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第五章制冷压缩机机械加工和装配工艺5-1压缩机零部件材料一、活塞组活塞组中各零件的材料选用应满足如下要求:1、活塞组运动时会产生往复不平衡惯性力，压缩机转速越高则惯性力越大。因此，要求在保证足够强度和刚度的前提下，从材料选用上尽量减少活塞组的质量，以减小压缩机的振动。2、活塞组是在高温条件下工作的，活塞组各零件会受热膨胀，它们之间以及与气缸的配合间隙会发生变化。这就要求活塞组所用材料具有较好的导热性能，以降低其自身温度，提高输气系数，同时所用材料还应具有较小的热膨胀系数，以保证活塞组合理的配合间隙。3、括塞组是运动部件，材料必需强度高、耐磨性好、具有良好的铸造性能，且价格便宜。活塞的材料常用的有铸铁和铝合金两种，只有少数小型封闭式压缩机用钢或粉末冶金。铸铁的特点是热膨胀系数小、耐磨性好、强度高和价格便宜，因此在不使用活塞环的小型封闭式压缩机中往往采用铸铁作为活塞材料。常用牌号有HT100,HT150,HT200或HT250。但铸铁密度大，重量重，运行时惯性力大，中大型压缩机通常不用铸铁作活塞材料。铝合金重量轻、导热性能好、铸造工艺性优良，高速多缸压缩机活塞材料往往采用铝合金。不足之处是其热膨胀系数大，因而与气缸的配合间隙变化较大。为了防止高压气体泄漏和容易上油，铝合金活塞上须设有活塞环。国内常用铝合金有ZL113，它的化学成份为:硅（Si)5~6.5%、铜（Cu）6~7%、镁(Mg)0.3~0.5%、铁(Fe)≤1%，其余为铝(Al)。活塞销承受气体力和惯性力等组成的交变弯曲负荷，而且带有冲击性，因此要求材料表面硬度高、耐磨、且内部具有韧性，通常用表面渗碳的低碳钢或表面渗碳的低合金钢，如20号钢或20Cr钢，渗碳层厚度随活塞销的壁厚而不同，一般在0.5~1.5mm范围内，淬火及低温回火后的硬度为HRC55~62。活塞销也可用45号钢，进行高频淬火，并经低温回火，其表面硬度可达HRC50~58。活塞环处于高温、高压和高速的状态下，承受着冲击和磨损。因此，选用材料必须具有足够高的机械强度、耐磨性。目前国内采用最多的是灰铸铁，如HT250和加入少量Cr,Mo,Cu,Mn等合金元素的合金铸铁。二，连杆连杆的材料应具有重量轻、强度高和冲击韧性好的特点，以往常用35号、40号优质碳素钢。目前在封闭式压缩机中使用金属铸造或压铸的铝合金连杆，材料为ZL117和铝硅铜合金(Al-Si-Cu)，开启式压缩机中使用可锻铸铁KT350-10,KT370-12和球墨铸铁QT450-10,QT600-3等。连杆大头是剖分式，连杆螺钉应用优质合金钢制造，常用的有40Cr,35CrMoA等。三，曲轴曲轴是传递动力的部件，它承受复杂的扭曲和弯曲应力，必须保证一定的机械强度，而主副轴承颈和曲柄销部分是摩擦面，应有较好的耐磨损性，同时，还要具有良好的刚性，减小压缩机在压缩过程中引起压力引起轴承面间隙的变动。符合上述条件的曲轴材料，以往常用40号、45号优质碳素钢或40Cr钢，为了提高耐磨性能，可进行表面渗碳。目前全我国压缩机普遍采用球墨铸铁QT450-10,QT600-3，其特点是具备足够的强度，在正火处理后硬度可达HBS263~272，抗拉强度在750~800N/mm2，不亚于一般中碳钢，但其延伸率和冲击韧性较低，弹性模数也较低。所以，从综合的机械性能来看还是稍次于钢。此外，它还有耐磨性好，见表5-1的试验统计资料，对应力集中的敏感性小，具有良好的吸振性和润油性，铸造加工工艺简单。四、机体、气缸套和机壳一般机体的材料采用铸铁．它具有容易成形、切削件能好、价格低廉及有较好的吸振性等优点，只有在特殊要求的场合，如汽车空调用制冷压缩机要求质量轻时，才用铝合金材料。铸铁的牌号，根据需要对选用HT100~HT400，通常采用HT200或HT250。气缸套与活塞和活塞环之间存在着剧烈的摩擦，因此对它的要求主要是具有良好的耐磨性，此外，它还承受—定的气体压力，需要有足够的强度。气缸套的材料通常用铸铁，常用牌号有HT200、HT250和高磷铸铁。在某些机器中，也有使用球墨铸铁作为气缸套材料的。全封闭机器中的上下机壳常用热轧钢板和冷轧钢板，经过数道工序的拉伸成形制成，牌号行08AL,08，10。五，气阀阀片、弹簧和阀座材料制冷压缩机上使用的阀片材料应具有弹度高、韧性好、耐磨和耐腐蚀等性能，以满足使用寿命长的要求。使用环片阀和网状阀的阀片常用30crMnsiA或4cr13Mo和3cr13合金钢制造；簧片阀和阀片材料则采用瑞典弹簧带钢和T8A、T10A碳素工具钢；在高转速的情况下，可采用瑞典弹簧带钢、时效硬化不锈钢或无镍不锈钢。目前，世界上最好的阀片材料是瑞典弹簧带钢。它具有硬度高、耐磨性好、耐腐蚀性好、表面致密、厚度均匀、弹性持久和表面粗糙度值低等特点。此外，纯聚四氟乙烯加入一定量的氧化镉或氧化硅等填充剂制成的填充四氟乙烯工程塑料成功地用在阀片上，甚至有的还用尼龙6制造吸气阀片。气阀弹簧材料常用合金弹簧钢丝，其中主要有50CrVA、60Si2Mn等。阀座材料可按气阀两侧压力差的不同来选择，对于压差小于6×105Pa的阀座，可用灰铸铁HT200；压差在(6~16)×105Pa范围内，则用HT250、稀土球墨铸铁或35、45钢等。升程限制器的材料一般与阀座相同。六，轴承制冷压缩机中曲轴轴承和连杆轴承大多数采用滑动轴承的结构形式，只有少数机器如斜板式压缩机、螺杆式压缩机才使用滚动轴承。轴承是主要摩擦件之一，所以，它应具有足够的机械强度、良好的表面减磨性能、耐腐蚀和与瓦背结合牢固等特点。当前，低速压缩机的轴承合金层可采用锡基白合金，中速压缩机可采用巴氏合金或铝镁合金，高速压缩机则采用高锡铝合金。此外，通常还用磷青钢、铅青钢等。轴承背的材料，从与轴承合金层的结合牢固程度和机械强度考虑，以选用低碳素钢为宜、如08、10、15钢等。5-2曲轴加工的技术要求和工序制冷压缩机中的曲轴通常分为曲拐轴和偏心轴两大类。曲铀在机械加工时，应严格控制其形状公差、位置公差和尺寸精度。形状公差是指各轴颈的圆度和圆柱度等，控制这些公差，可避免轴和孔配合时出现间隙不均匀、难以形成油膜而使磨损加剧。位置公差是限制曲柄销与主轴颈轴线的平行度，保证活塞往复运动方向与气缸中心线方向一致，防止气缸内活塞被咬死的情况发生。尺寸精度即为各加工表面的尺寸公差，如主轴颈与曲柄销轴线问的距离也有尺寸精度，它将影响余隙容积。此外，为了避免应力集中，轴颈、曲轴和曲柄销连接处的过渡圆角要光滑。11．2．1曲轴加工工艺的技术要求曲轴机械加工以8s-12.5制冷压缩机曲轴为例进行说明，其结构如图11-1所示，曲轴材料为QT600-3。曲轴在机械加工过程中，主要技术要求如下：图L1曲拐曲线结构简图1-曲柄销2-曲柄3-平衡块4-主轴颈5-锥轴颈1)当曲轴用两端最外的主轴颈支承时，主轴颈中心线和曲柄销中心线的平行度，在100mm长度内的公差值0.02mm。2)当曲轴用两端最外的主轴颈支承时，主轴颈表面对中心线的圆跳动的公差的公差值为0.03mm。3)采用滑动轴承时的主轴颈和曲柄销表面粗糙度R为0.32~0.63µm。曲轴加工过程的定位基准选择如下：在同轴线上，各轴颈的粗、精加工均以中心孔作为定位基准，以保证各外圆同心。因此，曲轴加工的第一步就是加工出两端中心孔。由于两端中心孔的尺寸、形状和相互位置精度对曲轴以后的加工质量有很大影响，因此对于加工余量较大的曲轴在粗加工后或热处理后还须进行修正中心孔的工序。曲轴柄的粗、精加工应以加工过的主轴颈为基准。为了保证主轴颈和曲柄销轴向尺寸的精度，在加工时都用相同的一个主轴颈或曲柄销的端面作为各轴向尺寸的定位基准，加工图上有关轴颈的袖向尺寸都从这个端面注起，这样可以减少累积误差，便于测量。11.2.2曲轴加工的主要工序曲轴加工工序以8S-12.5制冷压缩机连杆为例进行说明，其材料是铸铁QT600-3。曲轴加工主要工序见表11-1。表11-1曲轴加工主要工序工序名称工序内容工序名称工序内容铸造铸造后清沙，热处理粗车削粗车两端轴颈和曲柄外圆抛丸使铸件外表面光洁呈金属光泽粗车削粗车曲柄销划线划曲轴两端面十字中心线半精车削半精车两端面并钻中心孔镗削镗铣两端中心孔半精车削半精车两端主轴颈和曲轴外圆精车削精车曲柄销热处理两曲柄销处激光淬火精车削精车两端主轴颈和锥颈半精磨削半精磨削两曲柄销探伤超声波探伤精磨削精磨削两曲柄销划线划油孔，键槽加工用线钻削作平衡试验钻削钻曲柄销油孔，孔口倒角精磨削精磨削主轴颈与轴封轴颈铣削铣键槽精磨削精磨削锥轴颈粗磨销粗磨主轴颈钳工油孔口应修光，除毛刺，清除油孔内及各部的铁屑和杂物，清洗粗磨销粗磨锥轴颈粗磨销粗磨曲柄销11.3连杆加工的技术要求和工序连杆的结构可分为连杆小头、大头和连杆体三部分。对中小型压缩机而言，连杆小头是不可剖分的，而连杆大头可分为剖分式和不剖分式两种。不剖分式连杆只能用于压缩机短行程，曲轴采用偏心结构的情况，由于它是整体的，连杆大小头加工精度容易保证。结构上又省去连杆螺栓，便于制造。对于缸径70mm以上的压缩机，其活塞行程较大，若采用偏心轴结构，则偏心销直径和连杆大头尺寸会显得过大。因此，采用曲拐轴和剖分式连杆结构。连杆的毛坯制造有铸造和锻造两种。铸造连杆不需要大型设备，材料利用率高，而锻造连杆则有自由锻和模锻两种。对于普通碳素钢，锻后要正火处理，以改善金屈组织性能和消除内应力；而对于合金钢锻造毛坯，应先退火，再进行粗加工，在精加工前还要调质处理。11.3.1连杆机械加工的技术要求连杆加工以8S-12.5制冷压缩机连杆为例进行说明，其结构如图11-2所示，连杆材料为QT500-7。连杆机械加工过程中的主要技术要求如下：图11—2剖分式连秆结构1-小头2-小头孔3-大头4-大头孔5-连杆盖6-连杆螺栓孔7-连杆体1)连杆大头和小头孔中心线的平行度，在100mm长度内的公差值为0.03mm。2)连杆大头孔或小头孔轴中心线对端而的垂直度，在100mm长度内的公差值为0.05mm。3)两连杆螺栓孔中心线的平行度为在100mm长度内，螺孔直径小于等于12mm时，公差值为0.20mm。螺孔直径大于12mm小于等于20mm时，公差值为0.15mm。螺孔直径大于20mm时，公差值为0.08mm。4)连杆螺栓孔和支承面的垂直度，在100mm长度内的公差值为0.30mm。5)连杆加工表面的表面粗糙度，对小头衬套内表面为Ra=0.32~0.63µm。11.3.2连杆加工的主要工序连杆机械加工工序以8S-12.5制冷压缩机连杆为例进行说明，其材料是QT500-7。连杆加工主要工序见表11-2。表11-2连杆加工主要工序工序名称工序内容工序名称工序内容铸造铸造后清除型砂，热处理钳工清洗连杆体和盖在连杆盖压入定位套抛丸铸件外表面光洁，呈金属光泽铣削铣连杆大头及工艺凸台的两侧面半精磨削半精磨削连杆头及工艺凸台两侧面磨销磨连杆大头及工艺凸台的两侧面粗镗削粗镗削连杆大小头孔铣削铣连杆小头的两侧面半精镗削半精镗削连杆大小头孔铣削铣连杆体三个定位基准面精磨销精磨削连杆大头及工艺凸台两侧面铣削铣开连杆体和盖精镗削精镗削连杆大小头孔至图样要求铣削精铣连杆体分合面钳工拆卸连杆体与盖铣削精铣连杆盖分合面铣削铣连杆体与盖到轴瓦定位口钻，镗削钻，扩，镗铰连杆盖，体螺栓孔钻削钻连杆体油孔铣削铣连杆盖螺栓孔端面至图样要求钳工清除油孔毛刺，并吹净孔内污物铣削倒连杆盖螺栓孔倒角镗削镗小头衬套孔至要求11.4活塞加工的技术要求和工序11.4.1活塞机械加工的技术要求活塞机械加工的主要要求是活塞销孔中心线至顶面的距离，以及它与外圆表面的垂直度，活塞环槽两侧面与活塞外圆表面垂直度，裙部外圆表面的尺寸精度；活塞销孔的尺寸精度。活塞结构简图如图11—3所示。活塞在加工过程中主要技术要求如下：1)活塞销孔的中心线对活塞中心线的垂直度：在100mm长度内的公差值0.035mm。2)活塞外圆表面粗糙度Ra=0.63~1.25µm。图11-3活塞结构简图3）活塞的活塞环槽两侧的表面粗糙度1-顶部2-气环槽3-油环槽Ra=1.25~2.5