熊強強 孫慶 柳佳琛 雷沖

摘 要：用伺服壓機進(jìn)行缸蓋導(dǎo)管閥座壓裝，可以采集整個壓裝過程中的壓裝力-位移曲線。壓裝力是導(dǎo)管壓裝工序中重要監(jiān)控參數(shù)，在壓裝過程中，異常情況都會伴隨出現(xiàn)壓裝力過大或者過小的現(xiàn)象，所以利用壓裝力位移曲線監(jiān)控壓裝過程中壓裝力變化是保證導(dǎo)管壓裝質(zhì)量的關(guān)鍵。本論文結(jié)合壓力位移曲線對導(dǎo)管壓裝過程中各階段進(jìn)行分析，并通過在不同條件下進(jìn)行導(dǎo)管壓裝實驗，得出不同條件下最大壓裝力變化情況，總結(jié)出過盈量、壓裝前潤滑、壓裝速度對導(dǎo)管壓裝的影響。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)管；壓裝力；壓力位移曲線；過盈量；壓裝前潤滑；壓裝速度

中圖分類號：U466 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1005-2550（2019）01-0096-04

Abstract： The pressure-displacement curve of cylinder head guide-pipe can be acquired by using servo press during the whole pressure-mounting process. Pressing force is an important monitoring parameter in the pipe pressing process， abnormal conditions will be accompanied by excessive or small pressure loading force， so the use of pressure loading displacement curve to monitor the pressure change in the process of pressure loading is the key to ensure the quality of pipe pressure loading. In this paper， the pressure-displacement curves are used to analyze the different stages of the pressure-fitting process of the pipe， and the maximum pressure-force under different conditions is obtained through the pressure-fitting experiments. The influence of interference， lubrication before pressure-fitting and pressure-loading speed on the pressure-fitting of the pipe is summarized.

Key Words： Guide-pipe； Pressure； Pressure-displacement curve； interference； Lubrication； pressure-loading speed

引言

在氣缸蓋總成加工過程中，導(dǎo)管閥座壓裝是非常關(guān)鍵的一道工序。這是因為導(dǎo)管閥座壓裝質(zhì)量直接影響到精加工工序的加工質(zhì)量甚至發(fā)動機的整體運行性能，極端情況下，導(dǎo)管閥座壓潰、脫落會造成嚴(yán)重的發(fā)動機故障和交通事故。壓裝力是導(dǎo)管閥座壓裝工序中重要的監(jiān)控參數(shù)，對導(dǎo)管壓裝質(zhì)量有很大影響。在壓裝導(dǎo)管的過程中，如果壓裝力過大，超過導(dǎo)管所能承受的壓力，會將導(dǎo)管壓潰、壓彎，如果壓裝力過小，可能在發(fā)動機運行過程中產(chǎn)生松脫和漏油。為了監(jiān)控壓裝力，國內(nèi)許多發(fā)動機制造企業(yè)開始運用全自動伺服電壓缸進(jìn)行導(dǎo)管壓裝，可以實時監(jiān)控壓裝過程中的壓裝力位移曲線。本文將導(dǎo)管壓裝過程大致分為三個階段，對各階段壓裝阻力進(jìn)行分析，介紹正常壓裝情況下壓力位移曲線的變化，并以我公司一款3缸發(fā)動機缸蓋排氣側(cè)導(dǎo)管壓裝為例，運用全自動伺服電壓缸進(jìn)行壓裝實驗，研究過盈量、潤滑、壓裝速度這三個因素對導(dǎo)管壓裝過程中壓裝力的影響。

1 導(dǎo)管壓裝過程及壓裝力-位移曲線分析

由于導(dǎo)管底孔是通孔，其本身結(jié)構(gòu)上無限位。所以目前普遍采用控制位移方式壓裝，通過嚴(yán)格控制壓頭的位移來保證壓裝深度合格。

導(dǎo)管壓裝過程中壓力隨位移變化而變化，由壓裝力和位移為坐標(biāo)軸繪制的曲線稱為壓裝力-位移曲線，如圖1所示。根據(jù)導(dǎo)管和缸蓋之間相對位移關(guān)系，導(dǎo)管壓裝過程可分為四個階段。

第一階段，導(dǎo)管和缸蓋未接觸，壓頭向下移動一段空行程，壓裝力為零。如圖2所示：

第二階段，導(dǎo)管和缸蓋從未接觸到接觸，開始過盈配合，此階段的壓裝力主要是克服缸蓋對導(dǎo)管的軸向支撐阻力。導(dǎo)管和缸蓋之間過盈量與導(dǎo)管頭部以及缸蓋孔口的倒角大小有關(guān)。缸蓋對導(dǎo)管的軸向支撐力隨著過盈量增大急劇變大，如圖3所示：

第三階段，此階段導(dǎo)管和缸蓋之間的接觸面積不斷增大，壓裝力同時克服導(dǎo)管和缸蓋之間的軸向支撐阻力和摩擦力（如圖4所示）。因為軸向阻力在整個過程中基本一定，摩擦力和導(dǎo)管壓入長度成正比，所以此階段壓力曲線基本是一條固定正斜率的直線。

第四階段，導(dǎo)管頭部伸出缸蓋，軸向支撐阻力消失，壓裝力主要克服導(dǎo)管和缸蓋之間的摩擦力。在此階段壓裝力會因為軸向阻力消失變小，后因溫度變化等原因?qū)е赂咨w對導(dǎo)管的單位面積壓力增大，摩擦力會慢慢增大，直至壓裝到位；如圖 5所示。

本文中第2部分中監(jiān)控的壓裝力是整個壓裝過程中的最大壓力。

2 導(dǎo)管壓裝力影響因素探析

2.1 過盈量對導(dǎo)管壓裝力的影響

過盈量是常溫壓裝導(dǎo)管閥座的關(guān)鍵參數(shù)，對于鋁合金材質(zhì)缸蓋和粉末冶金材質(zhì)導(dǎo)管，壓裝過盈量通常控制在0.03mm-0.07mm。

實驗1：選擇同一批次缸蓋和不同批次特制導(dǎo)管進(jìn)行實驗，實驗前測量導(dǎo)管底孔直徑和導(dǎo)管外徑，計算過盈量分別為0.032mm、0.042mm、0.052mm、0.062mm，壓裝實驗后數(shù)據(jù)統(tǒng)計如圖6及表1所示：

實驗結(jié)果證明，缸蓋導(dǎo)管底孔與導(dǎo)管配合過盈量是導(dǎo)致壓裝力變化的主要原因之一，過盈量越大，所需壓裝力越大。

2.2 潤滑對導(dǎo)管壓裝的影響

導(dǎo)管制造過程中有油浸工序，導(dǎo)管表面有一層防銹油，具有一定的潤滑效果，但為了保證壓裝質(zhì)量，壓裝前潤滑仍是導(dǎo)管閥座常溫壓裝工藝的必要步驟，一般采用對導(dǎo)管外圓周面或者導(dǎo)管底孔內(nèi)圓周面進(jìn)行噴涂潤滑油的方式實現(xiàn)。

實驗2：選取同一批次缸蓋、導(dǎo)管和三種不同型號潤滑油進(jìn)行實驗。

三種潤滑油的運動粘度在40℃時分別為68cSt、86cSt、156cSt；在100℃時分別為8.6cSt、10.8cSt、18cSt。運動粘度值高代表潤滑性能好。

保證壓裝過程中其它因素相同，分別完成導(dǎo)管底孔內(nèi)孔噴涂后進(jìn)行壓裝，實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計如圖7及表2所示：

實驗結(jié)果證明，缸蓋導(dǎo)管底孔與導(dǎo)管之間的潤滑是導(dǎo)致壓裝力變化的主要原因之一，潤滑效果越好，所需壓裝力越小。

2.3 壓裝速度對導(dǎo)管壓裝的影響

壓裝速度也是導(dǎo)管壓裝工序中重要的控制參數(shù)，對工序節(jié)拍、壓頭壽命以及壓裝質(zhì)量都會產(chǎn)生影響。

實驗3：選取同一批次缸蓋和導(dǎo)管進(jìn)行壓裝試驗。通過調(diào)整伺服電壓缸壓裝速度，觀察導(dǎo)管壓裝力分別在5mm/s、15mm/s、20mm/s、30mm/s壓裝速度下的變化情況，實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計如圖8及表3所示：

如表3所示，隨著伺服電壓缸壓裝速度變化，壓裝力并無明顯差異且無規(guī)律實驗結(jié)果證明正常區(qū)間內(nèi)的，壓裝速度不是導(dǎo)致壓裝力變化的主要原因。

以上3種影響因素，我司導(dǎo)管過盈量控制在0.038-0.045 mm之間，選用粘度為156cSt的潤滑油，壓裝速度為15mm/s，壓裝力監(jiān)測在10KN以下，壓裝過程穩(wěn)定。

3 結(jié)論

本文首先通過對導(dǎo)管閥座壓裝三個階段的壓裝力進(jìn)行分析，解釋了導(dǎo)管閥座正常壓裝情況下壓力-位移曲線各階段的變化。然后通過實驗研究了導(dǎo)管壓裝過程中過盈量、壓裝前涂油潤滑、壓裝速度對壓裝力的影響。實驗結(jié)果表明，過盈量和壓裝前涂油潤滑是影響導(dǎo)管壓裝力的主要因素，而壓裝速度對導(dǎo)管壓裝力影響并不明顯。當(dāng)然，影響導(dǎo)管閥座壓裝力還有其它因素，包括導(dǎo)管及導(dǎo)管底孔結(jié)合面摩擦系數(shù)、導(dǎo)管和缸蓋結(jié)合面面積、導(dǎo)管和缸蓋彈性模量等。由于試驗條件有限，目前只是從以上幾方面進(jìn)行了驗證，其他影響因素有待廣大同仁進(jìn)一步研究驗證。本文兩部分內(nèi)容能為判斷導(dǎo)管壓裝過程是否正常提供依據(jù)，能為解析壓裝力異常問題指明方向，為更加快速的解決壓裝問題，恢復(fù)生產(chǎn)，提升開動率提供幫助。

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