导管压装过程及压装力影响因素探析

熊强强 孙庆 柳佳琛 雷冲

摘 要：用伺服压机进行缸盖导管阀座压装，可以采集整个压装过程中的压装力-位移曲线。压装力是导管压装工序中重要监控参数，在压装过程中，异常情况都会伴随出现压装力过大或者过小的现象，所以利用压装力位移曲线监控压装过程中压装力变化是保证导管压装质量的关键。本论文结合压力位移曲线对导管压装过程中各阶段进行分析，并通过在不同条件下进行导管压装实验，得出不同条件下最大压装力变化情况，总结出过盈量、压装前润滑、压装速度对导管压装的影响。

关键词：导管；压装力；压力位移曲线；过盈量；压装前润滑；压装速度

中图分类号：U466 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2019）01-0096-04

Abstract： The pressure-displacement curve of cylinder head guide-pipe can be acquired by using servo press during the whole pressure-mounting process. Pressing force is an important monitoring parameter in the pipe pressing process， abnormal conditions will be accompanied by excessive or small pressure loading force， so the use of pressure loading displacement curve to monitor the pressure change in the process of pressure loading is the key to ensure the quality of pipe pressure loading. In this paper， the pressure-displacement curves are used to analyze the different stages of the pressure-fitting process of the pipe， and the maximum pressure-force under different conditions is obtained through the pressure-fitting experiments. The influence of interference， lubrication before pressure-fitting and pressure-loading speed on the pressure-fitting of the pipe is summarized.

Key Words： Guide-pipe； Pressure； Pressure-displacement curve； interference； Lubrication； pressure-loading speed

引言

在氣缸盖总成加工过程中，导管阀座压装是非常关键的一道工序。这是因为导管阀座压装质量直接影响到精加工工序的加工质量甚至发动机的整体运行性能，极端情况下，导管阀座压溃、脱落会造成严重的发动机故障和交通事故。压装力是导管阀座压装工序中重要的监控参数，对导管压装质量有很大影响。在压装导管的过程中，如果压装力过大，超过导管所能承受的压力，会将导管压溃、压弯，如果压装力过小，可能在发动机运行过程中产生松脱和漏油。为了监控压装力，国内许多发动机制造企业开始运用全自动伺服电压缸进行导管压装，可以实时监控压装过程中的压装力位移曲线。本文将导管压装过程大致分为三个阶段，对各阶段压装阻力进行分析，介绍正常压装情况下压力位移曲线的变化，并以我公司一款3缸发动机缸盖排气侧导管压装为例，运用全自动伺服电压缸进行压装实验，研究过盈量、润滑、压装速度这三个因素对导管压装过程中压装力的影响。

1 导管压装过程及压装力-位移曲线分析

由于导管底孔是通孔，其本身结构上无限位。所以目前普遍采用控制位移方式压装，通过严格控制压头的位移来保证压装深度合格。

导管压装过程中压力随位移变化而变化，由压装力和位移为坐标轴绘制的曲线称为压装力-位移曲线，如图1所示。根据导管和缸盖之间相对位移关系，导管压装过程可分为四个阶段。

第一阶段，导管和缸盖未接触，压头向下移动一段空行程，压装力为零。如图2所示：

第二阶段，导管和缸盖从未接触到接触，开始过盈配合，此阶段的压装力主要是克服缸盖对导管的轴向支撑阻力。导管和缸盖之间过盈量与导管头部以及缸盖孔口的倒角大小有关。缸盖对导管的轴向支撑力随着过盈量增大急剧变大，如图3所示：

第三阶段，此阶段导管和缸盖之间的接触面积不断增大，压装力同时克服导管和缸盖之间的轴向支撑阻力和摩擦力（如图4所示）。因为轴向阻力在整个过程中基本一定，摩擦力和导管压入长度成正比，所以此阶段压力曲线基本是一条固定正斜率的直线。

第四阶段，导管头部伸出缸盖，轴向支撑阻力消失，压装力主要克服导管和缸盖之间的摩擦力。在此阶段压装力会因为轴向阻力消失变小，后因温度变化等原因导致缸盖对导管的单位面积压力增大，摩擦力会慢慢增大，直至压装到位；如图 5所示。

本文中第2部分中监控的压装力是整个压装过程中的最大压力。

2 导管压装力影响因素探析

2.1 过盈量对导管压装力的影响

过盈量是常温压装导管阀座的关键参数，对于铝合金材质缸盖和粉末冶金材质导管，压装过盈量通常控制在0.03mm-0.07mm。

实验1：选择同一批次缸盖和不同批次特制导管进行实验，实验前测量导管底孔直径和导管外径，计算过盈量分别为0.032mm、0.042mm、0.052mm、0.062mm，压装实验后数据统计如图6及表1所示：

实验结果证明，缸盖导管底孔与导管配合过盈量是导致压装力变化的主要原因之一，过盈量越大，所需压装力越大。

2.2 润滑对导管压装的影响

导管制造过程中有油浸工序，导管表面有一层防锈油，具有一定的润滑效果，但为了保证压装质量，压装前润滑仍是导管阀座常温压装工艺的必要步骤，一般采用对导管外圆周面或者导管底孔内圆周面进行喷涂润滑油的方式实现。

实验2：选取同一批次缸盖、导管和三种不同型号润滑油进行实验。

三种润滑油的运动粘度在40℃时分别为68cSt、86cSt、156cSt；在100℃时分别为8.6cSt、10.8cSt、18cSt。运动粘度值高代表润滑性能好。

保证压装过程中其它因素相同，分别完成导管底孔内孔喷涂后进行压装，实验数据统计如图7及表2所示：

实验结果证明，缸盖导管底孔与导管之间的润滑是导致压装力变化的主要原因之一，润滑效果越好，所需压装力越小。

2.3 压装速度对导管压装的影响

压装速度也是导管压装工序中重要的控制参数，对工序节拍、压头寿命以及压装质量都会产生影响。

实验3：选取同一批次缸盖和导管进行压装试验。通过调整伺服电压缸压装速度，观察导管压装力分别在5mm/s、15mm/s、20mm/s、30mm/s压装速度下的变化情况，实验数据统计如图8及表3所示：

如表3所示，随着伺服电压缸压装速度变化，压装力并无明显差异且无规律实验结果证明正常區间内的，压装速度不是导致压装力变化的主要原因。

以上3种影响因素，我司导管过盈量控制在0.038-0.045 mm之间，选用粘度为156cSt的润滑油，压装速度为15mm/s，压装力监测在10KN以下，压装过程稳定。

3 结论

本文首先通过对导管阀座压装三个阶段的压装力进行分析，解释了导管阀座正常压装情况下压力-位移曲线各阶段的变化。然后通过实验研究了导管压装过程中过盈量、压装前涂油润滑、压装速度对压装力的影响。实验结果表明，过盈量和压装前涂油润滑是影响导管压装力的主要因素，而压装速度对导管压装力影响并不明显。当然，影响导管阀座压装力还有其它因素，包括导管及导管底孔结合面摩擦系数、导管和缸盖结合面面积、导管和缸盖弹性模量等。由于试验条件有限，目前只是从以上几方面进行了验证，其他影响因素有待广大同仁进一步研究验证。本文两部分内容能为判断导管压装过程是否正常提供依据，能为解析压装力异常问题指明方向，为更加快速的解决压装问题，恢复生产，提升开动率提供帮助。

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