旋鉚技術在拖拉機懸掛系統上的研究與應用

劉衛國，謝富明，韓永江

(中國一拖集團有限公司第三裝配廠，河南洛陽 471003)

?

旋鉚技術在拖拉機懸掛系統上的研究與應用

劉衛國，謝富明，韓永江

(中國一拖集團有限公司第三裝配廠，河南洛陽 471003)

摘要：分析拖拉機懸掛桿件萬向球關節現有壓裝工藝存在的問題，提出采用旋鉚技術進行球頭壓合的新工藝，以實現提高部件壓合品質及可靠性的目的。

關鍵詞：拖拉機懸掛桿件；萬向球關節；旋鉚技術

0引言

拖拉機懸掛系統作為拖拉機掛接農具的執行元件，具有受力大、強度要求高的特點。為保證其與農機具的靈活連接，一般懸掛桿件端部均設計為萬向球關節(簡稱球頭)結構。提升臂作為拖拉機懸掛重要組成部分，現階段我國多數制造企業使用專用工裝配合標準壓床，將提升臂桿件與球頭冷壓合裝配在一起。此種壓合裝配方式不僅質量較難控制，而且很難保證球頭與提升臂間的間隙，提升臂球頭脫落、損壞一直占據拖拉機懸掛桿件故障的前列；加之一旦球頭損壞，提升桿件一般均無法修復，即便通過焊接簡單修復，其可靠性也較損壞前大大降低，這將直接造成懸掛桿件的報廢、失效，見圖1。因此，改進提升臂球頭壓裝方式，以達到降低球頭脫落、損壞故障率的目的。

1目前國內企業對提升臂及球頭采用的壓合方式及主要存在問題

目前多數企業提升臂球頭裝配采用帶唇口的球頭座，將球頭放入球頭座后，在保證球頭能夠運轉自如的前提下用標準壓床配合壓頭將球頭座唇口壓合，以保證球頭的運動自由度和所需的強度。

1.1提升臂球頭壓合后球頭與球窩配合間隙標準確定

1.2壓合過程工藝描述

如圖2所示，將提升臂焊合件穿過球頭限位銷放置在壓裝支座3上；取一球頭穿過球頭限位銷放入提升臂球窩內，旋轉球頭保證球頭能夠運轉自如的前提下使用標準壓床配合壓頭1將球頭座唇口壓合,直至球頭與球窩無軸向間隙。活動球頭，保證球頭在球窩內軸向無晃動，徑向運作自如。

1.3球頭壓合過程受力分析

如圖3所示，球頭收口壓頭壓合面為52.5°圓錐面[圖3(a)]，球頭壓合過程中，下壓力F作用與圓錐面上，產生垂直于錐面的分力F1及平行于錐面的分力F2[圖3(b)]；作用力F1作用于球窩唇口使其產生塑性變形收口壓合；作用力F2作用于壓頭與唇口接觸面用于抵消壓合過程接觸面之間產生的摩擦阻力，保證壓頭持續下壓。收口所需的下壓力F隨下壓過程唇口變形量及壓合接觸面的變大而持續變大，直至唇口與球面貼合。

1.4該壓合方式主要存在問題

(1)該壓合方式球頭座唇口壓合后，由于壓頭壓合面呈圓錐面，壓合點位置為球面與球座內壁相切點位置，導致壓合點上下球面無法貼合[見圖3(c)中A向局部放大圖]，這直接造成球頭座唇口受力不均，局部壓強過大，加劇了唇口翻邊的磨損，易造成故障。

(2)為保證球頭表面的防腐鍍鋅層，壓合均采用冷壓，壓合過程中工件與壓裝模具之間為相對滑動，壓合面粗糙且球頭座唇口變形后易產生撕裂及裂紋，導致球窩收口局部屈服強度較低，較難保證壓合性能。

(3)在壓合過程中壓床的進給量較難控制，球頭與提升臂球窩的配合間隙無法保證。進給量大了，球頭卡死；進給量小了，球頭曠動量大，部件耐沖擊性差。

提升臂與球頭連接采用壓床直接進行壓裝。采用該種壓裝方式，提升臂與球頭在夾具上固定好之后，壓床下壓時提升臂很難保證受力均勻。壓床壓力太大容易將球頭壓死，球頭不能在提升臂里靈活轉動甚至卡死；壓床壓力太小又會造成球頭與提升臂的軸向間隙過大，在后續的使用過程中容易造成球頭脫落。標準壓床在調節壓力大小時缺少微調節功能，而且壓裝方式單一，提升臂包裹球頭位置受力方向難以改變，導致壓裝后使用效果較差。因上述原因，直接造成提升臂球頭故障率居高不下。為此，采用合理的結構及壓裝工藝對于提高該類部件可靠性、有效降低故障率具有積極的現實意義。

2“旋鉚”技術的引入及對比試驗

2.1旋鉚過程工藝描述

將提升臂焊合件穿過球頭限位銷放置在定位夾具上；取一球頭穿過球頭限位銷放入提升臂球窩內，旋轉球頭保證球頭能夠運轉自如的前提下操縱液壓旋鉚機，設備自動將球頭座唇口鉚合，直至下壓力(或位移)達到設定值。檢測鉚合后球頭與球窩的配合間隙是否為0.08～0.34 mm。

2.2旋鉚過程受力分析

如圖4所示，球窩收口過程是隨著滾輪下壓滾輪與口壁之間接觸點位置由點接觸逐漸向線接觸過渡的過程。鉚合過程中，滾輪圍繞球頭軸線高速旋轉，且為了防止口壁與滾輪之間的摩擦力，滾輪在下壓過程中可實現自轉。球頭鉚合過程中，極限下壓力F′只需大于球窩唇口塑性變形所需壓力。

2.3旋鉚工藝主要優點

(1)旋鉚過程收口變形順從金屬自然流向，不會降低材料的缺口沖擊韌性和延展性；

(2)旋鉚過程軸向預壓力較小，僅為錘擊、沖壓等鉚接方式的1/10～1/15；

(3)旋鉚頭在工件表面做純滾動而無滑動，鉚口成型后的表面粗糙度僅取決于鉚頭；

(4)旋鉚過程鉚頭進給量可以通過壓力或位移雙層控制(壓力通過壓力傳感器控制，位移通過光柵尺控制)，控制精度較高，可以有效地控制鉚合間隙。

鑒于旋鉚工藝以上優點及其在汽車裝配工藝中的成熟運用，經過項目組對鉚合工藝方案的評審及論證，決定引進提升臂球窩收口鉚合工藝方案。

3鉚合工藝效果驗證

為了驗證提升臂球頭鉚合工藝與壓合工藝對配合間隙的保證能力，特針對提升臂球頭采用鉚合工藝及壓合工藝處理，對處理后的球頭配合間隙進行了專項檢測，檢測數據記錄見表1，數據統計分布見圖5。

表1提升臂球頭鉚合及壓合后的球頭配合間隙檢測數值

(1)依據表1檢測數據可知：采用壓床配專用壓頭壓合球頭工藝方案壓合間隙合格率為：h1=100%×27/60=45%；采用旋鉚工藝鉚合球頭配合間隙合格率為：h2=100%×59/60=98.3%。

(2)由圖5可知：采用旋鉚壓合的提升臂球頭配合間隙相比采用壓床壓合收口配合間隙有很大改善。通過兩種工藝對比可知，使用旋鉚機旋鉚的提升臂與球頭收口位置表面均勻光滑，質量很好，而壓裝的效果明顯較差；實際中用手軸向晃動旋鉚后的球頭，可知旋鉚后的球頭間隙相對壓裝后的球頭間隙顯然小了很多。旋鉚工藝可以達到在保證提升臂與球頭相對轉動靈活的前提下，盡可能減小兩者之間的間隙，從而解決球頭脫落問題。

4旋鉚技術在拖拉機懸掛系統上的應用前景分析

拖拉機懸掛系統桿件端部一般均設計為萬向球關節結構，懸掛桿件都是由桿件本體及兩端的萬向球關節結構組成，兩端關節滿足使用中對桿件自由度的要求，桿件本體承擔主要的受力。為利于生產，一般先將球關節與球頭座組成球頭座合件后再與懸掛桿件焊接在一起，目前國內一般采用先加工出帶唇口的球頭座，將球頭放入球頭座后，在保證球頭能夠運轉自如的前提下用壓床將球頭座唇口壓倒，以保證球頭的運動自由度和所需的強度。然而，采用冷壓方式的結果是導致球頭座唇口變形后易產生撕裂及裂紋，很難保證壓合性能，從而易引發懸掛桿件球頭的脫落。

旋鉚技術的引用，于拖拉機懸掛系統萬向球關節結構質量的保證是不言而喻的，其最關鍵的過程在于2個鉚頭的運動。當工件進行鉚接時，2個鉚頭開始在需要被鉚接的位置高速旋轉，直至旋鉚結束。旋鉚過程一般分為2種運動：一種是鉚頭自身的圓周運動，一種是鉚頭豎直方向的直線進給運動。該2種運動同時進行是旋鉚效果的根本保證。經過旋鉚后的懸掛桿件收口位置受力均勻，表面光滑，很大程度上提高了被鉚接件收口位置的品質與質量，最關鍵的是旋鉚后球頭軸向間隙較之前冷壓后的間隙明顯變小，很好地解決了萬向球關節結構球頭脫落這一問題 ，提高了拖拉機懸掛桿件的使用壽命及可靠性。

參考文獻:

【1】陳昊，陳為國，楊俊國.旋鉚成形過程的數值模擬分析[J].機床與液壓,2016,43(2):21-24.

【2】金紅基.農用拖拉機懸掛裝置的仿真優化[J].中國包裝工業,2014(18):4-5.

【3】趙傳揚.淺析拖拉機懸掛桿件萬向球關節部件的結構設計[J].農業機械,2013(1):126-128.

【4】單紅艷.車輛底盤球關節的設計研究[J].農業裝備與車輛工程,2012,50(7):64-68.

【5】沈則方,高翔,周小健.拖拉機懸掛機構參數的優化設計[J].中國制造業信息化,2010,(2):43-46.

【6】胡斌.拖拉機后懸掛機構的安裝調整及使用[J].拖拉機與農用運輸車,2001(6):45-46.

Research and Application of Spin Riveting Technology in Tractor Suspension System

LIU Weiguo, XIE Fuming, HAN Yongjiang

(The Third Assembly Plant of China YTO Group Corporation, Luoyang Henan 471003,China)

Keywords:Tractor suspension bar; Universal ball joint structure; Spin riveting technology

Abstract:In order to improve the press quality and reliability of the components, spin riveting technology was proposed to press the ball by analyzing the problems existing in the pressing technology of the universal ball joint of the tractor suspension system.

收稿日期：2016-04-20

作者簡介：劉衛國，男，本科，從事產品設計工作。E-mail：464208321@qq.com。

中圖分類號:S219.02

文獻標志碼：B

文章編號：1674-1986(2016)05-057-04