高立義

（廣州科技職業(yè)技術(shù)學院機械系，廣東廣州510550）

圖1是公司大批量生產(chǎn)的汽油發(fā)動機活塞連桿組件圖。產(chǎn)品試制初期，經(jīng)對壓裝后的活塞連桿組件檢測，發(fā)現(xiàn)活塞徑向變形很大，圓度誤差最大達到0.20 mm，嚴重影響活塞連桿的裝配質(zhì)量。

1 技術(shù)分析

1.1 活塞的結(jié)構(gòu)分析

如圖1示，活塞的整體結(jié)構(gòu)類似于圓筒體，材料為鋁合金。工作時在燃燒室內(nèi)作往復(fù)直線運動。為了減小活塞質(zhì)量，并在其內(nèi)腔給連桿小頭提供一定的運動空間，活塞被設(shè)計成薄壁筒件。

1.2 壓裝過程及工藝力分析

由圖1知，活塞銷與活塞a、b兩銷孔為過盈配合，與連桿孔為間隙配合。壓裝時活塞銷先壓入a孔，再穿過連桿孔，最后壓入b孔。在產(chǎn)品試制時，壓裝的全過程都是以活塞B面為支承面;當活塞銷壓入活塞a孔時，因連桿兩側(cè)面與活塞內(nèi)腔兩凸臺端面存在較大間隙，薄壁活塞在壓裝力F和支承力f的作用下產(chǎn)生徑向變形。因此要消除活塞在壓裝過程中的徑向變形，就是在活塞銷壓入a孔的過程中，要將支承面設(shè)置在活塞內(nèi)腔凸臺的A端面上。要解決這個問題，必須設(shè)計新的壓裝模具。

2 壓裝模設(shè)計

2.1 支承元件設(shè)計

根據(jù)前述，在活塞銷壓入活塞a、b兩孔過程中需要2個支承面;為此在壓裝模內(nèi)設(shè)計如下2個支承元件:

如圖2所示，設(shè)計一個U形支承3，用作活塞銷壓人a孔時對活塞A端面的支承元件。又如圖3所示，活塞內(nèi)腔存在兩個凸臺，再去除連桿小頭所占空間，U形支承有效工作空間在高度方向僅4 mm。為提高該結(jié)構(gòu)抗彎強度，綜合利用活塞內(nèi)腔凸臺兩側(cè)空間，將其截面也設(shè)計成U形結(jié)構(gòu)，具體形狀和尺寸見圖2和圖3中的K向視圖。

U形支承是模具的重要零件，焊接在支座5的上部。為提高其抗彎強度，采用40Gr制造，調(diào)質(zhì)處理硬度為200～220 HB。

設(shè)計一個氣動支承裝置，其中活動頂桿7用作活塞銷壓入b孔時對活塞B平面的支承元件。頂桿的下端為斜面，用于傳遞柱塞11的運動及其支承力;側(cè)面開一腰形槽，在導(dǎo)向銷釘9的作用下對自身定位。活動頂桿為空腔結(jié)構(gòu)，內(nèi)部裝有彈簧6和鋼球8;受限于活塞B平面結(jié)構(gòu)，活動頂桿的直徑尺寸設(shè)計為φ16 mm（圖3）。

2.2 活塞銷定位導(dǎo)向元件設(shè)計

為方便壓裝過程中的具體操作，又考慮到活塞連桿屬于大批量壓裝，生產(chǎn)節(jié)拍短，設(shè)計定位塊1，裝在模具的最上方。壓裝前將活塞銷插入定位塊的定位孔內(nèi)，可實現(xiàn)對活塞銷的4點定位及導(dǎo)向（圖4）。

2.3 活塞定位元件設(shè)計

在氣動裝置中設(shè)置一鋼球。壓裝開始前，鋼球和已插入定位塊中的活塞銷構(gòu)成組合定位元件，對活塞實行完全定位（圖4）。其中鋼球定3點，活塞銷定2點。

鋼球8裝在活動頂桿7內(nèi)，由彈簧6支承（圖2）。設(shè)計活塞銷孔倒角錐面為活塞的定位面，錐面與其中位面的交線為鋼球的接觸線;鋼球直徑以此為設(shè)計條件用CAD作圖求出。

2.4 氣動裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

如圖2所示，氣動支承裝置由活動頂桿7、堵頭14、導(dǎo)向銷13、氣缸體12和柱塞11等組成。裝置的a腔和b腔通過管路與換向閥（裝在氣動壓床上）相連接。壓裝開始時，a腔為出氣低壓腔，柱塞左端頂在堵頭端面上，活動頂桿7處在最低位置。當活塞銷壓進連桿小頭孔時，行程開關(guān)驅(qū)動換向閥動作，此時a腔變?yōu)楦邏呵?，柱塞右行，其右端面頂住孔底，活動頂桿處在最高支承位置。

3 壓裝模的使用

生產(chǎn)中壓裝模安裝在氣動壓床上。壓裝開始前，模具的氣動支承裝置處于初始狀態(tài)，活動頂桿處于最低位置。

首先將連桿小頭裝入活塞內(nèi)腔兩凸臺平面間，再將它們同時插入模具的U形懸臂支承中。左手將活塞的b銷孔倒角錐面壓在定位鋼球上;右手將活塞銷插進定位塊的定位孔中，并將銷下端的倒角錐面壓在活塞的a銷孔倒角錐面上，此時活塞在模具中獲得了相對于活塞銷的定位（圖4）。

右腳踩下氣動開關(guān)，裝在氣動壓床上的壓桿緩慢地將活塞銷壓入活塞的a孔，活塞立即垂直下行，其A平面壓在U形懸臂支承的D面上（圖4）;迅即用右手調(diào)整連桿小頭位置，使活塞銷穿過連桿銷孔。此時裝在壓床上的換向閥換向（圖5），活動頂桿在柱塞推動下到達最高位置，其上端面頂住活塞的B平面。壓桿繼續(xù)下行，將活塞銷壓入活塞b孔中;銷的軸向位置由行程開關(guān)確定。

4 結(jié)語

活塞連桿壓裝模設(shè)計，設(shè)計懸壁U形結(jié)構(gòu)和氣動頂桿元件，在活塞壓裝過程的兩個時段依次對其合理部位進行支承，極大地減小了活塞的徑向變形;設(shè)計鋼球及活塞銷為活塞的組合定位元件，設(shè)計活塞銷的定位導(dǎo)向元件，方便了操作，提高了生產(chǎn)效率。使用結(jié)果表明:壓裝模完全能保證活塞連桿壓裝質(zhì)量和生產(chǎn)要求。