許 健，席洪亮，侯 麗

（寧波吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)零部件有限公司，寧波 315336）

引言

機(jī)油冷卻器是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要元件，通過螺栓固定在油底殼上，油底殼上是密封圈槽，油冷器底平面與油底殼之間通過密封圈密封；油冷器的主要作用是對(duì)機(jī)油進(jìn)行冷卻，使機(jī)油保持在合適的溫度，從而保證機(jī)油的潤(rùn)滑性能，如果機(jī)油冷卻器出現(xiàn)泄漏問題，會(huì)導(dǎo)致機(jī)油量減少，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行[1]。

機(jī)油冷卻器的密封對(duì)密封面、密封圈、密封圈槽等都有一定要求，本文主要通過機(jī)油冷卻器密封面泄漏失效的問題分析，提供對(duì)應(yīng)的解決思路和優(yōu)化方案，為密封面密封失效分析提供一定的參考方向。

1 失效背景

某國(guó)產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油冷卻器是安裝在油底殼上，采用密封圈密封，密封圈槽是油底殼上鑄造的毛坯面；

油冷器安裝示意圖如圖1所示。

油冷器在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行臺(tái)架耐久試驗(yàn)過程中，在油冷器與油底殼之間出現(xiàn)滲油問題，如圖2所示。

2 分析過程

對(duì)于滲油問題，結(jié)合機(jī)油冷卻器安裝面的結(jié)構(gòu)和相關(guān)聯(lián)的零件，對(duì)如下幾個(gè)可能的潛在失效原因進(jìn)行分析：

1）密封圈壓縮率不足，導(dǎo)致密封失效；

2）油冷器底板強(qiáng)度不足，螺栓打緊后中間變形導(dǎo)致泄漏；

3）油底殼密封圈槽是毛坯面，粗糙度較大，導(dǎo)致密封圈密封不嚴(yán)從而漏油；

4）油冷器固定螺栓跨度過大，導(dǎo)致油冷器底板面壓不足從而漏油。

針對(duì)以上可能原因，進(jìn)行分析驗(yàn)證，最終確認(rèn)根本原因并制定整改措施。

2.1 油冷器密封圈壓縮率計(jì)算

根據(jù)油底殼上密封圈槽的尺寸和密封圈尺寸，采用極限法計(jì)算密封圈的理論壓縮率為19%~30.4%，填充率為59.1%~98.3%；實(shí)測(cè)密封圈槽深為3.4 mm，密封圈高度為4.5 mm，壓縮率為24.4%，滿足要求[2]。

2.2 油冷器底板強(qiáng)度影響分析

主要是通過使用不同結(jié)構(gòu)和材料的兩個(gè)方案案，將兩種方案的油冷器安裝到油底殼上，然后測(cè)試油冷器底板與油底殼安裝面之間的間隙，用于分析底板強(qiáng)度的影響，再經(jīng)過發(fā)動(dòng)機(jī)耐久測(cè)試是否存在滲油問題。方案1：底板材料為4系鋁合金，結(jié)構(gòu)為3 mm+3 mm的雙層結(jié)構(gòu)（該方案為滲油故障狀態(tài)），如圖3所示。

方案2：油冷器底板材料為6系鋁合金，底板結(jié)構(gòu)為6 mm厚單層板，如下頁圖4所示。

測(cè)試油冷器底板與油底殼安裝面之間的間隙，結(jié)果如下頁表1所示。

表1 兩種方案的間隙數(shù)據(jù)表

從間隙測(cè)試結(jié)果看，方案2油冷器與油底殼之間基本沒有間隙（如圖5所示），底板強(qiáng)度更高抗變形能力更好，同時(shí)使用方案2的油冷器搭載發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了100 h耐久試驗(yàn)，未出現(xiàn)滲油問題，油冷器與油底殼之間無任何泄漏，如圖6所示。

2.3 密封圈槽粗糙度影響分析

油底殼鑄造出來的密封圈槽粗糙度為Ra6.3，按照密封圈的以及密封圈槽的設(shè)計(jì)推薦值，密封圈槽密封面的粗糙度設(shè)計(jì)為Ra1.6較為合理，為了達(dá)到Ra1.6的粗糙度要求，需要將油底殼上密封圈槽毛坯面改為機(jī)加面[2]。制作將毛坯面改為機(jī)加面油底殼樣件進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，如圖7和圖8所示。

使用密封圈槽改為機(jī)加的油底殼配合之前方案1的油冷器進(jìn)行耐久試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中也未出現(xiàn)滲油，經(jīng)驗(yàn)證油底殼密封圈槽改為機(jī)加也可解決泄漏問題。

2.4 油冷器固定螺栓跨度影響分析

該油冷器的固定螺栓為M7的螺栓，兩顆螺栓最大的跨距為157 mm，跨度過大，按設(shè)計(jì)要求螺栓跨距需要小于100 mm，為了改善密封性，需要減小螺栓跨距[3]。對(duì)于該案例由于已經(jīng)有解決方案，如果減小螺栓跨距需要重新設(shè)計(jì)油底殼，改動(dòng)較大，所以該措施不實(shí)施（如圖9所示）。

3 解決措施

通過以上分析及驗(yàn)證，導(dǎo)致油冷器與油底殼安裝面滲油的問題主要是因?yàn)橛屠淦鞯装鍙?qiáng)度不足，在打緊螺栓后有輕微變形導(dǎo)致；因?yàn)橛偷讱ど系拿芊馊Σ蹫殍T造毛坯面，粗糙度比設(shè)計(jì)推薦值更大，導(dǎo)致密封不嚴(yán)出現(xiàn)滲油問題。

綜上所述，對(duì)油冷器安裝面滲油問題解決措施如下：

1）優(yōu)化機(jī)油冷卻器設(shè)計(jì)，將油冷器底板材料從4系鋁合金改為6系鋁合金，同時(shí)底板從雙層焊接改為單層鋁板，以提高底板剛度增加抗變形能力。

2）將油底殼上的機(jī)油冷卻器密封圈槽從毛坯面改為機(jī)加面，以改善密封圈槽密封面的粗糙度，同時(shí)提高油底殼上機(jī)油冷卻器安裝面的整體平面度。

使用以上兩個(gè)方案同時(shí)實(shí)施的樣件，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)耐久試驗(yàn)，試驗(yàn)過程未出現(xiàn)滲油問題，以上解決措施有效。

4 結(jié)論

1）對(duì)于機(jī)油冷卻器為端面面密封零件，油冷器底板的剛度影響密封性能，零件設(shè)計(jì)時(shí)需要從結(jié)構(gòu)材料等方面考慮，從而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇方面保證端面密封的可靠性；

2）根據(jù)不同的密封結(jié)構(gòu)，選擇合適的粗糙度要求，同時(shí)采用合理的加工方式保證粗糙度從而保證密封。