專利名稱：注射模制的渦旋體結(jié)構(gòu)的制作方法
注射模制的渦旋體結(jié)構(gòu)相關(guān)申請的交叉引用本申請要求2008年3月21日提交的美國發(fā)明專利申請 No.12/052,818和2007年4月4日提交的美國臨時專利申請No. 60/910,125的權(quán)益。以參引全文的方式將以上申請的公開內(nèi)容結(jié)合在本 申請中。技術(shù)領(lǐng)域本公開總體上涉及壓縮機(jī)，更具體地，涉及壓縮機(jī)部件和用于形成 這種部件的方法。
背景技術(shù)：
本節(jié)中的陳述僅提供涉及本公開的背景信息，并且可以不構(gòu)成現(xiàn)有 技術(shù)。在制造過程中，渦旋體部件的尺寸精度是重要的參數(shù)。為了在渦旋 式壓縮機(jī)中最優(yōu)地工作，渦旋體應(yīng)當(dāng)使泄露、磨損和斷裂最小化。所以 精確的成品尺寸很重要。渦旋式壓縮機(jī)的渦旋體部件往往通過熔鑄金屬 法("鑄造法")制成。在一種鑄造方法中，諸如液態(tài)灰鑄鐵的熔融金屬 被澆鑄到空腔中然后固化，并在固化完成之后形成渦旋體。鑄造過程中 所使用的流入熔融金屬的模具往往包括沙、粘結(jié)劑和/或陶瓷涂層因而 可能不具有充分的結(jié)構(gòu)剛度。當(dāng)液態(tài)金屬接觸模具的壁表面時，會對模 具施加壓力，這可能會導(dǎo)致模壁膨脹。灰鑄鐵易于固化膨脹，認(rèn)為部分 原因是其具有較高的碳或石墨含量。這種現(xiàn)象會有助于尺寸變化，進(jìn)而 公差增大。此外，有時能夠觀察到"集膚效應(yīng)"，該效應(yīng)被認(rèn)為會有助 于在固化和冷卻過程中發(fā)生在金屬和陶資鑄造材料之間的界面處的復(fù)雜的熱 力學(xué)、動力學(xué)和冶金學(xué)/化學(xué)的相互作用。這種集膚效應(yīng)可能使得有必 要去除變形的表面。為了在鑄造后達(dá)到精確的尺寸，經(jīng)常對粗鑄件采用 深度的、復(fù)雜的并且昂貴的機(jī)加工，以將它們轉(zhuǎn)變成可用的渦旋體。期望在制造過程中提高所生產(chǎn)的渦旋體部件的尺寸精度，和/或減少 在渦旋體部件的制造過程中所需的機(jī)加工和其它附帶加工的量，以提高 制造效率和產(chǎn)品質(zhì)量。發(fā)明內(nèi)容在許多方面，本公開提供了一種渦旋體部件，該渦旋體部件包括具 有漸開線部分和基板部分的注射成型的渦旋體結(jié)構(gòu)。在某些方面，注射 模制的渦旋體結(jié)構(gòu)包括聚合物。在某些方面，注射模制的渦旋體結(jié)構(gòu)由 聚合物形成，聚合物中遍布有許多強(qiáng)化材料顆粒，從而在聚合物基中形 成強(qiáng)化相。在某些方面，本公開可選擇地提供了設(shè)置在渦旋體結(jié)構(gòu)基部 中的一個或多個磨耗板。在其它方面，本公開提供了一種包括渦旋體結(jié)構(gòu)的渦旋體部件，其 中渦旋體結(jié)構(gòu)具有漸開線部分并且包括聚合物。該漸開線部分進(jìn)一步限 定有頂部密封槽。頂部密封件可以設(shè)置在頂部密封槽中，在某些方面，可以不需要切削模制頂部密封槽來實(shí)現(xiàn)該頂部密封件。渦旋體結(jié)構(gòu)具有 基板部分，該基板部分限定出金屬軸承和金屬頂部密封件接合面。在其它方面，本公開提供了一種渦旋式壓縮機(jī)，該渦旋式壓縮機(jī)包 括具有漸開線部的渦旋體結(jié)構(gòu)，其中漸開線部包括聚合物，并限定有形 成在漸開線部末端處的模制的頂部密封件槽。頂部密封件設(shè)置在該模制 的頂部密封件槽中，其中頂部密封件包括摩擦學(xué)材料。在某些方面，基 板部還具有頂部密封件接合面。在其它方面，提供了一種渦旋體部件，該渦旋體部件包括具有漸開 線部和基板部的渦旋體構(gòu)件。漸開線部包括聚合物，并限定有模制的頂 部密封件接收槽，在頂部密封件接收槽中設(shè)置有頂部密封件?；宀靠?選擇地進(jìn)一步限定有頂部密封件接合面。從此處提供的描述中，其它可應(yīng)用的領(lǐng)域?qū)⒆兊蔑@而易見。應(yīng)當(dāng)理解，這些描述和具體示例僅出于說明的目的，而并非意在限制本>^開的 范圍。


此處描繪的圖形僅出于說明的目的，而并非意在以任何方式限制本 公開的范圍。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明教示的渦旋體部件的橫剖視圖；圖2至圖3B示出了圖1所示的細(xì)節(jié)特征；圖4示出了如圖1的渦旋體部件中示出的磨耗板的立體圖；圖5示出了圖l所示的渦旋體部件的仰視立體圖；圖6示出了用于形成圖l所示的渦旋體部件的模具；以及圖7示出采用了根據(jù)本發(fā)明的渦旋體的渦旋式壓縮機(jī)的剖視圖。
具體實(shí)施方式
以下描述本質(zhì)上僅是示例性的，而并非意在限制本公開及其應(yīng)用或 用途。應(yīng)當(dāng)理解附圖中自始至終以相應(yīng)的附圖標(biāo)記指示相同或相應(yīng)的部 件和裝置。本公開提供了一種制造方法，該方法使得能夠制造出具有改善的尺 寸公差同時還符合針對運(yùn)行的渦旋體的嚴(yán)格的應(yīng)力和壓力要求的渦旋 體。在許多方面，本發(fā)明提供了用于制造各種近凈成形的渦旋體部件的 注射模制法。在許多方面，渦旋體結(jié)構(gòu)或者整體形成，或者以組成部件 的形式形成，然后能夠?qū)⑦@些組成部件連結(jié)從而制成整個渦旋體。總體而言，此處的教示針對在用于渦旋式壓縮機(jī)的渦旋體部件的成 形中對諸如聚合物的注射模制材料的使用?？梢岳米⑸淠Ｖ乒に囆纬?整個渦旋體部件。進(jìn)一步地，可以利用嵌件模制工藝制造渦旋體部件的 某些部分。這些部分或嵌件能夠形成渦旋體的磨耗表面的某些部分，以 提供高等級的尺寸公差。這些部分可以通過包覆模制工藝緊固到渦旋體部件的其它部分。通過諸如鑄造、鍛造、和/或注射模制等多種本領(lǐng)域 已知的工藝形成這些部分，以提供期望的摩擦學(xué)特性。圖1示出了根據(jù)本公開的教示的渦旋體部件6的立體橫剖視圖。渦 旋體部件結(jié)構(gòu)6包括渦旋體漸開線部8，轂部10以及渦旋體基部12。 如下文進(jìn)一步描述的，渦旋體基部12可選擇地具有頂部接合磨耗板14 和/或軸承接合磨耗板16。進(jìn)一步地，轂部IO具有可選擇的轂軸承柱面 磨耗板18。如圖2中最好看到的，渦旋體基部12具有頂部接合磨耗板14和軸 承接合磨耗板16。可選擇地，如下文將描述的，這種磨耗板與渦旋體 基部12 —體模制而成。在頂部接合磨耗板14和軸承接合磨耗板16的 外圍邊緣上設(shè)置有可選擇的鎖定裝置或凸緣19。這些鎖定裝置19的用 于固定頂部接合磨耗板14和軸承接合磨耗板16相對于渦旋體基部12 的位置。此處，頂部接合磨耗板14和軸承接合磨耗板16都具有支承表 面23和接界中介表面26。在許多方面，支承表面23具有期望的例如等 同于或優(yōu)于諸如青銅軸承或填充聚四氟乙烯(PTEE)軸承等傳統(tǒng)軸頸 軸承材料的摩擦學(xué)特性。在某些方面，在渦旋體部件6的制造過程中， 控制支承表面23與相對的渦旋體上的相對的頂部的相對位置。此處， 想到支承表面23既能夠模制成那樣使用，也能夠可選擇地作為脫模后 的金屬工件的對象。圖3A和3B示出了末端具有頂部9的渦旋體漸開線部8。在頂部9 中形成有頂部密封槽24,該頂部密封槽24構(gòu)造成在其內(nèi)部接合、容置 并保持頂部密封件28。在某些方面，渦旋體漸開線部8通過例如注射 成型一體形成并模制而成。盡管圖3A和3B中示出的頂部密封槽24具 有一對成角度的附屬側(cè)部25，但是想到頂部密封槽24可另外采取其它 構(gòu)形。此處，想到頂部密封槽24可具有一對大體平行的接合表面25, 或者還可以具有模制在其中的鎖定裝置(未示出)。能夠在注模成形過 程中利用模腔形狀來模制和成形頂部密封槽24，換句話說，頂部密封 件接收槽24可以呈"模制形式"，或者在某些方面，可以進(jìn)一步進(jìn)行機(jī) 加工以獲得期望頂部密封件接收槽24形狀。在本公開的某些方面，用 聚合物材料注射模制使得能夠形成具有所需的尺寸的模制的頂部密封 槽，消除了任何對進(jìn)一步機(jī)加工的需要。能夠通過摩擦配合或本領(lǐng)域技 術(shù)人員已知的其它方法接合到頂部密封槽24中?？蛇x擇地，頂部密封件28由本領(lǐng)域已知的合適的摩擦學(xué)材料形成，并且作為非限制性示例， 其可由金屬(例如平行的金屬薄墊片)或聚合物(例如碳強(qiáng)化的PTEE ) 形成。圖4示出了頂部密封件接合磨耗板14的立體圖。如圖所示，頂部 密封件接合磨耗板14大體成盤旋形且與位于渦旋體漸開線部8的凸起 的翼片之間的渦旋體基部12的形狀一致。頂部接合磨耗板14的側(cè)部和 底部中介表面26可處理成有助于與渦旋體基部12的基質(zhì)或基體材料粘 結(jié)在一起。此處，中介表面26可以是多孔的，或者可以限定出鎖定裝 置。能夠通過定位在渦旋構(gòu)件頂部9上的槽24中的撓性頂部密封件28 來實(shí)現(xiàn)渦旋體部件結(jié)構(gòu)6的相對的頂部9與其渦旋體基部12之間的軸 向密封。如圖5所示，接合磨耗板16的止推軸承是圍繞渦旋體基部12的下 表面的轂部10限定出的環(huán)形構(gòu)件。和頂部密封件接合支承磨耗板14相 同，可選擇地，止推軸承接合磨耗板16可一體模制在渦旋體基部12內(nèi)。 類似地，可選擇的用于與驅(qū)動構(gòu)件軸頸互相接觸的轂軸承柱面磨耗板 18—體模制在轂部10內(nèi)?？蛇x擇地，頂部接合磨耗板14、止推軸承接 合磨耗板16以及轂軸承柱面磨耗板18可由對相互接觸的材料具有良好 的耐磨特性的諸如但不限于鑄鐵、高碳鋼、不銹鋼以及陽極氧化鋁等的 材料形成，反之亦然。在某些方面，如圖6所示的那種模具被用于制造圖1中示出的渦旋 體部件。該模具由第一半模40和第二半模42形成。第二半模42限定 有澆口 44，同時在第一半模40與第二半模42之間限定出模腔46。模 腔46大體分成轂部48、基部50、以及漸開線部52。在閉模和模制之前， 將頂部接合磨耗板14和止推軸承接合磨耗板16分別耦聯(lián)至內(nèi)模面56 和58?？蓪⑤炤S承柱面磨耗板18設(shè)置在轂部48內(nèi)。能夠利用定位銷(未示出)或可選擇的設(shè)在模具內(nèi)的磁體54將頂 部接合磨耗板14和軸承接合磨耗板16耦聯(lián)至內(nèi)模面。在頂部接合磨耗 板14和止推軸承接合磨耗板16定位之后，閉合模具并將液體經(jīng)澆口 44 注射入模腔中。在部件的基質(zhì)或基體材料定型之后，打開模腔46，并 給渦旋體部件6脫模。應(yīng)當(dāng)理解，此處的注射模制工藝可采用聚合物材 料和金屬注射模制，或者可采用利用粘合劑的粉末狀金屬注射。在某些 方面，注入的材料包括聚合物。在某些方面，注入的材料還包括強(qiáng)化料或強(qiáng)化相(例如，形成包括分散在一種或多種聚合樹脂中的許多顆粒 的復(fù)合材料或聚合物基體)。進(jìn)一步地，應(yīng)當(dāng)理解，能夠通過諸如鑄造 等其它傳統(tǒng)加工工藝形成渦旋體的某些部件或部分，然后可將注射模制 部件與其它部件連結(jié)在一起，從而形成完整的渦旋體。關(guān)于聚合物注射模制，想到用于形成渦旋體部件6的聚合物材料可 以是熱固性聚合物材料或者熱塑性聚合物材料。此處，熱固性材料或者 熱塑性材料可以是工程塑料，如使用強(qiáng)化材料的聚合物。在某些方面， 聚合物包括聚酰亞胺、聚酰亞胺共聚物、和/或它們的衍生物或等同物。 如上所述，可選擇地，這種聚合物材料包括強(qiáng)化相材料以形成基體。這 些強(qiáng)化材料可以包括但并不限于碎玻璃、碳纖維、聚酰亞胺纖維及它們 的混合物。另外，想到可利用納米相粘土 (例如，蒙脫石粘土)或者用 作強(qiáng)化材料以形成納米復(fù)合材料的單壁或多壁碳微米管或納米碳管來 強(qiáng)化聚合物材料。還可以想到本領(lǐng)域已知或?qū)⒁_發(fā)出的其它等同的強(qiáng) 化相材料。此處，想到碳微米管或納米碳管(此處稱為"碳納米管") 在聚合物復(fù)合材料總重量中所占的質(zhì)量百分比可小于或等于5%,或者 可選擇地，大于或等于1。/。且小于或等于2%。在某些方面，例如，在 操作溫度達(dá)到300下(149。C)時，材料模量至少為10,000兆帕。適合 應(yīng)用于此的市售聚酰亞胺聚合物的例子是可從特拉華州的威爾明頓市 的杜邦公司(E.I. DuPont Nemours of Wilmington, DE )購得的 VESPEL⑧。圖7示出了結(jié)合有根據(jù)本公開的注射模制渦旋構(gòu)件的示例性全密封 渦旋式壓縮機(jī)60。壓縮機(jī)60包括壓縮機(jī)主體62、蓋組件64、主支承殼 體66、驅(qū)動裝置和油泵組件(未示出)、動渦旋構(gòu)件72以及定渦旋構(gòu)件 74。動渦旋構(gòu)件72和定渦旋構(gòu)件74限定有緊鄰主支承殼體66定位的 渦旋體吸入口并位于渦旋體吸入口 65徑向內(nèi)側(cè)。吸氣配件78由金屬吸 氣板67和吸氣管67'形成。壓縮機(jī)主體62大體呈圓筒形。在某些方面，壓縮機(jī)主體62由鋼構(gòu) 成。主體62限定出內(nèi)腔86，主支承殼體66和吸入口 65位于內(nèi)腔86 中，其中吸入口用于連接至與壓縮機(jī)60相關(guān)聯(lián)的制冷劑回路(未示出)。 壓縮機(jī)主體62和上下蓋組件限定出密封腔34,渦旋構(gòu)件72和73設(shè)置 在密封腔34中。如圖所示，當(dāng)使用時，頂部密封件28與相對的渦旋體部件的頂部密封件接合磨耗板14的頂部密封支承表面23接合。類似地，軸承接合 磨耗板16與相關(guān)聯(lián)的軸承81接合?？蛇x擇的設(shè)置在轂部10內(nèi)的轂軸 承柱面磨耗板18構(gòu)造成與軸承套84互相接觸。如上所述，頂部密封件 28可以由平行的金屬薄墊片或碳強(qiáng)化的聚合物(PTEE)形成。鋼質(zhì)驅(qū)動軸或一端具有偏心曲柄銷82的曲柄軸80以可旋轉(zhuǎn)的方式 軸頸連接于主支承殼體66中的套筒軸承84中和下軸承組件(未示出) 中的軸承中。曲柄銷82驅(qū)動性地設(shè)置在驅(qū)動襯套94的內(nèi)孔92中。曲 柄銷82在其一個表面上具有平坦部，該平坦部驅(qū)動性地接合形成為提 供徑向隨動配置的平表面(未示出)，如在共同轉(zhuǎn)讓給Caillet等人的美 國專利No. 4,887,382中示出的那樣，就此將其以參引的方式結(jié)合在本文 中。
權(quán)利要求
1.一種渦旋體部件，包括注射模制的聚合物渦旋體結(jié)構(gòu)，所述聚合物渦旋體結(jié)構(gòu)具有漸開線部和基板部，并且包括至少一個強(qiáng)化相；以及設(shè)置在所述基板部中的磨耗板。
2. 如權(quán)利要求1所述的渦旋體部件，其中，所述強(qiáng)化相包括從碎玻璃、 石墨、碳納米管、碳微米管、納米相粘土以及它們的混合物和它們的等同 物所構(gòu)成的群組中選擇的材料。
3. 如權(quán)利要求l所述的渦旋體部件，其中，所述聚合物渦旋體結(jié)構(gòu)包 含聚酰亞胺、聚酰亞胺的共聚物或聚酰亞胺的衍生物。
4. 如權(quán)利要求l所述的渦旋體部件，其中，所述強(qiáng)4M目包括在總組分 中所占的重量百分比小于或等于大約5%的碳納米管。
5. 如權(quán)利要求l所述的渦旋體部件，其中，所述漸開線部限定有頂部 密封件接收槽，在所述頂部密封件接收槽中設(shè)置頂部密封件。
6. 如權(quán)利要求5所述的渦旋體部件，其中，所述頂部密封件由摩擦學(xué) 金屬和/或摩擦學(xué)聚合物形成。
7. 如權(quán)利要求l所述的渦旋體部件，其中，所iij",從頂部接合磨 耗板、止推軸承"^磨耗板和/或轂軸承柱面磨耗板中選擇。
8. —種渦旋體部件，包括具有漸開線部的渦旋體結(jié)構(gòu)，所述漸開線部包含聚合物并限定有形成 在所述漸開線部的末端處的模制的頂部密封槽；以及 設(shè)置在所^制的頂部密封槽中的頂部密封件。
9. 如權(quán)利要求8所述的渦旋體部件，其中，所述渦旋體結(jié)構(gòu)還包括基 板部，所i^!4l部限定有止推軸承接合面，所述止推軸承M面包括一體 模制到所i^部中的金屬板'
10. 如權(quán)利要求8所述的渦旋體部件，其中，所述渦旋體結(jié)構(gòu)還包括 UL部，所it^部包括頂部密封件^面，所述頂部密封件^^面包括 一體形成到所述基部中的金屬板。
11. 如權(quán)利要求10所述的渦旋體部件，其中，所述金屬板呈盤旋狀。
12. 如權(quán)利要求10所述的渦旋體部件，其中，所述頂部密封件接合面 的金屬板包括從鑄鐵、高碳鋼、不銹鋼、陽極氧化鋁以及它們的混合物所 構(gòu)成的群組中選擇的金屬。
13. 如權(quán)利要求8所述的渦旋體部件，其中，所述渦旋體結(jié)構(gòu)的聚合 物包括包含聚酰亞胺、聚酰亞胺的共聚物或聚酰亞胺的衍生物的材料。
14. 如權(quán)利要求13所述的渦旋體部件，其中，所述材料還包括M玻 璃、石墨、碳納米管、碳微米管、納^M目粘土以及它們的混合物和它們的 等同物所構(gòu)成的群組中選擇的強(qiáng)化相。
15. 如權(quán)利要求8所述的渦旋體部件，其中，所述頂部密封件由多個 金屬薄塾片或碳強(qiáng)化的聚四氟乙烯聚合物材料中的一種形成。
16. —種渦旋式壓縮機(jī)，包括渦旋體構(gòu)件，所述渦旋體構(gòu)件包括141部和包含聚合物的漸開線部， 其中，所述漸開線部限定有容置頂部密封件的模制的頂部密封件接收槽， 并且所i^J4l部限定有頂部密封件接合面。
17. 如權(quán)利要求16所述的渦旋體部件，其中，所述頂部密封件接合面 是一體模制到所^&部中的金屬板。
18. 如權(quán)利要求16所述的渦旋體部件，其中，所述漸開線部的聚合物 包括熱固性聚合物，并且所述漸開線部還包括從碎玻璃、碳纖維、聚酰亞 胺纖維、單壁碳納米管、多壁碳納米管、碳微米管、納米相粘土以及它們 的混合物和它們的等同物所構(gòu)成的群組中選擇的強(qiáng)化相材料。
19. 如權(quán)利要求18所述的渦旋體部件，其中，所述聚合物包括聚酰亞胺、聚酰亞胺的共聚物或聚酰亞胺的衍生物，并且所述強(qiáng)化相材料^f玻 璃、石墨、納米相粘土、碳納米管、碳微米管以及它們的混合物和它們的 等同物所構(gòu)成的群組中選擇。
20.如權(quán)利要求16所述的渦旋體部件，其中，所述聚合物包括聚酰 亞胺、聚酰亞胺的共聚物或聚酰亞胺的衍生物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通過注射模制法制成的渦旋體。該渦旋體部件具有限定在渦旋體的漸開線部內(nèi)的頂部密封槽。軸承密封接合板和頂部密封件接合板一體模制在渦旋體的基部構(gòu)件內(nèi)。
文檔編號F04C18/02GK101617122SQ200880005422
公開日2009年12月30日 申請日期2008年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月4日
發(fā)明者基里爾·M·伊格納季耶夫, 讓-呂克·M·卡伊拉特 申請人:艾默生環(huán)境優(yōu)化技術(shù)有限公司