暖風(fēng)進(jìn)水管安裝工具的設(shè)計(jì)與研究

黃財(cái)明 陳杰 盧振東 王瑞平

發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜緊湊而精密的動(dòng)力裝置，不僅零件種類繁多，而且還有許多結(jié)構(gòu)獨(dú)特的零件，常規(guī)的安裝工具有時(shí)無法滿足發(fā)動(dòng)機(jī)部分零部件的裝配精度要求。暖風(fēng)進(jìn)水管是發(fā)動(dòng)機(jī)暖風(fēng)系統(tǒng)上的重要零部件之一，其作用是為冬天車內(nèi)提供暖氣，主要分為兩種結(jié)構(gòu)：直管型、彎管型，如下圖1所示。根據(jù)不同的變速器進(jìn)行選用，一般手動(dòng)擋變速器選用直管，自動(dòng)擋變速器則選用彎管進(jìn)行匹配裝機(jī)，所以發(fā)動(dòng)機(jī)在生產(chǎn)線裝機(jī)的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)許多裝配切換的工作量。為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)裝配效率、降低制造成本、減少裝配過程中的變型機(jī)裝配切換導(dǎo)致生產(chǎn)率低下的問題，故設(shè)計(jì)此安裝工具，用以提高發(fā)動(dòng)機(jī)暖風(fēng)進(jìn)水管的安裝效率和裝配質(zhì)量。本文就此安裝工具的設(shè)計(jì)、功能以及研究目標(biāo)作以下簡(jiǎn)單的介紹。

圖1暖風(fēng)進(jìn)水管

2安裝工具

安裝工具的概述。安裝工具也可稱為工裝或輔助裝置，是機(jī)械制造時(shí)用以迅速安裝和固定工件，使機(jī)械安裝零件與安裝部件保持相對(duì)正確、穩(wěn)定位置的工藝裝置，是工裝夾具的另一種體現(xiàn)形式。即安裝工具是機(jī)械制造不可缺少的工藝裝置之一，在機(jī)械制造當(dāng)中特別是機(jī)械裝配當(dāng)中運(yùn)用非常廣泛。

安裝工具在機(jī)械制造當(dāng)中的作用。合理選用安裝工具，不僅有利于保證工件的安裝精度，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，而且還有利于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低制造成本，同時(shí)也是設(shè)備與設(shè)備之間最有效的銜接橋梁。在機(jī)械制造的工作效率、節(jié)省裝配時(shí)間方面起著事半功倍的效果，最終將達(dá)到制造成本低廉，使得自身產(chǎn)品具有成本的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也能將產(chǎn)品的收益進(jìn)一步的擴(kuò)大。只要一件工具或工裝設(shè)計(jì)合理，不但具有合二為一的作用，同時(shí)也有利于減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證安全生產(chǎn)，擴(kuò)大機(jī)床設(shè)備的工藝使用范圍，實(shí)現(xiàn)“一機(jī)多用”，將原本由兩臺(tái)設(shè)備共同完成的工作量，通過合理的設(shè)計(jì)或選用工具及工裝，就能在一臺(tái)設(shè)備上或一個(gè)崗位上就能實(shí)現(xiàn)完美的裝配操作[1]。在制造型企業(yè)的建廠投入時(shí)期，無論是在廠房占地面積還是購(gòu)買設(shè)備等方面都能大大減少資金成本的投入，同時(shí)也包括后續(xù)操作者人員的投入。

3暖風(fēng)進(jìn)水管的安裝現(xiàn)狀

暖風(fēng)進(jìn)水管的結(jié)構(gòu)。暖風(fēng)進(jìn)水管的結(jié)構(gòu)一般分為直管、彎管兩種形式。在汽車制造時(shí)，為能滿足客戶的需求，需要針對(duì)不同需求的車型配備不同的變速器而進(jìn)行選用暖風(fēng)進(jìn)水管，手動(dòng)擋變速器選用直管，自動(dòng)擋變速器選用彎管進(jìn)行匹配裝機(jī)。直管型暖風(fēng)進(jìn)水管在安裝時(shí)，只要使用能保證垂直度的簡(jiǎn)易工裝就能通過液壓機(jī)進(jìn)行快速準(zhǔn)確地進(jìn)行壓裝，但彎管型暖風(fēng)進(jìn)水管由于外形結(jié)構(gòu)比較特殊，在安裝時(shí)就很難通過液壓機(jī)實(shí)現(xiàn)快速有效的進(jìn)行壓裝，因此，彎管型暖風(fēng)進(jìn)水管通常只能采用手工安裝，或采用專用設(shè)備進(jìn)行安裝。例如：L型暖風(fēng)進(jìn)水彎管的安裝方法是用一端帶有開口叉頭的簡(jiǎn)易工具，卡住暖風(fēng)進(jìn)水管的突起臺(tái)階處，然后敲擊簡(jiǎn)易工具的另一端，使暖風(fēng)進(jìn)水管插入氣缸蓋上的安裝孔內(nèi)，安裝后再用角度檢測(cè)工具檢驗(yàn)暖風(fēng)進(jìn)水彎管的角度朝向是否符合技術(shù)要求，如圖2、3所示。這種手工作業(yè)安裝法非常原始且工序繁瑣，安裝精度得不到保證、未實(shí)現(xiàn)機(jī)械安裝且安裝效率低。既要保證安裝垂直度又要保證彎管的角度朝向，所以極易出現(xiàn)偏差，一但出現(xiàn)偏差就無法返修，直接導(dǎo)致整個(gè)氣缸蓋報(bào)廢。此外通過敲擊的方式進(jìn)行安裝，也經(jīng)常會(huì)造成彎管型的暖風(fēng)進(jìn)水管被敲裂，直接導(dǎo)致進(jìn)水管報(bào)廢，因此增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的制造成本。

圖2 安裝過程

圖3 檢測(cè)過程

其中：1、暖風(fēng)（彎）進(jìn)水管2、安裝工具3、氣缸蓋4、角度檢驗(yàn)工具

暖風(fēng)進(jìn)水管的安裝技術(shù)要求。

必須在保證被壓工件（暖風(fēng)進(jìn)水管）與氣缸蓋相互垂直的前提下進(jìn)行壓裝；壓裝前需在氣缸蓋安裝孔內(nèi)壁涂上潤(rùn)滑油；施加壓裝受力時(shí)，應(yīng)緩慢、平穩(wěn)及受力均勻地將被壓工件（暖風(fēng)進(jìn)水管）壓入到氣缸蓋安裝孔內(nèi)；嚴(yán)格控制安裝深度，以免漲裂氣缸蓋或暖風(fēng)進(jìn)水管；安裝彎管型的暖風(fēng)進(jìn)水管時(shí)，另一端口與氣缸蓋（氣缸蓋與缸體相互安裝面）面保證一定的角度朝向。

4暖風(fēng)進(jìn)水管安裝工具的設(shè)計(jì)

研究目標(biāo)。為提高發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋安裝暖風(fēng)進(jìn)水管的工作效率，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的制造成本，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，來滿足現(xiàn)場(chǎng)各種要求的最佳結(jié)構(gòu)尺寸，并且充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、有限元技術(shù)和優(yōu)化技術(shù)共同來設(shè)計(jì)暖風(fēng)進(jìn)水管安裝工具，使發(fā)動(dòng)機(jī)暖風(fēng)（彎、直）進(jìn)水管安裝實(shí)現(xiàn)通用化、簡(jiǎn)易化、精準(zhǔn)化操作，以提高工作效率及降低操作者的工作強(qiáng)度，同時(shí)降低產(chǎn)品材料消耗。該文原載于中國(guó)社會(huì)科學(xué)院文獻(xiàn)信息中心主辦的《環(huán)球市場(chǎng)信息導(dǎo)報(bào)》雜志http：//www.ems86.com總第539期2014年第07期-----轉(zhuǎn)載須注名來源結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)充分利用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、有限元技術(shù)和優(yōu)化技術(shù)，可大大縮短設(shè)計(jì)周期，降低產(chǎn)品材料消耗，提高產(chǎn)品裝配精度和性能，并將產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益。因此根據(jù)暖風(fēng)進(jìn)水管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、裝配技術(shù)要求以及場(chǎng)地的制約，作了以下初步的設(shè)計(jì)與研究[2]。

安裝工具設(shè)計(jì)的前提條件。隨著電子技術(shù)、新材料與新能源不斷的運(yùn)用到汽車上，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)也在日新月異地不斷發(fā)展，導(dǎo)致汽車制造商前期投入的生產(chǎn)設(shè)備已不能完全滿足現(xiàn)在的生產(chǎn)需要，故本安裝工具的設(shè)計(jì)思路只能在現(xiàn)有設(shè)備、場(chǎng)地的基礎(chǔ)上，以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際考慮為出發(fā)點(diǎn)，必須要以最小的投入資金為前提條件來解決目前生產(chǎn)現(xiàn)狀所出現(xiàn)的困難點(diǎn)，所以本安裝工具的設(shè)計(jì)范圍就從現(xiàn)有的設(shè)備與空間著手，通過使用此設(shè)計(jì)安裝工具后，將繼續(xù)發(fā)揮原有設(shè)備的功能，不通過新增設(shè)備或擴(kuò)大場(chǎng)地來解決生產(chǎn)現(xiàn)狀問題。

暖風(fēng)進(jìn)水管安裝配合處為過盈配合，其壓入氣缸蓋內(nèi)的深度又比較長(zhǎng)，如下圖4所示，且暖風(fēng)彎進(jìn)水管折彎處容易與安裝工具產(chǎn)生干涉，壓入過程中暖風(fēng)進(jìn)水管易出現(xiàn)傾斜，劃傷氣缸蓋安裝孔內(nèi)壁的表面，直接導(dǎo)致安裝處不能有效的進(jìn)行密封；由于暖風(fēng)進(jìn)水管是薄壁管件，若安裝不當(dāng)，直接導(dǎo)致暖風(fēng)進(jìn)水管被壓裂或變形，使得發(fā)動(dòng)機(jī)造成漏水現(xiàn)象的出現(xiàn)。

圖4 暖風(fēng)進(jìn)水管在氣缸蓋上的安裝部位

而且發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)暖風(fēng)彎進(jìn)水管朝向角度有著嚴(yán)格的要求，若安裝不到位，后續(xù)連接在彎管上面的暖風(fēng)進(jìn)水橡膠管，將與發(fā)動(dòng)機(jī)上的其它管路及線束產(chǎn)生干涉，直接導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)異響或管路相互產(chǎn)生摩擦等潛在危害的發(fā)生（如：漏水、漏油及火燒車等），所以安裝暖風(fēng)彎進(jìn)水管時(shí)，另一端口必須與氣缸蓋（氣缸蓋與缸體相互安裝面）面保證合理朝向來避免相互干涉。

本安裝工具的設(shè)計(jì)思路。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，不僅要保證所設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)備具有良好的工作性能，而且還要考慮能否制造和便于制造。這種在機(jī)械設(shè)計(jì)中綜合考慮制造、裝配工藝及維修等方面各種技術(shù)問題，稱為機(jī)械設(shè)計(jì)工藝性[3]。在本安裝工具設(shè)計(jì)時(shí)，必須通過現(xiàn)場(chǎng)分析且結(jié)合暖風(fēng)進(jìn)水管安裝的現(xiàn)狀，以現(xiàn)有的環(huán)境條件為基礎(chǔ)，從研究目標(biāo)方向出發(fā)，綜合考慮使用功能。該工具就從本安裝工具的外形結(jié)構(gòu)、尺寸以及實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性方面入手，如圖5所示，盡量滿足以下基本要求而展開設(shè)計(jì)：

保證足夠的強(qiáng)度和剛度；盡可能設(shè)計(jì)成簡(jiǎn)單、輕便的結(jié)構(gòu)，在保證具有可靠強(qiáng)度與剛度的前提下，做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、體積小、質(zhì)量輕以及便于操作者的裝卸；安裝工具作用準(zhǔn)確，安裝時(shí)應(yīng)能保持暖風(fēng)進(jìn)水管與安裝工具之間不脫落，保證安裝工件能安全可靠的進(jìn)行安裝定位；夾緊動(dòng)作迅速，操作方便省力，且夾緊時(shí)不破壞零件的表面質(zhì)量；結(jié)構(gòu)的工藝性好，便于制造、裝配和檢驗(yàn)；清潔、維護(hù)保養(yǎng)方便，便于今后的維修。

圖5設(shè)計(jì)成型后的安裝工具外形結(jié)構(gòu)

因管類件的安裝，容易產(chǎn)生安裝面受力不均勻，會(huì)將暖風(fēng)進(jìn)水管安裝偏移，故此設(shè)計(jì)的安裝工具采用平面受力安裝，以機(jī)械設(shè)備來保證安裝垂直度，使得暖風(fēng)進(jìn)水管安裝面受力均勻，在保證安裝垂直度的前提下，快又準(zhǔn)壓入到氣缸蓋安裝孔內(nèi)。通過本方案的設(shè)計(jì)，可擴(kuò)大其工藝的使用范圍，運(yùn)用到其它生產(chǎn)裝配的過程當(dāng)中，同時(shí)還可優(yōu)化機(jī)械生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的機(jī)械化以及推動(dòng)機(jī)械的綜合發(fā)展。

本安裝工具的結(jié)構(gòu)。如下圖6所示，此安裝工具主要由水管支持體靠模和水管支持體兩部分組成，兩部分采用高強(qiáng)磁鐵的吸附著力進(jìn)行定位配合使用。水管支持體靠模主要固定在液壓機(jī)的主軸上，但通過安裝腰形槽可調(diào)節(jié)前后偏置角度，水管支持體則屬于非固定式，可隨操作者的操作節(jié)拍隨時(shí)分開。

圖6安裝工具結(jié)構(gòu)說明圖

1、水管支持體；2、水管支持體靠模；3、水管支持體限位塊；4、高強(qiáng)磁鐵；5、安裝腰形孔；6、操作手柄；7、減重臺(tái)階；8、減重孔；9、直進(jìn)水管凸節(jié)卡槽孔；10、直進(jìn)水管壓裝面；11、直進(jìn)水管被卡凸節(jié)；12、暖風(fēng)直進(jìn)水管；13、水管支持體靠模安裝及受力面；14、水管支持體靠模面（對(duì)稱兩面）；15、水管支持體靠模基準(zhǔn)面；16、彎進(jìn)水管壓裝面；17、備用水管支持體限位塊安裝孔；18、暖風(fēng)彎進(jìn)水管

本安裝工具的定位原理及功能。如下圖7所示：

圖7使用定位原理圖

⑴將②水管支持體靠模安裝在液壓機(jī)的①主軸上，水管支持體靠模安裝螺栓孔⑤為腰型槽，可前后調(diào)節(jié)位置，以便于限位暖風(fēng)（彎）進(jìn)水管的安裝角度；

⑵根據(jù)生產(chǎn)線產(chǎn)品的作業(yè)流向及不同操作者左、右手的安裝習(xí)慣，將⑥（綠色）水管支持體限位塊（左或右）選裝好；

⑶將④暖風(fēng)（彎、直）進(jìn)水管由③水管支持體的安裝入口處向內(nèi)放入，放入到位后，將③水管支持體向②水管支持體靠模上粘合，由⑦磁鐵的作用力將③水管支持體吸附在②水管支持體靠模上；

⑷通過③水管支持體向②水管支持體靠模上粘合的同時(shí)，將⑧手柄向⑥水管支持體限位塊側(cè)拉到位，使得③水管支持體左、右位置得到限位；

⑸對(duì)準(zhǔn)氣缸蓋水管安裝孔位后腳踩液壓機(jī)開關(guān)，開始將④暖風(fēng)（彎、直）進(jìn)水管安裝在氣缸蓋上，待液壓機(jī)壓裝到位后，①液壓機(jī)主軸自動(dòng)回收，此時(shí)的安裝工具水管支持體有了④暖風(fēng)（彎、直）進(jìn)水管與氣缸蓋的鏈接，重量超過了磁鐵的拉力，③水管支持體自然從②水管支持體靠模上脫離下來（暖風(fēng)進(jìn)水管只能從水管支持體的側(cè)面進(jìn)出，垂直方向是受到進(jìn)水管凸起臺(tái)階處限制的）；

⑹通過⑧手柄取下③水管支持體，重新安裝上④暖風(fēng)（彎、直）進(jìn)水管，進(jìn)行下個(gè)產(chǎn)品的操作；

本安裝工具的使用優(yōu)點(diǎn)

既能保證安裝彎管的垂直度也保證彎管的安裝角度； 優(yōu)化裝配工序的同時(shí)提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配工作效率；實(shí)現(xiàn)了一具多用（通用），即彎、直管都能安裝；能適應(yīng)不同操作者左、右手的安裝習(xí)慣；可調(diào)節(jié)安裝方向，能滿足不同生產(chǎn)線（設(shè)備）的作業(yè)流向；提高了暖風(fēng)（彎）進(jìn)水管的安裝精度，降低了氣缸蓋與暖風(fēng)（彎）進(jìn)水管的安裝報(bào)廢率；實(shí)現(xiàn)機(jī)械化安裝，通過設(shè)備的穩(wěn)定性來保證安裝精度，不但提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配質(zhì)量，而且還提高了生產(chǎn)裝配線的可換性，大大降低了生產(chǎn)設(shè)備的資金投入。

5使用本安裝工具的注意事項(xiàng)

將工件（暖風(fēng)進(jìn)水管）放入到水管支持體內(nèi)且定位到液壓設(shè)備上后，操作人員的雙手必須離開設(shè)備與安裝工具的工作區(qū)域之外，才能實(shí)施壓裝作業(yè)；

在使用前，需擦拭干凈安裝工具的表面，不允許有任何的鐵屑與雜質(zhì)粘在安裝工具的定位面上，以確保裝配精度；

定期送檢，以確保安裝工具的使用精度。

任何技術(shù)措施都會(huì)遇到某些特殊的情況，設(shè)計(jì)夾具時(shí)，對(duì)質(zhì)量、生產(chǎn)率、勞動(dòng)條件和經(jīng)濟(jì)性幾方面，有時(shí)也有側(cè)重。但最終應(yīng)能滿足加工或裝配要求的前提下，根據(jù)具體情況處理好生產(chǎn)率與勞動(dòng)條件、生產(chǎn)率與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系，力圖解決主要矛盾。該安裝工具主要側(cè)重于保持現(xiàn)有設(shè)備及場(chǎng)地等條件不變的條件下，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)裝配效率的提高。故此設(shè)計(jì)還存在一定的局限性，若能摒除原有設(shè)備和場(chǎng)地的限制，此安裝工具定能得到更進(jìn)一步的完善與發(fā)展，其所創(chuàng)造出的價(jià)值與效果將不容忽視，且所有生產(chǎn)唯一不變的真理就是，通過最簡(jiǎn)單的方法獲得人們所需要的產(chǎn)品，也是最有效的生產(chǎn)方式。所以無論是安裝工具還是夾具等輔助裝置，只要設(shè)計(jì)的合理，都能為機(jī)械制造的工作效率帶來很大的幫助。隨著電子技術(shù)和冶金技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械設(shè)備步入了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)的細(xì)微化分工階段，手工工具的制造也進(jìn)入更加專業(yè)化的現(xiàn)代工業(yè)時(shí)期，功能更加多樣化，出現(xiàn)了諸如氣動(dòng)工具、定扭扳手、電子儀表裝配工具等專用配套手工工具。在機(jī)械技術(shù)邁向智能、高精密、高速、全自動(dòng)化以及環(huán)保節(jié)能等方向發(fā)展，引導(dǎo)著安裝工具的技術(shù)也朝著高精密、高效率、模塊化、通用化、組合化、經(jīng)濟(jì)方向前進(jìn)，同時(shí)安裝工具在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用前提下，無論是造型設(shè)計(jì)還是材料應(yīng)用等方面也都時(shí)刻不斷的更新和發(fā)展著。只要充分考慮到了力學(xué)、工藝性、結(jié)構(gòu)性、可制造性以及人體功能等設(shè)計(jì)因素，就能設(shè)計(jì)出更具有使用價(jià)值的工具。本安裝工具的設(shè)計(jì)雖然沒有達(dá)到全自動(dòng)化，但在目前發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配過程當(dāng)中還是發(fā)揮了很大的作用，有效地解決了現(xiàn)場(chǎng)的裝配問題，后續(xù)也會(huì)對(duì)其進(jìn)行持續(xù)研究改進(jìn)。

（作者單位：1、寧波吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)零部件有限公司；2、浙江吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司）