徐國慶 徐飛躍 張維維

(廣東鴻圖科技股份有限公司，廣東 高要526108)

乘用車發(fā)動機搖臂室罩(也稱缸蓋罩Cover Assycylinder Head)產(chǎn)品是筆者公司的主力產(chǎn)品之一。此產(chǎn)品總成安裝在發(fā)動機汽缸蓋上部，其主要作用:(1)罩住氣門和凸輪軸蓋，防止外部灰塵和異物進入汽缸蓋機體，造成發(fā)動機損壞;(2)保護氣門搖臂機構等運動件的動作;(3)防止氣門搖臂機構的潤滑油外漏等多個功能。產(chǎn)品零件總成具有清潔度要求，零件總成所有雜質總重量≤15 mg，雜質大小(內腔0.4 mm ×0.4 mm×0.4 mm～0.6 mm×0.6 mm ×0.6 mm，外腔1 mm×1 mm×1 mm，允許有3 顆)。產(chǎn)品零件總成具有氣密性要求(在24.5～30 kPa 氣壓下，總成泄漏量≤6 cm3/min)?？偝裳b配工藝流程:清洗→壓管→涂膠→鉚接防濺板→安裝密封圈→總成試漏→包裝入庫。搖臂室罩零件鉚接后效果圖見圖1，搖臂室罩零件是典型的薄殼壓鑄件，材料牌號為YL112，設計年需求量為38 萬件，零件總成重量為3.6 kg。

1 零件旋鉚工藝分析

零件的形狀為淺U 型薄殼體，外形和內腔比較復雜，零件需要鉚接裝配的防濺板有兩塊，在鉚接裝配受力過程中，容易出現(xiàn)變形。如何將鉚接過程中的鉚接作用力減小，將零件變形降到最小，成為了鉚接裝置設計中需要解決的首要問題。

圖1 發(fā)動機搖臂室罩鉚接零件圖

鉚接裝配的技術要求:①產(chǎn)品鉚接接頭位不得出現(xiàn)鉚裂、毛刺，鉚接接頭表面光滑，表面粗糙度Ra0.8 μm;②產(chǎn)品鉚點形狀為半球形，且所有鉚點直徑大小外觀一致，尺寸φ7 ±0.1 mm;鉚點高度一致，1.6 ±0.2 mm;③不得鉚傷零件和防濺板配件;④鉚接裝配零件和防濺板配件結合面，必須貼合緊密;⑤鉚接后產(chǎn)品發(fā)生變形量不允許超過±0.1 mm。

經(jīng)過質量和性能的評估，采用了旋鉚工藝(又稱擺動冷碾鉚接工藝)。旋鉚工藝采用徑向變形鉚接技術，其鉚接方法是鉚桿在鉚接時，以相切與圓周的梅花狀的R 軌道徑向運動，鉚桿作用在鉚釘上的鉚接力很小，即可通過旋轉運動，實現(xiàn)高質量的鉚接效果，易于實現(xiàn)鉚接自動化控制。

圖2 為旋轉鉚接工作原理示意圖。其工作原理:鉚頭與動力頭電動機連接，實現(xiàn)鉚頭公轉與鉚桿自轉，鉚接裝置總成Z 軸通過絲桿和直線導軌的作用，實現(xiàn)液壓旋鉚動力頭總成Z 軸方向的進給，使旋轉的鉚桿與零件毛坯圓柱接觸，使鉚桿與鉚釘(零件毛坯圓柱)之間很小的接觸區(qū)域內的鉚接達到屈服點，使被鉚材料沿徑向流動［1］，完成鉚接裝配。鉚點的形狀由鉚桿頂部的凹入形狀和鉚桿與鉚頭的角度決定。鉚桿作用在鉚釘上的鉚接力的大小，由液壓油缸的壓力大小決定，可根據(jù)工藝要求，通過液壓系統(tǒng)實現(xiàn)無級調節(jié)。

圖2 旋轉鉚接原理示意圖

2 旋鉚裝置設計方案

2.1 旋鉚裝置結構設計

根據(jù)搖臂室罩零件鉚接工藝分析，整個旋鉚裝置的結構采用類似鏜銑加工中心的C 型龍門結構［2］，布置X 軸Y 軸Z 軸，為簡化液壓旋轉動力頭總成的液壓油管的布線，液壓旋轉動力頭總成布置在X軸方向上，旋轉動力頭總成直接布置在Z 軸上，鉚接夾具布置在Y 軸上。X 軸Y 軸Z 軸的運動通過伺服電動機、滾珠絲杠和直線導軌連接，實現(xiàn)處于不同位置鉚點的鉚接;由于各鉚點(共24 個)位置度要求為±0.2 mm，整個自動化控制系統(tǒng)采用示教編程方式實現(xiàn)各個鉚點的鉚接，即可滿足鉚接精度要求，又具有較高的性價比。旋鉚裝置具體結構(局部)見圖3。

旋鉚裝置的構成由底座、機架、鉚接夾具、以及液氣控制系統(tǒng)和電器控制系統(tǒng)部分組成。電器控制系統(tǒng)設計了自動模式和手動模式，自動模式用于批量生產(chǎn)中，手動模式用于調試和維修，模式轉換可通過示教編程操作面板實現(xiàn)，也可通過位于機臺前的操作面板上的操作按鈕實現(xiàn)。

圖3 數(shù)控旋轉鉚接裝置圖(局部)

2.2 鉚接裝置夾具設計

鉚接裝置夾具采用仿形定位(即夾具體腔內挖出與零件形狀相對應的配合部分)，保證零件在鉚接過程中，零件淺U 形薄殼外形與夾具內腔接觸面積保持最大化，使鉚接過程受力均勻變形小。為防止零件劃傷和碰傷，夾具體材料采用黑色尼龍66。夾具由兩部分構成，外圍為活動部分，中部安裝零件的夾具體為固定部分，外圍部分通過兩端的氣缸實現(xiàn)升降，為方便零件從夾具中取出，在夾具外圍活動部分的底部設置了頂桿，當氣缸推動夾具體整體上升時，底部頂桿通過夾具的避空位，可將零件從夾具中頂出，方便零件的裝卸和取出。

2.3 鉚接裝置結構的液壓/氣壓控制系統(tǒng)設計

圖4 為旋鉚裝置的液壓/氣壓控制系統(tǒng)工作原理圖。鉚接裝置的鉚頭部分采用液壓控制，通過減壓閥10，可實現(xiàn)鉚頭鉚接力的無極調節(jié)，使零件鉚接質量和性能達到最優(yōu)化的狀態(tài)。調節(jié)單向節(jié)流閥16，可實現(xiàn)調節(jié)安裝與液壓旋轉動力頭總成12 上的鉚桿下降接觸零件的速度，液壓旋轉動力頭總成12 的動力頭與鉚頭直聯(lián)，通過示教編程操作面板可設置動力頭電動機M 旋轉的速度，實現(xiàn)對鉚頭公轉和鉚桿自轉的速度設定和調節(jié)。

鉚接夾具部分采用氣壓控制，可通過示教系統(tǒng)實現(xiàn)夾具與鉚頭的鉚接裝配工藝過程的全自動化控制。整個自動模式工作過程:(1)將零件放入仿形夾具中，啟動自動模式工作;(2)整個鉚接裝置X、Y、Z軸按照設定的參數(shù)和程序動作，使旋轉動力頭總成和旋轉的鉚桿，依次完成24 個鉚點的鉚接;(3)完成鉚接后，氣缸上升帶動夾具外圍活動部件的頂桿，將零件從夾具中頂出;(4)員工將零件取出，完成一個工作循環(huán)。

圖4 旋鉚裝置的液壓/氣壓控制系統(tǒng)工作原理圖

鉚接注意事項:(1)由于鉚點表面的表面粗糙度Ra0.8 μm 要求比較嚴，在鉚接前，需要在24 個鉚接毛坯圓柱頭上點一滴潤滑油，這樣既可以保證鉚點表面粗糙度Ra0.8 μm，防止出現(xiàn)鉚裂現(xiàn)象，也可以通過提高鉚桿的轉速以達到提高鉚接效率的目的，還可以提高鉚桿的使用壽命。完成鉚接后，只需要將產(chǎn)品鉚點表面的油漬檫拭干凈即可。(2)為防止產(chǎn)品產(chǎn)生不良變形，產(chǎn)品24 個鉚點的順序也非常關鍵。對于不同的產(chǎn)品形狀壁厚，以及鉚點分布位置和高低數(shù)量的不同，可通過鉚接調試來具體決定所有鉚點的鉚接順序(建議優(yōu)先采用交叉對稱的順序)。

2.4 鉚桿和鉚桿頭部的設計

圖5 旋鉚裝置的鉚桿頭部示意圖

鉚桿的長度由工件內腔的深度決定，原則上盡可能地短;鉚桿的直徑由產(chǎn)品鉚點離產(chǎn)品內腔周邊的距離決定，原則上盡可能大一些。

鉚桿頭部的設計比較嚴格:一是鉚頭傳統(tǒng)使用材料為Cr12 或GCr15，經(jīng)試驗，筆者使用W18Cr4V。二是熱處理硬度58～62HRC，硬度太低則鉚頭壽命低，鉚接后產(chǎn)品鉚點有毛刺;硬度太高則鉚頭容易崩缺，同樣影響鉚接質量。三是鉚桿頭部形狀，原則上因產(chǎn)品鉚點要求而定，使用的鉚桿頭部形狀如圖5所示。

3 結語

發(fā)動機搖臂室罩旋鉚裝置，投入生產(chǎn)后，經(jīng)過現(xiàn)場1 年多的使用和驗證，產(chǎn)品質量和生產(chǎn)效率雙滿意，比較圓滿地達到了年供貨需求量為38 萬件的初始設計要求。

［1］梅怡.梅花狀徑向鉚接機的設計分析［J］.制造技術與機床，2012(9):53 -56.

［2］韓善靈，楊磊，余立廈，等.TRIZ 理論在自沖鉚接機框架設計中的應用［J］.機械，2010(9):17 -19.

［3］成大先.機械設計手冊［M］.4 版.北京:化學工業(yè)出版社，2002.