劉衛(wèi)國(guó)，謝富明，韓永江

(中國(guó)一拖集團(tuán)有限公司第三裝配廠，河南洛陽 471003)

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旋鉚技術(shù)在拖拉機(jī)懸掛系統(tǒng)上的研究與應(yīng)用

劉衛(wèi)國(guó)，謝富明，韓永江

(中國(guó)一拖集團(tuán)有限公司第三裝配廠，河南洛陽 471003)

摘要：分析拖拉機(jī)懸掛桿件萬向球關(guān)節(jié)現(xiàn)有壓裝工藝存在的問題，提出采用旋鉚技術(shù)進(jìn)行球頭壓合的新工藝，以實(shí)現(xiàn)提高部件壓合品質(zhì)及可靠性的目的。

關(guān)鍵詞：拖拉機(jī)懸掛桿件；萬向球關(guān)節(jié)；旋鉚技術(shù)

0引言

拖拉機(jī)懸掛系統(tǒng)作為拖拉機(jī)掛接農(nóng)具的執(zhí)行元件，具有受力大、強(qiáng)度要求高的特點(diǎn)。為保證其與農(nóng)機(jī)具的靈活連接，一般懸掛桿件端部均設(shè)計(jì)為萬向球關(guān)節(jié)(簡(jiǎn)稱球頭)結(jié)構(gòu)。提升臂作為拖拉機(jī)懸掛重要組成部分，現(xiàn)階段我國(guó)多數(shù)制造企業(yè)使用專用工裝配合標(biāo)準(zhǔn)壓床，將提升臂桿件與球頭冷壓合裝配在一起。此種壓合裝配方式不僅質(zhì)量較難控制，而且很難保證球頭與提升臂間的間隙，提升臂球頭脫落、損壞一直占據(jù)拖拉機(jī)懸掛桿件故障的前列；加之一旦球頭損壞，提升桿件一般均無法修復(fù)，即便通過焊接簡(jiǎn)單修復(fù)，其可靠性也較損壞前大大降低，這將直接造成懸掛桿件的報(bào)廢、失效，見圖1。因此，改進(jìn)提升臂球頭壓裝方式，以達(dá)到降低球頭脫落、損壞故障率的目的。

1目前國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)提升臂及球頭采用的壓合方式及主要存在問題

目前多數(shù)企業(yè)提升臂球頭裝配采用帶唇口的球頭座，將球頭放入球頭座后，在保證球頭能夠運(yùn)轉(zhuǎn)自如的前提下用標(biāo)準(zhǔn)壓床配合壓頭將球頭座唇口壓合，以保證球頭的運(yùn)動(dòng)自由度和所需的強(qiáng)度。

1.1提升臂球頭壓合后球頭與球窩配合間隙標(biāo)準(zhǔn)確定

1.2壓合過程工藝描述

如圖2所示，將提升臂焊合件穿過球頭限位銷放置在壓裝支座3上；取一球頭穿過球頭限位銷放入提升臂球窩內(nèi)，旋轉(zhuǎn)球頭保證球頭能夠運(yùn)轉(zhuǎn)自如的前提下使用標(biāo)準(zhǔn)壓床配合壓頭1將球頭座唇口壓合,直至球頭與球窩無軸向間隙。活動(dòng)球頭，保證球頭在球窩內(nèi)軸向無晃動(dòng)，徑向運(yùn)作自如。

1.3球頭壓合過程受力分析

如圖3所示，球頭收口壓頭壓合面為52.5°圓錐面[圖3(a)]，球頭壓合過程中，下壓力F作用與圓錐面上，產(chǎn)生垂直于錐面的分力F1及平行于錐面的分力F2[圖3(b)]；作用力F1作用于球窩唇口使其產(chǎn)生塑性變形收口壓合；作用力F2作用于壓頭與唇口接觸面用于抵消壓合過程接觸面之間產(chǎn)生的摩擦阻力，保證壓頭持續(xù)下壓。收口所需的下壓力F隨下壓過程唇口變形量及壓合接觸面的變大而持續(xù)變大，直至唇口與球面貼合。

1.4該壓合方式主要存在問題

(1)該壓合方式球頭座唇口壓合后，由于壓頭壓合面呈圓錐面，壓合點(diǎn)位置為球面與球座內(nèi)壁相切點(diǎn)位置，導(dǎo)致壓合點(diǎn)上下球面無法貼合[見圖3(c)中A向局部放大圖]，這直接造成球頭座唇口受力不均，局部壓強(qiáng)過大，加劇了唇口翻邊的磨損，易造成故障。

(2)為保證球頭表面的防腐鍍鋅層，壓合均采用冷壓，壓合過程中工件與壓裝模具之間為相對(duì)滑動(dòng)，壓合面粗糙且球頭座唇口變形后易產(chǎn)生撕裂及裂紋，導(dǎo)致球窩收口局部屈服強(qiáng)度較低，較難保證壓合性能。

(3)在壓合過程中壓床的進(jìn)給量較難控制，球頭與提升臂球窩的配合間隙無法保證。進(jìn)給量大了，球頭卡死；進(jìn)給量小了，球頭曠動(dòng)量大，部件耐沖擊性差。

提升臂與球頭連接采用壓床直接進(jìn)行壓裝。采用該種壓裝方式，提升臂與球頭在夾具上固定好之后，壓床下壓時(shí)提升臂很難保證受力均勻。壓床壓力太大容易將球頭壓死，球頭不能在提升臂里靈活轉(zhuǎn)動(dòng)甚至卡死；壓床壓力太小又會(huì)造成球頭與提升臂的軸向間隙過大，在后續(xù)的使用過程中容易造成球頭脫落。標(biāo)準(zhǔn)壓床在調(diào)節(jié)壓力大小時(shí)缺少微調(diào)節(jié)功能，而且壓裝方式單一，提升臂包裹球頭位置受力方向難以改變，導(dǎo)致壓裝后使用效果較差。因上述原因，直接造成提升臂球頭故障率居高不下。為此，采用合理的結(jié)構(gòu)及壓裝工藝對(duì)于提高該類部件可靠性、有效降低故障率具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

2“旋鉚”技術(shù)的引入及對(duì)比試驗(yàn)

2.1旋鉚過程工藝描述

將提升臂焊合件穿過球頭限位銷放置在定位夾具上；取一球頭穿過球頭限位銷放入提升臂球窩內(nèi)，旋轉(zhuǎn)球頭保證球頭能夠運(yùn)轉(zhuǎn)自如的前提下操縱液壓旋鉚機(jī)，設(shè)備自動(dòng)將球頭座唇口鉚合，直至下壓力(或位移)達(dá)到設(shè)定值。檢測(cè)鉚合后球頭與球窩的配合間隙是否為0.08～0.34 mm。

2.2旋鉚過程受力分析

如圖4所示，球窩收口過程是隨著滾輪下壓滾輪與口壁之間接觸點(diǎn)位置由點(diǎn)接觸逐漸向線接觸過渡的過程。鉚合過程中，滾輪圍繞球頭軸線高速旋轉(zhuǎn)，且為了防止口壁與滾輪之間的摩擦力，滾輪在下壓過程中可實(shí)現(xiàn)自轉(zhuǎn)。球頭鉚合過程中，極限下壓力F′只需大于球窩唇口塑性變形所需壓力。

2.3旋鉚工藝主要優(yōu)點(diǎn)

(1)旋鉚過程收口變形順從金屬自然流向，不會(huì)降低材料的缺口沖擊韌性和延展性；

(2)旋鉚過程軸向預(yù)壓力較小，僅為錘擊、沖壓等鉚接方式的1/10～1/15；

(3)旋鉚頭在工件表面做純滾動(dòng)而無滑動(dòng)，鉚口成型后的表面粗糙度僅取決于鉚頭；

(4)旋鉚過程鉚頭進(jìn)給量可以通過壓力或位移雙層控制(壓力通過壓力傳感器控制，位移通過光柵尺控制)，控制精度較高，可以有效地控制鉚合間隙。

鑒于旋鉚工藝以上優(yōu)點(diǎn)及其在汽車裝配工藝中的成熟運(yùn)用，經(jīng)過項(xiàng)目組對(duì)鉚合工藝方案的評(píng)審及論證，決定引進(jìn)提升臂球窩收口鉚合工藝方案。

3鉚合工藝效果驗(yàn)證

為了驗(yàn)證提升臂球頭鉚合工藝與壓合工藝對(duì)配合間隙的保證能力，特針對(duì)提升臂球頭采用鉚合工藝及壓合工藝處理，對(duì)處理后的球頭配合間隙進(jìn)行了專項(xiàng)檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)記錄見表1，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分布見圖5。

表1提升臂球頭鉚合及壓合后的球頭配合間隙檢測(cè)數(shù)值

(1)依據(jù)表1檢測(cè)數(shù)據(jù)可知：采用壓床配專用壓頭壓合球頭工藝方案壓合間隙合格率為：h1=100%×27/60=45%；采用旋鉚工藝鉚合球頭配合間隙合格率為：h2=100%×59/60=98.3%。

(2)由圖5可知：采用旋鉚壓合的提升臂球頭配合間隙相比采用壓床壓合收口配合間隙有很大改善。通過兩種工藝對(duì)比可知，使用旋鉚機(jī)旋鉚的提升臂與球頭收口位置表面均勻光滑，質(zhì)量很好，而壓裝的效果明顯較差；實(shí)際中用手軸向晃動(dòng)旋鉚后的球頭，可知旋鉚后的球頭間隙相對(duì)壓裝后的球頭間隙顯然小了很多。旋鉚工藝可以達(dá)到在保證提升臂與球頭相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活的前提下，盡可能減小兩者之間的間隙，從而解決球頭脫落問題。

4旋鉚技術(shù)在拖拉機(jī)懸掛系統(tǒng)上的應(yīng)用前景分析

拖拉機(jī)懸掛系統(tǒng)桿件端部一般均設(shè)計(jì)為萬向球關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，懸掛桿件都是由桿件本體及兩端的萬向球關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)組成，兩端關(guān)節(jié)滿足使用中對(duì)桿件自由度的要求，桿件本體承擔(dān)主要的受力。為利于生產(chǎn)，一般先將球關(guān)節(jié)與球頭座組成球頭座合件后再與懸掛桿件焊接在一起，目前國(guó)內(nèi)一般采用先加工出帶唇口的球頭座，將球頭放入球頭座后，在保證球頭能夠運(yùn)轉(zhuǎn)自如的前提下用壓床將球頭座唇口壓倒，以保證球頭的運(yùn)動(dòng)自由度和所需的強(qiáng)度。然而，采用冷壓方式的結(jié)果是導(dǎo)致球頭座唇口變形后易產(chǎn)生撕裂及裂紋，很難保證壓合性能，從而易引發(fā)懸掛桿件球頭的脫落。

旋鉚技術(shù)的引用，于拖拉機(jī)懸掛系統(tǒng)萬向球關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)質(zhì)量的保證是不言而喻的，其最關(guān)鍵的過程在于2個(gè)鉚頭的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)工件進(jìn)行鉚接時(shí)，2個(gè)鉚頭開始在需要被鉚接的位置高速旋轉(zhuǎn)，直至旋鉚結(jié)束。旋鉚過程一般分為2種運(yùn)動(dòng)：一種是鉚頭自身的圓周運(yùn)動(dòng)，一種是鉚頭豎直方向的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。該2種運(yùn)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行是旋鉚效果的根本保證。經(jīng)過旋鉚后的懸掛桿件收口位置受力均勻，表面光滑，很大程度上提高了被鉚接件收口位置的品質(zhì)與質(zhì)量，最關(guān)鍵的是旋鉚后球頭軸向間隙較之前冷壓后的間隙明顯變小，很好地解決了萬向球關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)球頭脫落這一問題 ，提高了拖拉機(jī)懸掛桿件的使用壽命及可靠性。

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Research and Application of Spin Riveting Technology in Tractor Suspension System

LIU Weiguo, XIE Fuming, HAN Yongjiang

(The Third Assembly Plant of China YTO Group Corporation, Luoyang Henan 471003,China)

Keywords:Tractor suspension bar; Universal ball joint structure; Spin riveting technology

Abstract:In order to improve the press quality and reliability of the components, spin riveting technology was proposed to press the ball by analyzing the problems existing in the pressing technology of the universal ball joint of the tractor suspension system.

收稿日期：2016-04-20

作者簡(jiǎn)介：劉衛(wèi)國(guó)，男，本科，從事產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作。E-mail：464208321@qq.com。

中圖分類號(hào):S219.02

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1674-1986(2016)05-057-04