发动机活塞连杆压装模设计

2013-09-29高立义

制造技术与机床 2013年4期

关键词：顶杆压装钢球

高立义

（广州科技职业技术学院机械系，广东广州510550）

图1是公司大批量生产的汽油发动机活塞连杆组件图。产品试制初期，经对压装后的活塞连杆组件检测，发现活塞径向变形很大，圆度误差最大达到0.20 mm，严重影响活塞连杆的装配质量。

1 技术分析

1.1 活塞的结构分析

如图1示，活塞的整体结构类似于圆筒体，材料为铝合金。工作时在燃烧室内作往复直线运动。为了减小活塞质量，并在其内腔给连杆小头提供一定的运动空间，活塞被设计成薄壁筒件。

1.2 压装过程及工艺力分析

由图1知，活塞销与活塞a、b两销孔为过盈配合，与连杆孔为间隙配合。压装时活塞销先压入a孔，再穿过连杆孔，最后压入b孔。在产品试制时，压装的全过程都是以活塞B面为支承面;当活塞销压入活塞a孔时，因连杆两侧面与活塞内腔两凸台端面存在较大间隙，薄壁活塞在压装力F和支承力f的作用下产生径向变形。因此要消除活塞在压装过程中的径向变形，就是在活塞销压入a孔的过程中，要将支承面设置在活塞内腔凸台的A端面上。要解决这个问题，必须设计新的压装模具。

2 压装模设计

2.1 支承元件设计

根据前述，在活塞销压入活塞a、b两孔过程中需要2个支承面;为此在压装模内设计如下2个支承元件:

如图2所示，设计一个U形支承3，用作活塞销压人a孔时对活塞A端面的支承元件。又如图3所示，活塞内腔存在两个凸台，再去除连杆小头所占空间，U形支承有效工作空间在高度方向仅4 mm。为提高该结构抗弯强度，综合利用活塞内腔凸台两侧空间，将其截面也设计成U形结构，具体形状和尺寸见图2和图3中的K向视图。

U形支承是模具的重要零件，焊接在支座5的上部。为提高其抗弯强度，采用40Gr制造，调质处理硬度为200～220 HB。

设计一个气动支承装置，其中活动顶杆7用作活塞销压入b孔时对活塞B平面的支承元件。顶杆的下端为斜面，用于传递柱塞11的运动及其支承力;侧面开一腰形槽，在导向销钉9的作用下对自身定位。活动顶杆为空腔结构，内部装有弹簧6和钢球8;受限于活塞B平面结构，活动顶杆的直径尺寸设计为φ16 mm（图3）。

2.2 活塞销定位导向元件设计

为方便压装过程中的具体操作，又考虑到活塞连杆属于大批量压装，生产节拍短，设计定位块1，装在模具的最上方。压装前将活塞销插入定位块的定位孔内，可实现对活塞销的4点定位及导向（图4）。

2.3 活塞定位元件设计

在气动装置中设置一钢球。压装开始前，钢球和已插入定位块中的活塞销构成组合定位元件，对活塞实行完全定位（图4）。其中钢球定3点，活塞销定2点。

钢球8装在活动顶杆7内，由弹簧6支承（图2）。设计活塞销孔倒角锥面为活塞的定位面，锥面与其中位面的交线为钢球的接触线;钢球直径以此为设计条件用CAD作图求出。

2.4 气动装置结构设计

如图2所示，气动支承装置由活动顶杆7、堵头14、导向销13、气缸体12和柱塞11等组成。装置的a腔和b腔通过管路与换向阀（装在气动压床上）相连接。压装开始时，a腔为出气低压腔，柱塞左端顶在堵头端面上，活动顶杆7处在最低位置。当活塞销压进连杆小头孔时，行程开关驱动换向阀动作，此时a腔变为高压腔，柱塞右行，其右端面顶住孔底，活动顶杆处在最高支承位置。

3 压装模的使用

生产中压装模安装在气动压床上。压装开始前，模具的气动支承装置处于初始状态，活动顶杆处于最低位置。

首先将连杆小头装入活塞内腔两凸台平面间，再将它们同时插入模具的U形悬臂支承中。左手将活塞的b销孔倒角锥面压在定位钢球上;右手将活塞销插进定位块的定位孔中，并将销下端的倒角锥面压在活塞的a销孔倒角锥面上，此时活塞在模具中获得了相对于活塞销的定位（图4）。

右脚踩下气动开关，装在气动压床上的压杆缓慢地将活塞销压入活塞的a孔，活塞立即垂直下行，其A平面压在U形悬臂支承的D面上（图4）;迅即用右手调整连杆小头位置，使活塞销穿过连杆销孔。此时装在压床上的换向阀换向（图5），活动顶杆在柱塞推动下到达最高位置，其上端面顶住活塞的B平面。压杆继续下行，将活塞销压入活塞b孔中;销的轴向位置由行程开关确定。