淺談活塞環(huán)成型工藝對比

劉馨澤洋

摘要：同樣鋼制線材，選定尺寸的試制活塞環(huán)，分別經(jīng)過凸輪成型和真圓成型，對其關(guān)鍵參數(shù)閉合間隙、張力進(jìn)行實際數(shù)據(jù)測量。根據(jù)SPC手冊淺要的進(jìn)行工程性能對比。為企業(yè)在制造生產(chǎn)和工藝引進(jìn)中，提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：活塞環(huán);凸輪成型;真圓成型;工程性能

中圖分類號：TK403? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）11-0035-03

0? 引言

隨著新能源汽車的發(fā)展，國家政策的支持，新能源已經(jīng)是市場不可缺少的一部分。但目前我國內(nèi)燃機(jī)的保有量數(shù)以億計，約40%為汽油機(jī)，約60%為柴油機(jī)。在工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域，內(nèi)燃機(jī)同樣必不可少。而活塞環(huán)作為內(nèi)燃機(jī)重要零件之一，除了產(chǎn)品設(shè)計的合理性以外，還要在其工藝上提高生產(chǎn)效率的同時，更能保證相關(guān)質(zhì)量參數(shù)的穩(wěn)定。高效率、高品質(zhì)、穩(wěn)定的輸出，才能夠提高產(chǎn)品的競爭力。

如今各大活塞環(huán)企業(yè)：安慶帝伯格茨活塞環(huán)有限公司（ATG）、日本理研公司（RIKEN）、馬勒活塞有限公司（MALLA）等，即使在產(chǎn)品設(shè)計上不分伯仲，卻在制造工藝上有各自的體系。整個活塞環(huán)生產(chǎn)工藝中，屬活塞環(huán)成型工藝最為關(guān)鍵和復(fù)雜，基本奠定了活塞環(huán)的重要性能參數(shù)，后續(xù)加工對其進(jìn)行加強(qiáng)和修正。傳統(tǒng)的活塞環(huán)成型工藝為凸輪成型，近幾年引進(jìn)的真圓成型，在設(shè)備上略貴以外，很多企業(yè)對其工程性能也無法得到有效的對比參考。本文針對兩大成型工藝，根據(jù)SPC手冊，通過實際數(shù)據(jù)采集，對其進(jìn)行淺要的工程性能對比。為企業(yè)在制造生產(chǎn)和工藝引進(jìn)中，可結(jié)合自身實際情況，提供一定的參考。

1? 活塞環(huán)成型原理簡述

1.1 凸輪成型

如圖1所示，線材穿過導(dǎo)板、用夾持器傳送。通過三個支點和一個拉伸銷進(jìn)行確定橢圓基圓，根據(jù)設(shè)定的送料量進(jìn)行切斷，最后形成一根活塞環(huán)。

設(shè)備調(diào)試難點：各支點直徑的確定，送料量的設(shè)定。因為是單根切斷，刀具磨損較快。容易造成活塞環(huán)開口歪斜、開口毛刺。如果主凸輪選擇不恰當(dāng)或是磨損，會產(chǎn)生漏光以及二軸差的不穩(wěn)定。

1.2 真圓成型

如圖2所示，線材穿過導(dǎo)板，通過三個支點和拉伸銷，直接卷繞到一定長度L后，（長度L根據(jù)記相配合的夾具圓筒雇長度確定），進(jìn)行線材的切斷。在通過圓筒雇裝軸后進(jìn)行切斷，最后形成一筒活塞環(huán)。

設(shè)備調(diào)試難點：支點直徑的確定，圓筒雇的裝軸。因為卷繞成型，需手動切成單根環(huán)對其皿量進(jìn)行確定。切斷后的熱處理對凸輪熱處理筒的磨耗管理較為嚴(yán)格。

1.3 成型工藝流程（圖3）

2? 試驗方案

2.1 活塞環(huán)參數(shù)選定

如圖4所示根據(jù)成型產(chǎn)品，選定三個主要參數(shù)，分別是：直徑D=80mm;張力F=3.6±0.8N;閉合間隙S=0.35±0.05mm。

2.2 試驗準(zhǔn)備

同型號線材，凸輪成型機(jī)和真圓成型機(jī)，自動測定張力機(jī)、圓規(guī)、塞規(guī)。

3? 數(shù)據(jù)采集處理

3.1 采集方式

選取同樣的線材，二道環(huán)，分別凸輪成型和真圓成型各2000根。根據(jù)SPC手冊定義，隨機(jī)抽取125根，通過直徑測定張力機(jī)、圓規(guī)、塞規(guī)進(jìn)行測量。

3.2 工程性能評價公式

式（1）中：X為樣本均值;

X1，X2…為子組內(nèi)的每個測量值;

n為子組的樣本容量。

式（2）中：R為樣本極差。

式（3）中：S為樣本極差;

式（4）中：Pp為性能指數(shù)，定義為不考慮過程有無偏移時，容差范圍除以過程性能;

USL：規(guī)范上限;

LSL：規(guī)范下限。

式（5）、式（6）中：Ppk為過程中心的性能指數(shù);最后選取其中最小值為最終值。

根據(jù)選定參數(shù)和公式，實際測量結(jié)果見表1。

4? 數(shù)據(jù)分析

4.1 閉合間隙S

根據(jù)表1數(shù)據(jù)可知：凸輪成型Pp值為2.30，Ppk值為2.17>1.67;真圓成型Pp值為3.31，Ppk值為2.92>1.67;

在閉合間隙S上，兩個工程性能均大于1.67的性能指數(shù)，但真圓成型性能指數(shù)更穩(wěn)定。如圖3所示，實際上在切斷工序中，凸輪成型靠自身刀具切割，刀具會有磨損，根據(jù)磨損在生產(chǎn)中需要微調(diào)。而真圓成型中切斷為砂輪對一筒環(huán)進(jìn)行切割，相對而言，確實會穩(wěn)定一些。

4.2 張力F

根據(jù)表1數(shù)據(jù)可知：凸輪成型Pp值為2.26，Ppk值為2.18>1.67;真圓成型Pp值為2.96，Ppk值為2.75>1.67;

在張力F上，兩個工程性能均大于1.67的性能指數(shù)，真圓成型性能指數(shù)更穩(wěn)定。影響熱處理的主要因素包括：裝軸時環(huán)與環(huán)間隙、閉合間隙S、熱處理時間。如圖3所示，其中凸輪成型兩次熱處理與真圓成型兩次熱處理時間總和基本一致，裝軸時凸輪成型為單根環(huán)與單根環(huán)疊加，真圓成型為整體未切斷的狀態(tài)，即環(huán)與環(huán)的縫隙更小，利于均勻受熱。同時結(jié)合4.1中閉合間隙S的Ppk值，真圓成型的張力性能指數(shù)更穩(wěn)定符合本次試驗情況。

5? 結(jié)論

針對本次試驗，無論凸輪成型還是真圓成型，Ppk值>2.0，均為優(yōu)秀的表現(xiàn)。從本次試驗數(shù)據(jù)上講，真圓成型工程性能更加穩(wěn)定。未引進(jìn)真圓成型工藝的企業(yè)可根據(jù)實際產(chǎn)能，以及活塞環(huán)設(shè)計的精度要求，更進(jìn)一步的調(diào)研考慮是否只適用自身情況。而引進(jìn)真圓成型工藝的企業(yè)，根據(jù)自身已有產(chǎn)品，適當(dāng)分配與凸輪成型工藝的配比以外，可做更深層次的優(yōu)化。

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