發(fā)動機缸體/缸蓋加工中試漏設(shè)備的技術(shù)分析

陳承銳

(柳州五菱柳機動力有限公司，廣西 柳州545005)

早期很多汽車企業(yè)生產(chǎn)缸體、缸蓋檢測三漏(漏油、漏水、漏氣)多會采用浸水檢漏的方式，但這種檢測的方式?jīng)]有準確的獲取被測工件的泄漏量，而且受人員和環(huán)境的影響較大，所以這種方式會比較容易出現(xiàn)誤判的情況，而且還存在節(jié)拍慢、無法自動干燥等問題。在缸體和缸蓋整個加工過程中，在線的氣密試漏檢測設(shè)備則可以有效的及時發(fā)現(xiàn)加工過程出現(xiàn)的問題，有效地降低了不必要的損失。隨著氣密檢測技術(shù)的發(fā)展，目前使用了氦氣介質(zhì)進行氣密檢測，氦質(zhì)譜測漏儀靈敏度高、穩(wěn)定性好、可靠性高、檢測結(jié)果精確，但氦氣測漏儀器和氦氣本身較昂貴，一般汽車企業(yè)多應(yīng)用于發(fā)動機整機和直噴燃油系統(tǒng)微小泄漏率的零部件上。本文主要論述缸體和缸蓋加工最終的油道、水道、內(nèi)腔氣密性干式試漏機(差壓原理)的技術(shù)要求。

1 試漏設(shè)備的技術(shù)要求

1.1 試漏設(shè)備的硬件要求

考慮到產(chǎn)線布局、生產(chǎn)節(jié)拍、智能柔性化、成本等因素，企業(yè)可選用手動、 半自動和全自動的試漏機。

試漏機主體：有足夠的工作性能和強度，工件進出口配置安全光柵、安全門配置安全聯(lián)鎖開關(guān)。配置電子調(diào)壓形試漏測試儀，一個測試密封區(qū)域采用1臺測試儀，各腔體單獨測試。設(shè)備配備標準漏孔，各腔體單獨配置，接通標準漏孔即可進行校驗儀器誤差，同時結(jié)合標準件(現(xiàn)場零件樣件)校驗水道、油道、 內(nèi)腔對應(yīng)封堵夾具的穩(wěn)定性及檢測氣路的密封性能。

試漏機工裝：工裝定位一般原則采用工件運輸面和加工常用定位銷孔(缸體：底面+底面銷孔，缸蓋：底面+底面銷孔)，側(cè)面/端面輔助定位、導(dǎo)向。封堵采用氣液結(jié)合方式，主要封堵面采用液壓封堵為主，考慮密封力和空間情況氣動為輔，封堵缸速度及壓力選擇可調(diào)，封堵力按對應(yīng)封堵位置2-3 倍反作用力計算。在設(shè)計工裝定位、封堵、導(dǎo)向方面，考量模塊化設(shè)計，零部件盡可能通用，減少專用件品種，通過更換模塊化夾具的方式滿足類似產(chǎn)品的快速切換使用。工裝在工件防錯、磕碰、壓傷方面要兼顧設(shè)計，例如工件輸送滾筒表面進行防銹和耐磨處理，為保證不刮花工件，滾筒表面套上橡膠圈。

試漏機液壓及氣動：液壓泵系統(tǒng)壓力可調(diào)(各液壓缸單獨設(shè)置)，并配置壓力表進行監(jiān)控壓力，液壓源有泄壓、保壓功能，配置蓄能器。液壓站具有良好過濾系統(tǒng)，防止油液污染，過濾器配備堵塞檢測功能。檢測氣路與氣動封堵回路分開，檢測儀使用氣動兩聯(lián)件(不帶潤滑油杯)，夾具氣路使用氣動三聯(lián)件(帶潤滑油杯)。氣源配備流量調(diào)壓閥和工作壓力檢測開關(guān)(各氣缸單獨設(shè)置)，監(jiān)測供氣壓力，低于設(shè)定壓力時，設(shè)備停機不能運行并報警。為保證檢測壓力的穩(wěn)定性，在設(shè)備上配專門的氣源處理裝置(含穩(wěn)壓氣源清潔裝置及儲氣罐)。

試漏機電氣：采用PLC 可編程控制器控制，人機界面操作(配置觸摸屏)、設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)。檢測數(shù)據(jù)顯示判別功能：檢測參數(shù)、泄漏率值、自動循環(huán)時間、計數(shù)功能(總數(shù)、合格數(shù)、不合格數(shù))等。手動調(diào)整狀態(tài)下通過觸摸屏執(zhí)行設(shè)備各個動作，觸摸屏設(shè)置有登錄權(quán)限：操作者權(quán)限和管理員權(quán)限，如：計數(shù)清零、不合格件流出功能需要管理員權(quán)限才能操作，并在系統(tǒng)中留下操作記錄。在PLC 控制系統(tǒng)中，設(shè)備發(fā)生故障或其它異常工作狀態(tài)時設(shè)備能互鎖停機并報警。

其他要求：試漏機工件進口配置紅外線溫度檢測功能，監(jiān)控工件溫度，保證試漏值的穩(wěn)定性；設(shè)備帶打刻功能，工件試漏合格，設(shè)備自動打標記，便于后工序清楚識別工件已試漏合格；設(shè)備帶有二維碼掃描功能，并對被測試工件進行測試參數(shù)(測試時間、泄漏量、合格狀態(tài))記錄，所記錄參數(shù)與零件二維碼信息一一對應(yīng)，便于追溯查詢。設(shè)備具有數(shù)據(jù)存儲及本地數(shù)據(jù)查詢功能，以txt 或者access 形式存儲數(shù)據(jù)，設(shè)備能與上位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對接，采用以太網(wǎng)通信協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳(預(yù)留接口)，如MES 系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集分析；設(shè)備具備水套/油道和水套/內(nèi)腔互通泄露檢測功能。

1.2 試漏設(shè)備的參數(shù)要求

試漏工位滿足生產(chǎn)線節(jié)拍和工件實際工況要求，需合理確定測試壓力、測試節(jié)拍和泄漏量三個重要參數(shù)［1］。測試壓力：測試壓力一般與發(fā)動機工作時各類介質(zhì)的實際壓力相當(dāng)或更高；測試節(jié)拍：工件的測試節(jié)拍一般由充氣、平衡保壓、測試和排氣四個階段組成；泄漏量：泄漏量的標準應(yīng)滿足發(fā)動機工作時實際工況的要求，并且與工件材料、腔體結(jié)構(gòu)和試漏機技術(shù)狀態(tài)密切相關(guān)，泄漏量過高會造成三漏質(zhì)量問題，過低會造成料廢率高，造成成本損失。

針對汽油的空氣泄漏量通常為1～5 mL/min，這個最大允許空氣泄漏量足以防止汽油泄漏，最大泄漏量15 mL/min 足以防止自來水的泄漏，空氣通過漏點的速度比液體快100 ～400 倍。此外，零件的壁厚、材質(zhì)等也會對泄漏量的設(shè)定產(chǎn)生影響，在確保零部件的密封性，確?？煽啃?，一些工藝設(shè)計加大充氣壓力和收嚴泄漏量(表1)。

表1 五菱柳機機加工廠1.8L 發(fā)動機缸體油道、水道、內(nèi)腔試漏參數(shù)

試漏測試廠家根據(jù)行業(yè)經(jīng)驗，給某個整車廠建議的發(fā)動機生產(chǎn)過程中部分工藝的技術(shù)指標參考值如表2 所示。

表2 技術(shù)參數(shù)要求參考值

1.3 試漏設(shè)備的工作流程

企業(yè)在使用試漏設(shè)備，有選用手動、半自動和全自動的試漏機。本文以五菱柳機機加工廠1.8 L 發(fā)動機缸體油道/水道/內(nèi)腔檢測的全自動試漏機為例，來闡述試漏設(shè)備的工作流程。

正常試漏工作流程：工件自動上料→阻擋掃描二維碼，識別機型→紅外測溫→進入油道/水道試漏工位→油道試漏→水道試漏→油道/水道試漏合格后進入內(nèi)腔試漏工位→內(nèi)腔試漏→試漏合格→打刻合格標識→工件流出。

試漏異常工作流程：

掃碼不合——設(shè)備報警，阻擋不放行。

測溫不合——設(shè)備報警，阻擋不放行。

試漏不合——工件下降后鎖定在當(dāng)前工位，阻擋前行且設(shè)備報警。手動確認是否重試，若不重試，滾道反轉(zhuǎn)將工件往后退，不允許工件往前流出。如需向前放行，需輸入密碼解鎖(管理員模式)。

打刻標識異常——工件鎖定在當(dāng)前工位，阻擋前行且設(shè)備報警。手動確認是否重打，若不重打，滾道反轉(zhuǎn)將工件往后退，不允許工件往前流出。如需向前放行，需輸入密碼解鎖(管理員模式)。

2 試漏設(shè)備穩(wěn)定性驗證

試漏設(shè)備穩(wěn)定性與否與封堵系統(tǒng)的密封效果有關(guān)，而封堵系統(tǒng)的密封效果取決于密封件材料的選擇、零部件密封面的加工工藝、密封方式、夾具剛性、夾緊力的大小、溫度、濕度等多方面因素影響［2］。設(shè)備穩(wěn)定性與居多因素有關(guān)，所以驗證試漏設(shè)備的穩(wěn)定性至關(guān)重要。

設(shè)備在安裝調(diào)試完成后，對試漏設(shè)備進行標定：用試漏儀自帶的標準漏口進行測試，［(帶標準漏口泄漏值-不帶標準漏口泄漏值)-標準漏口標稱值］/標準漏口標稱值的相對誤差結(jié)果在±10%的范圍內(nèi)，重復(fù)標定≥10 次，每次的結(jié)果在±10%內(nèi)［3］(表3)。

表3 缸體最終漏機標定結(jié)果

對試漏設(shè)備進行MSA 分析，計算設(shè)備的能力指數(shù) Cg，使用工件進行≥1×30 次的測試，能力指數(shù)Cg≥1.33，設(shè)備的能力指數(shù)符合要求［3］(表4)。

表4 缸體最終試漏機Cg 能力報告

對試漏設(shè)備重復(fù)性-再現(xiàn)性(R&R)進行分析判定，指定3 名操作員，抽取10 個零件作為樣本，每位操作員重復(fù)2 ～3 次進行零件測試收集數(shù)據(jù)(重復(fù)測試時零件1～10 順序隨機重排)。判定準則：1)誤差%R&R 低于10%時，測量系統(tǒng)可接受；2)當(dāng)誤差%R&R為10%～30%時，根據(jù)應(yīng)用的重要性、設(shè)備成本、維修費用等可能是可接受；3)誤差%R&R 大于30%時測量系統(tǒng)不可接受，測量系統(tǒng)需要改進。同時ndc 必須不小于5［3］(表5、6)。

表5 測量系統(tǒng)重復(fù)性-再現(xiàn)性數(shù)據(jù)表

表6 測量系統(tǒng)重復(fù)性-再現(xiàn)性報告表

試漏設(shè)備經(jīng)過初期穩(wěn)定性驗證，可進入批量生產(chǎn)，同時為試漏參數(shù)的優(yōu)化、批量生產(chǎn)后零件的差異性和溫度、濕度、密封系統(tǒng)的變化，收集更多泄漏量值，進行正太分布分析，確定設(shè)備試漏參數(shù)，并進行沉水驗證設(shè)備參數(shù)的可靠性，一般油道充氣壓力為0.5 MPa，水道充氣壓力為0.3 MPa，沉水時間是試漏設(shè)備充氣、檢測、保壓、泄氣全過程時間的2 倍，進行檢查零件是否密封。對于零件差異性和溫度、濕度、密封系統(tǒng)的變化，在設(shè)備運行一個月后，重新計算設(shè)備能力指數(shù) Cg 和分析設(shè)備重復(fù)性-再現(xiàn)性(R&R)［3］。

3 試漏設(shè)備使用維護

3.1 維護點檢

設(shè)備使用過程中，操作員必須按照公司規(guī)定的設(shè)備操作規(guī)程進行，同時做好設(shè)備的保養(yǎng)和維護工作(表7)。

表7 設(shè)備維護保養(yǎng)規(guī)范

在日常工作中，設(shè)備使用維護分日常(自主)保養(yǎng)點檢和周期(專業(yè))保養(yǎng)點檢，考量到各企業(yè)管理模式，會存在自主、專業(yè)點檢內(nèi)容的不同等(圖1)。

圖1 五菱柳機機加工廠缸體最終試漏機日常保養(yǎng)點檢表

3.2 標準件測漏

試漏設(shè)備在日常工作中為確保設(shè)備的正常運行，保證零件的試漏準確判定，每班生產(chǎn)過程中，在開班、中途、下班前三個時間點，使用標準樣件對試漏設(shè)備進行測試，試漏泄漏量與標準件標定泄漏量進行比較(一般判定原則：±10%內(nèi))，以判定試漏設(shè)備的準確性。

4 結(jié)束語

在發(fā)動機缸體、缸蓋制造中，氣密性測試對保證產(chǎn)品的質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用，是控制發(fā)動機質(zhì)量的一個重要指標，因此，要求做到“100%測試100%合格”。