 最后一次精加工涡壁夹紧力应调低 ,减少夹持变形 ;机床要带恒温冷却装置和切削油雾收集装置。 312 加工刀具影响涡旋压缩机制造成本最主要的一项是涡旋盘型线精铣铣刀。使用好这些高精度的铣刀 ,对于降低涡旋压缩机制造成本至关重要。 (1) 加工刀具材质及精度要求材质为整体硬质合金 (内含特殊成分 ,耐磨性较好) ,主要精度要求 : 刃口直线度 < 3μm ;径向跳动 < 3μm ;底刃跳动 < 3μm ;刃部锥度 < 2μm ;硬度 > 60 HRC ;右刃右旋旋角 30°;刃口圆刃带表面粗糙度 R a0 . 4μm ;短齿刃带表面粗糙度 R a0 . 4μm ;齿数 = 6 。 (2) 刀具的使用结合被加工材质 , 通过反复实践 ,对于型线半精加工、型线精加工、底面顶面精加工的不同工步铣刀的切削参数 (转速和进给量) 应合理选择 ,使刀具的寿命 500 件换一次 ,重磨后再使用 ;另外 , 装刀的质量对铣刀的寿命影响较大。铣刀柄应选择如日本 B I G 牌高精度刀柄 ,装铣刀的弹性夹头夹持精度为 AA 级 ,即每次装夹铣刀后 ,在铣刀伸出量是铣刀直径的 2 倍处测量铣刀的径向跳动应在 3μm 以内。如果铣刀径向跳动大于 3μm ,刀具磨损加剧 ,寿命缩短。 (3) 刀具的重磨涡旋压缩机主要靠铣削加工 ,铣刀较贵 ,用量大 ,易磨损。因此 ,不但要重磨 ,也要解决《制造技术与机床》 2000 年第 5 期重磨精度的问题。应进口一台高精度铣刀重磨机床 , 可选用瑞士 Schneeberger 公司的 5 轴数控工具磨床。 (4) 技术难点我们在使用日本专用铣刀的同时 , 为了降低成本也试图用其它国家进口的铣刀替代 ,使用中存在的主要问题是刀具的精度不一致 ,磨损快 ,使用寿命较短。国内目前还不能解决此类刀具的精度问题 ,刀具材质发脆且易磨损。零件精度在机检测和离机检测 4 411 在机检测 (1) 涡旋线精度的在机检测有些涡旋盘专机在加工完型线后 , 可以自动检测出涡线精度 , 如日本东洋、坚藤的涡旋盘专机就带有此功能。 (2) 涡旋壁深度磨床的自动检测涡旋壁轴向间隙引起的轴向泄漏要比径向间隙引起的切向泄漏大得多。因此 ,在生产的控制过程中 ,涡旋壁深度要严格控制在一定范围内 ,不论磨削定盘型线端面的数控平面磨床 ,还是磨削动盘型线端面及端板面的数控旋转磨床都需要用测量探头自动测量型线的高度 ,并由测量数据决定是否还需要磨削以及磨削量。 (3) 曲轴主轴颈、偏心轴颈磨削的在机检测在机床行业 ,数控内外圆磨床利用 MA R PO SS 在机测量技术已相当成熟。涡旋压缩机曲轴主轴颈、偏心轴颈的数控外圆磨床也都采用此技术 ,才能保证稳定的批质量。 412 离机检测 (1) 主要精度测量仪器在生产线的使用零件主要最终精度的测试都需要用高精度快速检测仪器 ,如气动、电气测微仪等 ( 利用 MA R PO SS 测头) , 保证零件的主要尺寸公差要求。 (2) 专用综合量仪在生产线的使用由于测试技术的发展 ,以前一些在实验室的检测项目也可以移到生产现场进行快速检测。如日本东测 ( To so k co rpo ra2 tio n) 的动定涡旋盘型线精度检查仪 ,当作一台检测工序使用。 (3) 三坐标测量机、圆度仪的使用利用计量室高精度三坐标测量机、圆度仪抽检零件的主要加工精度 , 并作为零件精度批合格的最终判断。三坐标测量机还特别用于检测涡旋线精度 ,也可作为操作者对涡旋线加工专机补偿的依据。重要装配尺寸公差分组为了降低加工成本 ,提高压缩机装配精度以及批整机性能的一致性 ,与活塞式、旋转式压缩机一样 ,涡旋式压缩机也需要采用分组装配工艺。 ·33 · 5 © 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. (1) 偏心套外径与滚针轴承内径选配在涡旋式汽车空调压缩机中 ,冲压外圈滚针轴承是压入动盘轴承孔里的 , 压入后的滚针轴承内径的公差范围很大。为了得到良好的压缩机性能 ,将内径的公差分为六组 , 用偏心套外径与之配对 ,保证每组有相同的间隙值。 (2) 型线深度配对分组如果型线不采用端面密封技术 ,动定盘型线深度就必须采用分组配对 ,每 3～ 5μm 为一组 ,共分 5～6 组 ,相同组别定盘型线深度比动盘型线深度深 5μm 。大批量生产时也可以采用自动测量分组机完成。 (3) 动盘端板厚与机架分组涡旋压缩机机构部装配后 ,要求手动确认曲轴的轴向间隙 ,旋转要顺畅 , 轴向可微动。因此 ,动盘装配后端板面要低于机架端面 ,一般为 5 ～25μm 。由于动盘端板厚度较难控制 , 为了保证以上高度差 ,动盘端板厚与机架要分组装配。压缩机性能的影响程度做过一次试验分析。试验证明 :机架“花纹面”“( 花纹面”即铸造的油槽 ,动盘与机架的接触面、十字滑环与机架的接触面均称为“花纹面”) 采用去毛刺工序后 ,压缩机平均输入功率会下降 90 W ,制冷量会提高 33 W , 性能系数 ( CO P ) 会增加 01062 W/ W , 噪声下降 01588dB ( A ) , 振动下降 01175 m/ s2 。另外 ,机构部装配有死点而下线的台数也大大减少了。去毛刺的方法 : 用带磨料的尼龙刷在台式钻床上转动刷子刷机架花纹面油槽断续的切削边毛刺。 (2) 定盘去毛刺工序定盘端面由螺栓座面、密封面、型线端面组成 ,它们之间用环形油槽隔开。该油槽由车、铣加工后还需要精磨平面 ,必然会产生毛刺 ,如果不除去毛刺会造成很大的隐患 ,因此 ,必须用带磨料的尼龙刷在台式钻床上转动刷除定盘端面的毛刺。 (3) 曲轴去毛刺工序曲轴也要经过车、磨工序 , 会造成棱边毛刺 ,制造时用专用去毛刺设备 (如日本新东) 带磨料刷、钢丝刷去除曲轴外表面、吸油孔的毛刺及高频淬火的氧化皮。机构部装配时的自动定心装置采用径向柔性机构的涡旋压缩机 ,其动、定涡旋盘最佳啮合位置可以通过粗略找心后再用定位销 ( 定位精度也要达到允许值) 定位 ,运转时靠曲轴偏心量可以微调的方式 (即径向柔性机构) ,在离心力的作用下保证良好的啮合 ,因此 ,不需要高精度的自动定心装置。但对于恒定曲轴偏心量的涡旋压缩机 ,机构部装配时必须准确找出动、定涡旋盘最佳啮合位置。其自动找心装置的原理是 : 为使装在压缩机机架的机构部零件之间顺畅运转 ,零件之间需跑合 ;首先用传感器检测空运转时排气口的压力 ,再将曲轴加紧使之慢慢地转动 ,压缩机一边转动 ,工件压板一边从上部轻轻地压住定盘 ,定盘在动盘的啮合下产生微量移动 ,使定盘型线中心对机架准确定位 ,然后再对称紧固螺栓 ;最后通过扭矩检测仪检测定盘对机架定位是否准确、压缩机内部机构零件负荷是否正确 ,最终再用手感确认曲轴运转是否顺畅、有无死点。 6 动定盘磷化对压缩机可靠性的影响 8 (1) 磷化的目的为了防止涡旋壁轴向的泄漏 ,动盘在平动时 ,通过动盘背面的中间压力被推到定盘侧 (高压腔结构) ,或在背压腔压力的作用下使定盘被推向动盘侧 (低压腔结构) ,摩擦力较大。如果将动盘、定盘或动定盘均锰系磷化 ( 磷化膜一般在 3～12μm) ,由于磷化膜具有存油作用 ,动、定盘磷化处理后可使初期适应性好 ,不会造成异常磨损 ,对启动性能也有利。 (2) 磷化工艺参数与正交试验方法磷化处理要控制的工艺参数有 : 总酸度、游离酸度、铁分、酸比、磷化温度和时间。对于不同材质或材质相同但不同铸造厂家的涡旋盘 ,在相同的磷化工艺参数下 ,磷化处理的膜厚有可能不同。因此 ,应根据不同的材质 ,利用统计技术的正交试验方法 ,通过多组试验 ,才能寻找出适合不同材质的工艺参数。倒角、去毛刺工序对压缩机性能的影响 7 711 倒角由于精铣涡旋壁及底面的铣刀会有一小刀尖半径 ,因此涡旋壁底部会留下倒角 , 一般要求 R < 0 . 2mm 或 C < 012 mm ; 动、定涡旋壁上倒角与其配对的定、动涡旋壁的下倒角相啮合 , 如果不铣涡旋壁上倒角 ,压缩机功率会增大 100～150 W ,因此 ,涡旋壁精加工时 ,必须精铣上倒角 ,要求为 0 . 02～0 . 25 mm ,并需要用形状测量机放大测量其倒角值。 712 去毛刺 (3) 磷化膜的检查 ①外观 :均匀 ,致密 ,呈灰色或黑色 ,表面不应有未磷化的残余空白或锈迹 ; ②膜厚 :3 ～12μm ,最多不超过 15μm ,用磁性测厚仪测量 ; ③耐蚀性 :3 %的氯化钠溶液中 ,经 2 h 后取出 ,表面无锈迹为合格。出现锈迹时间越迟 ,说明磷化膜的耐蚀性越好。性能测试及寿命试验 9 (1) 性能测试 ①综合反映压缩机制造的水平。 (1) 机架去毛刺工序 ·34 · 我们对机架去毛刺工序对在结构设计一定的前提下 ,测试每台压缩机的性能也《制造技术与机床》 2000 年第 5 期 © 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 不可能在同一数值上 ,它反映压缩机零件精度、电动机的制造水平和装配质量的状况。 ②利用性能测试的数据可分析发现问题。通过测试压缩机的制冷量、输入功率、振动、噪声及对电动机绕组温度进行数据分析 , 可以发现压缩机存在的问题 ,以便进一步改进设计、改进制造工艺 ,不断地提高压缩机性能指标。 (2) 寿命试验加速寿命试验是通过在最恶劣工况下进行 500 h 或 1000 h 工作 ,来评判同一批压缩机的使用寿命是否达到设计的要求。这属压缩机的持久性和可靠性试验内容 ,是评判压缩机设计、制造工艺、材料改变时最有效的型式试验方法。 (1) 零件加工精度 ,特别是涡旋线精度 ,对压缩机性能影响至关重要 (2) 大批量生产涡旋压缩机的工艺装备技术已经相当成熟 ; (3) 零件精度测试和性能测试是确保压缩机质量的必要手段 ; (4) 未采用径向柔性机构的涡旋压缩机 ,机构部装配的关键技术在于动、定涡旋盘自动定心装置 ; (5) 倒角、去毛刺工序对涡旋压缩机性能一致性影响较大 ,可以使性能得到较大的提高 ; (6) 零件的表面处理是确保压缩机使用可靠性的关键技术之一。作者 : 谢利昌 ,珠海市九洲大道中段 ,凌达压缩机有限公司技术部 ,邮编 :519015 (编辑周富荣) ( 收稿日期 :1999 —08 —11) 10 结束语通过八个方面的论述 ,说明在大批量生产中需要解决好以上几个关键技术问题 ,才能保证生产出质量稳定、品质优良的涡旋压缩机。主要总结如下 : ·服务热线· 《中国拟建和在建项目信息》所需关键机床设备项目项目名称 :组建微型汽车后桥齿轮生产线 (山东) 建设周期 :2000 年 1 年投资总额 :2960 万元 RMB 进展阶段 :正在报批项目建议书 (立项) 所需设备 : ( 1) 等温退火生产线 ; ( 2 ) CN C 数控车床 ; (3) 数控铣齿机 ; ( 4) 淬火压床、低温稀土渗碳技术 ; (5) 数控研齿机等。建设内容 : 引进关键设备 , 研制、开发 S K410 、1020 、 S Y6480A 等轻、微形汽车后桥齿轮 ,使其精度稳定地控制在 7 级以上 ,噪声低于 76dB (A) ,正常行车 30 万公里无故障 ,最终达到完全替代进口的目标。项目名称 :模具生产线技术改造项目 (辽宁) 建设周期 :2000 年～2001 年投资总额 :2950 万元 RMB 进展阶段 :已立项正在做可行性研究报告所需设备 :仿型铣床、数控铣床等 22 台套 ,并建设一计算机辅助设计工作站。建设内容 :组建一条年产 20000t 锻件的模具生产线。项目名称 : 长型孔式喷油器及长型油咀偶件项目 ( 四川) 建设周期 :2000 年～2002 年投资总额 :24485 万元 RMB 进展阶段 :正在报批项目建议书 (立项) 所需设备 :六轴自动车床、高精度成型无心磨、高精度外圆磨、热处理生产线、珩磨机、组合机床等。建设内容 : ( 1) 新增长型喷油器总成 ( 主要是 P 、S 系列) 100 万套/ 年 ; ( 2) 投资大部分用于增添设备 ,并局部改造能源供应 ,恒温等配套工程。项目名称 :系列直流无刷永磁电机及控制器生产线项目 (安徽) 建设周期 :2000 年～2001 年投资总额 :2000 万元 RMB 进展阶段 :正在报批可行性研究报告所需设备 : (1) 自动绕组楔自动插入机 ; (2) 自动控制绕组传送绕线机 ; ( 3) 高速冲床 ; ( 4) 中间成型压力机 ; (5) 端部成型压力机 ; (6) 检测设备。建设内容 :系列直流无刷永磁电机及其控制器生产线。北京华信捷投资咨询有限责任公司供稿详细材料咨询电话 : (010) 68570890 ,联系人 :王金山《制造技术与机床》 2000 年第 5 期 ·35 · © 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. 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