王東軍 陳建軍 靳峰 王俊杰 劉曄

摘要：某柴油機(jī)上曲軸箱在加工過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)主油道通往主軸承座的直油道存在鑄造缺陷，可能導(dǎo)致雜質(zhì)進(jìn)入主軸承破壞潤(rùn)滑油膜，進(jìn)一步引發(fā)柴油機(jī)燒瓦故障。為了避免這一重大質(zhì)量隱患，本文開展了直油道脹管工藝方法研究，通過(guò)工藝方案設(shè)計(jì)、脹管工具和試驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)制造、工藝實(shí)驗(yàn)及驗(yàn)證，最終確定了合理有效實(shí)用可行的工藝規(guī)程。按照此工藝方法對(duì)上曲軸箱故障進(jìn)行了修復(fù)，消除了存在的鑄造缺陷，保證了上曲軸箱結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和直油道內(nèi)徑尺寸以及清潔度和密封性，可以為同類零部件故障修復(fù)和工藝設(shè)計(jì)提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：上曲軸箱;脹管;工藝方法

中圖分類號(hào)：TK426 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2021）09-0018-03

0 ?引言

作為柴油機(jī)關(guān)鍵零部件的上曲軸箱體是整個(gè)柴油機(jī)的骨架，其支承燃燒室組件、動(dòng)力傳遞組件和其它各種柴油機(jī)部件，使它們保持正常工作的相對(duì)位置，同時(shí)構(gòu)成了柴油機(jī)的水腔、油道、氣室和各輔助系統(tǒng)的通道，保證冷卻水、燃油、機(jī)油和空氣等的正常供給。

某柴油機(jī)上曲軸箱在加工過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)主油道通往主軸承座的直油道存在鑄造缺陷，可能導(dǎo)致雜質(zhì)進(jìn)入主軸承破壞潤(rùn)滑油膜，進(jìn)一步引發(fā)柴油機(jī)燒瓦故障。為了避免這一重大質(zhì)量隱患，本文開展了直油道脹管工藝方法研究，通過(guò)工藝方案設(shè)計(jì)、脹管工具研發(fā)、試驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)以及工藝實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最終確定了合理有效實(shí)用可行的工藝規(guī)程。按照此工藝方法對(duì)故障上曲軸箱進(jìn)行了實(shí)物修復(fù)，消除了存在的鑄造缺陷，保證了上曲軸箱結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和直油道內(nèi)徑尺寸以及清潔度和密封性，可以為同類零部件故障修復(fù)和工藝設(shè)計(jì)提供技術(shù)參考。圖1為上曲軸箱直油道。

1 ?工藝方案研究

上曲軸箱材質(zhì)為QT500-7，直油道直徑為12mm，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，直油道最大擴(kuò)孔至15mm;選用的套管外徑為14.97mm，內(nèi)徑為12.1mm，壁厚為1.5mm，這樣才能使得脹管后不與其它內(nèi)腔結(jié)構(gòu)發(fā)生干涉;脹管工藝選擇使用分段脹套的方式，通過(guò)有限元分析確定初脹、中脹和末脹位置，實(shí)現(xiàn)初脹定位、中脹過(guò)渡、末脹緊固密封的目的;設(shè)計(jì)一套脹管工具完成脹管，使套管與直油道實(shí)現(xiàn)過(guò)盈配合，保證直油道的密封性要求;開展脹管工藝實(shí)驗(yàn)及驗(yàn)證，確保套管在直油道內(nèi)不會(huì)發(fā)生相互位移，并驗(yàn)證脹管工具的可行性和可靠性，在此基礎(chǔ)上編制有效可行的工藝規(guī)范。

2 ?工藝實(shí)驗(yàn)及驗(yàn)證

脹接工藝主要是利用管子的塑性變形和管板的彈性變形來(lái)達(dá)到密封和緊固，是一種常見的機(jī)械連接方法[1]，在各行各業(yè)中都有著廣泛的應(yīng)用，其中華東理工大學(xué)的洪瑛通過(guò)分析液壓脹接過(guò)程中接頭在加載和卸載工況下的應(yīng)力狀態(tài)，建立了脹后殘余接觸壓力理論計(jì)算公式[2];高升采油廠的趙志輝通過(guò)研究脹管整形修復(fù)裝置，實(shí)現(xiàn)了提高修復(fù)套管變形的成功率[3]。從以上研究人員的研究?jī)?nèi)容中可見，液壓脹管工藝由于其可控、可精準(zhǔn)調(diào)節(jié)、穩(wěn)定性好以及制造成本低的特點(diǎn)，相比其余脹管技術(shù)更加可靠可行。

2.1 液壓脹管工具設(shè)計(jì)

基于液壓脹管具有脹管速度快，殘余應(yīng)力小，對(duì)管子內(nèi)壁不產(chǎn)生劃傷以及末脹長(zhǎng)度易控制等優(yōu)點(diǎn)[4]，因此本文采用液壓脹管的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

根據(jù)液壓脹管的原理，設(shè)計(jì)了一套擠壓工具用于加強(qiáng)上曲軸箱直油道的密封性能，該套工具主要是利用液壓控制拉桿直線運(yùn)動(dòng)使嵌入的金屬管產(chǎn)生形變擴(kuò)張，使之與工件進(jìn)行貼合，從而實(shí)現(xiàn)脹管作用。

本文采用的液壓脹套采用高強(qiáng)度鉻鉬合金制作，并且通過(guò)熱處理提高其強(qiáng)度，確保在使用過(guò)程中不會(huì)發(fā)生變形;液壓脹管器夾具夾緊方式采用液壓傳遞動(dòng)力，手動(dòng)閥開關(guān)控制拉桿往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，使脹套變大，進(jìn)而強(qiáng)力擠壓套管，迫使套管發(fā)生塑性變形，使得套管與工件產(chǎn)生過(guò)盈配合，以此達(dá)到脹管的目的。圖2為液壓脹管工具。

2.2 脹管有限元分析

脹管選擇使用分段脹套的方式進(jìn)行，如何選擇脹套的位置很有研究的必要，本文利用ANSYSY Workbench仿真軟件對(duì)脹管在實(shí)驗(yàn)過(guò)程的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行分析，從而確定最佳的脹套位置。

首先，建立與模型同等比例的三維模型，將其導(dǎo)入Workbench中，設(shè)置材料為QT500-7，之后進(jìn)行網(wǎng)格劃分，由于套管為主要的研究目標(biāo)，對(duì)其采用六面體劃分的方式，并設(shè)置網(wǎng)格大小為2mm，對(duì)外部試驗(yàn)樣件采用自動(dòng)劃分的方式，結(jié)果如圖3所示。

對(duì)脹管內(nèi)壁施加6MPa的壓力，并將時(shí)間設(shè)置為5s，求解后的結(jié)果如圖4所示。

從圖4中可以看出脹管整體的變形趨勢(shì)是呈階梯型的變化，由于選取變形差距過(guò)大的位置會(huì)引起較大的殘余應(yīng)力，應(yīng)避免選取變形最大端（最左端）以及變形最小端（右數(shù)第二段至第三段）。

2.3 樣件實(shí)驗(yàn)及驗(yàn)證

為了保證工藝的安全性，先對(duì)樣件進(jìn)行脹管實(shí)驗(yàn)，根據(jù)上曲軸箱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，樣件選用直徑為43mm，長(zhǎng)度為125mm的球墨鑄鐵棒料，將中心加工成直徑為15.04mm的通孔，保證樣件與上曲軸箱結(jié)構(gòu)一致;將套管裝入試驗(yàn)樣件的垂直油道孔內(nèi);根據(jù)對(duì)脹管的仿真結(jié)果分析，液壓脹管機(jī)在套管深度方向上設(shè)置脹套位置時(shí)，分別在35mm處設(shè)置初脹位置、在80mm處設(shè)置中脹位置以及在125mm處設(shè)置末脹位置;最后利用液壓控制拉桿直線運(yùn)動(dòng)迫使脹套擴(kuò)張，保證脹管壓力在達(dá)到6MPa時(shí)保持壓力3-5s，同時(shí)旋轉(zhuǎn)一定角度重復(fù)進(jìn)行脹管3-5次后完成脹管。對(duì)完成脹管實(shí)驗(yàn)的樣件進(jìn)行固持力檢測(cè)，經(jīng)過(guò)壓力機(jī)檢測(cè)，樣件在沒(méi)有涂固持膠緊固的情況下，當(dāng)靜壓力達(dá)到3.665kN后發(fā)生相互位移，保持位移持續(xù)壓力為2.551kN。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證證明了液壓脹管工具實(shí)用可行，可按制定的工藝方案對(duì)上曲軸箱進(jìn)行脹管工藝方法修復(fù)，并在涂抹固持膠緊固后，能夠確保套管在直油道內(nèi)不會(huì)發(fā)生相互位移。圖5為試驗(yàn)樣件。

3 ?確立工藝規(guī)范

通過(guò)對(duì)脹管工裝的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，可以看出液壓脹管工具能夠保證其可靠性，同時(shí)也驗(yàn)證了脹管方案具有固持強(qiáng)度和可操作性的優(yōu)點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步確立合理可行的工藝規(guī)范。圖6為上曲軸箱脹管工藝圖。

①以2-？準(zhǔn)25J7定位套孔找正，然后進(jìn)行補(bǔ)充加工;

②將需要補(bǔ)充加工的油孔位置，擴(kuò)孔至？準(zhǔn)14.3±0.2與主油道貫通;

③將需要補(bǔ)充加工的油孔位置，擴(kuò)孔至？準(zhǔn)14.7±0.1與主油道貫通;

④將需要補(bǔ)充加工的油孔位置，鉸孔至？準(zhǔn)15H7（）與主油道貫通;

⑤將加工完成的油孔進(jìn)行毛刺清理，并用丙酮清洗干凈;

⑥將校正管涂抹均勻固持膠，按工藝圖紙及技術(shù)要求裝入至正確位置并校正;

⑦用限位塊固定校正管的位置，然后用滾壓器按工藝圖紙及技術(shù)要求滾制校正管;

⑧滾制完成后，當(dāng)校正管的邊緣高于主油道時(shí)，需將凸起部分修平，允許校正管的邊緣低于主油道。

4 ?結(jié)論

按照此工藝方法對(duì)上曲軸箱進(jìn)行修復(fù)，消除了存在的鑄造缺陷，保證了上曲軸箱結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和直油道內(nèi)徑尺寸以及清潔度和密封性，避免了柴油機(jī)燒瓦的重大質(zhì)量隱患;該脹管工藝方案具有固持強(qiáng)度和可操作性的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)制造的液壓脹管工具實(shí)用性高可靠性強(qiáng);該工藝方法可以為同類零部件故障修復(fù)和工藝設(shè)計(jì)提供技術(shù)參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]田林寶，呂小平.脹管方法綜述[J].鍋爐制造，2000（3）：45-49.

[2]洪瑛，王學(xué)生.基于材料雙線性模型的液壓脹管理論計(jì)算[J].化工設(shè)備與管道，2019，56（3）：20-25.

[3]趙志輝.組合式液壓脹管整形修復(fù)技術(shù)[J].技術(shù)研究，2018（6）：126.

[4]胡其軍，高明.液壓脹管技術(shù)模擬研究[J].四川建材，2020，46（5）：231-232.

作者簡(jiǎn)介：王東軍（1979-），男，河北豐潤(rùn)人，工程師，在職研究生，主要從事船用發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量監(jiān)督與檢驗(yàn)驗(yàn)收工作。