同心球高压油管管端设计

2014-07-01王钦明杜晓峰

机械工程师 2014年5期

关键词：冷镦管端同心

王钦明，杜晓峰

（东风（十堰）汽车管业有限公司，湖北十堰442003）

同心球高压油管管端设计

王钦明，杜晓峰

（东风（十堰）汽车管业有限公司，湖北十堰442003）

描述了高压油管管端设计要求，分析了目前广泛使用的管端结构的优缺点，提出了一种新型设计方案，从冷镦变形裂纹和密封效果等方面比较了它们的优缺点。

高压油管；镦头；结构；裂纹；泄漏

0 引言

柴油机高压油管端头一般由冷镦加工成型，它通过联管螺母与喷油器或油轨连接，承载高压燃油的脉冲压力。随着柴油机喷射压力的提高，高压油管材料强度等级也越来越高，这就给加工和使用带来一系列问题：加工时，管体材料冷镦中有产生裂纹的风险；装配使用时，高压油管和连接体（喷油嘴或共轨腔接头）之间的同轴度偏差会产生装配假力矩，并且使用中会出现力矩衰减，可能造成燃油泄漏。消除这两种因素带来的不利影响是镦头结构设计中必须考虑的问题。

1 背景技术

根据相关资料，柴油机上高压油管对口件（油轨或喷油器）结构如图1。

图1 高压油管对口件结构

目前，国内外的高压油管（厚壁管）管端结构设计主要有图2、图3两种形式。

图2 高压油管镦头结构

图3 高压油管镦头结构

图2与图3结构各有特点。图2端头结构能够部分容纳弯管误差，但整体结构直径方向变形剧烈，冷镦加工中形成裂纹的风险性较大；图3中变形平缓，不易形成裂纹，但对弯管加工精度要求较高。而且当管件与螺母同轴度偏差较大时，两种结构均会形成装配偏载，造成安装的假力矩，零件在承受振动和脉冲载荷时，拧紧力矩有较大的衰减。

2 同心球结构设计

高压油管镦头设计要满足以下几点：

1）镦头结构能够保证零件在各种情况下的密封效果。当零件弯管尺寸存在误差时，装配中尽可能避免该误差产生装配假力矩，保证零件的密封效果。管体在工作中与联管螺母及喷油器锥面接触，不应出现振动造成的装配力矩衰减。

2）该结构冷镦过程中应该有尽可能小的变形量。由于零件管端用于密封，不宜采用去除金属的方法加工，而应由冷镦成型。冷镦加工可以获得较低的表面粗糙度和比较流畅的金属纤维结构，但是当材料延展性较差或冷镦变形量较大时，容易产生裂纹。

3）零件加工中的应力集中区域和零件工作中脉冲振动载荷承载区域不可重叠。冷镦加工的应力集中是不可避免的。应力集中可能会导致镦头部分出现裂纹。设计中除了要减小应力集中外，还要避免应力集中区域承受交变载荷，从而减少零件疲劳断裂。

针对以上要求及目前广泛使用的φ8×φ3规格的管材，高压油管镦头及联管螺母设计如图4、图5。

图4 同心球结构高压油管镦头

图5同心球结构联管螺母

图4中，衬套尾部原设计为球面，并且与镦头端部球体同心。该圆弧段弧顶高不到0.02 mm，所以简化为图中所示的126°锥形结构。图5联管螺母中126°锥形结构是根据镦头尺寸确定的。如果改变镦头长度或衬套长度，该角度需重新计算，并根据计算结果重新设计。

与其它的镦头结构形式相比，同心球结构有以下特点：

1）对于安装时的管末段与接口件的不同轴现象，有一定的包容性（4°左右，根据具体设计尺寸有变化）。高压油管安装过程中，管末端与接口机不同轴是不可避免的。之前的几种结构形式中，靠管端镦头的塑性变形来弥补这一变形，虽然能够弥补部分变形，但是以牺牲部分压紧力为代价的，对整个系统密封不利。新型的管端结构设计，在保证密封的同时，不牺牲安装中的压紧力，这对零件的密封有利，如图6所示。