火花塞制造工艺美设计研究

2013-01-26

装备制造技术 2013年1期

（南京工业大学工业与艺术设计学院，南京 2 10009）

火花塞是汽车发动机点火系统中的一个重要零件，其主要功能是把点火系统产生的脉冲高压转变为电火花来点燃气缸中的可燃混合气，从而推动活塞，使发动机运转。火花塞从发明至今已有一百多年的历史，其在汽车发动机发展的不同阶段均扮演重要的角色，起着不可替代的作用。最早的内燃机点火方式是德国威廉·贝尼特(William Banett)于1838年发明的火焰点火法，随后点火方式又经历了热灌法、火花法等阶段，现代汽油发动机的点火方式是基于感应线圈和低压及高压磁电机发明的基础上，由比利时人艾蒂昂纳·路纳依尔 (Etienehn Lenoir)工程师在1860年发明，一直沿用至今。由于火花塞与发动机之间的存在着相对应关系，这样就使得发动机技术必然要促进火花塞的不断创新，每开发一种新型的发动机或发动机构进行调整，自然就得设计出新型的火花塞与其匹配，致使各种类型不同用途的火花塞层出不穷[1]。所以对于火花塞而言，主要是根据功能的要求去改变火花塞的造型，因此，功能在火花塞产品设计中比造型显得更为重要，但也不能完全忽视造型对于火花塞的作用。火花塞开发至今已有很多品种，主要有：准型火花塞、缘体突出型火花塞、电极型火花塞、座型火花塞、极型火花塞、面跳火型火花塞等。

1 制造工艺对火花塞的影响

火花塞主要由绝缘体、壳体、接线螺杆和电极组成。产品的制造主要是通过原材料的采购，然后通过加工成半成品，再装配成成品，然后销售出去。在每一步的加工和装配过程都有与之相对应的工艺路线，下面主要通过火花塞的壳体来说明其加工工艺。

1.1 火花塞的工艺流程

早期壳体的生产主要通过多工序车削六角钢制成，材料利用率很低，只有25%左右；现代的壳体主要通过冷挤压技术制成，材料利用率很高，可达85%左右。现代的壳体工艺采用经表面润滑出来的冷拉原料，在六工位专用冷挤压机上实现冷挤压，即下料、预成形、三次挤压、冲连皮及切削加工[2]。火花塞制造工艺的改善不仅提高了机械性能，也提高了材料的利用率，提高了劳动生产率，降低了成本，使企业的经济效益大幅提高。

1.2 火花塞现代工艺的优越性

上述壳体制造工艺的改善主要是提高了壳体的机械性能，也就是壳体的功能性得到了提高。产品的功能与造型是对立与统一的关系：一方面由于壳体的特殊要求，六角螺母需要旋进气缸，使得壳体的造型必须受到功能结构的限制，此时造型只能依附着功能而确定，功能在此次制造工艺中起着主导的作用；另一方面在追求功能主导的同时，造型也已经相对应的产生，外形已经具备一定的功能。因此，制造工艺的提高也提高了功能和造型的进一步完善。

2 制造工艺美在产品系统设计中的地位

产品的功能、造型（形式）是构成产品的2个基本要素。功能是指产品所具有的某种特定功效和性能；造型是产品的实体形态,是功能的表现形式。功能的实现和造型的确立需要构成产品的材料,以及赋予材料以特定的造型乃至功能的各种技术、工艺和设备，这些被称为产品的物质技术条件[3]。产品制造工艺美即是用物质技术条件创造出来的功能美与形式美的结合体。产品制造工艺美是产品系统设计的核心价值，依据不同产品的特殊性，通过制造工艺，其要求产品的功能美与形式美有机的结合来最大化的满足客户的需求。

3 工艺选择的原则

3.1 造型对于产品设计要求

在经济全球化的情况下，客户对于产品的基本造型都有一定的认识，对于火花塞而言，客户看到的第一点就是火花塞的造型，也就是产品系统设计中的形式美。一个火花塞拿到客户手中，如果发现火花塞的造型即点线面的肌理、色泽明显没有满足一定的基本要求，显然这件产品的设计是失败的。所以，形式美是产品设计不可忽视的一方面。

3.2 功能对于产品设计至关重要

功能要求对于火花塞是最为重要的一个功能，也是客户最为关心的问题。比如，结构上瓷件是否能够装配进壳体，火花塞是否能够旋紧发动机，并满足要求的密封性；材料上瓷件是否耐高温，耐腐蚀并且绝缘，壳体是否满足一定的机械强度，中心电极导电性是否良好，侧电极是否能在规定的行程内腐蚀最小化等。

4 制造工艺美表达的途径

制造工艺即通过原材料的加工到产品的成型的整个阶段。如火花塞的壳体从冷拉圆棒下料到壳体成型的整个阶段，火花塞的瓷件从粉料通过等静压成型而制成的整个过程，制造工艺赋予了产品的形式和功能。制造工艺美主要通过材质美，结构美和工艺美来表达。材质美：材料是造型必不可少的物质条件,是表现功能、体现结构的基本条件[5]，不同的材料有不同的色泽、肌理，有不同的性能，给人以不同的视觉、心理感受；结构美：产品的结构方式是体现其功能的具体手段,是实现产品功能的核心因素[5]，结构美是材料经过一定的加工形成的形态，主要是去除加工跟变形加工，如锻造、铸造，一个好的合理的结构不仅能提高产品的性能，并且能够给客户以美好的视觉感受；工艺美：产品的工艺是实现结构、完成造型的基础条件之一[5]，工艺美主要通过材料的结合加工（利用物理和化学方法将相同材料或不同材料结合在一起而成型，是一种堆积成形、分层制造方法[6]）来表达，如镀、氧化、激光焊接等。材质美、结构美和工艺美各个子系统都体现着形态与功能的对立与统一，同时在产品制造工艺美中又相互补充，相互影响，最终形成产品呈现在用户面前。