缸盖燃烧室密封性能超差工艺分析和试验研究.pdf

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1、汽车工艺与材料 缸盖燃烧室密封性能超差工艺分析和试验研究 ( 神龙汽车有限公司 襄樊工厂, 湖北 襄樊4 4 1 0 0 4) 叶宗茂, 喻家清 文章编号:1 0 0 3 - 8 8 1 7(2 0 0 6)1 0 - 0 0 1 4 - 0 4 汽车工艺与材料 A U T O MO B I L ET E C H N O L O G Y 密封性;气门座;泄漏;工艺;分析;试验 中图分类号:U 4 6 4 . 1 3 2文献标识码:B 气缸盖进排气机构是发动机进排气系统的主要 部分, 其密封性直接影响发动机的燃烧和排放质量, 其气门座和导管孔加工质量直接影响气门的密封性 能, 是缸盖加工的关键工

2、序。 为了保证发动机气门的 气密性,缸盖气门座锥面和导管孔应具有很高的精 度和表面质量要求,如气门座锥面对导管孔跳动要 求为0 . 0 5 m m、 气门座锥面圆度要求为0 . 0 0 6 m m。 为 了保证气门座锥面和导管孔的质量要求,其加工工 艺一般是先用主偏角为6 0 的粗镗刀镗其密封带 孔,然后采用德国M A P A L公司的精铰复合刀锪铰 9 0 、6 0 、3 3 的3个成形面及导管孔。由于密封带加 工部位的特殊性,加工过程中很容易使气门座密封 带的形状变形造成密封带泄漏,进而影响缸盖燃烧 室的气密性。 目前, 气门座的加工质量的稳定性仍然 是机械加工中的一个难题,几乎每个发动机

3、零部件 生产企业在加工缸盖气门座中都会经常遇到这样那 样的质量问题, 造成气门座密封带泄漏, 例如公司前 一段时间某发动机1 6气门缸盖第二缸燃烧室在装 完气门以后, 其一次性装配泄漏率最高达9 0 %。 只有 通过研磨气门座才能保证装配后的燃烧室密封性合 格。 为此, 对该缸盖燃烧室气门密封性能超差原因进 行了工艺分析和试验研究。 1发动机缸盖泄漏情况描述 1 . 1发动机缸盖泄漏返修率 从2 0 0 5年5月以来,公司某1 6气门发动机缸盖 在装完气门以后,其燃烧室密封性能存在超差现象, 虽 然采取一定的措施, 其返修率仍然很高, 于是采取了让 步生产(9 0 0 m L / m i n

4、1 1 5 0 m L / m i n 1 4 5 0 m L / m i n) , 但一次性装配合格率仍然不高。2 0 0 5年5 9月该发 动机缸盖泄漏返修率如图1,有一部分甚至要研磨 气门座才能保证装配后的燃烧室密封性合格。 P r o c e s sA n a l y s i sa n dE x p e r i me n t a l S t u d yo no u to f T o l e r a n c eo fS e a l i n gP e r f o r ma n c eo fC y l i n d e rH e a d C o mb u s t i o nC h a mb e

5、 r Y EZ o n g - ma o,Y U J i a - q i n g (X i a n g f a nF a c t o r y,C i t r o e nA u t o m o b i l eC o .,L t d .,X i a n g f a nH u b e i 4 4 1 0 0 4,C h i n a) A b s t r a c t:T h r o u g ht h es t a t i s t i ca n a l y s i sf o ro u t o f t o l e r a n c eo f a ne n g i n eh e a dc o m b u s

6、t i o nc h a m b e r,t h em a i nr e a s o n i n f l u e n c i n gt h es e a l i n gp e r f o r m a n c eo fc o m b u s t i o nc h a m b e rw a sf o u n d,a n dt h er e a s o nc a u s e dv a l v es e a ts e a l i n g s u r f a c el e a k a g ew a sf o u n da l s o . T h er e a s o no fv a l v es e a

7、 tl e a k a g ew a sa n a l y z e df r o m t h et e c h n i c a lp r o c e s sp o i n to f v i e w . S o m ec o n c l u s i o n sr e l a t e dt oi n f l u e n c i n gs e a l i n gp e r f o r m a n c eo f v a l v es e a t,a n ds o m eo p i n i o n so f t h e s ef a c t o r st o i n f l u e n c ee n g

8、 i n ep e r f o r m a n c ea r eo b t a i n e df i n a l l y . S o m es u g g e s t i o n sf o rq u a l i t yc o n t r o l o f c y l i n d e rh e a ds e a l i n gw a s g i v e n . K e y w o r d s:c y l i n d e rh e a d;l e a k a g e;v a l v es e a t;s e a l i n gp e r f o r m a n c e;p r o c e s s;a

9、 n a l y s i s;e x p e r i m e n t 1 4- 2 0 0 6年第1 0期 图6 3件缸盖4个缸1 6个气门密封性能检测结果 S E 0 8S A 0 8S E 0 7S A 0 7S E 0 6S A 0 6S E 0 5S A 0 5S E 0 4S A 0 4S E 0 3S A 0 3 S E 0 2S A 0 2S E 0 1S A 0 1 缸盖气门座气密性/ Lm i n - 1 0 . 2 0 0 . 1 5 0 . 1 0 0 . 0 5 0 1号缸盖2号缸盖3号缸盖工艺值 叶宗茂等: 缸盖燃烧室密封性能超差工艺分析和试验研究 图1 2 0 0

10、5年5 9月1 6气门缸盖泄漏返修率 1 . 2缸盖一次性装配泄漏率 为了彻底解决这个质量问题,又跟踪了1周 (2 0 0 5年1 0月1 7 2 1日) 近1 0 0 0件该发动机缸盖 燃烧室密封性能检测情况,其一次性装配泄漏率如 图2。 图2 2 0 0 5年1 0月1 7 2 1日1 6气门缸盖泄漏率 1 . 3泄漏在各缸中所占的比例分布 泄漏发生在缸盖4个燃烧室中的比例如图3。 图3泄漏发生在缸盖4个缸中的比例分布 从图3看出,发生泄漏的部位绝大部分出现在 缸盖第2缸。 1 . 4泄漏返修方式的比例分布 目前, 保证该缸盖燃烧室密封性1 0 0 %合格的办 法就是返修缸盖气门座。返修方

11、式主要有擦、 拍、 研 磨3种, 比例分布如图4。 1 . 5 3种返修方式简述 第一种返修方式为 “擦” , 就是用干净的绸布擦 发生泄漏部位的缸盖气门座密封带;第二种返修方 式为 “拍” , 就是用皮老虎吸起发生泄漏部位的进、 排 气门然后向下拍打气门, 如此反复; 第三种返修方式 为 “研磨气门座” , 就是在发生泄漏部位的气门座密 封带上涂上研磨膏后用进、 排气门研磨, 如此反复。 如气密性能检测仪在检查时显示超差,首先采用第 一种返修方式, 若检查不合格, 再采用第二种返修方 式, 若检查还不合格, 再采用第三种返修方式, 如此 反复, 直到合格为止。 从图4看出,发生泄漏部位缸盖气

12、门座大部分 是采用第三种返修方式 “研磨气门座” 返修合格的。 2缸盖燃烧室、 气门座泄漏工艺分析 针对该品种缸盖燃烧室密封性检测的大量不合 格性, 从人、 机、 料、 法、 环5个方面分析影响燃烧室 密封性超差的可能性因素。 首先, 抽取了1 3号3个缸盖, 其中1号零件 第2、3缸燃烧室泄漏都超差,2号零件四缸燃烧室 泄漏都合格,3号零件第2缸燃烧室泄漏超差。3个 缸盖4个缸气密性能检测结果如图5。3个缸盖4个 缸1 6个气门密封性能检测结果如图6。 图5 3个缸盖4个缸气密性能检测结果 2 . 1缸盖气门座加工质量的影响 2 . 1 . 1缸盖气门座跳动对泄漏的影响 分别对这3个缸盖的4

13、个缸1 6个气门座的跳 动进行了测量, 结果如图7。 从图7看出,仅有2号缸盖第2缸的G A 0 5号 进气门座跳动超差, 其余都合格, 而2号缸盖4缸燃 烧室泄漏都合格,这说明跳动不是影响气门座泄漏 第3缸 2 1 % 第4缸 2 % 第1缸 5 % 第2缸 7 2 % 第1缸第2缸第3缸第4缸 1 7 0 0 1 3 0 0 9 0 0 5 0 0 1 0 0 缸盖气密性/ m Lm i n - 1 1号缸盖2号缸盖3号缸盖工艺值 1 0 . 1 0 2 3 . 3 0 3 9 . 7 0 2 0 . 6 42 0 . 9 2 56789 5 0 3 0 1 0 0 泄漏返修率/ % 月份

14、 6 7 . 6 9 7 8 . 6 9 8 4 . 0 6 7 6 . 4 7 9 2 . 8 6 1 0 0 6 0 2 0 0 日期 缸盖泄漏率/ % 1 71 81 92 02 1 拍2 2 % 研磨6 5 % 擦1 3 % 图4 3种返修方式的比例分布 1 5- 汽车工艺与材料 图7 3件缸盖每个缸盖4个缸1 6个气门座跳动检测结果 的主要因素。 2 . 1 . 2缸盖气门座圆度对泄漏的影响 分别对1、2号缸盖每个缸盖的第2缸4个气门 座的圆度进行了测量, 结果如图8。 图8 1、2号缸盖第2缸的4个气门座圆度检测结果 从图8看出,2号缸盖第2缸4个气门座圆度 都合格,1号缸盖第2缸

15、的S E 0 5号排气门座圆度超 差,而就是1号缸盖第2缸的S E 0 5号排气门泄漏 最大, 而2号缸盖4缸燃烧室泄漏都合格, 这说明缸 盖气门座圆度对缸盖泄漏影响很大。 为了验证圆度对缸盖泄漏影响,用红丹粉在气 门座上均匀涂上一圈, 插入到缸盖气门座上, 观察缸 盖气门座密封带上的印迹, 如图9、 图1 0。结果发现 排气门座S E 0 6上印迹均匀分布, 排气门座S E 0 5上 印迹不均匀, 这说明气门座圆度不好, 也就是说气门 密封不严, 造成第2缸泄漏超差。 图9排气门座S E 0 6上红丹粉印迹 图1 0排气门座S E 0 5上红丹粉印迹 产生缸盖气门座圆度超差的加工原因如下。

16、a .切削本身产生的颤动影响。 b . M A P A L精铰复合刀的刀杆为悬臂连接, 刚性 差。 c .刀片的定位夹紧方式不适合现场动态切削中 切削力的变化。 2 . 1 . 3缸盖气门座的清洁度对泄漏的影响 如图1 1, 缸盖气门座上的锈或者其他物质造成 缸盖气门座圆度不好, 进而造成对缸盖泄漏的影响。 图1 1缸盖上的锈造成气门座圆度超差 2 . 2检测工艺的影响因素 密封性检测设备压头压在缸盖气门的部位不合 理( 如图1 2) , 有些压头不在气门中心。 图1 2压头压在缸盖气门的部位 2 . 3检测设备的影响因素 a .检测设备的密封圈磨损。 措施: 定期更换密封 圈。 b .压头没

17、压紧。措施: 每天检查一次压头, 若失 效及时维修。 c .检测时缸盖定位不好。 措施: 检测时托盘必须 锁住。 d .检测设备要定期标定。 叶宗茂等: 缸盖燃烧室密封性能超差工艺分析和试验研究 缸盖上的锈 缸盖气门座跳动/ m m S E 0 8 G A 0 8S E 0 7 G A 0 7S E 0 6G A 0 6 S E 0 5 G A 0 5S E 0 4 G A 0 4 S E 0 3G A 0 3 S E 0 2 G A 0 2S E 0 1 G A 0 1 0 . 0 6 0 . 0 5 0 . 0 4 0 . 0 3 0 . 0 2 0 . 0 1 0 1号缸盖2号缸盖3号缸

18、盖工艺值 4 0 2 0 0 S E 0 6S A 0 6S E 0 5S A 0 5 缸盖气门座圆度/ m 1号缸盖2号缸盖 压头压紧部位, 不在气门中心 1 6- 2 0 0 6年第1 0期 收稿日期:2 0 0 6 - 0 4 - 2 3 作者简介: 叶宗茂(1 9 6 7 -) ,1 9 9 0年大学毕业, 现任神龙汽 车公司襄樊总厂质检分部计量工程师。 2 . 4人的因素 a .装气门手套较脏, 杂物带在气门上。措施: 每 天两双手套。 b .气门堆积在料盒中有磕碰伤。 措施: 原包装上 线, 用多少拆多少。 2 . 5环境因素 a .控制装配车间的空气粉尘。 b .密封性检测设备的

19、气源压力保持在5 0 6 0G P a。 2 . 6工艺分析结论 影响缸盖泄漏的主要原因如下。 a .缸盖气门座加工的形状误差较大即圆度不好。 b .缸盖气门座上的清洁度较差。 c .气密性检测设备设计不合理。 3缸盖燃烧室、 气门座泄漏试验研究 3 . 1试验方法及步骤 3 . 1 . 1方法 抽取一个第2缸燃烧室气密性超差的缸盖, 燃 烧室气密性超差的原因为排气门座S E 0 5泄漏量超 差, 分别检测该零件第2缸燃烧室的两个排气门座 S E 0 5、S E 0 6密封带的圆度、 跳动、 泄漏量。检测完之 后不返修直接装机进行各种条件下的试验, 在每一 种试验结束后测量一次其第2缸燃烧室的

20、气密性, 在最后一个试验步骤完成之后再检测该零件第2 缸燃烧室的两个排气门座S E 0 5、S E 0 6密封带的圆 度、 跳动、 泄漏量, 分析试验之后这两个排气门座密 封带圆度、 跳动、 泄漏量的变化趋势。 3 . 1 . 2步骤 a .正常的装配泄漏量为E E E( 当泄漏量超过 2 0 0 0 m L / m i n后, 气密性能检测仪显示为E E E) 。 b .装完弹簧和锁片后检测泄漏量为E E E。 c .装成发动机运行两个循环约1 0 m i n, 带弹簧 和锁片检测泄漏量为E E E。 d .拆掉弹簧和锁片检测泄漏量为E E E。 e .再装成发动机运行4个循环约2 0 m

21、i n, 带弹 簧和锁片检测泄漏量为1 9 7 m L / m i n。 f .拆掉弹簧和锁片检测泄漏量为5 8 6 m L / m i n。 g .检查第2缸圆度、 跳动、 泄漏量。 3 . 2试验结果 缸盖气门座圆度、 泄漏量、 跳动在试验过程中 的变化趋势分别如图1 3、 图1 4、 图1 5。 3 . 3结论 a .缸盖在发动机运行一段时间后气门座圆度在 变化, 圆度较好的变差, 圆度差的变好, 最后趋于同 一个恒定的值。 b .气门座的泄漏量在发动机运行一段时间以后 也在变化, 泄漏较大的运行一段时间后都会变小, 这 个结论说明由气门座圆度影响的气门座的泄漏量超 差的燃烧室在发动机正

22、常运转一段时间后会变正 常, 不会影响发动机的工作性能。 c .气门座的跳动在运行一段时间后变化不大。 4几点建议 为了降低生产成本,有效控制缸盖燃烧室泄漏 的质量问题, 提出如下建议。 a .增加机加缸盖气门座圆度检查控制。 b .增加机加缸盖气门座跳动和气门座气密性能 检查的监控频次。 c .取消装配缸盖燃烧室泄漏检查。 ( 责任编辑林溪) 叶宗茂等: 缸盖燃烧室密封性能超差工艺分析和试验研究 0 . 0 3 1 5 0 . 0 3 1 8 0 . 0 3 2 5 0 . 0 3 2 4 0 . 0 5 0 0 0 . 0 5 5 0 . 0 5 0 0 . 0 4 5 0 . 0 4 0

23、 0 . 0 3 5 0 . 0 3 0 S E 0 6S E 0 5 工艺值 气门座跳动/ m m 试验前试验4个循环 图1 5气门座跳动在试验过程中的变化趋势 0 . 0 7 0 . 0 5 0 . 0 3 0 . 0 1 0 缸盖气门座圆度/ m m 0 . 0 3 8 3 5 0 . 0 2 7 8 5 0 . 0 2 1 6 5 0 . 0 1 6 7 5 0 . 0 0 4 3 5 0 . 0 0 2 0 5 S E 0 6S E 0 5 试验前试验2个循环 试验4个循环 图1 3气门座圆度在试验过程中的变化趋势 0 . 1 9 5 0 0 . 0 9 0 0 0 . 0 1 0 4 0 . 1 2 4 0 0 . 0 5 2 0 S E 0 6S E 0 5工艺值 0 . 2 5 0 . 2 0 0 . 1 5 0 . 1 0 0 . 0 5 0 缸盖气门座泄漏/ 0 . 1 Lm i n - 1 试验前试验4个循环 图1 4气门座泄漏量在试验过程中的变化趋势 1 7-