淺談活塞環成型工藝對比

劉馨澤洋

摘要：同樣鋼制線材，選定尺寸的試制活塞環，分別經過凸輪成型和真圓成型，對其關鍵參數閉合間隙、張力進行實際數據測量。根據SPC手冊淺要的進行工程性能對比。為企業在制造生產和工藝引進中，提供一定的參考。

關鍵詞：活塞環;凸輪成型;真圓成型;工程性能

中圖分類號：TK403? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）11-0035-03

0? 引言

隨著新能源汽車的發展，國家政策的支持，新能源已經是市場不可缺少的一部分。但目前我國內燃機的保有量數以億計，約40%為汽油機，約60%為柴油機。在工程機械、農業機械、交通運輸等領域，內燃機同樣必不可少。而活塞環作為內燃機重要零件之一，除了產品設計的合理性以外，還要在其工藝上提高生產效率的同時，更能保證相關質量參數的穩定。高效率、高品質、穩定的輸出，才能夠提高產品的競爭力。

如今各大活塞環企業：安慶帝伯格茨活塞環有限公司（ATG）、日本理研公司（RIKEN）、馬勒活塞有限公司（MALLA）等，即使在產品設計上不分伯仲，卻在制造工藝上有各自的體系。整個活塞環生產工藝中，屬活塞環成型工藝最為關鍵和復雜，基本奠定了活塞環的重要性能參數，后續加工對其進行加強和修正。傳統的活塞環成型工藝為凸輪成型，近幾年引進的真圓成型，在設備上略貴以外，很多企業對其工程性能也無法得到有效的對比參考。本文針對兩大成型工藝，根據SPC手冊，通過實際數據采集，對其進行淺要的工程性能對比。為企業在制造生產和工藝引進中，可結合自身實際情況，提供一定的參考。

1? 活塞環成型原理簡述

1.1 凸輪成型

如圖1所示，線材穿過導板、用夾持器傳送。通過三個支點和一個拉伸銷進行確定橢圓基圓，根據設定的送料量進行切斷，最后形成一根活塞環。

設備調試難點：各支點直徑的確定，送料量的設定。因為是單根切斷，刀具磨損較快。容易造成活塞環開口歪斜、開口毛刺。如果主凸輪選擇不恰當或是磨損，會產生漏光以及二軸差的不穩定。

1.2 真圓成型

如圖2所示，線材穿過導板，通過三個支點和拉伸銷，直接卷繞到一定長度L后，（長度L根據記相配合的夾具圓筒雇長度確定），進行線材的切斷。在通過圓筒雇裝軸后進行切斷，最后形成一筒活塞環。

設備調試難點：支點直徑的確定，圓筒雇的裝軸。因為卷繞成型，需手動切成單根環對其皿量進行確定。切斷后的熱處理對凸輪熱處理筒的磨耗管理較為嚴格。

1.3 成型工藝流程（圖3）

2? 試驗方案

2.1 活塞環參數選定

如圖4所示根據成型產品，選定三個主要參數，分別是：直徑D=80mm;張力F=3.6±0.8N;閉合間隙S=0.35±0.05mm。

2.2 試驗準備

同型號線材，凸輪成型機和真圓成型機，自動測定張力機、圓規、塞規。

3? 數據采集處理

3.1 采集方式

選取同樣的線材，二道環，分別凸輪成型和真圓成型各2000根。根據SPC手冊定義，隨機抽取125根，通過直徑測定張力機、圓規、塞規進行測量。

3.2 工程性能評價公式

式（1）中：X為樣本均值;

X1，X2…為子組內的每個測量值;

n為子組的樣本容量。

式（2）中：R為樣本極差。

式（3）中：S為樣本極差;

式（4）中：Pp為性能指數，定義為不考慮過程有無偏移時，容差范圍除以過程性能;

USL：規范上限;

LSL：規范下限。

式（5）、式（6）中：Ppk為過程中心的性能指數;最后選取其中最小值為最終值。

根據選定參數和公式，實際測量結果見表1。

4? 數據分析

4.1 閉合間隙S

根據表1數據可知：凸輪成型Pp值為2.30，Ppk值為2.17>1.67;真圓成型Pp值為3.31，Ppk值為2.92>1.67;

在閉合間隙S上，兩個工程性能均大于1.67的性能指數，但真圓成型性能指數更穩定。如圖3所示，實際上在切斷工序中，凸輪成型靠自身刀具切割，刀具會有磨損，根據磨損在生產中需要微調。而真圓成型中切斷為砂輪對一筒環進行切割，相對而言，確實會穩定一些。

4.2 張力F

根據表1數據可知：凸輪成型Pp值為2.26，Ppk值為2.18>1.67;真圓成型Pp值為2.96，Ppk值為2.75>1.67;

在張力F上，兩個工程性能均大于1.67的性能指數，真圓成型性能指數更穩定。影響熱處理的主要因素包括：裝軸時環與環間隙、閉合間隙S、熱處理時間。如圖3所示，其中凸輪成型兩次熱處理與真圓成型兩次熱處理時間總和基本一致，裝軸時凸輪成型為單根環與單根環疊加，真圓成型為整體未切斷的狀態，即環與環的縫隙更小，利于均勻受熱。同時結合4.1中閉合間隙S的Ppk值，真圓成型的張力性能指數更穩定符合本次試驗情況。

5? 結論

針對本次試驗，無論凸輪成型還是真圓成型，Ppk值>2.0，均為優秀的表現。從本次試驗數據上講，真圓成型工程性能更加穩定。未引進真圓成型工藝的企業可根據實際產能，以及活塞環設計的精度要求，更進一步的調研考慮是否只適用自身情況。而引進真圓成型工藝的企業，根據自身已有產品，適當分配與凸輪成型工藝的配比以外，可做更深層次的優化。

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