譚明作
(柳州五菱柳機(jī)動力有限公司,廣西 柳州545005)
汽油發(fā)動機(jī)是內(nèi)燃機(jī)的一種,是通過在發(fā)動機(jī)內(nèi)部(燃燒室)點(diǎn)燃A/F混合氣,使燃燒室內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓氣體來推動活塞,經(jīng)過連桿,帶動曲軸和飛輪進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,將熱能轉(zhuǎn)化為動能并輸出。參與發(fā)動機(jī)工作過程的內(nèi)部介質(zhì)有被點(diǎn)燃后的高溫高壓氣體、冷卻液、潤滑機(jī)油等,如果這些內(nèi)部介質(zhì)之間發(fā)生交叉泄漏,那么發(fā)動機(jī)的可靠性和性能指標(biāo)將受到嚴(yán)重影響,甚至?xí)p毀發(fā)動機(jī)。
對于發(fā)動機(jī)不同部位的密封性要求,其泄漏量的閾值是有所區(qū)別的。根據(jù)發(fā)動機(jī)的工作特性和技術(shù)設(shè)計(jì)要求,在能夠保證發(fā)動機(jī)的可靠性及性能指標(biāo)下,是允許存在一個合適范圍內(nèi)的泄漏量。如:進(jìn)排氣門與氣門座之間的配合,是無法做到絕對的不漏。由于在發(fā)動機(jī)生產(chǎn)制造過程中,無法模擬出發(fā)動機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài),因此發(fā)動機(jī)零部件之間的實(shí)際泄漏量測量往往采用替代的檢測方式,目前普遍采用氣密性檢測方式[1]。
氣密性檢測是保證零部件質(zhì)量及生產(chǎn)制程質(zhì)量的重要手段[2]。氣密性檢測設(shè)備已普遍應(yīng)用于發(fā)動機(jī)制造行業(yè),氣密性檢測已逐漸替代傳統(tǒng)的浸油撿漏、沉水檢漏等檢測方式。氣密性檢測設(shè)備作為生產(chǎn)和檢測一體的檢試設(shè)備,需要定期進(jìn)行校準(zhǔn)。
目前對于發(fā)動機(jī)氣密性要求,是尚無國家標(biāo)準(zhǔn)可參考。我司生產(chǎn)的不同平臺的汽油發(fā)動機(jī),其生產(chǎn)制程的氣密性控制,即試漏儀的工藝參數(shù)制定,都是通過大量的生產(chǎn)驗(yàn)證、沉水試驗(yàn)以及臺架試機(jī)等多種手段結(jié)合起來,經(jīng)過對數(shù)據(jù)的正態(tài)分布,6準(zhǔn)則等分析手段,得出對應(yīng)機(jī)型的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為該機(jī)型的試漏工藝參數(shù)和泄漏量控制值。
氣密性試漏儀工作原理是檢測密閉容腔內(nèi)的壓力變化量,再轉(zhuǎn)換為每分鐘氣體泄漏量來判斷密閉容腔是否有泄漏。測量循環(huán)由五個階段組成:等候(預(yù)充氣)、充氣、穩(wěn)定、測試、排氣。測量循環(huán)如圖1所示。
圖1 氣密性試漏儀測量循環(huán)
我司目前采用的氣密性試漏儀為阿黛凱(ATEQ)F系列和D系列(層流管式)。
阿黛凱F系列試漏儀原理圖如圖2所示,采用壓差法測量,測出測試零件與標(biāo)準(zhǔn)零件或封堵短管兩端壓差,并計(jì)算出泄漏量,計(jì)算方法見公式1.
圖2 阿黛凱F系列試漏儀原理圖
公式1:
式中,F(xiàn)為泄漏流量;V為測試零件容積;ΔP為壓降。
阿黛凱D系列試漏儀原理圖如圖3所示,采用壓差法測量,測出層流管兩端壓差,并計(jì)算出實(shí)時泄漏量,計(jì)算方法見公式2.
圖3 阿黛凱D系列試漏儀原理圖
公式2:
式中,μ為流體的密度;L為層流管的長度;Q為層流管流量;R為層流管的內(nèi)半徑;ΔP為層流管兩端的壓差。
長缸體狀態(tài),即發(fā)動機(jī)在已經(jīng)完成了除進(jìn)、排氣管裝配工序之外的單機(jī)狀態(tài)。如圖4所示。
圖4 長缸體狀態(tài)的單機(jī)
在確定試漏儀測量循環(huán)程序各階段時間時,需要結(jié)合產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍設(shè)計(jì)和產(chǎn)品被測試部分的腔體容量,對循環(huán)階段的時間進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。表1是我司某機(jī)型長缸體試漏循環(huán)各測試階段的時間參數(shù)。油道的腔體屬于較大容積,需要進(jìn)行預(yù)充氣,以減少總測試時間,提高生產(chǎn)節(jié)拍,因此油道試漏采用了阿黛凱D系列的試漏儀,具備預(yù)充氣功能,能有效減少充氣時間。而水道試漏則采用了阿黛凱F系列試漏儀。
表1 某機(jī)型長缸體試漏循環(huán)各測試階段的時間參數(shù)
第一步,首先需要制作一個小泄漏量的不合格件。對該不合格件進(jìn)行1×10的重復(fù)測試,取這10次測試結(jié)果的算術(shù)平均值作為初定的泄漏量控制上限。
第二步,以初定的泄漏量控制上限為判定依據(jù),收集該試漏設(shè)備所測出的在初定泄漏量上限范圍內(nèi)的50臺數(shù)據(jù)(條件允許則可適當(dāng)加大數(shù)據(jù)量),然后利用六西格瑪原理計(jì)算出數(shù)據(jù)分布的X±3σ(按過程能力指數(shù) CPK 為 1,見表 2),分別以 X+3σ、X-3σ 做為初步的泄漏量監(jiān)控范圍上、下限。
表2 CPK與USL、PPM關(guān)系
第三步,初定監(jiān)控范圍后,則開始進(jìn)行工藝驗(yàn)證或生產(chǎn)驗(yàn)證,使得數(shù)據(jù)達(dá)到125臺套后,重新運(yùn)用六西格瑪原理優(yōu)化泄漏量監(jiān)控上、下限,同時需要通過對不合格件進(jìn)行沉水試驗(yàn),判定泄漏量范圍制定的合理性。
第四步,在完成第三步的泄漏量監(jiān)控范圍優(yōu)化后,仍需定期(前期建議1000臺套/次)利用六西格瑪原理對X±3σ進(jìn)行監(jiān)控,如圖5所示。
圖5 某機(jī)型長缸體試漏(油道)數(shù)據(jù)分布
試漏儀作為發(fā)動機(jī)生產(chǎn)制程的關(guān)鍵檢測設(shè)備,必須在每個班正常生產(chǎn)前進(jìn)行開班首檢,以保證試漏設(shè)備處于正常工作狀態(tài),確保發(fā)動機(jī)生產(chǎn)制程檢測工具的有效性。開班首檢方式通過對標(biāo)準(zhǔn)件(OK件和NOK件)進(jìn)行檢測確認(rèn)。
試漏儀每年需要進(jìn)行一次標(biāo)定。在進(jìn)行標(biāo)定時,首先要確保試漏儀及其管接系統(tǒng)是零泄漏,再將標(biāo)準(zhǔn)漏口安裝于試漏管路中,連續(xù)進(jìn)行3次試漏驗(yàn)證,要求試漏結(jié)果在Q±10%以內(nèi)(Q為標(biāo)準(zhǔn)漏口標(biāo)定泄漏率)。
通過長缸體氣密性檢測,可以有效探測出缸蓋內(nèi)漏、前罩殼裂痕 、火花塞密封缺陷、機(jī)油濾清器連接管螺紋缺陷、曲軸皮帶螺栓密封缺陷、油軌夾膠、各零件結(jié)合面刮花、結(jié)合面異物等多種發(fā)動機(jī)生產(chǎn)制程的裝配缺陷以及部分零件缺陷。氣密性檢測是保證發(fā)動機(jī)生產(chǎn)制程質(zhì)量的有效手段。
環(huán)境溫度、濕度,工件溫度以及氣源壓力等,對氣密性試漏都有顯著影響,因此在實(shí)際運(yùn)用中需要考慮以上因素。特別是機(jī)加工剛下線的工件,如果采用氣密性進(jìn)行試漏時,尤其需要注意工件溫度與測試策略的關(guān)系,以確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和一致性。
我司發(fā)動機(jī)生產(chǎn)線是全封閉式全室空調(diào)環(huán)境,保證了裝配環(huán)境有較高的一致性,裝配零件與環(huán)境溫度基本一致,測試氣源均經(jīng)過穩(wěn)壓處理,確保檢測條件的一致性。通過在發(fā)動機(jī)生產(chǎn)制程使用氣密性測試手段,我司某機(jī)型發(fā)動機(jī)總成的質(zhì)量水平有了顯著提高,零公里PPM為86,而在沒有運(yùn)用氣密性測試手段的另外一種機(jī)型,零公里PPM則接近900.同時,因?yàn)榘l(fā)動機(jī)生產(chǎn)制程使用了氣密性測試手段,我司某機(jī)型發(fā)動機(jī)的臺架測試時間也從15 min縮短到10 min,減少了5 min的試機(jī)成本,同時又提高了試機(jī)效率。
近10年來,隨著生產(chǎn)線在線檢測技術(shù)的升級應(yīng)用和智能制造裝備的投入使用,我國汽車工業(yè)生產(chǎn)制造水平有了長足的進(jìn)步,國產(chǎn)汽車整車質(zhì)量及發(fā)動機(jī)總成質(zhì)量與合資品牌汽車的質(zhì)量差距越來越小。隨著中國制造2025的持續(xù)推進(jìn),我國汽車工業(yè)也將迎來與國外汽車工業(yè)齊肩并進(jìn)的機(jī)會,甚至超越他們。