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1、表 1 7C27Mo2 主要化学元素含量元素CSiM nCrM o 7C27Mo20.380.400.5513.50.95表 27C27Mo2 机械性能 厚度拉伸强度 屈服强度 0.2% 塑变 0.01% 塑变(mm)(N/ mm2)(N/ mm2)(N/ mm2) 1.0001800145012501.00017001350120022注:拉伸强度公差 80N/mm ;弹性模量 210000N/mm 。图1 阀片系统结构图图 2 阀片运动受力分析注：参考 sandvick 的产品手册影响空调压缩机 阀片疲劳性能的因素上海日立电器有限公司梁小伟 郑青春 杨焱遒 陈艳春1 前言空调压缩机中的阀片
2、是影响压缩机可 靠性和性能的关键部件之一，它需要长期 持续的无故障工作，而阀片的断裂失效， 将会直接导致压缩机的失效和其他零部件 的损坏。随着制冷压缩机向高速、长行程 和变频等方向发展，阀片的受力将更加恶 劣，动作频率更高，因此对阀片的要求越 来越高，尤其是阀片的疲劳强度，直接影 响阀片的使用寿命。阀片的疲劳强度受以下因素影响： 阀片材料， 包括显微组织、 非金属 夹杂物、表面状态、边缘精加工等； 使用环境， 包括压缩机的工况、 冷 媒、冷冻机油以及压缩机内的异物等； 阀片的设计，包括阀片的形状、 尺寸、与其接触的档板和底座的形状和 尺寸等； 阀片的制造，涉及模具材料的选择和加工工艺等。习惯上
3、称为不锈钢阀片钢，其中 sandvickhiflex是7C27Mo2的升级。 与碳钢相比， 不 锈钢阀片带钢的疲劳性能更高，有利于阀 片的设计。 由于两种阀片钢的材质不同， 机 械性能不同，因而其服役温度、使用环境 也就存在差异1。SANDVIK 公司推荐的服 役温度为:hiflex和7C27Mo2 300、 20C 150， 因为20C碳钢材料在较高或较低 的温度下比 7C27Mo2 和 hiflex容易产生脆 性断裂1， 同时考虑成本， 因此建议国内厂 家选用 7C27Mo2。7C27Mo2 阀片钢为含钼 马氏体,相当于Cr13钢,其主要化学成分见 表 1，机械性能见表 2。其组织是细小的
4、马氏体和均匀分布的 碳化物。组织中的非金属夹杂物会导致疲 劳强度的降低，在基体和非金属夹杂物的 边界，容易产生微裂纹，由于交变载荷的 作用，使裂纹发生扩展。颜银标等专门对 此造成的阀片进行了失效分析2。表面缺 陷和边缘缺陷很容易造成疲劳裂纹的起 源，因此对阀片材料的表面和边缘状态都有很高的要求。摘要：本文对影响空调压缩机阀片疲劳性能的各种因素进行系统分析， 指出了阀片疲劳性能的提高要从材 料、环境、设计和制造等方面进行综合考虑。 关键词 ： 空调压缩机阀片疲劳2 阀片材料简介目前,转子式制冷压缩机的阀片大都使 用瑞典 SANDVIK 公司提供的阀片钢带，它 们共有三种规格， 一种为20C， 习
5、惯上称为 碳钢阀片钢， 另一种为7C27Mo2和sandvick hiflex， 后者为淬火回火马氏体不锈钢，3 空调压缩机阀片的使用环境空调转子式压缩机在一定范围的压力 温度条件下工作，其中还有冷冻机油和制 冷剂在整个空调系统中运转。阀片位于挡 板和缸盖中间，如图 1 所示，中间浅绿色 部品为阀片，左端铆接或者螺栓固定，在 气体压力作用下，阀片右端开启受到弯曲 应力，在闭合和撞击阀片底座时受到冲击 应力，在整个压缩机寿命过程中，这一承 载模式将被重复超过千万次，具体运动过程如图 2 所示。通过 ansys 软件对阀片运动的不同阶段进行应力分析，如图 3 所示，阀片初始 阶段受气流的冲击应力最
6、大，集中在阀片 的舌部，阀片开始运动以后，应力集中区 向阀片颈部集中，其中图 3 的（c）图为阀 片表面的最大应力出现及其应力分布情 况，也集中在颈部。 当然， 不同的工况下， 采用的制冷剂和冷冻机油也不相同，对阀 片的行程也会提出不同的要求，最终使阀片所承受的最大应力也不一样，直接影响图4 空调系统中存在的异物形貌（a）阀片初始状态ab（b）上升一半（c）最大应力 图6 不同滚抛工艺处理后的阀片边缘形状图3 阀片不同阶段的应力分布注：参考 sandvick 的产品手册表 3阀片弯曲角度对弯曲次数的影响其使用寿命。从阀片的运动过程可以看出，阀片的 疲劳性能，尤其是弯曲疲劳强度和冲击疲 劳强度非
7、常重要。除了阀片的使用工况外，必须考虑到 压缩机是空调系统的核心部件，而阀片又 是空调压缩机的核心部件之一，因此空调 系统中存在的细小异物，如图 4 所示，包 括压缩机制造以及空调系统制造过程中产 生的金属残留物，如焊料飞溅等，以及压 缩机运行过程中产生的金属磨屑等，都会对阀片的失效造成影响。程，或者阀片的弯曲角度必须考虑，因为阀片行程的提高直接影响到阀片的弯曲次 数，即使用寿命，如表 3 所示。随着阀片疲劳强度的提高，有利于设 计时考虑阀片行程的升高，降低通过阀片 的气流损失，使压缩机的效率提高；或者 在保证阀片行程不变的情况下，阀片凸舌 尺寸可以减小，压缩机的尺寸可以减小， 为空调系统节约
8、空间和材料。阀片设计时还要注意与其接触的档板和底座的形状和尺寸，避免应力集中。边缘，一般间隙为（210）%t。如图 5 所示，a 试样的剪切区明显比 b 试样大。 冲裁后阀片边缘是粗糙的，需要进行滚抛处理来磨圆其边缘。 滚抛工艺分为旋转法和振动法，是将冲裁后的阀片和一定形状和尺寸的氧 化铝颗粒、水以及一定量的滚抛液放入 一个可以旋转或振动的容器中，容器运 动造成阀片和磨粒之间的相互摩擦，可 以去除毛刺、细小的冲压缺陷以及冷加 工区3。 由于尖角处摩擦的机率远远大于 平直处， 随着滚抛时间的加长， 尖角将变 成钝角， 最终使边缘变成过渡的圆弧。 如图 6 所示。5 阀片的制造阀片制造主要通过模具
9、进行冲裁，合 理设计模具间隙，既要防止冲模损坏，又 要防止废料折叠。理想的间隙设计是得到剪切区域窄，断裂区域宽，毛刺高度低的4 阀片的设计阀片的设计要避免应力集中和细小缝 隙结构，导致后期难以加工。通常情况下，阀片设计中，阀片的行6 4阀片样品1材质7C27Mo2弯曲角度30弯曲次数150 万27C27Mo23560 万。图7 滚抛前阀片冲裁面图8 滚抛后阀片的冲裁面图9 阀片表面应力测试区域分布论文园地Technical Papers滚抛同时可以增加冲裁面的平整度，减小凹坑尺寸3， 如图7和图8 所示， 滚抛 后的冲裁面表面变得光滑，凹坑尺寸小。 滚抛还可以消除阀片冲制过程中阀片 边缘产生的
10、拉应力，滚抛时间更长的话，可以产生残余压应力，增加疲劳强度，同 时还增加阀片表面的残余压应力强度。根 据阀片表面的应力分析，对不同状态条件 下的阀片颈部应力集中区域进行了表面应 力的测定，如下图 9 所示。分别对阀片颈部的 A 和 B 进行横向和 纵向两个方向，以及阀片的同一加工表面 进行。具体数据见图 10。从图 10 中可以看出，不管是 A 部位 还是 B 部位，随着滚抛时间的延长，表面 残余压应力显著升高（图中负号表示压应 力） ；随着滚抛时间的延长， 表面残余压应力的分布均匀性也随之提高。另外，阀片滚抛前后的疲劳强度也有变化，滚抛后，阀片的循环弯曲疲劳强 度和冲击疲劳强度都大大提高。如
11、图 11 所示。对于阀片的加工工艺方面也有其他处 理方法，例如采用较合适的喷丸工艺，可 保证较小的阀片变形、使表面粗糙度降 低、并在表层产生压应力，可有效提高压 缩机阀片的疲劳寿命4。另外采用合适厚 度的表面渗氮工艺，也可在阀片表面产生残余压应力，提高阀片疲劳寿命5。6 结束语综上所述，影响阀片疲劳强度的因素 众多，要有效提高空调压缩机阀片的疲劳 强度， 需要进行合理的选材， 通过对阀片的 使用环境的调查来进行阀片的设计，并选用合适的制造工艺来达到设计要求。注：参考 sandvick 的产品手册编辑/李 鹏6 5（上接第 62 页） （放水过程）的速度比电路 需水面上下各一只 N T C 处于
12、自热状态， 处于测温状态。的反应速度还要缓慢。 其它 NTC 处于测温状态。如图 5 所示，例 满足 EMC。为了降低成本，NTC 初次上电。电路设计应当先测量 如水位在 CD 之间，则 C 和 D 两只 NTC 处 需采用非屏蔽线缆，这样就很容易形成 温度，当温度高于 100时，说明水箱没 于自热状态，A 和 B 处于测温状态；水满 对电控系统的干扰源，是系统的抗干扰 有水（此时不得注水，否则玻璃管集热器 时，只需 D 一只 NTC 处于自热状态，其 重点会爆裂损坏） ，同时，所有 NTC 不必进入 它处于测温状态；没有水时， 温度低于60 自热状态。 时（处于准备注水状态） ，注水控制之
13、NTC状态。 当检测出水位之后， 只 前只需 A 一只 NTC 处于自热状态，其它 编辑/李 鹏编者注：上述内容已申请实用新型专利一种太阳能热水器及水箱水位检测装置 （ZL 20052 0120442.6） ，作者为该专利的设计人。参 考 文 献1 梅先松等，参考压缩机用阀片钢使用中应注意 的问题，流体机械 J，2001，29（4） ：44-452 颜银标等，空调压缩机阀片失效分析，理化检 验物理分册J,1999，35（12） ：557-5603 温爱玲等， 压缩机阀片失效分析和滚磨倒角， 大 连铁道学院学报J， 2003 24 （3） ：16-184 温爱玲，阀片表面喷丸强化工艺大连铁道学院 学报J Mar.2005，26（1） ：83-865 温爱玲,戴连森. 压缩机阀片的失效分析与离子 渗氮工艺J. 热加工工艺, 2003, 26 (3):16-18
