发动机主油道锥堵泄漏问题研究

2018-07-26韩珍沈杰魏浩波

汽车实用技术 2018年13期

关键词：漏油螺纹铝合金

韩珍，沈杰，魏浩波

（上海汽车集团股份有限公司，上海 201804）

引言

漏油是发动机疑难问题之一，而锥堵主要用来密封发动机主油道工艺孔[1]，一部分锥堵的安装位置在发动机外部可见区域，其漏油会导致客户抱怨。本文针对锥堵漏油问题，从密封原理，设计分析，生产工艺等方面进行分析研究，并提出了解决方案。

1 问题描述

锥堵在开发过程中，早期并未发生泄漏，后期出现泄漏，更换密封胶和增大扭矩后得到解决，但是后续又产生了泄漏问题，在气密性检测时，少量数据超过限值，在后续测试中发生漏油现象。由此可见，需要找到根本原因才能解决锥堵漏油问题。

2 原因分析

2.1 工作原理

锥堵配合密封有两种形式：直螺纹孔/锥螺纹堵塞，锥螺纹孔/锥螺纹堵塞，其工作原理是相同的，本文以直/锥配合为例来进行分析。

锥堵装配在铝合金的直螺纹安装孔内，锥堵表面有预涂胶，直螺纹孔/锥螺纹堵塞配合的密封原理：

（1）锥堵材料比铝合金硬，锥堵A截面[2]的螺纹中径和大径尺寸对应内螺纹尺寸，B截面的螺纹中径和大径尺寸均大于内螺纹对应尺寸，在安装过程中，锥堵螺纹与内螺纹孔啮合，与内螺纹基体干涉,内孔材料受到挤压变形，从而填充螺纹副之间缝隙，在A面和B面之间区域达到密封效果（见图1）；

图1 锥堵密封原理[3]

（2）60°螺纹本身具有自锁和自密封功能；

（3）预涂胶密封，在两个挤压的金属面之间最大间隙内填充，来完成密封功能，若间隙过大，则无法实现密封功能。

2.2 密封尺寸分析校核

锥螺纹应满足标准定义的参数要求，锥度1:16，在有效螺纹长度L1范围内，螺纹应满足在A和B参考面上的尺寸（见图2）：

大径，中径，小径，牙高。

图2 锥螺纹尺寸要求[4]

按照标准定义，会制作环规来进行螺纹检查，此项检查针对的是螺纹中径和60°牙型，未能检查牙高和大径尺寸[5]，因此，在满足环规要求下，堵塞依然产生了泄漏问题。

针对问题堵塞，进行了剖切检查：

图3 产生泄漏的堵塞

从图3可以看到，由于堵塞螺纹大径不足，未能挤压铝合金内螺纹底部基材变形，产生较大缝隙，密封胶在此处填充失效，螺纹大径处的缝隙形成一个螺旋上升的管道，机油从此管道泄漏；而小径处的铝合金材料薄弱，变形充分，缝隙较小，预涂胶起到密封作用。

因此，控制螺纹的大径、中径、牙高这三个关键尺寸，配合密封胶，可以起到密封效果。

早期采用加大扭矩+更改预涂胶措施，其实是挤压缸盖孔螺纹变形程度，填充了螺纹大径不合格导致的缝隙，使用粘接性能更强的胶来填充缝隙，来保证通过缸盖气密性检测。

2.3 凸出高度分析校核

锥堵装配后，外侧可能会有零件，会产生干涉，需要计算锥堵凸出安装孔端面的高度。

图4中，堵塞整体长度C，凸出安装孔面高度为J，锥堵B面的螺纹尺寸与直孔的螺纹尺寸一致，此处装配位置理论上是贴合的，因此凸出高度J=C-B（此处应考虑公差），而锥堵打扭矩后，会继续下降一定高度，因此，锥堵实际凸出高度是可以控制在一定范围之内。

另外，锥堵拆卸后，直螺纹孔受到的安装应力大部分释放；复装锥堵时，内孔中受挤压的螺纹并非前一次挤压过的螺纹，而是下面未曾参与过盈挤压的螺纹，相当于首次安装锥堵，对螺纹孔的破坏风险低，而复装后，锥堵将低于之前的安装高度。但是锥/锥配合不建议复装，需根据实际情况判断。

图4 锥堵凸出高度分析

2.4 应力分析校核

由于铝合金铸件会预留锥堵安装孔搭子位置，而机加工螺纹孔后，可能会产生偏心问题，导致螺纹孔壁厚不均匀，安装锥堵后，局部应力集中，可能会产生安装孔极小尺寸方向裂纹问题，会产生漏油问题（见图5）：

图5 螺纹孔壁厚不均匀

若扭矩不足，锥堵与安装孔接触应力不足（见图6），会产生密封不良问题，有潜在泄漏风险：

图6 锥堵与安装孔接触应力不足

本文堵塞的CAE分析都满足密封要求，实际也未产生破裂和扭矩失效引起的漏油。

3 解决措施和验证措施

针对大径和牙高尺寸不到位情况，将堵塞机加工工艺调整如下：

表1 三种机加工序比较

由于本文锥堵采用内六角设计，节省了重量和尺寸空间，但也造成堵塞壁厚薄，加工外螺纹的OP30工艺中，会导致薄壁处内凹变形，导致螺纹大径尺寸不合格，临时措施采用内六角孔内插入芯棒，搓丝时，螺纹大径和牙高能够保持较好的形状，气密性检测也验证了此更改有效，确认控制大径和牙高尺寸，是减少泄漏的有效途径。因此，在此基础上继续调整螺纹加工工艺，改为滚丝工艺（见图7），螺纹尺寸调整到位后，气密性检查控制在1%内，问题解决。