碗形塞壓裝工藝和漏水研究

彭友成　劉高領　張大鵬　梁玉萍

摘 要：碗形塞在發動機缸體缸蓋上應用普遍，用來封堵砂芯孔;碗形塞最常見的失效為漏水，本文主要闡述碗形塞不同壓裝工藝參數下對應的泄漏失效模式及壓裝后安裝孔的質量狀態。

關鍵詞：碗形塞 厭氧膠 壓裝工藝 悶蓋漏水

Research on the Press-fitting Technology and Water Leakage of Bowl Plug

Peng Youcheng Liu Gaoling Zhang Dapeng Liang Yuping

Abstract：Bowl-shaped plugs are widely used in engine cylinder blocks and heads to seal sand core holes; the most common failure of bowl-shaped plugs is water leakage. This article mainly explains the corresponding leakage failure modes of bowl-shaped plugs under different press-fitting process parameters， and the quality of the mounting hole after pressing.

Key words：bowl plug， anaerobic glue， press-fitting process， water leakage of bowl plug

1 引言

碗形塞作為常用的密封零件，在汽車行業內已經普遍應用。發動機缸體、缸蓋上的水套封堵，基本都采用碗形塞進行密封。該密封方式具有操作簡單，密封穩定性好，成本低的優勢。碗形塞的壓裝工藝，看似簡單，實際上也是非常關鍵的。如果壓裝工藝和質量未控制好，將導致碗形塞滲漏，甚至脫落。當滲漏問題出現后，面臨的問題是返修難，甚至無法返修，形成小問題大事件。因此對碗形塞的壓裝工藝和壓裝質量，顯得格外重要。

關于壓裝工藝，及壓裝質量，應根據裝配體對應材質，以及壓桿的結構設計進行調整。在平時應用過程中，注意重點基本集中在碗形塞的尺寸、過盈量設計上。關于裝配體材質變化導致的工藝調整，關注度不夠。因此當面對不同裝配體材質時，需要結合實際情況進行驗證，并鎖定匹配工藝。

下文將討論某款缸蓋碗形塞壓裝工藝借鑒鑄鐵缸體壓裝工藝，導致泄漏的問題分析。簡述壓裝工藝對碗形塞壓裝質量的影響。

2 碗形塞壓裝設計校核

2.1 碗形塞壓裝機理

碗形塞壓裝時，需要涂抹密厭氧密封膠，涂膠的位置有兩種，推薦將密封膠涂抹在安裝孔內見圖1。厭氧膠為博森3662T型，涂膠寬度2.5mm。

確定密封膠型號以及涂膠要求后，對壓裝方式進行設計校核，其中該項目碗形塞結構主要參數見表1。

2.2 碗形塞受力分析

查詢標準JIS D2102最大過盈量為0.38mm，該產品目前設計過盈量為0.166～0.302mm，結合目前的碗形塞材質、缸蓋材質、壓裝方式進行FEA分析計算，校核碗形塞結構設計。分析結果見表2、圖2、圖3;

通過和表1中對應的材質特性對比，過盈量達到0.38mm時，悶蓋受力超出材質極限，存在失效風險。因此鎖定目前設計過盈量0.166～0.302mm。

3 碗形塞壓裝工藝確認

3.1 碗形塞壓裝

本項目碗形塞借用某發動機鑄鐵缸體上成熟的應用，壓裝工藝主要參數沿用，見表3：

按照該狀態，壓裝缸蓋碗形塞，累計壓裝2200件缸蓋總成，出現碗形塞泄漏84件。對泄漏件切割檢查，發現碗形塞在孔內擠壓痕跡不均勻，存在嚴重偏移擠壓痕跡（詳見圖4）。對此展開問題分析，鎖定主要因素有兩個：1、壓桿直徑過大，和碗形塞間隙不足。2、壓桿同軸度不好。以上兩點導致壓裝時壓桿和碗形塞內壁接觸，接觸的位置受力異常，進而導致碗形塞變形漏水。

3.2 碗形塞壓裝工藝優化

根據原因分析，檢查壓桿結構尺寸鏈設計，并進行優化：減小壓桿直徑，增大壓桿和碗形塞間隙;同時調整壓桿同軸度，防止壓裝時壓桿觸碰碗形塞內壁。

通過計算優化前壓桿和碗形塞內壁的間隙為0.09mm，小于壓桿和安裝孔的同軸度偏差，因此存在壓桿和碗形塞內壁接觸的風險，這與失效模式基本吻合。經過設計優化后，該間隙達到1.4mm，滿足應用要求。

3.3 優化后驗證

根據首次優化，減小壓桿直徑，調整設備同軸度之后。進行碗形塞泄漏驗證。計劃驗證6臺30h臺架實驗。結果仍然出現1臺輕微滲水。

對碗形塞切割檢查（見表5），安裝孔內整體質量較優化前有明顯改善，暫無嚴重的偏磨、擠壓痕跡。但是漏點位置存在較長的輕微劃痕，在劃痕倒角口部微觀放大檢查，存在倒角崩缺。基于該情況，分析認為碗形塞在壓裝時，剛進入安裝孔的時候沖擊過大，導致倒角崩缺，進而在擠壓過程中產生劃痕。

3.4 壓裝速度優化及驗證

基于倒角口崩缺分析情況，計劃降低壓裝速度減小沖擊，初步預計將速度分別設為10mm/s，5mm/s，2.5mm/s，1mm/s。

通過對比不同壓裝速度的劃痕表現情況，降低壓裝速度<2.5mm/s時，劃痕問題明顯改善。從驗證結果，可以看出當安裝孔材料由鑄鐵缸體改為鋁合金缸蓋以后，不能沿用原來的壓裝速度10mm/s。需要結合缸蓋的材質，選取合適的壓裝速度。

根據壓裝速度的驗證結果，以及實際的節拍要求，壓裝速度最后定為2mm/s。并按照該狀態進行驗證，累計裝機74臺，均未出現碗形塞漏水。

4 總結

通過對壓裝工藝不同參數的調整優化以及驗證結果表現，可以得出結論如下。

1、壓桿的直徑必須充分考慮設備的同軸度，預留足夠的間隙，避免壓桿觸碰碗形塞內壁。

2、碗形塞壓裝速度必須充分考慮安裝孔的材質，必須根據實際驗證情況確定合理的壓裝速度。

參考文獻：

[1]董金剛.碗形塞涂膠工藝探討[J].內燃機，2005.

[2]張在清，曲志光.碗形堵塞裝配中的自然涂膠和壓裝[J].內燃機，1997.

[3]秦學海，徐燦燦，李連豹，等.發動機碗形塞處漏油問題分析及解決方法[C]. 2016中國汽車工程學會年會，2016.