碗形塞压装工艺和漏水研究

彭友成　刘高领　张大鹏　梁玉萍

摘 要：碗形塞在发动机缸体缸盖上应用普遍，用来封堵砂芯孔;碗形塞最常见的失效为漏水，本文主要阐述碗形塞不同压装工艺参数下对应的泄漏失效模式及压装后安装孔的质量状态。

关键词：碗形塞 厌氧胶 压装工艺 闷盖漏水

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，在汽车行业内已经普遍应用。发动机缸体、缸盖上的水套封堵，基本都采用碗形塞进行密封。该密封方式具有操作简单，密封稳定性好，成本低的优势。碗形塞的压装工艺，看似简单，实际上也是非常关键的。如果压装工艺和质量未控制好，将导致碗形塞渗漏，甚至脱落。当渗漏问题出现后，面临的问题是返修难，甚至无法返修，形成小问题大事件。因此对碗形塞的压装工艺和压装质量，显得格外重要。

关于压装工艺，及压装质量，应根据装配体对应材质，以及压杆的结构设计进行调整。在平时应用过程中，注意重点基本集中在碗形塞的尺寸、过盈量设计上。关于装配体材质变化导致的工艺调整，关注度不够。因此当面对不同装配体材质时，需要结合实际情况进行验证，并锁定匹配工艺。

下文将讨论某款缸盖碗形塞压装工艺借鉴铸铁缸体压装工艺，导致泄漏的问题分析。简述压装工艺对碗形塞压装质量的影响。

2 碗形塞压装设计校核

2.1 碗形塞压装机理

碗形塞压装时，需要涂抹密厌氧密封胶，涂胶的位置有两种，推荐将密封胶涂抹在安装孔内见图1。厌氧胶为博森3662T型，涂胶宽度2.5mm。

确定密封胶型号以及涂胶要求后，对压装方式进行设计校核，其中该项目碗形塞结构主要参数见表1。

2.2 碗形塞受力分析

查询标准JIS D2102最大过盈量为0.38mm，该产品目前设计过盈量为0.166～0.302mm，结合目前的碗形塞材质、缸盖材质、压装方式进行FEA分析计算，校核碗形塞结构设计。分析结果见表2、图2、图3;

通过和表1中对应的材质特性对比，过盈量达到0.38mm时，闷盖受力超出材质极限，存在失效风险。因此锁定目前设计过盈量0.166～0.302mm。

3 碗形塞压装工艺确认

3.1 碗形塞压装

本项目碗形塞借用某发动机铸铁缸体上成熟的应用，压装工艺主要参数沿用，见表3：

按照该状态，压装缸盖碗形塞，累计压装2200件缸盖总成，出现碗形塞泄漏84件。对泄漏件切割检查，发现碗形塞在孔内挤压痕迹不均匀，存在严重偏移挤压痕迹（详见图4）。对此展开问题分析，锁定主要因素有两个：1、压杆直径过大，和碗形塞间隙不足。2、压杆同轴度不好。以上两点导致压装时压杆和碗形塞内壁接触，接触的位置受力异常，进而导致碗形塞变形漏水。

3.2 碗形塞压装工艺优化

根据原因分析，检查压杆结构尺寸链设计，并进行优化：减小压杆直径，增大压杆和碗形塞间隙;同时调整压杆同轴度，防止压装时压杆触碰碗形塞内壁。

通过计算优化前压杆和碗形塞内壁的间隙为0.09mm，小于压杆和安装孔的同轴度偏差，因此存在压杆和碗形塞内壁接触的风险，这与失效模式基本吻合。经过设计优化后，该间隙达到1.4mm，满足应用要求。

3.3 优化后验证

根据首次优化，减小压杆直径，调整设备同轴度之后。进行碗形塞泄漏验证。计划验证6台30h台架实验。结果仍然出现1台轻微渗水。

对碗形塞切割检查（见表5），安装孔内整体质量较优化前有明显改善，暂无严重的偏磨、挤压痕迹。但是漏点位置存在较长的轻微划痕，在划痕倒角口部微观放大检查，存在倒角崩缺。基于该情况，分析认为碗形塞在压装时，刚进入安装孔的时候冲击过大，导致倒角崩缺，进而在挤压过程中产生划痕。

3.4 压装速度优化及验证

基于倒角口崩缺分析情况，计划降低压装速度减小冲击，初步预计将速度分别设为10mm/s，5mm/s，2.5mm/s，1mm/s。

通过对比不同压装速度的划痕表现情况，降低压装速度<2.5mm/s时，划痕问题明显改善。从验证结果，可以看出当安装孔材料由铸铁缸体改为铝合金缸盖以后，不能沿用原来的压装速度10mm/s。需要结合缸盖的材质，选取合适的压装速度。

根据压装速度的验证结果，以及实际的节拍要求，压装速度最后定为2mm/s。并按照该状态进行验证，累计装机74台，均未出现碗形塞漏水。

4 总结

通过对压装工艺不同参数的调整优化以及验证结果表现，可以得出结论如下。

1、压杆的直径必须充分考虑设备的同轴度，预留足够的间隙，避免压杆触碰碗形塞内壁。

2、碗形塞压装速度必须充分考虑安装孔的材质，必须根据实际验证情况确定合理的压装速度。

参考文献：

[1]董金刚.碗形塞涂胶工艺探讨[J].内燃机，2005.

[2]张在清，曲志光.碗形堵塞装配中的自然涂胶和压装[J].内燃机，1997.

[3]秦学海，徐灿灿，李连豹，等.发动机碗形塞处漏油问题分析及解决方法[C]. 2016中国汽车工程学会年会，2016.