缸体合箱工艺设计法综述

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1.拧紧工艺参数设计

（1）设计原则。当发动机运转时，螺栓拉伸力会出现衰减，同时温度出现变化时，缸体和螺栓会出现收缩和扩张，这些都会导致轴承孔的形状发生变化，详见图3，图中虚线代表理论轴承孔形状，实线代表实际轴承孔形状，从变化的形状中可以发现发动机在任何工况下轴承孔都在向上下两端延伸变化。因此，在发动机装配后轴承孔理想形状是扁平椭圆状，这样可使发动机运转后轴承孔通过延伸变化具有更接近于整圆的形状。而要使装配后能够得到这样的结果，设计机加工拧紧工艺参数时设定的预紧力需要小于装配预紧力，转角要大但不能超过装配转角，同时需要设置一定的初始扭矩，以保证缸体在拧紧过程中始终承受相同的负载。

（2）工艺试验。分别选取18件缸体和裙架，采用不同的机加工扭矩和转角进行合箱并测量夹紧力，在完成工件加工后测量曲轴轴承孔的圆度。随后送至装配线分别搭配，采用不同的装配扭矩和转角完成装配，螺栓原位置装回或采用新螺栓，进行正交试验，数据结果详见表1，完成后测量装配后的圆度见表2。

（3）试验结果分析。①预紧力离散度分析。采用线性回归方法建立数学模型，得出机加工时螺栓最终预紧力与扭矩和转角的方程式为：最终预紧力（kN）=1.29+0.467×扭矩+0.0767×转角，按照上述公式所模拟计算的最终预紧力与实测最终预紧力的标准差为1.237kN，而目前发动机装配时螺栓拧紧产生的预紧力标准差为2.177kN，因此可得出结论一：机加工用螺栓扭矩控制的预紧力离散度优于目前正常生产装配螺栓扭矩控制的预紧力离散度。②圆度离散度分析。仍然采用线性回归方法建立数学模型，得出装配后圆度与机加工扭矩和转角控制的方程式为：装配后圆度=15.0-1.75×机加工扭矩-0.186×机加工转角+1.44×装配扭矩+0.153×装配转角，可得到拟合标准差6.856μ。同时得出装配后圆度与机加工预紧力的方程为：装配后圆度=16.2–2.54×机加工预紧力+1.20×装配扭矩+0.160×装配转角,可得到拟合标准差7.509μ。因此可得到结论二：机加工用螺栓扭矩控制的装配后圆度离散度优于机加工用预紧力控制的装配后圆度离散度。③螺栓原位置使用离散度分析。继续采用线性回归方法建立数学模型，得出螺栓编号装回原位置的方程式为：装配后圆度=15.0-1.75×机加工扭矩-0.186×机加工转角+1.44×装配扭矩+0.153×装配转角，可得到残差标准差为5.336μ。同时得出装配线换新螺栓的方程式为：装配后圆度=19.2-2.63×机加工预紧力+1.55×装配扭矩+0.153×装配转角，可得到残差标准差为7.060μ。因此可得到结论三：螺栓编号装回原位置有利于降低圆度的离散度，但是由于两者差异并不大，同时考虑到此方法不适于生产组织，并不值得使用。④圆度拟合值分析。分析所测量的装配后圆度值（见图4），从图中显示出当圆度拟合值在10μ附近时其残差最小，因此可以得到结论四：装配后的圆度值在10μ附近最为稳定。

（4）确定拧紧工艺参数。通过以上的分析，参考目前装配20NM+315度转角的扭矩要求，并结合拧紧工艺参数设计原则，初步选取机加工采用产品螺栓拧紧的工艺参数为15NM+300度转角，拧紧顺序为10轴同步拧至3NM，随后1轴和2轴拧至11NM，紧接着3～6轴拧至15NM，最后7～10轴拧转300度转角。

2.物理验证

（1）极限预紧力装机试验。利用数学模型方程式可以计算出预紧力为31.3KN，按照±3σ分布原则，确定预紧力的极限范围为28.1～34.6KN。分别选取上下极限预紧力合箱加工并完成发动机装配，经过了400小时台架加载试验和Audit解析。试验结果表明，发动机性能表现正常，零件解析未发现任何异常。

（2）整车道路试验。将采用螺栓拧紧工艺的缸体装机后搭载在整车上进行3个月的道路试验，试验结果表明性能指标正常，未出现任何异常。

3.结语

本文运用试验和数理统计方法，同时结合物理验证完成了缸体合箱工艺的设计，为类似的工艺方案设计提供了新的思路和方法。

作者：孟韬