售后變速器油封的失效模式分析和制造裝配過程中的工藝優(yōu)化

成建強(qiáng)，王英豪，莫國田

柳州上汽汽車變速器有限公司 廣西柳州 545005

在售后的變速器總成故障問題分析中，變速器漏油是顧客抱怨的重大問題之一。變速器漏油，會(huì)導(dǎo)致變速器潤滑不足，加速齒輪間的摩擦，輕者齒輪損壞，重者變速器報(bào)廢。在對(duì)變速器漏油故障件分析中，油封漏油占有很大的比重。油封工作機(jī)理是：油封外圈與殼體的孔采用過盈配合進(jìn)行裝配，旋轉(zhuǎn)軸在油封內(nèi)唇進(jìn)行運(yùn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)，油封內(nèi)唇同旋轉(zhuǎn)軸在結(jié)合面之間形成一層由油封刃口控制的具有流體潤滑特性的油膜，在液體表面張力作用下，油膜剛度恰好使油膜與空氣接觸端形成一個(gè)新月面，防止了潤滑油泄漏，從而實(shí)現(xiàn)密封。

油封失效模式

油封的失效模式主要發(fā)生在油封外圈和內(nèi)唇口（見圖1），主要表現(xiàn)為內(nèi)唇翻邊和外圈切邊（見圖2）等。隨著時(shí)間的推移，又產(chǎn)生了一些新的失效模式，如油封裝配不到位（見圖3）和油封脫出（見圖4）等。下面就對(duì)油封的失效模式進(jìn)行展開分析，并由此分析所采取的工藝優(yōu)化措施。

圖1 油封外圈和內(nèi)唇

圖2 油封外圈切邊和內(nèi)唇翻邊

圖3 油封裝配不到位

圖4 油封脫出

油封裝配不到位分析及其工藝優(yōu)化措施

1.失效模式分析

對(duì)比不同生產(chǎn)線油封裝配工位，油封裝配分為生產(chǎn)線上托盤定位壓裝和生產(chǎn)線外壓機(jī)底座定位銷兩種。油封裝配過程中是依靠位移和過程力監(jiān)控，由于油封為橡膠件，油封裝配到位方式?jīng)]有采用停止力，通常停止力比裝配過程力大1.5～2倍，停止力直接作用于油封，會(huì)有壓傷油封風(fēng)險(xiǎn)，所以采用位移和保壓時(shí)間確保油封裝配到位。生產(chǎn)線上裝配油封是采用托盤定位，由于生產(chǎn)線不同托盤的差異和長時(shí)間生產(chǎn)托盤的磨損差異，若單純依靠位移和保壓時(shí)間確保油封到位，則存在油封裝配不到位風(fēng)險(xiǎn)。在生產(chǎn)線外壓機(jī)的油封裝配時(shí)，殼體是依靠壓機(jī)底座的定位銷進(jìn)行定位，在壓裝過程中是可以依靠位移監(jiān)控和保壓時(shí)間，確保油封裝配到位。

2.工藝優(yōu)化措施

對(duì)于生產(chǎn)線上采用托盤定位的殼體（見圖5），我們對(duì)油封壓頭進(jìn)行重新設(shè)計(jì)（見圖6），通過壓頭定位面定位于同殼體油封孔同心的定位基準(zhǔn)面（見圖7），依靠基準(zhǔn)面到油封到位的關(guān)鍵尺寸來保證裝配到位，這個(gè)尺寸通過零件尺寸鏈計(jì)算，相對(duì)穩(wěn)定。過程中壓力和位移監(jiān)控，油封裝配到位依靠停止力直接作用于殼體基準(zhǔn)面，不會(huì)對(duì)油封造成壓傷。同時(shí)，對(duì)油封裝配到位重要的工藝控制要求油封平面度由0～0.30mm更改為0～0.25mm。油封為橡膠件，具有回彈性，對(duì)油封的保壓時(shí)間由1s更改為2s。對(duì)生產(chǎn)線外的油封裝配也進(jìn)行了優(yōu)化，由于線外壓機(jī)定位底座定位銷相對(duì)穩(wěn)定，線外壓機(jī)油封裝配到位是依靠位移監(jiān)控確保油封到位，對(duì)壓機(jī)底座的定位銷進(jìn)行定期監(jiān)控，根據(jù)定位銷的磨損情況，定期對(duì)位移監(jiān)控參數(shù)進(jìn)行修正，確保油封裝配到位。

圖5 托盤定位的殼體

圖6 重新設(shè)計(jì)壓頭

圖7 壓頭同心定位基準(zhǔn)面

油封脫出分析及其工藝優(yōu)化措施

1.失效模式分析

在對(duì)售后漏油的1臺(tái)變速器總成故障件進(jìn)行拆解時(shí)，發(fā)現(xiàn)變速器總成中油封脫出（見圖8），對(duì)該總成的過程裝配數(shù)據(jù)進(jìn)行追溯查詢，各項(xiàng)裝配工藝參數(shù)都在合格范圍內(nèi)。裝配過程力工藝要求為0.1～3kN，該故障件的總成為0.13kN，偏下限。在對(duì)生產(chǎn)線抽油工位進(jìn)行排查，總成變速器總成校驗(yàn)后，要對(duì)變速器進(jìn)行總成抽油，抽油完畢，總成就下線入庫。校驗(yàn)前除了放油塞口，總成其他零件均已經(jīng)裝配。抽油時(shí)，抽油管和放油塞孔連接，校驗(yàn)合格后，再裝配放油塞零件。由于輸入端和輸出端已經(jīng)裝配保護(hù)套，變速器總成上的連接變速器內(nèi)外窗口的零件是通氣塞（見圖9）。在變速器運(yùn)行時(shí)，內(nèi)腔溫度會(huì)升高，內(nèi)部壓力會(huì)增大，通氣塞可用來平衡內(nèi)外氣壓，幫助驅(qū)熱，防止漏油。通氣塞在原理上相當(dāng)于一個(gè)單向閥（見圖10），可以從殼體里到外排氣，不可以從外到里進(jìn)氣。在變速器總成檢驗(yàn)完進(jìn)行抽油時(shí)，由于是從從外到里進(jìn)氣，通氣塞進(jìn)氣受阻被封閉，變速器輸入端和輸出端裝配保護(hù)套，也被相對(duì)密封。抽油過程中，變速器內(nèi)腔會(huì)形成一個(gè)真空環(huán)境，抽油真空壓強(qiáng)為0.1MPa，經(jīng)過計(jì)算，油封的脫出力約為0.09kN，油封裝配力為0.1～3kN，當(dāng)油封裝配力為下限時(shí)，存在油封脫出的風(fēng)險(xiǎn)。

圖8 油封脫出

圖9 通氣塞

圖10 抽油通氣塞單向閥工作原理

2.工藝優(yōu)化措施

為了解決變速器總成抽油時(shí)，總成內(nèi)腔出現(xiàn)的封閉情況，對(duì)通氣塞裝配進(jìn)行工藝調(diào)整，由總成校驗(yàn)前裝配通氣塞，更改為校驗(yàn)完成后裝配通氣塞。通過對(duì)裝配前后的油封平面度進(jìn)行工藝驗(yàn)證（見表1、表2），驗(yàn)證有效。

表1 校驗(yàn)前裝配通氣塞（更改前工藝）（單位：mm）

表2 校驗(yàn)后裝配通氣塞（更改后工藝）（單位：mm）

與此同時(shí)，對(duì)機(jī)加工殼體零件的工藝進(jìn)行優(yōu)化，增加內(nèi)孔內(nèi)控要求，降低和油封配合孔的表面粗糙度值，加大裝配過程中油封和殼體之間的配合過盈量，增加裝配過程力。通過以上工藝優(yōu)化，避免了油封脫出的風(fēng)險(xiǎn)。

油封內(nèi)唇翻邊和油封外圈切邊分析及其工藝優(yōu)化措施

1.失效模式分析

經(jīng)常見到的油封內(nèi)唇翻邊和油封切邊問題，產(chǎn)生失效的原因有多種，根據(jù)變速器特定結(jié)構(gòu)和不同生產(chǎn)線差異進(jìn)行分析。對(duì)生產(chǎn)線和油封裝配的相關(guān)工位進(jìn)行排查，在輸入軸小總成裝配到殼體的工位時(shí)，輸入軸需要通過油封內(nèi)唇口裝配到位，由于裝配工藝為通過手工裝配（見圖11），因此裝配同軸度無法保證，輸入軸裝配過程會(huì)碰到油封內(nèi)唇口翻邊的風(fēng)險(xiǎn)。另外，在油封內(nèi)唇邊口發(fā)現(xiàn)有異物雜質(zhì)，油封內(nèi)唇口或輸入軸附有異物，在工作旋轉(zhuǎn)時(shí)，所附著的雜質(zhì)會(huì)在輸入軸油封和內(nèi)唇之間形成摩擦，導(dǎo)致油封內(nèi)唇口不均衡受力，使得油封內(nèi)唇翻邊。

圖11 手工裝配輸入軸

對(duì)于油封裝配工位進(jìn)行排查，在某條線體油封裝配工位，油封和軸承外圈是同時(shí)壓裝（見圖12），在裝配過程中，軸承外圈先與油封裝配到位，依靠先壓裝后的軸承外圈壓頭定位，屬于偏心定位，存在受力不均衡情況，存在油封外圈切邊風(fēng)險(xiǎn)。

圖12 油封和軸承外圈同時(shí)裝配

2.工藝優(yōu)化措施

對(duì)輸入軸小總成裝配由手工裝配更改為設(shè)備裝配（見圖13），確保裝配過程中的同軸度，避免損傷油封內(nèi)唇口，同時(shí)設(shè)計(jì)同軸度檢具，把對(duì)設(shè)備的同軸度列入制造過程中一個(gè)關(guān)鍵的過程控制特性進(jìn)行監(jiān)控。在裝配過程中，用無塵紙對(duì)輸入軸進(jìn)行清潔，每班對(duì)裝配油封的壓頭進(jìn)行清潔，確保裝配過程的清潔。

對(duì)于油封外圈切邊，進(jìn)行設(shè)備改造，單獨(dú)壓裝裝配油封（見圖14），制造裝配過程中每班監(jiān)控設(shè)備的同軸度，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，應(yīng)進(jìn)行調(diào)整修正。

通過以上一系列制造過程裝配工藝的優(yōu)化措施，售后反饋的變速器總成油封漏油的故障總成IPTV呈明顯下降趨勢(shì)，措施驗(yàn)證效果良好。

圖13 設(shè)備裝配輸入軸

圖14 油封單獨(dú)裝配油封

結(jié)語

對(duì)油封裝配到位的方式，采用生產(chǎn)線上和生產(chǎn)線外不同的控制方式。在生產(chǎn)線上，設(shè)計(jì)壓頭依靠作用于殼體的停止力保證，作用于殼體同心基準(zhǔn)面；在生產(chǎn)線外，采用位移監(jiān)控，定期檢查定位殼體底座定位銷的磨損程度，定期修正位移參數(shù)。對(duì)公司變速器結(jié)構(gòu)油封裝配以及變速器總成進(jìn)行校驗(yàn)的工藝進(jìn)行橫向拓展，PFMEA、控制計(jì)劃、現(xiàn)場(chǎng)操作指導(dǎo)書進(jìn)行一致性傳遞，形成標(biāo)準(zhǔn)化。將油封裝配同軸度監(jiān)控橫向拓展到其他關(guān)鍵零件裝配，同軸度從裝配前預(yù)防控制到裝配后的探測(cè)控制，確保零件質(zhì)量。