同心球高壓油管管端設(shè)計(jì)

王欽明， 杜曉峰

（東風(fēng)（十堰）汽車管業(yè)有限公司，湖北十堰442003）

同心球高壓油管管端設(shè)計(jì)

王欽明， 杜曉峰

（東風(fēng)（十堰）汽車管業(yè)有限公司，湖北十堰442003）

描述了高壓油管管端設(shè)計(jì)要求，分析了目前廣泛使用的管端結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了一種新型設(shè)計(jì)方案，從冷鐓變形裂紋和密封效果等方面比較了它們的優(yōu)缺點(diǎn)。

高壓油管；鐓頭；結(jié)構(gòu)；裂紋；泄漏

0 引言

柴油機(jī)高壓油管端頭一般由冷鐓加工成型，它通過聯(lián)管螺母與噴油器或油軌連接，承載高壓燃油的脈沖壓力。隨著柴油機(jī)噴射壓力的提高，高壓油管材料強(qiáng)度等級也越來越高，這就給加工和使用帶來一系列問題：加工時(shí)，管體材料冷鐓中有產(chǎn)生裂紋的風(fēng)險(xiǎn)；裝配使用時(shí)，高壓油管和連接體（噴油嘴或共軌腔接頭）之間的同軸度偏差會產(chǎn)生裝配假力矩，并且使用中會出現(xiàn)力矩衰減，可能造成燃油泄漏。消除這兩種因素帶來的不利影響是鐓頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須考慮的問題。

1 背景技術(shù)

根據(jù)相關(guān)資料，柴油機(jī)上高壓油管對口件（油軌或噴油器）結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 高壓油管對口件結(jié)構(gòu)

目前，國內(nèi)外的高壓油管（厚壁管）管端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要有圖2、圖3兩種形式。

圖2 高壓油管鐓頭結(jié)構(gòu)

圖3 高壓油管鐓頭結(jié)構(gòu)

圖2與圖3結(jié)構(gòu)各有特點(diǎn)。圖2端頭結(jié)構(gòu)能夠部分容納彎管誤差，但整體結(jié)構(gòu)直徑方向變形劇烈，冷鐓加工中形成裂紋的風(fēng)險(xiǎn)性較大；圖3中變形平緩，不易形成裂紋，但對彎管加工精度要求較高。而且當(dāng)管件與螺母同軸度偏差較大時(shí)，兩種結(jié)構(gòu)均會形成裝配偏載，造成安裝的假力矩，零件在承受振動和脈沖載荷時(shí)，擰緊力矩有較大的衰減。

2 同心球結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高壓油管鐓頭設(shè)計(jì)要滿足以下幾點(diǎn)：

1）鐓頭結(jié)構(gòu)能夠保證零件在各種情況下的密封效果。當(dāng)零件彎管尺寸存在誤差時(shí)，裝配中盡可能避免該誤差產(chǎn)生裝配假力矩，保證零件的密封效果。管體在工作中與聯(lián)管螺母及噴油器錐面接觸，不應(yīng)出現(xiàn)振動造成的裝配力矩衰減。

2）該結(jié)構(gòu)冷鐓過程中應(yīng)該有盡可能小的變形量。由于零件管端用于密封，不宜采用去除金屬的方法加工，而應(yīng)由冷鐓成型。冷鐓加工可以獲得較低的表面粗糙度和比較流暢的金屬纖維結(jié)構(gòu)，但是當(dāng)材料延展性較差或冷鐓變形量較大時(shí)，容易產(chǎn)生裂紋。

3）零件加工中的應(yīng)力集中區(qū)域和零件工作中脈沖振動載荷承載區(qū)域不可重疊。冷鐓加工的應(yīng)力集中是不可避免的。應(yīng)力集中可能會導(dǎo)致鐓頭部分出現(xiàn)裂紋。設(shè)計(jì)中除了要減小應(yīng)力集中外，還要避免應(yīng)力集中區(qū)域承受交變載荷，從而減少零件疲勞斷裂。

針對以上要求及目前廣泛使用的φ8×φ3規(guī)格的管材，高壓油管鐓頭及聯(lián)管螺母設(shè)計(jì)如圖4、圖5。

圖4 同心球結(jié)構(gòu)高壓油管鐓頭

圖5同心球結(jié)構(gòu)聯(lián)管螺母

圖4中，襯套尾部原設(shè)計(jì)為球面，并且與鐓頭端部球體同心。該圓弧段弧頂高不到0.02 mm，所以簡化為圖中所示的126°錐形結(jié)構(gòu)。圖5聯(lián)管螺母中126°錐形結(jié)構(gòu)是根據(jù)鐓頭尺寸確定的。如果改變鐓頭長度或襯套長度，該角度需重新計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果重新設(shè)計(jì)。

與其它的鐓頭結(jié)構(gòu)形式相比，同心球結(jié)構(gòu)有以下特點(diǎn)：

1）對于安裝時(shí)的管末段與接口件的不同軸現(xiàn)象，有一定的包容性（4°左右，根據(jù)具體設(shè)計(jì)尺寸有變化）。高壓油管安裝過程中，管末端與接口機(jī)不同軸是不可避免的。之前的幾種結(jié)構(gòu)形式中，靠管端鐓頭的塑性變形來彌補(bǔ)這一變形，雖然能夠彌補(bǔ)部分變形，但是以犧牲部分壓緊力為代價(jià)的，對整個(gè)系統(tǒng)密封不利。新型的管端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在保證密封的同時(shí)，不犧牲安裝中的壓緊力，這對零件的密封有利，如圖6所示。

圖6 同心球結(jié)構(gòu)安裝示意圖

圖7 圖2結(jié)構(gòu)鐓頭區(qū)域

2）由于第一條的存在，零件安裝中避免了單邊受力，可大大減少零件在承受脈沖載荷時(shí)的力矩衰減。提高了零件工作時(shí)的可靠性。

3）零件在冷鐓過程中變形量較小，易于加工成型。而且與其它結(jié)構(gòu)形式相比，降低了冷鐓過程中的裂紋產(chǎn)生的可能。

圖8 圖3結(jié)構(gòu)鐓頭區(qū)域

4）帶襯套的結(jié)構(gòu)形式，使零件工作中的最大變形區(qū)（可能產(chǎn)生裂紋的危險(xiǎn)區(qū)域）遠(yuǎn)離承受脈沖載荷的承受區(qū)域，降低了裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展的趨勢，提高了零件工作的安全性。

3 實(shí)施效果

3.1 冷鐓裂紋檢測

圖9 同心球結(jié)構(gòu)鐓頭區(qū)域

圖10 金屬流向

圖11 金屬流向

采用德國PP600 PPSH Q級材料進(jìn)行冷鐓加工，金屬流向如圖10～圖12，檢測結(jié)果表明：圖2結(jié)構(gòu)的鐓頭冷鐓成型過程中金屬變形劇烈，最后形成深度為0.8～1.2 mm的折疊裂紋；圖3結(jié)構(gòu)和圖4同心球結(jié)構(gòu)冷鐓過程中金屬流向平緩，鐓頭試樣中無折疊裂紋。

3.2 高壓試漏

圖12 金屬流向

表1 高壓油管試漏結(jié)果

圖13 3種鐓頭結(jié)構(gòu)高壓油管泄漏壓力對比

螺母擰緊力矩20N·m，設(shè)定高壓油管管端與連接接頭夾角為0°和2°，對管件進(jìn)行打壓試驗(yàn)，結(jié)果如表1及圖13所示：圖4的同心球鐓頭結(jié)構(gòu)的密封可靠性優(yōu)于圖2和圖3的鐓頭結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)論

結(jié)果表明：圖4高壓油管鐓頭同心球結(jié)構(gòu)裂紋風(fēng)險(xiǎn)與圖3結(jié)構(gòu)相當(dāng)，優(yōu)于圖2結(jié)構(gòu)；高壓泄漏風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)于其它結(jié)構(gòu)?？傮w上優(yōu)于現(xiàn)有的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，達(dá)到了預(yù)期目的。

（編輯啟 迪）

TG 316

B

1002－2333（2014）05－0288－03

王欽明（1974—），男，高級工程師，主要從事汽車管件及轉(zhuǎn)向桿系工藝研究等。

2014-03-05