碗形塞壓裝工藝和漏水研究

彭友成　劉高領(lǐng)　張大鵬　梁玉萍

摘 要：碗形塞在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋上應(yīng)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(duì)應(yīng)的泄漏失效模式及壓裝后安裝孔的質(zhì)量狀態(tài)。

關(guān)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(yīng)用。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋上的水套封堵，基本都采用碗形塞進(jìn)行密封。該密封方式具有操作簡(jiǎn)單，密封穩(wěn)定性好，成本低的優(yōu)勢(shì)。碗形塞的壓裝工藝，看似簡(jiǎn)單，實(shí)際上也是非常關(guān)鍵的。如果壓裝工藝和質(zhì)量未控制好，將導(dǎo)致碗形塞滲漏，甚至脫落。當(dāng)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(duì)碗形塞的壓裝工藝和壓裝質(zhì)量，顯得格外重要。

關(guān)于壓裝工藝，及壓裝質(zhì)量，應(yīng)根據(jù)裝配體對(duì)應(yīng)材質(zhì)，以及壓桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整。在平時(shí)應(yīng)用過程中，注意重點(diǎn)基本集中在碗形塞的尺寸、過盈量設(shè)計(jì)上。關(guān)于裝配體材質(zhì)變化導(dǎo)致的工藝調(diào)整，關(guān)注度不夠。因此當(dāng)面對(duì)不同裝配體材質(zhì)時(shí)，需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行驗(yàn)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(dǎo)致泄漏的問題分析。簡(jiǎn)述壓裝工藝對(duì)碗形塞壓裝質(zhì)量的影響。

2 碗形塞壓裝設(shè)計(jì)校核

2.1 碗形塞壓裝機(jī)理

碗形塞壓裝時(shí)，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(hào)以及涂膠要求后，對(duì)壓裝方式進(jìn)行設(shè)計(jì)校核，其中該項(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)JIS D2102最大過盈量為0.38mm，該產(chǎn)品目前設(shè)計(jì)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(jìn)行FEA分析計(jì)算，校核碗形塞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。分析結(jié)果見表2、圖2、圖3;

通過和表1中對(duì)應(yīng)的材質(zhì)特性對(duì)比，過盈量達(dá)到0.38mm時(shí)，悶蓋受力超出材質(zhì)極限，存在失效風(fēng)險(xiǎn)。因此鎖定目前設(shè)計(jì)過盈量0.166～0.302mm。

3 碗形塞壓裝工藝確認(rèn)

3.1 碗形塞壓裝

本項(xiàng)目碗形塞借用某發(fā)動(dòng)機(jī)鑄鐵缸體上成熟的應(yīng)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(jì)壓裝2200件缸蓋總成，出現(xiàn)碗形塞泄漏84件。對(duì)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(yán)重偏移擠壓痕跡（詳見圖4）。對(duì)此展開問題分析，鎖定主要因素有兩個(gè)：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(diǎn)導(dǎo)致壓裝時(shí)壓桿和碗形塞內(nèi)壁接觸，接觸的位置受力異常，進(jìn)而導(dǎo)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(shè)計(jì)，并進(jìn)行優(yōu)化：減小壓桿直徑，增大壓桿和碗形塞間隙;同時(shí)調(diào)整壓桿同軸度，防止壓裝時(shí)壓桿觸碰碗形塞內(nèi)壁。

通過計(jì)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(fēng)險(xiǎn)，這與失效模式基本吻合。經(jīng)過設(shè)計(jì)優(yōu)化后，該間隙達(dá)到1.4mm，滿足應(yīng)用要求。

3.3 優(yōu)化后驗(yàn)證

根據(jù)首次優(yōu)化，減小壓桿直徑，調(diào)整設(shè)備同軸度之后。進(jìn)行碗形塞泄漏驗(yàn)證。計(jì)劃驗(yàn)證6臺(tái)30h臺(tái)架實(shí)驗(yàn)。結(jié)果仍然出現(xiàn)1臺(tái)輕微滲水。

對(duì)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(yán)重的偏磨、擠壓痕跡。但是漏點(diǎn)位置存在較長(zhǎng)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(rèn)為碗形塞在壓裝時(shí)，剛進(jìn)入安裝孔的時(shí)候沖擊過大，導(dǎo)致倒角崩缺，進(jìn)而在擠壓過程中產(chǎn)生劃痕。

3.4 壓裝速度優(yōu)化及驗(yàn)證

基于倒角口崩缺分析情況，計(jì)劃降低壓裝速度減小沖擊，初步預(yù)計(jì)將速度分別設(shè)為10mm/s，5mm/s，2.5mm/s，1mm/s。

通過對(duì)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(shí)，劃痕問題明顯改善。從驗(yàn)證結(jié)果，可以看出當(dāng)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(yàn)證結(jié)果，以及實(shí)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(jìn)行驗(yàn)證，累計(jì)裝機(jī)74臺(tái)，均未出現(xiàn)碗形塞漏水。

4 總結(jié)

通過對(duì)壓裝工藝不同參數(shù)的調(diào)整優(yōu)化以及驗(yàn)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(shè)備的同軸度，預(yù)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(shí)際驗(yàn)證情況確定合理的壓裝速度。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]張?jiān)谇?，曲志?碗形堵塞裝配中的自然涂膠和壓裝[J].內(nèi)燃機(jī)，1997.

[3]秦學(xué)海，徐燦燦，李連豹，等.發(fā)動(dòng)機(jī)碗形塞處漏油問題分析及解決方法[C]. 2016中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)年會(huì)，2016.