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        碗形塞壓裝工藝和漏水研究

        2020-03-03 05:04:29彭友成劉高領張大鵬梁玉萍
        時代汽車 2020年24期

        彭友成 劉高領 張大鵬 梁玉萍

        摘 要:碗形塞在發(fā)動機缸體缸蓋上應用普遍,用來封堵砂芯孔;碗形塞最常見的失效為漏水,本文主要闡述碗形塞不同壓裝工藝參數(shù)下對應的泄漏失效模式及壓裝后安裝孔的質(zhì)量狀態(tài)。

        關鍵詞:碗形塞 厭氧膠 壓裝工藝 悶蓋漏水

        Research on the Press-fitting Technology and Water Leakage of Bowl Plug

        Peng Youcheng Liu Gaoling Zhang Dapeng Liang Yuping

        Abstract:Bowl-shaped plugs are widely used in engine cylinder blocks and heads to seal sand core holes; the most common failure of bowl-shaped plugs is water leakage. This article mainly explains the corresponding leakage failure modes of bowl-shaped plugs under different press-fitting process parameters, and the quality of the mounting hole after pressing.

        Key words:bowl plug, anaerobic glue, press-fitting process, water leakage of bowl plug

        1 引言

        碗形塞作為常用的密封零件,在汽車行業(yè)內(nèi)已經(jīng)普遍應用。發(fā)動機缸體、缸蓋上的水套封堵,基本都采用碗形塞進行密封。該密封方式具有操作簡單,密封穩(wěn)定性好,成本低的優(yōu)勢。碗形塞的壓裝工藝,看似簡單,實際上也是非常關鍵的。如果壓裝工藝和質(zhì)量未控制好,將導致碗形塞滲漏,甚至脫落。當滲漏問題出現(xiàn)后,面臨的問題是返修難,甚至無法返修,形成小問題大事件。因此對碗形塞的壓裝工藝和壓裝質(zhì)量,顯得格外重要。

        關于壓裝工藝,及壓裝質(zhì)量,應根據(jù)裝配體對應材質(zhì),以及壓桿的結(jié)構(gòu)設計進行調(diào)整。在平時應用過程中,注意重點基本集中在碗形塞的尺寸、過盈量設計上。關于裝配體材質(zhì)變化導致的工藝調(diào)整,關注度不夠。因此當面對不同裝配體材質(zhì)時,需要結(jié)合實際情況進行驗證,并鎖定匹配工藝。

        下文將討論某款缸蓋碗形塞壓裝工藝借鑒鑄鐵缸體壓裝工藝,導致泄漏的問題分析。簡述壓裝工藝對碗形塞壓裝質(zhì)量的影響。

        2 碗形塞壓裝設計校核

        2.1 碗形塞壓裝機理

        碗形塞壓裝時,需要涂抹密厭氧密封膠,涂膠的位置有兩種,推薦將密封膠涂抹在安裝孔內(nèi)見圖1。厭氧膠為博森3662T型,涂膠寬度2.5mm。

        確定密封膠型號以及涂膠要求后,對壓裝方式進行設計校核,其中該項目碗形塞結(jié)構(gòu)主要參數(shù)見表1。

        2.2 碗形塞受力分析

        查詢標準JIS D2102最大過盈量為0.38mm,該產(chǎn)品目前設計過盈量為0.166~0.302mm,結(jié)合目前的碗形塞材質(zhì)、缸蓋材質(zhì)、壓裝方式進行FEA分析計算,校核碗形塞結(jié)構(gòu)設計。分析結(jié)果見表2、圖2、圖3;

        通過和表1中對應的材質(zhì)特性對比,過盈量達到0.38mm時,悶蓋受力超出材質(zhì)極限,存在失效風險。因此鎖定目前設計過盈量0.166~0.302mm。

        3 碗形塞壓裝工藝確認

        3.1 碗形塞壓裝

        本項目碗形塞借用某發(fā)動機鑄鐵缸體上成熟的應用,壓裝工藝主要參數(shù)沿用,見表3:

        按照該狀態(tài),壓裝缸蓋碗形塞,累計壓裝2200件缸蓋總成,出現(xiàn)碗形塞泄漏84件。對泄漏件切割檢查,發(fā)現(xiàn)碗形塞在孔內(nèi)擠壓痕跡不均勻,存在嚴重偏移擠壓痕跡(詳見圖4)。對此展開問題分析,鎖定主要因素有兩個:1、壓桿直徑過大,和碗形塞間隙不足。2、壓桿同軸度不好。以上兩點導致壓裝時壓桿和碗形塞內(nèi)壁接觸,接觸的位置受力異常,進而導致碗形塞變形漏水。

        3.2 碗形塞壓裝工藝優(yōu)化

        根據(jù)原因分析,檢查壓桿結(jié)構(gòu)尺寸鏈設計,并進行優(yōu)化:減小壓桿直徑,增大壓桿和碗形塞間隙;同時調(diào)整壓桿同軸度,防止壓裝時壓桿觸碰碗形塞內(nèi)壁。

        通過計算優(yōu)化前壓桿和碗形塞內(nèi)壁的間隙為0.09mm,小于壓桿和安裝孔的同軸度偏差,因此存在壓桿和碗形塞內(nèi)壁接觸的風險,這與失效模式基本吻合。經(jīng)過設計優(yōu)化后,該間隙達到1.4mm,滿足應用要求。

        3.3 優(yōu)化后驗證

        根據(jù)首次優(yōu)化,減小壓桿直徑,調(diào)整設備同軸度之后。進行碗形塞泄漏驗證。計劃驗證6臺30h臺架實驗。結(jié)果仍然出現(xiàn)1臺輕微滲水。

        對碗形塞切割檢查(見表5),安裝孔內(nèi)整體質(zhì)量較優(yōu)化前有明顯改善,暫無嚴重的偏磨、擠壓痕跡。但是漏點位置存在較長的輕微劃痕,在劃痕倒角口部微觀放大檢查,存在倒角崩缺?;谠撉闆r,分析認為碗形塞在壓裝時,剛進入安裝孔的時候沖擊過大,導致倒角崩缺,進而在擠壓過程中產(chǎn)生劃痕。

        3.4 壓裝速度優(yōu)化及驗證

        基于倒角口崩缺分析情況,計劃降低壓裝速度減小沖擊,初步預計將速度分別設為10mm/s,5mm/s,2.5mm/s,1mm/s。

        通過對比不同壓裝速度的劃痕表現(xiàn)情況,降低壓裝速度<2.5mm/s時,劃痕問題明顯改善。從驗證結(jié)果,可以看出當安裝孔材料由鑄鐵缸體改為鋁合金缸蓋以后,不能沿用原來的壓裝速度10mm/s。需要結(jié)合缸蓋的材質(zhì),選取合適的壓裝速度。

        根據(jù)壓裝速度的驗證結(jié)果,以及實際的節(jié)拍要求,壓裝速度最后定為2mm/s。并按照該狀態(tài)進行驗證,累計裝機74臺,均未出現(xiàn)碗形塞漏水。

        4 總結(jié)

        通過對壓裝工藝不同參數(shù)的調(diào)整優(yōu)化以及驗證結(jié)果表現(xiàn),可以得出結(jié)論如下。

        1、壓桿的直徑必須充分考慮設備的同軸度,預留足夠的間隙,避免壓桿觸碰碗形塞內(nèi)壁。

        2、碗形塞壓裝速度必須充分考慮安裝孔的材質(zhì),必須根據(jù)實際驗證情況確定合理的壓裝速度。

        參考文獻:

        [1]董金剛.碗形塞涂膠工藝探討[J].內(nèi)燃機,2005.

        [2]張在清,曲志光.碗形堵塞裝配中的自然涂膠和壓裝[J].內(nèi)燃機,1997.

        [3]秦學海,徐燦燦,李連豹,等.發(fā)動機碗形塞處漏油問題分析及解決方法[C]. 2016中國汽車工程學會年會,2016.

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