浅谈活塞环成型工艺对比

刘馨泽洋

摘要：同样钢制线材，选定尺寸的试制活塞环，分别经过凸轮成型和真圆成型，对其关键参数闭合间隙、张力进行实际数据测量。根据SPC手册浅要的进行工程性能对比。为企业在制造生产和工艺引进中，提供一定的参考。

关键词：活塞环;凸轮成型;真圆成型;工程性能

中图分类号：TK403                                       文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）11-0035-03

0  引言

隨着新能源汽车的发展，国家政策的支持，新能源已经是市场不可缺少的一部分。但目前我国内燃机的保有量数以亿计，约40%为汽油机，约60%为柴油机。在工程机械、农业机械、交通运输等领域，内燃机同样必不可少。而活塞环作为内燃机重要零件之一，除了产品设计的合理性以外，还要在其工艺上提高生产效率的同时，更能保证相关质量参数的稳定。高效率、高品质、稳定的输出，才能够提高产品的竞争力。

如今各大活塞环企业：安庆帝伯格茨活塞环有限公司（ATG）、日本理研公司（RIKEN）、马勒活塞有限公司（MALLA）等，即使在产品设计上不分伯仲，却在制造工艺上有各自的体系。整个活塞环生产工艺中，属活塞环成型工艺最为关键和复杂，基本奠定了活塞环的重要性能参数，后续加工对其进行加强和修正。传统的活塞环成型工艺为凸轮成型，近几年引进的真圆成型，在设备上略贵以外，很多企业对其工程性能也无法得到有效的对比参考。本文针对两大成型工艺，根据SPC手册，通过实际数据采集，对其进行浅要的工程性能对比。为企业在制造生产和工艺引进中，可结合自身实际情况，提供一定的参考。

1  活塞环成型原理简述

1.1 凸轮成型

如图1所示，线材穿过导板、用夹持器传送。通过三个支点和一个拉伸销进行确定椭圆基圆，根据设定的送料量进行切断，最后形成一根活塞环。

设备调试难点：各支点直径的确定，送料量的设定。因为是单根切断，刀具磨损较快。容易造成活塞环开口歪斜、开口毛刺。如果主凸轮选择不恰当或是磨损，会产生漏光以及二轴差的不稳定。

1.2 真圆成型

如图2所示，线材穿过导板，通过三个支点和拉伸销，直接卷绕到一定长度L后，（长度L根据记相配合的夹具圆筒雇长度确定），进行线材的切断。在通过圆筒雇装轴后进行切断，最后形成一筒活塞环。

设备调试难点：支点直径的确定，圆筒雇的装轴。因为卷绕成型，需手动切成单根环对其皿量进行确定。切断后的热处理对凸轮热处理筒的磨耗管理较为严格。

1.3 成型工艺流程（图3）

2  试验方案

2.1 活塞环参数选定

如图4所示根据成型产品，选定三个主要参数，分别是：直径D=80mm;张力F=3.6±0.8N;闭合间隙S=0.35±0.05mm。

2.2 试验准备

同型号线材，凸轮成型机和真圆成型机，自动测定张力机、圆规、塞规。

3  数据采集处理

3.1 采集方式

选取同样的线材，二道环，分别凸轮成型和真圆成型各2000根。根据SPC手册定义，随机抽取125根，通过直径测定张力机、圆规、塞规进行测量。

3.2 工程性能评价公式

式（1）中：X为样本均值;

X1，X2…为子组内的每个测量值;

n为子组的样本容量。

式（2）中：R为样本极差。

式（3）中：S为样本极差;

式（4）中：Pp为性能指数，定义为不考虑过程有无偏移时，容差范围除以过程性能;

USL：规范上限;

LSL：规范下限。

式（5）、式（6）中：Ppk为过程中心的性能指数;最后选取其中最小值为最终值。

根据选定参数和公式，实际测量结果见表1。

4  数据分析

4.1 闭合间隙S

根据表1数据可知：凸轮成型Pp值为2.30，Ppk值为2.17>1.67;真圆成型Pp值为3.31，Ppk值为2.92>1.67;

在闭合间隙S上，两个工程性能均大于1.67的性能指数，但真圆成型性能指数更稳定。如图3所示，实际上在切断工序中，凸轮成型靠自身刀具切割，刀具会有磨损，根据磨损在生产中需要微调。而真圆成型中切断为砂轮对一筒环进行切割，相对而言，确实会稳定一些。

4.2 张力F

根据表1数据可知：凸轮成型Pp值为2.26，Ppk值为2.18>1.67;真圆成型Pp值为2.96，Ppk值为2.75>1.67;

在张力F上，两个工程性能均大于1.67的性能指数，真圆成型性能指数更稳定。影响热处理的主要因素包括：装轴时环与环间隙、闭合间隙S、热处理时间。如图3所示，其中凸轮成型两次热处理与真圆成型两次热处理时间总和基本一致，装轴时凸轮成型为单根环与单根环叠加，真圆成型为整体未切断的状态，即环与环的缝隙更小，利于均匀受热。同时结合4.1中闭合间隙S的Ppk值，真圆成型的张力性能指数更稳定符合本次试验情况。

5  结论

针对本次试验，无论凸轮成型还是真圆成型，Ppk值>2.0，均为优秀的表现。从本次试验数据上讲，真圆成型工程性能更加稳定。未引进真圆成型工艺的企业可根据实际产能，以及活塞环设计的精度要求，更进一步的调研考虑是否只适用自身情况。而引进真圆成型工艺的企业，根据自身已有产品，适当分配与凸轮成型工艺的配比以外，可做更深层次的优化。

参考文献：

[1]靳宇琪.我国内燃机发展前景展望[J].内燃机与配件，2021（02）：177-178.

[2]陈庆红，曹明闽.椭圆绕制钢质活塞环加工工艺研究[J].机电技术，2019（06）：43-46，59.

[3]林爱桢.活塞环现代制造技术[J].汽车文摘，2019（08）：10-13.

[4]陈俊.活塞环切断筒加工工艺改进[J].企业技术开发，2018，37（11）：57-59，74.

[5]克莱斯勒、福特和通用汽车公司.统计过程控制（SPC）手册第三版.