缸體凸輪軸成品襯套壓裝工藝實踐

夏紹彤，魏 偉

（東風(fēng)朝陽朝柴動力有限公司，遼寧 朝陽122000）

1 項目背景

凸輪軸襯套是缸體結(jié)合部的部件之一，其壓裝在缸體凸輪軸孔內(nèi)，其材質(zhì)主要有巴氏合金、高錫鋁等。巴氏合金材質(zhì)的襯套由于材料原因價格高，但是加工性能好，一般為半成品，壓裝到機(jī)體后，再進(jìn)行精加工。高錫鋁凸輪軸襯套由于制造工藝簡單、價格低、耐磨損等原因，已經(jīng)陸續(xù)被國內(nèi)很多柴油機(jī)廠使用，其既可以節(jié)省襯套本身的成本，又可以省去凸輪軸襯套精加工的成本。但是高錫鋁襯套在鏜床上加工，由于排屑等原因，一直是個難題，所以如何壓裝高錫鋁成品凸輪軸襯套成為工藝人員急需解決的問題。

2 壓裝技術(shù)要求

我公司4102缸體自動線車間原使用巴氏合金半成品凸輪軸襯套，考慮到貨源緊張，成本高，產(chǎn)品規(guī)劃使用高錫鋁凸輪軸襯套替代巴氏合金半成品凸輪軸襯套，凸輪軸成品襯套壓裝技術(shù)要求如圖1所示，壓裝技術(shù)要求如下。

（2）凸輪軸襯套1距離前端面0.1～0.5mm；

（3）凸輪軸襯套1油孔角度與X軸71°，襯套1、2、3與Y軸80°，保證油孔與機(jī)體油孔通油直徑不低于φ5 mm.

（4）襯套配合過盈量合理，不能出現(xiàn)竄套等現(xiàn)象。

圖1 壓裝技術(shù)要求

3 實施難點

（1）工藝變化點，半成品凸輪軸襯套加工時，主軸孔與凸輪軸襯套孔一起在三孔鏜組合機(jī)床進(jìn)行精加工，保證相對位置精度。壓裝成品凸輪軸襯套時需要主軸孔和凸輪軸底孔一起在三孔鏜組合機(jī)床進(jìn)行精加工，通過增加刀墊調(diào)整凸輪軸加工刀具直徑，使其具備凸輪軸底孔的加工能力。同時將壓裝凸輪軸襯套設(shè)備搬遷至三孔鏜組合機(jī)床后。

（2）我公司采用的高錫鋁成品凸輪軸襯套，壁厚僅為2 mm，同行業(yè)其它廠家凸輪軸襯套壁厚大多為2.5～3.0 mm，該襯套屬于壁薄孔大，壓套時襯套容易變形，需要摸索變形規(guī)律，確認(rèn)壓裝變形量，進(jìn)而確認(rèn)壁厚。

（3）缸體內(nèi)腔緊湊，最大直徑φ66 mm，操作空間小，壓裝成品套時，缸體內(nèi)腔和襯套及壓裝輔具容易產(chǎn)生干涉，裝配困難。

（4）凸輪軸底孔的加工精度保證：一是保證缸體凸輪軸孔和主軸孔的相對位置精度；二是保證底孔的圓度和圓柱度，使襯套壓裝時變形量較小，同時有很好的貼合率。

4 工藝驗證

高錫鋁襯套根據(jù)圖1可知，其為薄壁襯套，剛背材質(zhì)為SPCC，厚度為1.8 mm，合金層為高錫鋁（Al－Sn20Cu），涂層厚度在0.20mm，襯套的搭扣形式為按鍵式。

4.1 確認(rèn)襯套尺寸

（1）襯套外徑尺寸，由于是成品襯套，壓裝后需要保證襯套在受力的情況下，不產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，配合與半成品襯套一致為過盈配合φ60H7/t6，凸輪軸襯套的外徑尺寸為

（2）凸輪軸襯套外徑D的加載變化量

如圖2所示，加載檢測為將直徑為D0標(biāo)準(zhǔn)芯棒放入檢驗?zāi)Ｗ鶅?nèi)，加負(fù)載F，測取值h0，將襯套放入檢驗?zāi)Ｗ鶅?nèi)，測取值h，計算h與h0之間的差值，該值記為△h，根據(jù)計算公式（3），計算外徑的變化量△D.

圖2 凸輪軸襯套外徑D的檢驗示意圖

計算過程如下：依據(jù)JB/T7292.2-2007內(nèi)燃機(jī)襯套凸輪軸襯套技術(shù)條件相關(guān)公式和數(shù)值進(jìn)行計算，檢驗載荷F值，單位為N，由于襯套外徑D＞12 mm，其計算結(jié)果圓整至最接近的500的倍數(shù)。

式中：e為等效厚度（mm）；e1為鋼層厚度（mm），由上文可知，e1=1.8mm；e2為合金層厚度（mm），由上文可知，e2=0.2 mm.

B為凸輪軸襯套寬度（mm），圖1可知，B=20 mm；K為系數(shù)，K的取值范圍按標(biāo)準(zhǔn)選取K=1/3；△D為外徑D的變化量（mm）；△h為在檢驗?zāi)Ｗ鶅?nèi)，凸輪軸襯套外徑D的實測值h與外徑為D0標(biāo)準(zhǔn)心棒實測值h0的差值（mm）.由于襯套的內(nèi)孔要求為，最小變化量為0，最大允許變化量為-0.04mm，△h值為0-0.04mm.

經(jīng)計算：

e=1.8+1/3×0.2=1.867

F=6 000×1.867×20/60=3 734 N，取F為4 000 N

△D=2×-0.04/3.14=-0.025 4 mm

根據(jù)計算結(jié)果可知，預(yù)緊力4 000 N時，凸輪軸襯套外徑的最大變化量為0.0254 mm，內(nèi)孔尺寸可以保證在

φ56（+0.040）mm.

4.2 壁厚尺寸鏈計算

缸體凸輪軸孔尺寸，襯套壓裝后尺寸、計算壁厚尺寸，尺寸鏈如圖3所示。已知：組成環(huán)增環(huán)mm，封閉環(huán)mm.計算：

組成環(huán)減環(huán)A2：

減環(huán)A2上偏差：

減環(huán)A2下偏差：

圖3 尺寸鏈

4.3 確認(rèn)壁厚尺寸

4.4 工藝驗證

（1）樣件試制，進(jìn)行凸輪軸襯套5臺份樣件壓裝，用簡易輔具將襯套砸入機(jī)體，檢測襯套尺寸、合格后挑選2臺進(jìn)行裝機(jī)試驗，進(jìn)行600 h可靠性試驗，試驗后進(jìn)行拆解，根據(jù)柴油機(jī)襯套技術(shù)條件，檢測瓦片磨損量等技術(shù)指標(biāo)，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，具備可實施性。

（2）小批量驗證及大批量驗證，下發(fā)工藝試驗通知單，進(jìn)行小批量50臺份壓裝高錫鋁成品凸輪軸襯套，記錄缸體的編號和凸輪軸襯套孔尺寸，組織進(jìn)行發(fā)動機(jī)裝配，監(jiān)測試車機(jī)油壓力，按照20%比例拆解發(fā)動機(jī)，查看襯套磨損情況，經(jīng)50臺裝機(jī)試車驗證無問題，進(jìn)行市場跟蹤6個月，未反饋凸輪軸襯套相關(guān)故障。進(jìn)行大批量驗證，前后共試驗5輪，共壓裝機(jī)體272臺，投放市場進(jìn)行跟蹤，一年后未發(fā)現(xiàn)272臺發(fā)動機(jī)的售后反饋故障，下發(fā)工藝通知，進(jìn)行批量實施。同時根據(jù)壓裝三種壁厚尺寸的凸輪軸襯套檢測結(jié)果，進(jìn)行統(tǒng)計分析，高錫鋁成品凸輪軸襯套的壁厚尺寸合格率高，根據(jù)統(tǒng)計均值分布，將壁厚尺寸修訂為

4.5 襯套壓裝

在原有半成品凸輪軸襯套氣動壓裝設(shè)備的基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)體內(nèi)腔的空間，設(shè)計壓成品凸輪軸襯套壓裝芯軸，壓套芯軸如圖4所示，采用階梯芯軸+支承套+頂塊結(jié)構(gòu)，其中壓裝芯軸、頂塊1、頂塊2根據(jù)凸輪軸襯套的油孔方向設(shè)計為手柄的方向與Y軸平行，壓裝過程中，識別手柄的方向，以保證凸輪軸襯套油孔和缸體油孔相對應(yīng)。

圖4 壓裝芯軸

壓裝過程為，缸體底面向上，后端面向前，進(jìn)入壓裝托盤，先將凸輪軸襯套分別裝入芯軸、頂塊1、頂塊2，然后將支撐套1和支撐套2裝入缸體凸輪軸孔，將壓裝芯軸從機(jī)體后端面穿入，到第2個襯套位置，將壓裝芯軸從頂塊1穿過，到第3個襯套位置，將芯軸從頂塊2穿過，全部穿過后，手動調(diào)整手柄與Y軸平行，將壓裝托盤推入壓套機(jī)內(nèi)，進(jìn)行壓裝，壓裝完成后，拉出托盤，拆卸芯軸等。

壓裝完成后，進(jìn)行成品凸輪軸襯套的檢測，使用同軸度檢具抽檢凸輪軸襯套孔同軸度，穿檢棒檢測油孔的通油直徑，內(nèi)徑千分表檢測直徑及圓度等。

（7）批量應(yīng)用與跟蹤，2016年10月份實施以來，按成品凸輪軸襯套工藝調(diào)整設(shè)備布局，制作新的壓裝芯軸及同軸度檢具等，組織進(jìn)行批量實施，到目前為止，已經(jīng)壓裝成品凸輪軸襯套缸體5萬多臺，驗證結(jié)果證明壓裝工藝可靠，質(zhì)量穩(wěn)定。

5 結(jié)束語

凸輪軸成品襯套的壓裝工藝實踐，降低了柴油機(jī)缸體的零部件采購成本，同時也省掉了原凸輪軸襯套精加工的工序成本，為企業(yè)獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。在批量實施的同時，還需持續(xù)關(guān)注凸輪軸底孔的加工質(zhì)量，針對高錫鋁凸輪軸成品襯套孔容易劃傷的特點，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)和加強(qiáng)工序質(zhì)量檢查。