CN103184959B - 衔铁‑针阀组件、其成型装配方法及装配工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种衔铁‑针阀组件，其中衔铁和针阀管为一体结构，衔铁的内腔呈台阶状，一个碗状的耐磨挡圈内嵌在衔铁的内腔中，耐磨挡圈上部的外壁与衔铁的内腔过盈配合，耐磨挡圈的底面与衔铁的内腔底部接触，耐磨挡圈的上端面与衔铁端面之间的高度差等于衔铁‑针阀组件与铁芯之间的剩余磁隙。本发明还提供衔铁‑针阀组件的成型装配方法及装配工具。本发明采用耐磨挡圈取代成本高昂且复杂的衔铁端面镀铬工艺，不但保证组件撞击面的耐磨损性，而且通过挡圈底部的弧面变形补偿一体化衔铁内腔深度和耐磨挡圈高度的公差，在不提高子零件制造精度的前提下保证剩余磁隙；一体化衔铁采用金属注射成型，降低制造成本，增加设计自由度，易实现长针阀设计。

Description

衔铁-针阀组件、其成型装配方法及装配工具

技术领域

本发明涉及汽油机电磁阀式喷油器，具体属于一种内嵌耐磨挡圈的衔铁-针阀组件、其装配方法及装配工具。

背景技术

在汽油机的电磁阀式喷油器中，衔铁-针阀组件是电磁阀的运动部件和密封力传递部件，主要起到导磁、限位、传递弹簧力和连接密封元件的作用。衔铁-针阀组件包括衔铁和针阀管，目前主要有两种加工方式，一种是采用机加工将衔铁和针阀管一体成型，另一种是单独机加工衔铁和冲压针阀管，然后通过激光将衔铁和针阀管焊接在一起。

上述两种加工方式形成的结构中，衔铁端面上均具有尺寸精度要求较高的微凸台或者内锥面，使得衔铁和铁芯之间形成剩余磁隙，在线圈断电时以保证衔铁快速脱离铁芯，带动密封元件实现密封。此外，衔铁进行机加工完成后，需要对衔铁的端面进行镀硬铬，这是因为衔铁和铁芯都是采用硬度较低的软磁材料制成的，如不镀铬将无法保证衔铁和铁芯碰撞面的硬度和可靠性。

采用机加工一体成型的衔铁-针阀组件，其机加工量很大，工艺十分复杂，而且这种加工方法不适用于生产较长的衔铁-针阀组件。而单独加工再进行焊接的方法中，为了保证针阀管的尺寸和形位公差，针阀管的冲压工艺和激光焊接工艺都较为复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种内嵌耐磨挡圈的衔铁-针阀组件及装配方法，可以保证衔铁和铁芯之间的剩余磁隙，同时降低产品的加工难度。

为解决上述技术问题，本发明提供的衔铁-针阀组件，其中衔铁和针阀管为一体结构，所述衔铁的内腔呈台阶状，一个碗状的耐磨挡圈内嵌在衔铁的内腔中，所述耐磨挡圈上部的外壁与衔铁的内腔过盈配合，耐磨挡圈的底面与衔铁的内腔底部接触，耐磨挡圈的上端面与衔铁端面之间的高度差等于衔铁-针阀组件与铁芯之间的剩余磁隙。

进一步地，所述耐磨挡圈侧壁与底面连接处为弧面结构，其与衔铁的内腔之间存有间隙。

进一步地，所述耐磨挡圈的顶部开口处形成有向外伸出的突垣，该突垣与衔铁顶部的台阶接触。

进一步地，所述耐磨挡圈侧壁自上而下依次为一段直筒侧壁和一段渐缩侧壁；所述直筒侧壁的外壁直径大于衔铁的内腔直径，所述渐缩侧壁的外壁直径小于衔铁的内腔直径。

其中，所述耐磨挡圈的底部开有通孔，所述通孔与针阀管的内腔贯通。

优选的，所述耐磨挡圈由不锈钢材料冲压制成；所述一体结构的衔铁和针阀管采用金属注射一次成型。

本发明还提供一种衔铁-针阀组件的成型装配方法，包括以下步骤：

1)采用金属注射一次成型将衔铁和针阀管制成一体化衔铁；

2)冲压耐磨挡圈；

3)将一体化衔铁固定安装在一安装基座内；

4)耐磨挡圈装入一体化衔铁中，并保持对中；

5)一压头与耐磨挡圈对中；

6)压头压入耐磨挡圈中，使耐磨挡圈在一体化衔铁的内腔中向下运动；

7)耐磨挡圈的底面与衔铁的内腔底部接触，压头继续向下运动，耐磨挡圈底部的弧面结构变形，使耐磨挡圈的上端面与一体化衔铁的端面的高度差等于剩余磁隙的高度。

本发明提供所述装配方法中使用的装配工具，所述压头呈阶梯轴结构，包括头部、中部和尾部，所述头部插入耐磨挡圈底部的通孔内，中部与耐磨挡圈的内壁接触，尾部具有插设进给装置的空腔。

其中，所述压头中部和尾部的连接端面上具有一凹槽，所述凹槽的深度与剩余磁隙的高度相同。

所述一体化衔铁内腔深度的加工尺寸为耐磨挡圈上端面和与衔铁内腔接触的底面的距离的加工尺寸为耐磨挡圈的底部厚度为T_ring，剩余磁隙的高度为H_磁隙，压头头部和中部的连接端面与压头凹槽底部之间的距离为L_pin，耐磨挡圈的最大允许变形量为δ，其中α1、α2、β1、β2均为正值，各尺寸满足以下装配关系：

L_ring-β₂≥L_armature+α₁+H_磁隙

L_ring+β₁-(L_armature-α₂+H_磁隙)≤δ

L_pin≤L_armature-α₂+H_磁隙-T_ring

本发明的有益效果在于：

1、采用耐磨挡圈取代成本高昂且复杂的衔铁端面镀铬工艺，保证衔铁-针阀组件撞击面的耐磨损性；

2、采用碗状结构的耐磨挡圈，挡圈底部采用弧面结构，通过弧面的变形补偿一体化衔铁内腔深度和耐磨挡圈高度的公差，从而在不提高子零件制造精度的前提下保证剩余磁隙；

3、采用金属注射成型的一体化衔铁，相比传统的机加工衔铁，可降低制造成本，同时增加设计自由度，方便实现长针阀设计。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明的衔铁-针阀组件安装在喷油器中的示意图；

图2是图1中虚线框的局部放大图；

图3是耐磨挡圈和衔铁未装配的立体示意图；

图4是耐磨挡圈的局部剖视图；

图5是衔铁内嵌耐磨挡圈的局部剖视图；

图6是图5中A处的放大图；

图7是图5中B处的放大图；

图8是衔铁内腔深度的公差范围示意图；

图9a-图9f是衔铁-针阀组件的装配工艺图；

图10是图9b中C处的放大图；

图11是图9c中D处的放大图；

图12是图9d中E处的放大图；

图13是图9e中F处的放大图；

图14是图9e中G处的放大图；

图15是图9f中H处的放大图；

图16是图9f中I处的放大图。

其中附图标记说明如下：

1为衔铁；2为耐磨挡圈；3为铁芯；4为弹簧；5为剩余磁隙；6为安装基座；7为压头；X为上压紧面；Y为下压紧面。

具体实施方式

本发明的衔铁-针阀组件用于电磁阀式喷油器中，如图1所示，其中衔铁和针阀管采用金属注射一次成型为一体化衔铁，如图3所示，所述衔铁的内腔呈台阶状，一个碗状的耐磨挡圈2内嵌在衔铁1的内腔中，耐磨挡圈2的上端面与铁芯3的下端面为碰撞面，如图2所示。

所述耐磨挡圈2由不锈钢材料冲压制成，耐磨挡圈2上部的外壁与衔铁的内腔过盈配合，耐磨挡圈2的底面与衔铁1的内腔底部接触，如图5、图7所示。耐磨挡圈2的上端面与衔铁1端面之间的高度差等于衔铁-针阀组件与铁芯3之间的剩余磁隙5，如图2所示。

如图7所示，耐磨挡圈2侧壁与底面连接处为弧面结构，其与衔铁1的内腔之间存有间隙。如图4所示，所述耐磨挡圈2侧壁自上而下依次为一段直筒侧壁和一段渐缩侧壁；所述直筒侧壁的外壁直径大于衔铁的内腔直径，所述渐缩侧壁的外壁直径小于衔铁的内腔直径。所述耐磨挡圈2的顶部开口处形成有向外伸出的突垣，该突垣与衔铁1顶部的台阶接触，如图6所示。所述耐磨挡圈2的底部开有通孔，所述通孔与针阀管的内腔贯通，弹簧4抵在耐磨挡圈2的底部，如图5所示。

耐磨挡圈2在设计过程中需要考虑了两点，一是提高衔铁-针阀组件撞击铁芯3时工作面的耐磨损性，二是在衔铁-针阀组件和铁芯3之间形成尺寸精确的剩余磁隙。

针对第一点，本发明的耐磨挡圈2选取具有一定硬度的马氏体不锈钢材料，并在冲压后进行热处理，保证材料自身的硬度和耐磨损要求。结构上，耐磨挡圈2采用碗状结构，底部支撑在一体化衔铁1的内腔底部上，且直筒侧壁和一体化衔铁1的内腔过盈配合。碗口处采用翻边的突垣，增加了耐磨挡圈2撞击面的表面积，这样可以保证在喷油器全生命周期内，撞击面的位置和表面质量变化在可接受范围内。考虑到组件的可装配性，耐磨挡圈2的下半部分为渐缩侧壁，这样一方面保证耐磨挡圈2压入到一体化衔铁1时的导向性，另一方面减少过盈配合面的长度，调节压入力大小。

针对第二点，剩余磁隙5很小(0.01～0.03mm)且精度极高(通常为±0.005)，耐磨挡圈2和一体化衔铁1的加工精度无法保证。本发明在耐磨挡圈2的底部为弧面结构，如图4所示，通过耐磨挡圈2和一体化衔铁1的尺寸设计并配合衔铁-针阀组件的装配方法，使耐磨挡圈2配合一体化衔铁1内腔的高度变化而产生一定量的形变，在不提高零件的加工精度要求的前提下保证剩余磁隙的尺寸精度达到要求。

为此，本发明提供的衔铁-针阀组件的成型装配方法，包括以下步骤：

1)采用金属注射一次成型将衔铁和针阀管制成一体化衔铁1；

2)冲压耐磨挡圈2；

3)将一体化衔铁1固定安装在一安装基座6内，如图9a所示；安装基座6为中空结构，其内腔设有环状凸台以固定衔铁1；

4)耐磨挡圈2装入一体化衔铁1中，由于下半部分为渐缩侧壁，辅助合适的进给装置，耐磨挡圈2对中，并和一体化衔铁1内腔开始接触，如图9b、图10所示；

5)一压头7与耐磨挡圈2对中，并准备压入，如图9c所示；所述压头7呈阶梯轴结构，包括头部、中部和尾部，所述头部插入耐磨挡圈2底部的通孔内，中部与耐磨挡圈2的内壁接触，尾部具有插设进给装置的空腔。所述压头7中部和尾部的连接端面(以下称第二连接面)上具有一凹槽，如图11所示，所述凹槽的深度与剩余磁隙5的高度相同；

6)压头7压入耐磨挡圈2中，使耐磨挡圈2在一体化衔铁1的内腔中向下运动，如图9d、图12所示；

7)耐磨挡圈2的底面与衔铁1的内腔底部接触，如图9e、图14所示，由于一体化衔铁1内腔的深度有一定公差，因此耐磨挡圈2的上端面和一体化衔铁1端面的距离大于所要求的剩余磁隙，如图13所示，此时由于耐磨挡圈2的底部弧面可以提供一定的变形量，因此压头7可以继续向下运动，耐磨挡圈2底部的弧面结构变形，直至压头7的第二连接面与衔铁的端面接触，如图15所示，耐磨挡圈2的上端面与一体化衔铁1的端面的高度差即为凹槽的深度，也就等于剩余磁隙5的高度，如图9f所示。

图8所示为一体化衔铁1内腔深度的公差范围，最左边为最大内腔深度，最右边为最小内腔深度，其中压头7和安装基座6都是硬质合金模具，具有较高的尺寸精度，且在模具寿命内具有很好的稳定性。

所述一体化衔铁内腔深度的加工尺寸为耐磨挡圈上端面和与衔铁内腔接触的底面的距离的加工尺寸为耐磨挡圈的底部厚度为T_ring，剩余磁隙的高度为H_磁隙，压头头部和中部的连接端面(以下称第一连接面)与压头凹槽底部之间的距离为L_pin，耐磨挡圈的最大允许变形量为δ，其中α₁、α₂、β₁、β₂均为正值，装配完成后压头7的第一端面和一体化衔铁1内腔底部的距离是L_gap，因此长度方向上，

如图9d所示，装配完成前的尺寸关系是L_{gap_origni al}+L_pin＝L_ring，

装配完成后，如图8所示，尺寸关系是L_{gap_assemb lied}+L_pin＝L_armature+H_磁隙，

因为L_{gap_origni al}≥L_{gap_assemb lied}≥T_ring，L_pin为固定值，剩余磁隙的高度H_磁隙是要求的定值，从公式可以推导：

L_{gap_origni al}-L_{gap_assemb lied}＝L_ring-(L_armature+H_磁隙)

因此，在设计尺寸链时，要保证：

L_ring-β₂≥L_armature+α₁+H_磁隙

L_ring+β₁-(L_armature-α₂+H_磁隙)≤δ

L_pin≤L_armature-α₂+H_磁隙-T_ring

本发明中，耐磨挡圈2下半部分渐缩侧壁的内斜角大于等于压头下压紧面Y的斜角，这样在装配过程6)压入初始阶段，耐磨挡圈2的侧壁下半部分的斜面受力，渐缩侧壁的内斜角逐渐增大并和下压紧面Y的斜角相等，如图16所示，以提供足够的支撑。同时，L_ring增大直至耐磨挡圈2的上端面和压头的上压紧面X接触，此时耐磨挡圈2在上下两端受到压力，保持稳定的形状向下运动，此时L_ring＝L_{gap_origni al}+L_pin，而且耐磨挡圈的尺寸公差得到补偿。

在本发明中，采用耐磨挡圈取代成本高昂且复杂的衔铁端面镀铬工艺，保证衔铁-针阀组件撞击面的耐磨损性；耐磨挡圈采用碗状结构，挡圈底部采用弧面结构，通过弧面的变形补偿一体化衔铁内腔深度和耐磨挡圈高度的公差，从而在不提高子零件制造精度的前提下保证剩余磁隙；一体化衔铁采用金属注射成型，相比传统的机加工衔铁，可降低制造成本，同时增加设计自由度，方便实现长针阀设计。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，该实施例仅仅是本发明的较佳实施例，其并非对本发明进行限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员对衔铁-针阀组件等做出的等效置换和改进，均应视为在本发明所保护的技术范畴内。

Claims (10)

1.一种衔铁-针阀组件，其中衔铁和针阀管为一体结构，其特征在于：所述衔铁的内腔呈台阶状，一个碗状的耐磨挡圈内嵌在衔铁的内腔中，所述耐磨挡圈上部的外壁与衔铁的内腔过盈配合，耐磨挡圈的底面与衔铁的内腔底部接触，耐磨挡圈的上端面与衔铁端面之间的高度差等于衔铁-针阀组件与铁芯之间的剩余磁隙。

2.根据权利要求1所述的衔铁-针阀组件，其特征在于：所述耐磨挡圈侧壁与底面连接处为弧面结构，其与衔铁的内腔之间存有间隙。

3.根据权利要求1所述的衔铁-针阀组件，其特征在于：所述耐磨挡圈的顶部开口处形成有向外伸出的突垣，该突垣与衔铁顶部的台阶接触。

4.根据权利要求1所述的衔铁-针阀组件，其特征在于：所述耐磨挡圈侧壁自上而下依次为一段直筒侧壁和一段渐缩侧壁；所述直筒侧壁的外壁直径大于衔铁的内腔直径，所述渐缩侧壁的外壁直径小于衔铁的内腔直径。

5.根据权利要求1所述的衔铁-针阀组件，其特征在于：所述耐磨挡圈的底部开有通孔，所述通孔与针阀管的内腔贯通。

6.根据权利要求1所述的衔铁-针阀组件，其特征在于：所述耐磨挡圈由不锈钢材料冲压制成；所述一体结构的衔铁和针阀管采用金属注射一次成型。

7.一种衔铁-针阀组件的成型装配方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)采用金属注射一次成型将衔铁和针阀管制成一体化衔铁；

2)冲压耐磨挡圈；

3)将一体化衔铁固定安装在一安装基座内；

4)耐磨挡圈装入一体化衔铁中，并保持对中；

5)一压头与耐磨挡圈对中；

6)压头压入耐磨挡圈中，使耐磨挡圈在一体化衔铁的内腔中向下运动；

7)耐磨挡圈的底面与衔铁的内腔底部接触，压头继续向下运动，耐磨挡圈底部的弧面结构变形，使耐磨挡圈的上端面与一体化衔铁的端面的高度差等于剩余磁隙的高度。

8.根据权力要求7所述的衔铁-针阀组件的成型装配方法，其特征在于：所述压头呈阶梯轴结构，包括头部、中部和尾部，所述头部插入耐磨挡圈底部的通孔内，中部与耐磨挡圈的内壁接触，尾部具有插设进给装置的空腔。

9.根据权力要求8所述的衔铁-针阀组件的成型装配方法，其特征在于：所述压头中部和尾部的连接端面上具有一凹槽，所述凹槽的深度与剩余磁隙的高度相同。

10.根据权利要求9所述的衔铁-针阀组件的成型装配方法，其特征在于，所述一体化衔铁内腔深度的加工尺寸为耐磨挡圈上端面和与衔铁内腔接触的底面的距离的加工尺寸为耐磨挡圈的底部厚度为T_ring，剩余磁隙的高度为H_磁隙，压头头部和中部的连接端面与压头凹槽底部之间的距离为L_pin，耐磨挡圈的最大允许变形量为δ，其中α₁、α₂、β₁、β₂均为正值，各尺寸满足以下装配关系：

L_ring-β₂≥L_armature+α₁+H_磁隙

L_ring+β₁-(L_armature-α₂+H_磁隙)≤δ

L_pin≤L_armature-α₂+H_磁隙-T_ring。