基于溫差法的連桿襯套裝配工藝研究與實(shí)踐*

王連宏，張雪冬，尹艷亮，張 芳，吳 鑫，盧廣和，劉瑛杰

(北方通用動(dòng)力集團(tuán)有限公司，山西 大同 037036 )

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基于溫差法的連桿襯套裝配工藝研究與實(shí)踐*

王連宏，張雪冬，尹艷亮，張 芳，吳 鑫，盧廣和，劉瑛杰

(北方通用動(dòng)力集團(tuán)有限公司，山西 大同 037036 )

針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿襯套壓裝工藝故障，開展了襯套“溫差法”壓裝工藝技術(shù)研究。在工藝試驗(yàn)驗(yàn)證基礎(chǔ)上，優(yōu)化了襯套冷凍溫度、冷凍時(shí)間及連桿小頭加熱溫度、加熱時(shí)間等工藝參數(shù)，解決了襯套壓裝變形問題，使襯套固持力得到了精確控制，并形成了精密壓裝工藝規(guī)范，用于指導(dǎo)生產(chǎn)。

連桿襯套；冷凍時(shí)間；加熱時(shí)間；固持力

發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配質(zhì)量在很大程度上決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的最終質(zhì)量，裝配工藝過程在機(jī)械制造中占有重要地位[1]。在發(fā)動(dòng)機(jī)軸孔結(jié)構(gòu)類(如連桿襯套、氣門座圈、氣門導(dǎo)管和噴油泵傳動(dòng)襯套等)裝配中，一般采用過盈配合，在常溫下壓裝。在壓裝過程中，應(yīng)對(duì)壓裝力、壓裝速度和位置進(jìn)行控制，以保證壓裝件能夠準(zhǔn)確到位，并達(dá)到要求的固持力。由于發(fā)動(dòng)機(jī)是在高溫、高壓環(huán)境下工作，如果零件在壓裝過程中出現(xiàn)變形，則不能滿足固持力要求，有可能出現(xiàn)松動(dòng)或脫落現(xiàn)象，造成發(fā)動(dòng)機(jī)無法正常工作；因此，發(fā)動(dòng)機(jī)過盈量的設(shè)計(jì)十分重要，而目前過盈量的確定一般是憑借經(jīng)驗(yàn)[2]。

發(fā)動(dòng)機(jī)軸孔結(jié)構(gòu)類壓裝一般采用壓力機(jī)壓裝和溫差法壓裝等2種方法。采用壓力機(jī)壓裝，其質(zhì)量一般是通過壓裝力-位移曲線進(jìn)行評(píng)定[3]，壓裝力與壓裝速度影響位置、精度及固持力；而采用溫差法壓裝，則可以實(shí)現(xiàn)無壓力裝配，通過選用合理的工藝參數(shù)，不僅不會(huì)出現(xiàn)壓裝變形，而且能夠使固持力得到嚴(yán)格控制。本文以發(fā)動(dòng)機(jī)連桿襯套裝配為例，對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，并通過應(yīng)用溫差法及驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了無壓力裝配，滿足了連桿襯套可靠性要求。

1 實(shí)例分析

圖1 連桿小頭設(shè)計(jì)示意圖

圖2 襯套設(shè)計(jì)示意圖

2 工藝參數(shù)的計(jì)算

利用連桿襯套線膨脹系數(shù)較大的特點(diǎn)進(jìn)行工藝參數(shù)的計(jì)算，具體如下。

1)冷裝需要的間隙=孔徑×0.08%=61.5×0.08%≈ 0.05 (mm)。

2)冷縮量(收縮量)=最大過盈量+冷裝需要的間隙=0.106+0.05=0.156 (mm)。

3)冷凍溫度=室溫-冷縮量/(線膨脹系數(shù)×孔徑)=(5～30)-0.156/(15×10-6×61.5)=-139.1～164.1 (℃)。

4)冷凍時(shí)間=綜合系數(shù)×壁厚+(6～8)=0.9×2.75+(6～8)=8.475～10.475 (min)。

5)連桿小頭膨脹量=線膨脹系數(shù)×孔徑(加熱溫度-環(huán)境溫度)=13×10-6×61.5[80-(5～30)]=0.039 975～0.059 962 (mm)。

3 壓裝夾具的研制

設(shè)計(jì)要求襯套壓裝時(shí)必須保證連桿小頭油孔和襯套的油孔對(duì)正，同時(shí)保證襯套壓裝后不得凸出連桿小頭端面；為此，為了保證壓裝質(zhì)量和提高效率，研制了可調(diào)整的通用性夾具和專用芯棒(見圖3)[4]。

圖3 研制的夾具示意圖

4 工藝驗(yàn)證

根據(jù)計(jì)算的冷凍溫度，選擇液氮作為冷凍劑，該冷凍劑性質(zhì)穩(wěn)定、無毒且為不燃?xì)怏w，適用于生產(chǎn)現(xiàn)場使用。具體裝配過程如下：1)襯套裝入液氮中(見圖4)，按照優(yōu)化后的冷卻時(shí)間進(jìn)行冷卻；2)將連桿小頭放入水中加熱(見圖5)；3)佩戴手套將襯套裝入芯棒(見圖6)；4)通過芯棒和夾具將襯套無壓裝入連桿小頭，確保油孔位置對(duì)正，襯套不允許凸出連桿端面(見圖7)。

圖4 連桿襯套液氮示意圖

圖5 連桿小頭加熱示意圖

圖6 襯套裝入芯棒示意圖

圖7 連桿襯套壓裝示意圖

采用18 kN軸向壓力檢測襯套是否松動(dòng)，以驗(yàn)證其裝配的可靠性。通過多輪次工藝試驗(yàn)驗(yàn)證，優(yōu)先考慮在保證無壓力裝配基礎(chǔ)上極大地提高效率為原則，優(yōu)化了工藝參數(shù)，形成了裝配工藝規(guī)范。

5 結(jié)語

通過以柴油機(jī)連桿襯套裝配為驗(yàn)證對(duì)象，開展了軸孔溫差法精密壓裝工藝技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)了連桿襯套無壓力快速裝配，解決了采用壓力機(jī)壓裝導(dǎo)致的變形和固持力降低從而影響可靠性的質(zhì)量問題。該工藝技術(shù)已應(yīng)用到了多品種、多型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)襯套壓裝，工效提高了2～3倍，并保證了壓裝質(zhì)量。

[1] 馮文慧.一種壓裝襯套的簡便方法[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2014(7)：188-189.

[2] 范校尉，樊文欣，馮垣潔.基于有限元的連桿襯套過盈分析求解[J].軸承，2010(11)：3-7.

[3] 盧連生.影響制動(dòng)盤壓裝曲線的因素及壓裝曲線對(duì)最終連接力的影響[J].鐵道機(jī)車車輛，2002(SI)：83-87.

[4] 孫光華.工裝設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

* 共性基礎(chǔ)科研項(xiàng)目(1006-03)

責(zé)任編輯 馬彤

Research and Practice of Connecting Rod Bushing Assembiy Process based on Temperature Difference Method

WANG Lianhong, ZHANG Xuedong, YIN Yanliang, ZHANG Fang, WU Xin, LU Guanghe, LIU Yingjie

(North General Power Group Co., Ltd., Datong 037036, China)

According to the fault of the engine connecting rod bushing, the research on the technology of ‘temperature difference method’ press fit technology is carried out. On the basis of process experiment verification, the parameters of the lining of freezing temperature, freezing time and connecting rod heating temperature and time are all optimized. Solve the problem of the deformation of the bushing pressing. Bush has been holded in the force control, and form the precision pressing process specification for the production of guidance.

connecting rod bushing, cooling time, heating time, the holding force

TH 161.7

A

王連宏(1964-)，男，高級(jí)工程師，主要從事柴油機(jī)先進(jìn)制造工藝技術(shù)等方面的研究。

2016-06-15