陳進(jìn) 關(guān)智
摘 要:某發(fā)動(dòng)機(jī)在試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)缸蓋與凸輪軸蓋結(jié)合面滲油問(wèn)題,本文通過(guò)對(duì)故障發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行拆解分析,識(shí)別了密封失效的原因是密封膠的延伸率及剪切強(qiáng)度不足。結(jié)合對(duì)不同膠的密封機(jī)理研究,本文選用更高延伸率及剪切強(qiáng)度的密封膠,同時(shí)在零件密封面加工出網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)增加儲(chǔ)膠量提升膠線附著力,對(duì)策實(shí)施后,結(jié)合面密封效果改善明顯,800h臺(tái)架耐久試驗(yàn)未出現(xiàn)滲油。
關(guān)鍵詞:發(fā)動(dòng)機(jī) 滲油 缸蓋 密封膠
1 引言
發(fā)動(dòng)機(jī)漏機(jī)油問(wèn)題危害很大,既影響發(fā)動(dòng)機(jī)清潔度,增加機(jī)油消耗,又污染環(huán)境,必須給予重視和解決[1]。滲油與漏油不同,具有現(xiàn)象不明顯、顯現(xiàn)周期長(zhǎng)和難排查等特點(diǎn)[2],其中,缸蓋與凸輪軸蓋結(jié)合面的滲油較為常見(jiàn)。盡管通過(guò)氣密檢測(cè)設(shè)備可以將發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)過(guò)程的泄漏故障進(jìn)行攔截,但是發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的滲油故障依然未能徹底消除。本文對(duì)某款發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋與凸輪軸蓋結(jié)合面的滲油問(wèn)題進(jìn)行研究分析,提出了改善對(duì)策。
2 問(wèn)題排查
2.1 問(wèn)題描述
一臺(tái)800h耐久試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)在完成8h試驗(yàn)?zāi)ズ虾?,排氣?cè)的缸蓋與凸輪軸蓋間結(jié)合面出現(xiàn)滲漏故障,見(jiàn)圖1凸輪軸蓋-缸蓋結(jié)合面滲油圖。
2.2 問(wèn)題原因分析
結(jié)合圖2示意圖,對(duì)以上結(jié)合面的滲油問(wèn)題進(jìn)行分析,得出滲油可能原因有3項(xiàng):(1)膠未固化時(shí),機(jī)油直接從膠內(nèi)部滲透漏油;(2)密封膠與上下結(jié)合面粘接不良,機(jī)油從膠與工件接合界面滲出;(3)密封膠的強(qiáng)度不足,因膠線被破壞導(dǎo)致滲油。
將試驗(yàn)故障機(jī)進(jìn)行拆解并對(duì)結(jié)合面的膠線附著情況進(jìn)行分析,由圖3可知,密封膠雖已固化良好,但是膠與結(jié)合面粘連不牢固,部分膠已脫離結(jié)合面。此外,對(duì)殘留固化膠線施加外力進(jìn)行拉伸驗(yàn)證,膠線容易斷裂,延伸率較低。
對(duì)密封膠的技術(shù)參數(shù)及密封結(jié)合面進(jìn)一步分析,得到以下幾點(diǎn)推論:(1)該發(fā)動(dòng)機(jī)屬于渦輪增壓機(jī)型,缸蓋排氣側(cè)溫度較高,由于結(jié)合面上的密封膠具有一定的隔熱性,缸蓋與凸輪軸蓋間存在溫差;(2)受兩零件溫差影響,缸蓋與凸輪軸蓋受熱膨脹的程度不同,因此,兩零件會(huì)結(jié)合面發(fā)生一定程度的相對(duì)位移;(3)該結(jié)合面密封膠為某品牌的厭氧膠,延伸率64%,剪切強(qiáng)度1.6N/mm2,延伸率及剪切強(qiáng)度都相對(duì)較低;(4)缸蓋與凸輪軸蓋結(jié)合面發(fā)生相對(duì)位移時(shí),膠因延伸率不足、剪切強(qiáng)度低、附著力不夠,無(wú)法跟隨時(shí)零部移動(dòng),膠從工件表面剝離,引發(fā)密封失效。圖4是缸蓋與凸輪軸蓋之間的密封示意圖。
綜上分析,凸密封膠延伸率低、附著力差,膠線無(wú)法跟隨零部移動(dòng),可能是導(dǎo)致漏油的根本原因。
3 對(duì)策提出
3.1 密封膠固化機(jī)理研究
常用的平面密封膠主要有硅膠及厭氧膠,二者在密封機(jī)理方面存在較大不同,圖5是平面硅膠的密封原理示意圖。
平面密封硅膠的固化條件是與含水份的空氣接觸,因此,首先密封零件需設(shè)計(jì)制造出臺(tái)階或坡口存膠區(qū),用于膠固化后形成膠膨脹自行密封區(qū);其次,緊密結(jié)合區(qū)應(yīng)利于即時(shí)密封,確保強(qiáng)度;最后,密封膠應(yīng)具有足夠的剪切強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)难由炻?,?dāng)兩接合件發(fā)生相對(duì)位移時(shí),膠能伸展和緊密附著于工件上,具有跟隨性,保證密封。
與硅膠不同,平面厭氧膠的固化條件是隔絕氧氣并接觸金屬工件,兩結(jié)合面間無(wú)需設(shè)計(jì)制造出臺(tái)階或坡口存膠區(qū),此外,相比于硅膠,厭氧膠的延伸率低,因此,只適用于結(jié)合面間隙小的機(jī)加工平面密封,原理示意圖見(jiàn)圖6。
3.2 密封膠選型
基于以上兩種平面密封膠的密封機(jī)理研究,本文選用某品牌的厭氧膠(延伸率186%,剪切強(qiáng)度7N/mm2,本文中其牌號(hào)記為B)和硅膠(延伸率570%,剪切強(qiáng)度2N/mm2,本文中其牌號(hào)記為C)各1種開(kāi)展試驗(yàn)驗(yàn)證。
3.3 零件結(jié)構(gòu)優(yōu)化
由于原缸蓋與凸輪軸蓋結(jié)合面較為光滑,密封膠受上下零件擠壓溢出,結(jié)合面存膠量較少,為增加缸蓋與凸輪軸蓋結(jié)合面的存膠量,提升密封膠與上下結(jié)合面的附著效果,參考某機(jī)型,在零件的結(jié)合面上加工出網(wǎng)紋,見(jiàn)圖7。
4 效果驗(yàn)證
通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)對(duì)上述研究對(duì)策進(jìn)行效果驗(yàn)證,由表1可知:
(1)1#與2#試驗(yàn)對(duì)比表明,在密封膠牌號(hào)相同條件下,通過(guò)在零件結(jié)合面加工出網(wǎng)紋增加存膠量,有助于密封效果的提升,延長(zhǎng)結(jié)合面滲油發(fā)生的時(shí)間,對(duì)比可知,有網(wǎng)紋的2#試驗(yàn)比無(wú)網(wǎng)紋1#的滲油時(shí)間增加了14h;
(2)3#與2#試驗(yàn)對(duì)比表明,隨著延伸率及剪切強(qiáng)度增加,密封膠的密封效果顯著增加,2#試驗(yàn)在試驗(yàn)運(yùn)行至22h時(shí)開(kāi)始滲油,而3#試驗(yàn)即使完成800h耐久試驗(yàn),也無(wú)滲油跡象,將試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行拆解檢查,3# 發(fā)動(dòng)機(jī)800h耐久試驗(yàn)結(jié)束后,缸蓋-凸輪軸蓋結(jié)合面和火花塞孔等以前出現(xiàn)漏油的部位均未出現(xiàn)漏油,觀察涂膠面密封情況和膠的固化情況,均良好,無(wú)斷膠,這說(shuō)明密封膠能跟隨結(jié)合面工件的相對(duì)位移進(jìn)行伸展變化,緊密附著于工件上,密封效果顯著提升。
(3)同樣的,4#與2#試驗(yàn)對(duì)比,隨著密封膠的延伸率增加,密封性能顯著提升。發(fā)動(dòng)機(jī)800h耐久試驗(yàn)結(jié)束后缸蓋-凸輪軸蓋結(jié)合面也未出現(xiàn)漏油,觀察結(jié)合面及坡口密封情況,均良好,無(wú)斷膠現(xiàn)象,用手撕扯剝離坡口的膠,膠的附著力很強(qiáng),難以剝離。
為進(jìn)一步驗(yàn)證以上研究結(jié)論的可靠性,同時(shí)拓展研究成果的應(yīng)用價(jià)值,本文對(duì)過(guò)往同樣有滲油現(xiàn)象的缸體-油底殼結(jié)合面,按照4#試驗(yàn)的參數(shù)條件進(jìn)行對(duì)策和試驗(yàn)驗(yàn)證,試驗(yàn)結(jié)果表明,經(jīng)過(guò)800h耐久試驗(yàn),該結(jié)合面未出現(xiàn)滲油,密封效果改善明顯,圖8為缸體-油底殼結(jié)合面改善前后的密封效果對(duì)比圖。
5 結(jié)論
本文通過(guò)對(duì)缸蓋-凸輪軸蓋結(jié)合面滲機(jī)油原因及對(duì)策進(jìn)行研究,得出結(jié)論如下:
(1)通過(guò)在零件結(jié)合面加工出網(wǎng)紋增加存膠量,有助于密封效果的提升;
(2)密封膠的延伸率及剪切強(qiáng)度對(duì)膠的跟隨性和密封效果有重要影響,隨著延伸率及剪切強(qiáng)度增加,密封效果顯著增強(qiáng);
(3)缸蓋-凸輪軸蓋結(jié)合面密封研究成果對(duì)缸體-油底殼結(jié)合面同樣適用,研究成果具有較高拓展應(yīng)用價(jià)值。
參考文獻(xiàn):
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