缸体自动涂胶机的实现

2011-02-09刘彤晏

制造业自动化 2011年4期

刘彤晏

（大连工业大学机械学院，大连 116034）

0 引言

汽车工业的高速发展推动了自动装配技术的不断提高，汽车装备的高自动化、高柔性、高智能是汽车装备制造业和汽车工业发展的方向[1]。

发动机装配过程中，在缸体和缸盖等零件的塞孔处压装碗形塞或在其表面压装其它零件是常见的工艺手段。压装后，由于表面的加工变形及其表面粗糙度的存在，在配合时常常会成为水、油泄露的通道[2]。因此在压装工作之前，需要在缸体塞孔处或表面采用密封材料进行密封，现在一般采用密封胶进行涂胶处理，如图1所示。

图1 碗形塞压装

过去，涂胶工作主要是采用手工方式完成的。但手工刷涂对施工工艺及位置精度要求严格[3]涂胶时，由工人在自动线上流水操作，将胶分别刷涂在要涂胶的部位，然后在下一工序完成压装。但随着发动机装配技术的快速发展及高效生产率的要求，这种手工方式刷涂的严重缺陷也日益暴漏出来。

其主要问题有以下几点：

1）刷涂位置和涂胶量是难以准确控制的。工人在刷涂时，不同操作方式和使用方法会造成刷涂的胶量的不均匀，有的甚至会把外界杂质带进胶中，刷涂质量不够稳定。

2）刷胶工作造成了生产现场的污染，危害人身健康和环境。

3）生产效率低。

基于以上情况，实现碗形塞孔的自动涂胶是解决当前发动机装配生产效率和环境污染控制管理必须进行的一项工作。而采用自动化作业生产线或工作站将是一种必然的趋势[4]。

1 自动涂胶工艺

1.1 涂胶密封

为实现自动涂胶的实现，首先选择合适的密封胶材料。密封胶主要分为两大类，厌氧型和硅橡胶型密封剂。

厌氧胶是一种即可用于粘接又可以用于密封的胶，具有厌氧性。厌氧性是指胶中的固化成份与氧气接触就会成为液态而不固化。这样当胶渗入工件缝隙与空气隔绝时，就能够在两配合表面之间迅速固化，有良好的即时密封性，固化后具有一定的韧性，在配合表面能保持一定的密封压力。这种密封胶常使用于较小平面间隙、较高介质压力的平面密封，因此厌氧胶成为压装配合的主要密封材料。

硅橡胶型平面密封剂适用于大平面间隙、较小介质压力的平面密封，也可与其它固体平面垫片配合使用，可以满足设备维修时的平面密封需求。

常用的密封胶主要是乐泰系列的各型号。乐泰510厌氧型平面密封剂耐高温，用于刚性结构，紧密配合的法兰件最大填充间隙0.25mm。

乐泰515厌氧型密封剂，能形成柔性垫片，填充间隙小于0.25mm的刚性法兰，它有柔性允许法兰在工作时有小的位移。

乐泰518厌氧型平面密封剂最大填充间隙0.25mm，可以用于柔性金属装配包括铝的表面。

乐泰587硅橡胶型平面密封剂，蓝色高延伸率，润滑油性好，最大填充间隙6mm，固化速度快。

乐泰Instant Gasket即时平面密封剂快速密封优良的耐油、耐候性能可用于低压泄露处及时堵漏。

乐泰596超高温硅酮密封剂能够对工业熔炉、烤箱、锅炉、排气器、导管以及加热元件进行维修作业。

在选择密封剂时，可根据填充零件及压装的情况进行选择。在这里主要考虑的参数是胶的粘滞特性，胶的特性。

1.2 缸体涂胶工艺

对发动机缸体零件自动涂胶，是为了满足缸体压装装配要求，一般可在自动线上完成相应工序。工序包括对零件自动涂胶、压装、试漏三个主要过程。

在自动线上，工件被放置在托盘上，托盘在滚道输送，滚道上设有侧导向装置和挡料装置。在每道工序处托盘上的夹具对零件进行定位夹紧，完成操作后松夹送到下一工位。

2 自动涂胶机的设计

2.1 被涂缸体工序图

为了实现涂胶工艺，还需对被涂零件进行进一步的分析，主要是了解被涂零件的涂胶部位，定位和夹紧位置及方式，确定实现涂胶轨迹的结构方案，决定自动涂胶的组成。

2.2 缸体碗形塞孔自动涂胶

在选择合适的的密封剂和分析被涂零件后，就可以选择合适的涂胶装置。

对缸体碗形塞孔的涂胶主要采用供胶装置和电动甩胶装置来实现。

图2 涂胶零件工序图

供胶装置主要包括数控储罐式涂胶阀和供胶器组成，如图3所示，在使用时与电动甩胶器配合使用。

图3 内孔涂胶示意图

涂胶阀是由压缩空气控制出胶量的装置，涂胶的多少可通过气动阀组控制压力进行调节。涂胶阀具有回抽功能，当发生故障时可自动报警。

电动甩胶器通过旋转轴带动甩胶胶碗（旋杯）旋转，甩胶胶碗上均布有小孔。甩胶器利用离心力将供胶胶管中挤出的胶从小孔处均匀甩出，甩涂在塞孔的内壁上。根据胶液的粘性以及与孔壁的粘滞系数不同，通过改变甩胶器的旋转速度和时间，这样由甩胶器的胶嘴处挤出的胶带可按要求涂在工件的确定位置上，胶条的粗细由胶嘴大小和供胶压力共同调节。

智能视觉传感器可检测胶条是否有断点以及胶条粗细是否在要求范围内，如果超差，该装置会自动报警。可考虑选择OMRON的ZFV图像传感器。

最后，我把早点一扫而光。收拾完毕后，父亲最后一次检查家里。一路上，父亲一直走在前面，我看不清他的表情，但我能看到他的背影。想起年少时，父亲第一次送我上幼儿园的情形：他一直把我抱在怀里，直到进了幼儿园，才极其不舍地把我交给老师。初去的那几天，我总是哭闹，后来，父亲把我送到幼儿园，他一直站在幼儿园的栅栏门外，看我在院子里玩耍。隔着栅栏门，看到父亲，我再无惧怕，玩得很开心。现在，我依然清晰地记得那时的感觉。每天放学，我都渴望父亲早些出现在幼儿园门口……

在设计时主要给出以下技术参数：

1）厌氧胶的型号及其容量

2）胶的粘度

3）胶线的宽度

4）涂胶的速度

5）胶线的流量

6）满足用户的生产批量，设定节拍

气源压力 4—8 bar

胶管直径外径6

气管直径外径4 内径2.5

工作温度 -10-+40

所选的甩胶器要求高扭矩，高转速，甩出胶线均匀，具有快速刹车控制，转头为弹性承载设计，减少碰撞性损坏的特点。

其工作参数如下：

电源 DC24V，300mA夹持直径 35或40

转数 8000～10000转/分

较高转数的甩胶器可将粘度较大的胶甩出，而避免粘住造成堵塞。在旋转涂胶中，转速是最重要的参数之一，旋转速度通常决定最终胶带的厚度[5]。

机床工作配置主要由夹具，支承部件，供胶装置，电动甩胶器，数控滑台，供胶管路，电气控制系统组成。夹具对缸体零件采用一面两销的定位方式，夹紧装置可以手动。数控滑台采用伺服电机驱动，其定位和重复精度十分关键，在其上的供胶装置和甩胶器由其准确送进到缸体的塞孔位置。供胶管路由胶泵，胶阀及胶管组成，设计时要注意其管路长度不得超过2500mm,否则由于过长会造成堵塞。电气控制由PLC控制其自动循环过程。

2.3 工作过程

其系统的工作过程如下：

工件由滚道输送到位，夹具对其定位，夹紧。这时，数控滑台的伺服电机启动，带动其上的装置送进至塞孔处，下移至胶碗深入到碗形塞孔的适当位置时，启动甩胶器。在延时0.1-0.5秒后再开启涂胶阀0.1-1秒。供胶停止后，甩胶器继续运转0.1-5秒后，甩胶器断电，同时数控滑台换向使甩胶器和涂胶阀移出碗形塞孔。供胶量是通过调节时间（0.1-1秒）及涂胶阀的开启实现的。

涂胶后应在10分钟内必须完成压装，否则由于胶的流动而分布不均。

2.4 缸体其它位置的自动涂胶

当对缸体表面进行涂胶时，主要考虑完成涂胶轨迹的实现。

如图4所示为缸体表面涂胶机示意图。其运动轨迹的实现主要采用ISA/ISPA直线驱动装置。ISA/ISPA直线驱动可实现在X,Y轴方向的直线驱动，此装置配合X-SEL多轴控制器使用，通过编码器发出相应的指令完成在X、Y轴方向的移动。

图4 平面涂胶示意图

如果喷涂工件位置的形状轨迹较为复杂，为空间的三维曲线，为达到较好的工艺精度，可采用六自由度的机械手或机器人。

2.5 缸体涂胶的自动检测

胶条在一个平面内或不完全在一个平面内（被涂工件有地方略由小的突起），检测其是否断胶可采用KEYENCE的颜色传感器。颜色传感器是利用它的单光源光学检测原理实现检测的。LED发射可见白光作为检测用光。在一个很大的检测范围内，以持有的光学系统技术检测被测物体的颜色，而不受被测物体形状的影响。通过简单的示教功能，可以快速地设置颜色，将示教颜色与目标颜色进行对比，判断目标物体的颜色是否和参考颜色匹配，从而判断出断胶位置。

3 自动涂胶生产线的实现

涂胶机是针对企业生产需要而设计的非标准化的专用自动化设备，一般要适应大批量的生产需要。减少设计制造周期，提高设备的可靠性以及自动化水平的高低，是该设备能否推广使用的关键。在自动涂胶机基础上，将相关设备模块化，集成化，组成自动涂胶生产线，可以大大地提高生产的效率，更有利于设备的制造和维护，如图5所示。