氣缸體斜油孔內(nèi)漏修復技術(shù)

閆萌萌，李松五，王開安，陳維余，王亮

1.內(nèi)燃機可靠性國家重點實驗室，山東 濰坊 261061；2.濰柴動力股份有限公司，山東 濰坊 261061

0 引言

零部件再制造技術(shù)將廢舊的零部件進行一系列工藝處理，使之達到或恢復其原有的性能，滿足市場需求，該技術(shù)不僅降低成本，也符合綠色、低碳經(jīng)濟發(fā)展要求[1-2]。

市場上的三包機、舊機是已達到或即將達到使用壽命的發(fā)動機，直接報廢將造成很大的資源浪費，應盡可能利用再制造技術(shù)進行修復?；厥蘸蟮陌l(fā)動機經(jīng)過全面拆解和評估，對氣缸體等有利用價值的零部件進行全面修復。氣缸體的缺陷很多，其中由鑄造缺陷(氣孔、砂眼等)導致潤滑斜油孔內(nèi)漏是常見問題之一[3-4]。目前氣缺體斜油孔內(nèi)漏的修復通常采用氣密性檢測試驗[5-7]對氣缸體進行檢測，對檢測出斜油孔內(nèi)漏的氣缸體采取浸滲技術(shù)[8-9]進行修復，但是浸滲修復后的氣缸體依然存在氣密性檢測不合格的現(xiàn)象，需要進行二次浸滲修復，二次浸滲修復依然不合格的氣缸體將被報廢。為降低氣缸體的報廢率，有必要研究新的氣缸體斜油孔修復技術(shù)。本文中以氣缸體斜油孔內(nèi)漏為研究對象，研究采用鑲嵌冷拔鋼管的氣缸體斜油孔修復技術(shù)，并通過試驗驗證修復效果。

1 修復技術(shù)

某發(fā)動機氣缸體存在斜油孔內(nèi)漏，使用浸滲修復方法后仍然存在漏氣現(xiàn)象。通過對有斜油孔內(nèi)漏缺陷氣缸體的分類統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，對出現(xiàn)內(nèi)漏次數(shù)較多的氣缸體缸內(nèi)Φ6潤滑斜油孔內(nèi)漏氣孔可以采用鑲嵌冷拔鋼管[10-11]進行修復，該修復技術(shù)極大提高了廢舊氣缸體的利用率。

1.1 確定微氣孔位置

通過氣泡式氣密性檢測方法確定氣缸體微氣孔大致位置，如圖1所示。采用內(nèi)窺鏡探頭伸入氣缸體Φ6斜油孔內(nèi)部，定位于微氣孔位置，通過測量內(nèi)窺鏡伸入長度，確定氣孔到斜油孔上平面的距離L，即為微氣孔的精確位置，如圖2所示，確保誤差控制在5 mm之內(nèi)，并做好標記。

圖1 微氣孔大致位置 圖2 微氣孔的精確位置

1.2 設(shè)計氣缸體鑲嵌底孔

原斜油孔尺寸如圖3所示。根據(jù)L設(shè)計氣缸體Φ6斜油孔擴孔深度，深度應控制在L+20 mm內(nèi)。分析發(fā)現(xiàn)，由于L較長，且選擇過盈配合方式，因此冷拔鋼管不易裝入。為提升修復成功率，對原斜油孔進行加工，使用3段階梯孔的加工方式，3段斜油孔直徑由大到小分別為12.0、11.0、10.5 mm，如圖4所示。加工時應確保底段封堵微氣孔的冷拔鋼管長度不小于40 mm，以防再次漏氣。

圖3 原斜油孔尺寸示意圖 圖4 三段階梯孔示意圖

1.3 加工氣缸體底孔

將需要修復的氣缸體裝夾在機床上，調(diào)整氣缸體，找平氣缸體平面，確保平面度誤差在0～0.02 mm，以保證加工精度。旋轉(zhuǎn)固定卡盤角度至5°，并用千分表測量校正，確保機體裝夾固定后的斜油孔直線度誤差和圓跳動[12-15]均符合設(shè)計圖紙要求。根據(jù)標識的基本位置，沿原Φ6斜油孔方向，用Φ10的三齒擴孔鉆擴孔，深度為L+20 mm；采用Φ10.5鉸刀將斜油孔鉸至Φ10.5，鉸深L+20 mm；采用Φ11鉸刀鉸深L-20 mm，最外部采用Φ12鉸刀鉸深30 mm；采用風槍將底孔鐵屑等異物清理干凈。

1.4 加工配磨冷拔鋼管

鑲嵌修復用管選擇20#冷拔鋼管，相對于原件HT250鑄鐵材料，其韌性、塑形和焊接性能更好。采用2根內(nèi)徑為6 mm的冷拔鋼管進行修復，一根外徑為10.5 mm，另一根為階梯管，其外徑分別為11、12 mm。根據(jù)加工底孔的實際尺寸分別配磨過盈密封管，冷拔鋼管外徑為10.5、12.0 mm部位采用過盈配合，過盈量單邊為0.01～0.02 mm，外徑為11.0 mm部位采用過渡配合。外徑為11.0、12.0 mm密封管設(shè)計圖如圖5所示，外徑為10.5 mm的密封管設(shè)計圖如圖6所示。

圖5 外徑為11.0、12.0 mm的密封管設(shè)計圖 圖6 外徑為10.5 mm的密封管設(shè)計圖

1.5 設(shè)計加工裝配工裝

為使冷拔鋼管順利裝配至氣缸體底孔中，設(shè)計裝配專用工裝,工裝示意圖如圖7所示。用專用壓裝工具通過分段壓裝的方式將冷拔鋼管分別壓入氣缸體斜油孔中，確保壓裝到底。壓裝時，鋼管外部需均勻涂抹密封鎖固膠，以確保裝配的密封效果。裝配完成后，采用Φ6鉆頭將冷拔鋼管內(nèi)孔重新進行疏通并清理孔內(nèi)殘留鐵屑。

a)Φ11.0、12.0密封管壓裝工裝 b) Φ10.5密封管壓裝工裝圖7 專用壓裝工裝

1.6 裝配修磨冷拔鋼管

冷拔鋼管壓裝完成后，使用角磨機粗磨多余鋼管，在平面磨床上進行精磨，以氣缸體上平面為基準平磨至原氣缸體平面，保證氣缸體上平面的平面度等符合圖紙要求。根據(jù)圖紙要求對修復后的氣缸體進行測量，確保尺寸合格。壓裝后和精磨后冷拔鋼管如圖8所示。

a)壓裝后 b)精磨后圖8 冷拔鋼管壓裝和精磨后照片

1.7 氣密性檢測試驗

將修復后的氣缸體再次浸入氣密性試驗池內(nèi)，進行氣泡法氣密性試驗檢測。試驗結(jié)果表明，斜油孔已經(jīng)不再有氣泡漏出，鑲嵌冷拔鋼管修復工藝有效。

2 試驗驗證

2.1 出廠試驗

將修復后的氣缸體裝配到發(fā)動機中，進行8 h耐久試驗，觀察并記錄各階段轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩、燃油消耗率、中冷后進氣溫度、排氣溫度、排氣煙度、機油壓力、機油溫度、漏氣量、出水溫度、進油溫度等參數(shù)，結(jié)果如表1所示。

表1 修復后發(fā)動機性能參數(shù)試驗結(jié)果

由表1可知，發(fā)動機各項參數(shù)均在出廠試驗規(guī)范要求范圍內(nèi)。另外，在出廠試驗過程中未出現(xiàn)影響發(fā)動機產(chǎn)品質(zhì)量的三漏等問題。

2.2 拆檢

發(fā)動機8 h試驗完成后進行整機拆解，將試驗后的氣缸體重新進行氣密性檢測試驗，氣密性檢測試驗完成后用內(nèi)窺鏡觀察修復部位，氣密性檢測和內(nèi)窺鏡檢測結(jié)果如圖9所示。由圖9可知，修復后的氣缸體斜油孔無內(nèi)漏現(xiàn)象，表明修復后的氣缸體達到裝機使用要求，可靠性通過了市場應用驗證。

a)氣密性檢測 b)內(nèi)窺鏡檢測圖9 氣密性檢測和內(nèi)窺鏡檢測結(jié)果

3 修復工藝優(yōu)點

1)采用鑲嵌冷拔鋼管的修復方式替代傳統(tǒng)的浸滲修復方式，不需多次浸滲修復，避免了后期浸滲修復氣缸體因環(huán)境潮濕而析出白色晶體的質(zhì)量問題。

2)鑲嵌材料選用20#冷拔鋼管，相對于原件HT250鑄鐵材料，其韌性、塑形和焊接性能更好，可實現(xiàn)鑲嵌封堵的可靠性和穩(wěn)定性。

3)相對浸滲工藝，鑲嵌冷拔鋼管的修復工藝簡單，加工成本低，工作效率高。

4)鑲嵌冷拔鋼管長度較長，可以修復較大的微氣孔范圍，解決了浸滲只能修復直徑不大于0.3 mm微氣孔的局限。

5)鑲嵌冷拔鋼管的修復工藝應用過盈配合，裝配中涂抹密封鎖固膠，使用專用工裝壓裝到底，可同時實現(xiàn)過盈配合、密封鎖固和圓周面密封的3重密封方式，增強了密封可靠性。

4 結(jié)語

1)通過對有斜油孔缺陷的氣缸體的分類統(tǒng)計分析，研究確定可采用鑲嵌冷拔鋼管的方法修復斜油孔內(nèi)漏的氣缸體。

2)為提升修復成功率，對原斜油孔進行加工，使用3段階梯孔的加工方式，3段斜油孔直徑由大到小分別為12.0、11.0、10.5 mm；采用過盈配合，裝配中涂抹密封鎖固膠，使用專用工裝壓裝到底，可同時實現(xiàn)過盈配合、密封鎖固和圓周面密封的三重密封方式，增強了密封的可靠性。

3)耐久試驗和氣密性檢測試驗結(jié)果表明，修復后的氣缸體未出現(xiàn)內(nèi)漏現(xiàn)象。修復后的氣缸體滿足再制造發(fā)動機裝機使用要求，提高氣缸體利用率，節(jié)約資源、降低成本。