提高喉箍連接裝配合格率的工藝

徐美良

（東風(fēng)（十堰）有色鑄件有限公司，湖北 十堰442062））

1 引 言

喉箍以其抗扭耐壓、調(diào)節(jié)范圍大等優(yōu)點(diǎn)，成為廣泛應(yīng)用于軟硬管連接的緊固件。而它在連接軟管時(shí)，因力矩衰減、喉箍打滑等原因造成的總成泄漏是常見(jiàn)的問(wèn)題。本文通過(guò)對(duì)曲軸箱通風(fēng)合件裝配工藝的改進(jìn)，來(lái)分析裝配類似產(chǎn)品(軟連接)時(shí)需注意的事項(xiàng)以及應(yīng)采取的措施。

2 曲軸箱通風(fēng)合件的結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求

在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，燃燒室的高壓氣體會(huì)漏入曲軸箱內(nèi)，為防止曲軸箱壓力過(guò)高，必須實(shí)行曲軸箱通風(fēng)。曲軸箱通風(fēng)合件的作用便是將曲軸箱中的氣體排出。所以，其性能的好壞對(duì)提高系統(tǒng)可靠性、有效控制漏油及漏氣等有重要影響。

曲軸箱通風(fēng)合件由曲軸箱通風(fēng)口蓋、橡膠管和喉箍（管夾）3 部分組成，如圖1 所示。

其主要技術(shù)要求為：扭緊力矩3±0.5N·m，裝配擰緊速度≤500r/min，總成須保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)不發(fā)生泄漏。

圖1 曲軸箱通風(fēng)合件總成圖

3 存在的問(wèn)題

3.1 喉箍裝配后力矩衰減

力矩衰減是指擰緊后發(fā)生在緊固件上的力矩降低現(xiàn)象。衰減后的力矩值低于目標(biāo)值但比較穩(wěn)定，一般在擰緊操作完成后的30ms 內(nèi)會(huì)完成60%以上的力矩衰減。

在生產(chǎn)中，裝配時(shí)的力矩是3.5N·m，幾個(gè)小時(shí)后再次測(cè)量，約有30%的喉箍力矩會(huì)衰減到2.5N·m 以下，使總成無(wú)法滿足使用要求。

3.2 喉箍進(jìn)貨檢驗(yàn)難

裝配時(shí)，部分喉箍未達(dá)到規(guī)定扭矩便會(huì)打滑失效,而有的雖然在裝配時(shí)未失效，但其工作處于極限狀態(tài)，在總成密封性試驗(yàn)時(shí)問(wèn)題便會(huì)暴露出來(lái)，導(dǎo)致泄漏，影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率。

3.3 密封性要求

因曲軸箱通風(fēng)口蓋管接頭處為非加工表面，雖然要求的扭緊力矩為3±0.5N·m，但從實(shí)際生產(chǎn)情況看，為保證總成的密封性要求，裝配后的力矩應(yīng)大于技術(shù)要求中的上限值3.5N·m。

4 改進(jìn)措施

為滿足總成性能，裝配后的力矩須穩(wěn)定在3.5N·m 以上，考慮到力矩衰減這個(gè)問(wèn)題普遍存在，所以須從以下幾方面采取措施進(jìn)行控制。

4.1 改進(jìn)喉箍進(jìn)貨檢驗(yàn)方法、增加檢驗(yàn)項(xiàng)目

通過(guò)查詢喉箍相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)，與國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)比較，我們有很多方面都缺乏控制。

從使用情況出發(fā)，增加了進(jìn)貨檢驗(yàn)項(xiàng)目。要求供應(yīng)商提供每批喉箍的材料物理和化學(xué)性能報(bào)告、鹽霧試驗(yàn)報(bào)告，扭矩試驗(yàn)報(bào)告，耐壓試驗(yàn)報(bào)告，名義直徑圓柱度報(bào)告等。每份報(bào)告都必須由有資質(zhì)的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)提供。喉箍自檢時(shí)，采用圖3 所示的剛性心軸。

圖中，直徑D 與管夾可以使用的最大直徑相等，直徑d 與管夾可以使用的最小直徑相等，d1為本產(chǎn)品擰緊時(shí)喉箍的工作直徑。心軸的每個(gè)直徑可檢驗(yàn)喉箍在對(duì)應(yīng)直徑時(shí)的性能。

檢驗(yàn)時(shí)，將喉箍套在圖3 所示的剛性心軸上并擰緊，施加扭矩為6.5N·m，用力矩扳手檢驗(yàn)扭矩三次，每次不得小于5N·m，然后將喉箍退出并檢驗(yàn)鋼帶外觀，不許有明顯的塑性變形。

經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證以及查詢大量的國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)，圖3 所示的綜合剛性心軸和檢驗(yàn)方法可以很客觀地評(píng)價(jià)喉箍的性能，使檢驗(yàn)方便直觀。

圖2 美式喉箍

圖3 綜合剛性心軸

4.2 改進(jìn)裝配工裝

將橡膠管套在曲軸箱通風(fēng)口蓋的管接頭上（注意橡膠管的方向），喉箍套在橡膠管的指定部位，然后在裝配工裝上固定好，用已調(diào)好的電動(dòng)扳手將喉箍擰緊至要求的扭矩值。裝配工裝如圖4 所示。

此工裝的特點(diǎn)是：兩邊的卡槽與喉箍相配合，卡槽位置精確，卡槽一的下部有厚度為8mm 的凸臺(tái)，這樣既可以保證喉箍在擰緊過(guò)程中不會(huì)發(fā)生傾斜或偏移，使裝配過(guò)程平穩(wěn)，又可以保證喉箍的裝配位置正確。而且，兩邊的卡槽大小不同，可以保證喉箍不會(huì)裝反，起到防錯(cuò)的作用；同時(shí)，防錯(cuò)墊塊可以保證橡膠管的位置正確。

圖4 曲軸箱通風(fēng)合件裝配工裝

4.3 提高動(dòng)態(tài)扭矩值

為降低力矩衰減對(duì)總成密封性的影響，通過(guò)計(jì)算和查詢喉箍的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及生產(chǎn)中所積累的經(jīng)驗(yàn)，將喉箍的擰緊力矩設(shè)為4.5±0.5N·m，操作時(shí)取上限值進(jìn)行擰緊。

4.3.1 喉箍的簡(jiǎn)單受力分析

在螺紋聯(lián)接中，通常90%的扭矩被摩擦力消耗，只有10%的扭矩轉(zhuǎn)化為夾緊力。喉箍擰緊時(shí)，各接觸面（如螺釘與箍殼、螺釘與鋼帶等）為滑動(dòng)摩擦，摩擦阻力大，所以也存在這種情況。

從生產(chǎn)中的情況看，破壞主要為鋼帶的嚴(yán)重變形或斷裂，所以，應(yīng)校核鋼帶的抗拉強(qiáng)度。

圖5 鋼帶主要外形尺寸

為計(jì)算作用在鋼帶上的力，借助蝸輪蝸桿模型進(jìn)行受力分析（受力分析圖可參閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》），則

式中，F(xiàn)t1和Ft2分別為作用在螺釘上的切向力和軸向力。則作用在鋼帶上的圓周力Fa=Fa1=1190N。

本喉箍的鋼帶材料為301 不銹鋼，冷軋?zhí)幚恚估瓘?qiáng)度1200MPa，屈服強(qiáng)度800MPa，硬度380HV。取安全系數(shù)S=2，K=0.8，則

螺釘與鋼帶同時(shí)嚙合的齒數(shù)為4～5 個(gè)，所以每個(gè)齒承受的力不大，齒的抗彎強(qiáng)度可以滿足要求，這里不再進(jìn)行計(jì)算。

為降低螺釘打滑的概率，對(duì)螺釘進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，適當(dāng)增加螺釘螺牙的高度。實(shí)踐證明，改進(jìn)后的螺釘可以保證當(dāng)鋼帶出現(xiàn)較小的變形時(shí)不會(huì)打滑，從而提高喉箍連接的可靠性。

4.3.2 確定新的動(dòng)態(tài)扭矩值

為驗(yàn)證采用擰緊力矩為5N·m 裝配的可行性，從每批喉箍中抽10 件進(jìn)行扭矩試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。

表1 扭矩試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)檢驗(yàn)的結(jié)果可以看出，擰緊力矩取5N·m 時(shí)裝配過(guò)程穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)際驗(yàn)證，衰減后的扭矩值在4N·m 左右。

綜上所述，將動(dòng)態(tài)扭矩值提高到5N·m 可以很好地滿足技術(shù)要求。另外，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，在橡膠管比較軟的情況下，可將扭矩提高到6N·m。

4.4 擰緊過(guò)程改進(jìn)

改進(jìn)前的裝配過(guò)程是：將喉箍連續(xù)擰緊至所要求的扭矩值。但存在兩個(gè)問(wèn)題：（1）因喉箍的圓柱度存在差異，圓柱度差的雖然扭矩達(dá)到要求，但其受力和變形不均，導(dǎo)致一段時(shí)間后力矩大幅度衰減；（2）擰緊時(shí)工具的擰緊軸高速轉(zhuǎn)動(dòng)而造成應(yīng)力集中，擰緊后集中的應(yīng)力釋放在整個(gè)軟連接系統(tǒng)中，造成力矩衰減。

為降低上述問(wèn)題的影響，通過(guò)試驗(yàn)和理論分析，將原擰緊過(guò)程改進(jìn)，方法如下。

方法一：將喉箍的擰緊過(guò)程分為兩道工序。第一序擰緊到鋼帶與橡膠管剛緊密接觸，扭矩值在1.5～2N·m，稱為預(yù)緊力矩；第二序?qū)⒑砉繑Q緊至規(guī)定值。

語(yǔ)言學(xué)國(guó)家社科基金項(xiàng)目（1991—2016）研究動(dòng)態(tài)分析 …………………………………………… 蘇 紅（1.33）

方法二：采用間斷擰緊的方法。即先將喉箍擰緊至扭矩值1.5～2N·m，停頓3s 左右，再繼續(xù)擰緊至規(guī)定值。

方法一的兩次擰緊的間隔較長(zhǎng)，擰緊后力矩衰減比方法二小一些，但是生產(chǎn)效率比方法二高。我們裝配時(shí)采用的是第二種方法，但在有條件的情況下，建議大家采用第一種方法裝配。

實(shí)踐證明，改進(jìn)后，減小了因集中的應(yīng)力釋放和不均勻變形趨于均勻而造成的整個(gè)軟連接體系中力矩衰減的幅度。

4.5 橡膠管和曲軸箱通風(fēng)口蓋的質(zhì)量控制

曲軸箱通風(fēng)合件由喉箍、曲軸箱通風(fēng)口蓋和橡膠管三部分組成，各部分性能的好壞都會(huì)影響總成的質(zhì)量，所以對(duì)各分裝零件的質(zhì)量都必須嚴(yán)格加以控制。

4.5.1 橡膠管

橡膠管的表面粗糙度、硬度和表面紋路等都影響總成的力矩，需按相關(guān)技術(shù)要求嚴(yán)格控制。

橡膠管的硬度對(duì)力矩衰減的影響很大。在這個(gè)產(chǎn)品中，要求橡膠管的硬度為邵氏硬度A70±5，然而，邵氏硬度A65 的與邵氏硬度A75 的橡膠管雖然都是合格的，但實(shí)物軟硬程度相差很大，對(duì)力矩衰減的影響程度也相差很大。偏軟的橡膠管裝配后力矩衰減大些，偏硬的力矩衰減小些。

所以，在滿足其他性能的前提下，應(yīng)控制橡膠管的硬度取上限值，減小因橡膠管的永久變形對(duì)力矩衰減造成的影響。

4.5.2 曲軸箱通風(fēng)口蓋

對(duì)生產(chǎn)中出現(xiàn)泄漏的總成進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)管接頭部位的表面質(zhì)量對(duì)總成密封性能有重要影響。主要為表面粗糙度、錯(cuò)模量和分型面的毛刺，另外，去毛刺后的不圓度影響也不可忽視。

根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果，可從以下兩方面控制：（1）改善鑄造工藝，修理模具，減小錯(cuò)模量；（2）在鑄造后增加清理工藝，清理后拋丸。

5 結(jié) 論

對(duì)曲軸箱通風(fēng)合件進(jìn)行100%密封性試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)不合格品的比例發(fā)現(xiàn)，因力矩不足而造成泄漏的總成比例約為0.5%，經(jīng)分析，原因?yàn)閭€(gè)別喉箍的質(zhì)量問(wèn)題，擰緊后變形量過(guò)大所致。所以，通過(guò)在實(shí)際生產(chǎn)中的驗(yàn)證，改進(jìn)后的工藝可保證總成很好地滿足圖紙技術(shù)要求，保證后續(xù)的發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)，并且提高系統(tǒng)和管路的可靠性。

本文通過(guò)具體案例，系統(tǒng)地說(shuō)明了喉箍裝配及軟連接中應(yīng)注意的事項(xiàng)及采取的措施為：（1）加強(qiáng)對(duì)各分裝零件質(zhì)量的管控，為總成的性能提供基礎(chǔ)條件；（2）適當(dāng)提高喉箍的動(dòng)態(tài)扭矩值；（3）合理設(shè)計(jì)裝配工裝；（4）合理設(shè)計(jì)裝配過(guò)程。通過(guò)采取以上措施，可以保證力矩衰減后穩(wěn)定在規(guī)定值，使總成滿足技術(shù)要求。

［1］ NF E27-851，通用金屬的軟管卡箍（穿孔的帶式螺釘卡箍）規(guī)范［S］.

［2］ NF E27-852，一般用途的與帶材或線材配用的軟管卡箍（蝸桿傳動(dòng)式）［S］.

［3］ NF E27-855，通用金屬的軟管卡箍（蝸桿傳動(dòng)式）規(guī)范［S］.

［4］ 王靜.生產(chǎn)過(guò)程中扭矩衰減的控制方法［J］.大眾科技，2011（10）：145-147.

［5］ 李同科，簡(jiǎn)學(xué)利.動(dòng)、靜態(tài)扭矩在汽車裝配扭矩控制中的應(yīng)用［J］.汽車工藝與材料，2010（4）：33-37.

［6］ 王濤.工程機(jī)械常用卡箍的技術(shù)特點(diǎn)及選用探析［J］.工程機(jī)械，2013（44）：1-4.

［7］ 39.02.4823/A，加勁卡箍技術(shù)條件［S］.

［8］ JB/T 8870-1999，喉箍［S］.

［9］ 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

［10］ QJ 177.16A，通用卡箍 螺旋卡箍［S］.

［11］ GB/T 3762-2002，橡膠制品的公差［S］.