發(fā)動(dòng)機(jī)主油道錐堵泄漏問(wèn)題研究

韓珍，沈杰，魏浩波

（上海汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司，上海 201804）

引言

漏油是發(fā)動(dòng)機(jī)疑難問(wèn)題之一，而錐堵主要用來(lái)密封發(fā)動(dòng)機(jī)主油道工藝孔[1]，一部分錐堵的安裝位置在發(fā)動(dòng)機(jī)外部可見(jiàn)區(qū)域，其漏油會(huì)導(dǎo)致客戶(hù)抱怨。本文針對(duì)錐堵漏油問(wèn)題，從密封原理，設(shè)計(jì)分析，生產(chǎn)工藝等方面進(jìn)行分析研究，并提出了解決方案。

1 問(wèn)題描述

錐堵在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，早期并未發(fā)生泄漏，后期出現(xiàn)泄漏，更換密封膠和增大扭矩后得到解決，但是后續(xù)又產(chǎn)生了泄漏問(wèn)題，在氣密性檢測(cè)時(shí)，少量數(shù)據(jù)超過(guò)限值，在后續(xù)測(cè)試中發(fā)生漏油現(xiàn)象。由此可見(jiàn)，需要找到根本原因才能解決錐堵漏油問(wèn)題。

2 原因分析

2.1 工作原理

錐堵配合密封有兩種形式：直螺紋孔/錐螺紋堵塞，錐螺紋孔/錐螺紋堵塞，其工作原理是相同的，本文以直/錐配合為例來(lái)進(jìn)行分析。

錐堵裝配在鋁合金的直螺紋安裝孔內(nèi)，錐堵表面有預(yù)涂膠，直螺紋孔/錐螺紋堵塞配合的密封原理：

（1）錐堵材料比鋁合金硬，錐堵A截面[2]的螺紋中徑和大徑尺寸對(duì)應(yīng)內(nèi)螺紋尺寸，B截面的螺紋中徑和大徑尺寸均大于內(nèi)螺紋對(duì)應(yīng)尺寸，在安裝過(guò)程中，錐堵螺紋與內(nèi)螺紋孔嚙合，與內(nèi)螺紋基體干涉,內(nèi)孔材料受到擠壓變形，從而填充螺紋副之間縫隙，在A面和B面之間區(qū)域達(dá)到密封效果（見(jiàn)圖1）；

圖1 錐堵密封原理[3]

（2）60°螺紋本身具有自鎖和自密封功能；

（3）預(yù)涂膠密封，在兩個(gè)擠壓的金屬面之間最大間隙內(nèi)填充，來(lái)完成密封功能，若間隙過(guò)大，則無(wú)法實(shí)現(xiàn)密封功能。

2.2 密封尺寸分析校核

錐螺紋應(yīng)滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)定義的參數(shù)要求，錐度1:16，在有效螺紋長(zhǎng)度L1范圍內(nèi)，螺紋應(yīng)滿(mǎn)足在A和B參考面上的尺寸（見(jiàn)圖2）：

大徑，中徑，小徑，牙高。

圖2 錐螺紋尺寸要求[4]

按照標(biāo)準(zhǔn)定義，會(huì)制作環(huán)規(guī)來(lái)進(jìn)行螺紋檢查，此項(xiàng)檢查針對(duì)的是螺紋中徑和60°牙型，未能檢查牙高和大徑尺寸[5]，因此，在滿(mǎn)足環(huán)規(guī)要求下，堵塞依然產(chǎn)生了泄漏問(wèn)題。

針對(duì)問(wèn)題堵塞，進(jìn)行了剖切檢查：

圖3 產(chǎn)生泄漏的堵塞

從圖3可以看到，由于堵塞螺紋大徑不足，未能擠壓鋁合金內(nèi)螺紋底部基材變形，產(chǎn)生較大縫隙，密封膠在此處填充失效，螺紋大徑處的縫隙形成一個(gè)螺旋上升的管道，機(jī)油從此管道泄漏；而小徑處的鋁合金材料薄弱，變形充分，縫隙較小，預(yù)涂膠起到密封作用。

因此，控制螺紋的大徑、中徑、牙高這三個(gè)關(guān)鍵尺寸，配合密封膠，可以起到密封效果。

早期采用加大扭矩+更改預(yù)涂膠措施，其實(shí)是擠壓缸蓋孔螺紋變形程度，填充了螺紋大徑不合格導(dǎo)致的縫隙，使用粘接性能更強(qiáng)的膠來(lái)填充縫隙，來(lái)保證通過(guò)缸蓋氣密性檢測(cè)。

2.3 凸出高度分析校核

錐堵裝配后，外側(cè)可能會(huì)有零件，會(huì)產(chǎn)生干涉，需要計(jì)算錐堵凸出安裝孔端面的高度。

圖4中，堵塞整體長(zhǎng)度C，凸出安裝孔面高度為J，錐堵B面的螺紋尺寸與直孔的螺紋尺寸一致，此處裝配位置理論上是貼合的，因此凸出高度J=C-B（此處應(yīng)考慮公差），而錐堵打扭矩后，會(huì)繼續(xù)下降一定高度，因此，錐堵實(shí)際凸出高度是可以控制在一定范圍之內(nèi)。

另外，錐堵拆卸后，直螺紋孔受到的安裝應(yīng)力大部分釋放；復(fù)裝錐堵時(shí)，內(nèi)孔中受擠壓的螺紋并非前一次擠壓過(guò)的螺紋，而是下面未曾參與過(guò)盈擠壓的螺紋，相當(dāng)于首次安裝錐堵，對(duì)螺紋孔的破壞風(fēng)險(xiǎn)低，而復(fù)裝后，錐堵將低于之前的安裝高度。但是錐/錐配合不建議復(fù)裝，需根據(jù)實(shí)際情況判斷。

圖4 錐堵凸出高度分析

2.4 應(yīng)力分析校核

由于鋁合金鑄件會(huì)預(yù)留錐堵安裝孔搭子位置，而機(jī)加工螺紋孔后，可能會(huì)產(chǎn)生偏心問(wèn)題，導(dǎo)致螺紋孔壁厚不均勻，安裝錐堵后，局部應(yīng)力集中，可能會(huì)產(chǎn)生安裝孔極小尺寸方向裂紋問(wèn)題，會(huì)產(chǎn)生漏油問(wèn)題（見(jiàn)圖5）：

圖5 螺紋孔壁厚不均勻

若扭矩不足，錐堵與安裝孔接觸應(yīng)力不足（見(jiàn)圖6），會(huì)產(chǎn)生密封不良問(wèn)題，有潛在泄漏風(fēng)險(xiǎn)：

圖6 錐堵與安裝孔接觸應(yīng)力不足

本文堵塞的CAE分析都滿(mǎn)足密封要求，實(shí)際也未產(chǎn)生破裂和扭矩失效引起的漏油。

3 解決措施和驗(yàn)證措施

針對(duì)大徑和牙高尺寸不到位情況，將堵塞機(jī)加工工藝調(diào)整如下：

表1 三種機(jī)加工序比較

由于本文錐堵采用內(nèi)六角設(shè)計(jì)，節(jié)省了重量和尺寸空間，但也造成堵塞壁厚薄，加工外螺紋的OP30工藝中，會(huì)導(dǎo)致薄壁處內(nèi)凹變形，導(dǎo)致螺紋大徑尺寸不合格，臨時(shí)措施采用內(nèi)六角孔內(nèi)插入芯棒，搓絲時(shí)，螺紋大徑和牙高能夠保持較好的形狀，氣密性檢測(cè)也驗(yàn)證了此更改有效，確認(rèn)控制大徑和牙高尺寸，是減少泄漏的有效途徑。因此，在此基礎(chǔ)上繼續(xù)調(diào)整螺紋加工工藝，改為滾絲工藝（見(jiàn)圖7），螺紋尺寸調(diào)整到位后，氣密性檢查控制在1%內(nèi)，問(wèn)題解決。

圖7 搓絲和滾絲工藝

圖8 改進(jìn)螺紋加工工藝效果

工藝調(diào)整期間，螺紋配合情況見(jiàn)圖 8，可以看到隨著工藝改進(jìn)，錐堵對(duì)鋁合金基材的擠壓越來(lái)越充分，密封效果越來(lái)越好。使用滾絲工藝的錐堵，裝配后有三個(gè)螺牙參與擠壓和密封。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）通過(guò)剖切安裝狀態(tài)的漏油堵塞，找到漏油點(diǎn)，據(jù)此查到關(guān)鍵控制參數(shù)：大徑和牙高，從而確認(rèn)堵塞密封的原理在于錐堵螺牙擠壓鋁合金孔的基材，產(chǎn)生干涉和變形，鋁合金材料填充螺紋副之間的空隙，達(dá)到密封效果，密封膠只能在間隙較小的貼合面之間產(chǎn)生輔助密封效果。

（2）通過(guò)調(diào)整螺紋加工工藝，從搓絲改為滾絲，零件尺寸調(diào)整到位密封問(wèn)題解決。

（3）錐堵上的螺紋比較特殊，不僅要控制中徑尺寸，還須控制大徑和牙高尺寸，因此，除了使用環(huán)規(guī)檢查中徑尺寸，還須投影法檢查兩個(gè)參考面上的大徑和牙高尺寸，才能保證密封有效性。

（4）應(yīng)用仿真軟件對(duì)錐堵安裝進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，模擬錐堵安裝后的偏心和應(yīng)力分布，為錐堵失效分析提供了有力的數(shù)據(jù)支撐，快速驗(yàn)證了安裝扭矩的可靠性，快速有效，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)型。并對(duì)堵塞設(shè)計(jì)分析有很好的指導(dǎo)性作用。

（5）螺紋機(jī)加工設(shè)備需要定期保養(yǎng)，避免設(shè)備磨損導(dǎo)致的螺紋失控。

綜上所述，本文為錐堵密封失效提供了有效的分析檢查方法，能夠及時(shí)找到堵塞失效的根本原因，為下一步問(wèn)題解決指明具體的方向，具有很強(qiáng)的指導(dǎo)作用和應(yīng)用價(jià)值。