發(fā)動(dòng)機(jī)三槽氣門(mén)鎖夾壓裝技術(shù)分析

陸丹陽(yáng)，肖 海，潘秀燕

（上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司，廣西 柳州545007）

氣門(mén)鎖夾的壓裝是發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程中最關(guān)鍵的工序之一，傳統(tǒng)直列發(fā)動(dòng)機(jī)一般使用單槽氣門(mén)鎖夾，其壓裝方式大多是機(jī)械式直壓入槽。為解決單槽氣門(mén)燒蝕、積碳、偏磨、座圈磨損異常等問(wèn)題新興起來(lái)的三槽氣門(mén)鎖夾結(jié)構(gòu)，因其氣門(mén)桿三道溝槽無(wú)法直壓鎖夾的特殊性，壓裝操作麻煩，質(zhì)量難以保證。目前各發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)家多采用進(jìn)口的三槽氣門(mén)鎖夾壓裝機(jī)，用壓縮空氣把經(jīng)過(guò)震動(dòng)料斗排序的鎖夾吹送至壓頭上進(jìn)行壓裝，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造調(diào)試技術(shù)難度大。本文旨在對(duì)當(dāng)前壓裝發(fā)動(dòng)機(jī)三槽氣門(mén)鎖夾的一般技術(shù)進(jìn)行淺析。

1　三槽氣門(mén)鎖夾壓裝的技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1　三槽氣門(mén)鎖夾結(jié)構(gòu)

如圖1所示，區(qū)分于發(fā)動(dòng)機(jī)單槽氣門(mén)，氣門(mén)桿頂部帶有三道鎖夾槽的氣門(mén)稱(chēng)為三槽氣門(mén)，對(duì)應(yīng)帶有三道突起環(huán)帶鎖緊氣門(mén)的鎖夾稱(chēng)為三槽氣門(mén)鎖夾。三槽氣門(mén)結(jié)構(gòu)具有受力分布均勻的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，也使在裝配時(shí)鎖夾和鎖夾槽的相互對(duì)接不單靠夾緊氣門(mén)桿，而是靠槽與鎖夾的凸、凹緣之間的接觸面支撐氣門(mén)，從而使氣門(mén)處于旋轉(zhuǎn)的自由狀態(tài)，而不受鎖夾和鎖帽組裝的制約。這種“自由氣門(mén)”憑借發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的振動(dòng)，以及通過(guò)搖臂或凸輪頂桿傳遞的摩擦作用，使氣門(mén)旋轉(zhuǎn)[1]。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，氣門(mén)旋轉(zhuǎn)能有效地平衡氣門(mén)各部分的溫升，改善氣門(mén)密封斷面的工作情況，避免局部熱變形引起的高溫有害氣體沖刷，減少熱腐蝕和熱疲勞；同時(shí)由于氣門(mén)的旋轉(zhuǎn)，在密封斷面上產(chǎn)生輕微的摩擦，起到自潔作用，減少氣門(mén)的磨損和積碳，避免氣門(mén)燒蝕，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命[2]。

圖1　發(fā)動(dòng)機(jī)單槽氣門(mén)結(jié)構(gòu)與三槽氣門(mén)結(jié)構(gòu)

1.2　鎖夾壓裝機(jī)的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)

三槽氣門(mén)鎖夾壓裝機(jī)一般由壓裝滑臺(tái)、頂升翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、上料系統(tǒng)及設(shè)備機(jī)身組成，不同廠(chǎng)商制造的設(shè)備都大同小異，不一樣的地方在于其核心機(jī)構(gòu)——壓裝頭。不同于單槽氣門(mén)結(jié)構(gòu)壓裝鎖夾時(shí)可使用機(jī)械式直壓入槽，三槽氣門(mén)結(jié)構(gòu)壓裝鎖夾時(shí)必須采用夾取鎖夾到位后對(duì)合抱緊入槽的方式，壓裝頭要具備保持彈簧座圈和鎖夾、壓裝復(fù)位、精確對(duì)槽等復(fù)雜功能，且鎖夾體積小、形狀不規(guī)則，難于定向和夾持，這對(duì)于壓裝頭的設(shè)計(jì)和加工精度要求極高。

1.2.1單槽鎖夾壓裝頭

單槽氣門(mén)鎖夾壓裝頭采用的機(jī)械式直壓入槽原理，如圖2所示，外壓頭5內(nèi)裝有頂芯6及其導(dǎo)向套2，當(dāng)壓裝頭下壓頂住彈簧座圈8，氣門(mén)10，桿頭部隨著頂芯上升把鎖夾9頂向兩側(cè)，被內(nèi)壓頭7擋住并保持，氣門(mén)桿繼續(xù)上升至頂芯座1限位處即壓頭下止點(diǎn)，這時(shí)鎖夾卡進(jìn)鎖夾槽對(duì)合抱緊，然后抬起壓裝頭，鎖夾慢慢滑入座圈錐形孔完成壓裝動(dòng)作，頂芯復(fù)位彈簧3和內(nèi)壓頭復(fù)位彈簧4保證壓裝頭每次壓裝處于初始狀態(tài)。

圖2　單槽鎖夾壓裝頭結(jié)構(gòu)

1.2.2三槽鎖夾壓裝頭

三槽氣門(mén)鎖夾壓裝頭結(jié)構(gòu)相對(duì)單槽來(lái)說(shuō)要復(fù)雜得多，所以壓裝合格率難以得到百分百保證，壓裝過(guò)程受到各種因素影響。壓裝頭保持彈簧座圈和鎖夾的方式大致分為三種：真空吸附式、磁力吸附式和重力滑落式，各有其優(yōu)缺點(diǎn)。

（1）真空吸附式

真空吸附式壓裝頭壓裝三槽鎖夾結(jié)構(gòu)如圖3所示，當(dāng)進(jìn)行壓裝時(shí)，真空發(fā)生器通過(guò)夾爪（2）和外壓頭（1）上的氣路通道提供負(fù)壓，當(dāng)來(lái)料與通道貼合封閉時(shí)形成吸附力，牢牢保持住到位的三槽氣門(mén)鎖夾（5）和彈簧座圈（6），而后由小型夾緊氣缸在夾爪兩側(cè)提供夾緊力F，使夾爪帶著鎖夾張開(kāi)一個(gè)固定角度，這時(shí)壓裝頭將氣門(mén)彈簧下壓，氣門(mén)桿（4）隨著芯軸（3）往上移動(dòng)，當(dāng)三道鎖夾槽與鎖夾三個(gè)凸起的環(huán)帶到達(dá)匹配位置時(shí)，夾緊氣缸松掉夾爪帶著鎖夾對(duì)合抱緊，最后斷開(kāi)真空發(fā)生器，慢慢提起壓頭，鎖夾滑入彈簧座圈完成壓裝動(dòng)作。真空吸附式壓裝頭座圈和鎖夾保持方法牢靠，真空發(fā)生器對(duì)吸附通道有自清潔作用，只要壓裝頭機(jī)構(gòu)加工達(dá)到設(shè)計(jì)精度，來(lái)料方式正確，氣源氣壓穩(wěn)定，合格率就可以得到保證；但如果生產(chǎn)線(xiàn)氣壓波動(dòng)大或氣壓不足，真空吸附效果和真空檢測(cè)傳感器都會(huì)受到影響，從而影響壓裝合格率。

圖3　真空吸附式三槽鎖夾壓裝頭結(jié)構(gòu)

（2）磁力吸附式

磁力吸附式壓裝頭壓裝三槽鎖夾原理與真空吸附式原理類(lèi)似，只是將保持彈簧座圈和氣門(mén)鎖夾的方式換為磁鐵磁力吸附。磁力吸附式壓裝頭優(yōu)點(diǎn)為原理簡(jiǎn)單、造價(jià)便宜，不需要進(jìn)行類(lèi)似于真空通道細(xì)長(zhǎng)孔的高精度加工；但其吸附點(diǎn)不能像真空吸附一樣通過(guò)傳感器隨意控制，零件狀態(tài)不能得到確切的防錯(cuò)保證，且磁鐵長(zhǎng)期使用鎖夾易發(fā)生磁化現(xiàn)象，壓裝時(shí)粘連在壓頭上影響裝配精度，導(dǎo)致合格率低，故若要選擇吸附壓頭一般選真空吸附式。

（3）重力滑落式

重力滑落式壓裝頭壓裝三槽鎖夾結(jié)構(gòu)如圖4所示。壓裝頭主要由內(nèi)導(dǎo)向芯軸（1）和外壓頭（2）組成，當(dāng)進(jìn)行壓裝時(shí)，彈簧座圈（5）預(yù)先裝在氣門(mén)彈簧（6）上，工件到位后通過(guò)拉桿將壓裝頭頂住彈簧座圈下壓至下止點(diǎn)，然后鎖夾（4）通過(guò)料道滑落，碰到氣門(mén)桿（3）停止運(yùn)動(dòng)，此時(shí)鎖夾位置略低于氣門(mén)凹槽，做好合裝準(zhǔn)備；之后抬起壓住彈簧座圈的壓裝頭，氣門(mén)保持不動(dòng)，壓裝頭和彈簧座圈一起往上運(yùn)動(dòng)，在外壓頭內(nèi)側(cè)錐面的作用下，鎖夾被擺正，并順利扣入氣門(mén)桿凹槽，而外壓頭帶有彈性裝至，所以鎖夾一直會(huì)被壓住以避免脫開(kāi)氣門(mén)桿凹槽，知道外壓頭脫離鎖夾，此時(shí)彈簧座圈的錐形孔剛好抱住鎖夾，在彈簧的作用下，鎖夾被扣牢，壓裝完成[3]。重力滑落式壓裝頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，但依靠重量?jī)H0.3 g的鎖夾無(wú)法保證其每次都精準(zhǔn)掉落到位，受到來(lái)料清潔度影響較大，若防銹油等雜質(zhì)過(guò)多易發(fā)生卡料故障。

圖4　重力滑落式三槽鎖夾壓裝頭結(jié)構(gòu)

1.2.3彈簧座圈及鎖夾送料系統(tǒng)

作為影響三槽鎖夾壓裝成功率及裝配質(zhì)量的關(guān)鍵性因素，彈簧座圈和鎖夾的送料過(guò)程必須精準(zhǔn)可控。送料系統(tǒng)從功能一般分為全自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)，雖然控制方式不同，但都需確保能夠監(jiān)測(cè)送料過(guò)程的穩(wěn)定性。

全自動(dòng)送料系統(tǒng)一般由振動(dòng)盤(pán)料斗、排序料軌、仿形料管、分料機(jī)構(gòu)等組成，員工將零件倒入振動(dòng)盤(pán)料斗內(nèi)，振動(dòng)盤(pán)工作時(shí)在壓電雙晶片上施加交流電壓使之彎曲振動(dòng)，傾斜的彈簧片帶動(dòng)料斗繞其垂直軸做扭擺振動(dòng)，料斗內(nèi)零件由于受到這種振動(dòng)而沿螺旋軌道上升，在上升的過(guò)程中經(jīng)過(guò)一系列排序料軌進(jìn)行篩選或改變姿態(tài)，使物料自動(dòng)有序地定向排列整齊，經(jīng)分料機(jī)構(gòu)準(zhǔn)確地輸送到壓裝頭[4]。送料過(guò)程一般有傳感器進(jìn)行監(jiān)控，判斷是否有缺料、斷料、卡料等情況。如圖5，為一種三槽鎖夾全自動(dòng)分料取料機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖5　一種三槽鎖夾全自動(dòng)分料取料機(jī)構(gòu)

半自動(dòng)送料系統(tǒng)一般指需要人工進(jìn)行物料放置和狀態(tài)確認(rèn)后，按下啟動(dòng)按鈕，零件可通過(guò)由氣缸、滑臺(tái)、料軌等組成的送料機(jī)構(gòu)送至壓裝頭。送料過(guò)程多是通過(guò)人為控制，如目視檢查等，效率不高且存在風(fēng)險(xiǎn)。

手動(dòng)送料則更為簡(jiǎn)單方便，由操作工手持零件放入壓裝頭內(nèi)，但由于鎖夾體積小，上料時(shí)不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且易掉落到其他地方存在質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

1.3　兼容性方案

除了以上所述關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，壓裝機(jī)的兼容性也是一大技術(shù)難點(diǎn)。一般廠(chǎng)商為了節(jié)約成本，往往要求單臺(tái)設(shè)備具有兼容多種機(jī)型生產(chǎn)的功能，如普通直列發(fā)動(dòng)機(jī)，不同機(jī)型會(huì)有不同缸數(shù)、不同氣門(mén)間距、不同氣門(mén)角度、不同鎖夾槽深度等區(qū)別，若要統(tǒng)統(tǒng)兼容生產(chǎn)，則要求壓裝機(jī)的兼容性方案柔性高且穩(wěn)定可靠。兼容性方案一般會(huì)有壓裝頭伺服變距、壓裝滑臺(tái)伺服變深度、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)伺服變角度、利用機(jī)器人搭配多臺(tái)離線(xiàn)設(shè)備等來(lái)保證壓裝穩(wěn)定性及柔性，方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，方案設(shè)計(jì)時(shí)需綜合多方面因素進(jìn)行考慮。

2　結(jié)束語(yǔ)

隨著三槽氣門(mén)鎖夾結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)廠(chǎng)家逐漸普及應(yīng)用，對(duì)自動(dòng)化三槽鎖夾壓裝機(jī)的技術(shù)研究也越來(lái)越受到重視，很多設(shè)備制造商甚至已經(jīng)研制出不遜于國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的壓裝設(shè)備。本文對(duì)當(dāng)下發(fā)動(dòng)機(jī)三槽氣門(mén)鎖夾的一般壓裝技術(shù)進(jìn)行了淺析，簡(jiǎn)述了不同的壓裝頭方案、不同的送料系統(tǒng)的基本原理，對(duì)鎖夾壓裝技術(shù)的研究有一定參考價(jià)值。

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