暖风进水管安装工具的设计与研究

黄财明 陈杰 卢振东 王瑞平

发动机是一个结构复杂紧凑而精密的动力装置，不仅零件种类繁多，而且还有许多结构独特的零件，常规的安装工具有时无法满足发动机部分零部件的装配精度要求。暖风进水管是发动机暖风系统上的重要零部件之一，其作用是为冬天车内提供暖气，主要分为两种结构：直管型、弯管型，如下图1所示。根据不同的变速器进行选用，一般手动挡变速器选用直管，自动挡变速器则选用弯管进行匹配装机，所以发动机在生产线装机的时候，就会出现许多装配切换的工作量。为了提高发动机的生产装配效率、降低制造成本、减少装配过程中的变型机装配切换导致生产率低下的问题，故设计此安装工具，用以提高发动机暖风进水管的安装效率和装配质量。本文就此安装工具的设计、功能以及研究目标作以下简单的介绍。

图1暖风进水管

2安装工具

安装工具的概述。安装工具也可称为工装或辅助装置，是机械制造时用以迅速安装和固定工件，使机械安装零件与安装部件保持相对正确、稳定位置的工艺装置，是工装夹具的另一种体现形式。即安装工具是机械制造不可缺少的工艺装置之一，在机械制造当中特别是机械装配当中运用非常广泛。

安装工具在机械制造当中的作用。合理选用安装工具，不仅有利于保证工件的安装精度，稳定产品质量，而且还有利于提高劳动生产率、降低制造成本，同时也是设备与设备之间最有效的衔接桥梁。在机械制造的工作效率、节省装配时间方面起着事半功倍的效果，最终将达到制造成本低廉，使得自身产品具有成本的竞争优势，同时也能将产品的收益进一步的扩大。只要一件工具或工装设计合理，不但具有合二为一的作用，同时也有利于减轻操作人员的劳动强度，保证安全生产，扩大机床设备的工艺使用范围，实现“一机多用”，将原本由两台设备共同完成的工作量，通过合理的设计或选用工具及工装，就能在一台设备上或一个岗位上就能实现完美的装配操作[1]。在制造型企业的建厂投入时期，无论是在厂房占地面积还是购买设备等方面都能大大减少资金成本的投入，同时也包括后续操作者人员的投入。

3暖风进水管的安装现状

暖风进水管的结构。暖风进水管的结构一般分为直管、弯管两种形式。在汽车制造时，为能满足客户的需求，需要针对不同需求的车型配备不同的变速器而进行选用暖风进水管，手动挡变速器选用直管，自动挡变速器选用弯管进行匹配装机。直管型暖风进水管在安装时，只要使用能保证垂直度的简易工装就能通过液压机进行快速准确地进行压装，但弯管型暖风进水管由于外形结构比较特殊，在安装时就很难通过液压机实现快速有效的进行压装，因此，弯管型暖风进水管通常只能采用手工安装，或采用专用设备进行安装。例如：L型暖风进水弯管的安装方法是用一端带有开口叉头的简易工具，卡住暖风进水管的突起台阶处，然后敲击简易工具的另一端，使暖风进水管插入气缸盖上的安装孔内，安装后再用角度检测工具检验暖风进水弯管的角度朝向是否符合技术要求，如图2、3所示。这种手工作业安装法非常原始且工序繁琐，安装精度得不到保证、未实现机械安装且安装效率低。既要保证安装垂直度又要保证弯管的角度朝向，所以极易出现偏差，一但出现偏差就无法返修，直接导致整个气缸盖报废。此外通过敲击的方式进行安装，也经常会造成弯管型的暖风进水管被敲裂，直接导致进水管报废，因此增加了发动机的制造成本。

图2 安装过程

图3 检测过程

其中：1、暖风（弯）进水管2、安装工具3、气缸盖4、角度检验工具

暖风进水管的安装技术要求。

必须在保证被压工件（暖风进水管）与气缸盖相互垂直的前提下进行压装；压装前需在气缸盖安装孔内壁涂上润滑油；施加压装受力时，应缓慢、平稳及受力均匀地将被压工件（暖风进水管）压入到气缸盖安装孔内；严格控制安装深度，以免涨裂气缸盖或暖风进水管；安装弯管型的暖风进水管时，另一端口与气缸盖（气缸盖与缸体相互安装面）面保证一定的角度朝向。

4暖风进水管安装工具的设计

研究目标。为提高发动机气缸盖安装暖风进水管的工作效率，降低发动机的制造成本，通过结构优化设计，来满足现场各种要求的最佳结构尺寸，并且充分利用计算机技术、有限元技术和优化技术共同来设计暖风进水管安装工具，使发动机暖风（弯、直）进水管安装实现通用化、简易化、精准化操作，以提高工作效率及降低操作者的工作强度，同时降低产品材料消耗。该文原载于中国社会科学院文献信息中心主办的《环球市场信息导报》杂志http：//www.ems86.com总第539期2014年第07期-----转载须注名来源结构优化设计充分利用了计算机技术、有限元技术和优化技术，可大大缩短设计周期，降低产品材料消耗，提高产品装配精度和性能，并将产生明显的经济效益。因此根据暖风进水管的结构特点、装配技术要求以及场地的制约，作了以下初步的设计与研究[2]。

安装工具设计的前提条件。随着电子技术、新材料与新能源不断的运用到汽车上，汽车发动机技术也在日新月异地不断发展，导致汽车制造商前期投入的生产设备已不能完全满足现在的生产需要，故本安装工具的设计思路只能在现有设备、场地的基础上，以现场实际考虑为出发点，必须要以最小的投入资金为前提条件来解决目前生产现状所出现的困难点，所以本安装工具的设计范围就从现有的设备与空间着手，通过使用此设计安装工具后，将继续发挥原有设备的功能，不通过新增设备或扩大场地来解决生产现状问题。

暖风进水管安装配合处为过盈配合，其压入气缸盖内的深度又比较长，如下图4所示，且暖风弯进水管折弯处容易与安装工具产生干涉，压入过程中暖风进水管易出现倾斜，划伤气缸盖安装孔内壁的表面，直接导致安装处不能有效的进行密封；由于暖风进水管是薄壁管件，若安装不当，直接导致暖风进水管被压裂或变形，使得发动机造成漏水现象的出现。

图4 暖风进水管在气缸盖上的安装部位

而且发动机对暖风弯进水管朝向角度有着严格的要求，若安装不到位，后续连接在弯管上面的暖风进水橡胶管，将与发动机上的其它管路及线束产生干涉，直接导致发动机异响或管路相互产生摩擦等潜在危害的发生（如：漏水、漏油及火烧车等），所以安装暖风弯进水管时，另一端口必须与气缸盖（气缸盖与缸体相互安装面）面保证合理朝向来避免相互干涉。

本安装工具的设计思路。在机械设计中，不仅要保证所设计的机械设备具有良好的工作性能，而且还要考虑能否制造和便于制造。这种在机械设计中综合考虑制造、装配工艺及维修等方面各种技术问题，称为机械设计工艺性[3]。在本安装工具设计时，必须通过现场分析且结合暖风进水管安装的现状，以现有的环境条件为基础，从研究目标方向出发，综合考虑使用功能。该工具就从本安装工具的外形结构、尺寸以及实用性和经济性方面入手，如图5所示，尽量满足以下基本要求而展开设计：

保证足够的强度和刚度；尽可能设计成简单、轻便的结构，在保证具有可靠强度与刚度的前提下，做到结构简单、紧凑、体积小、质量轻以及便于操作者的装卸；安装工具作用准确，安装时应能保持暖风进水管与安装工具之间不脱落，保证安装工件能安全可靠的进行安装定位；夹紧动作迅速，操作方便省力，且夹紧时不破坏零件的表面质量；结构的工艺性好，便于制造、装配和检验；清洁、维护保养方便，便于今后的维修。

图5设计成型后的安装工具外形结构

因管类件的安装，容易产生安装面受力不均匀，会将暖风进水管安装偏移，故此设计的安装工具采用平面受力安装，以机械设备来保证安装垂直度，使得暖风进水管安装面受力均匀，在保证安装垂直度的前提下，快又准压入到气缸盖安装孔内。通过本方案的设计，可扩大其工艺的使用范围，运用到其它生产装配的过程当中，同时还可优化机械生产结构的机械化以及推动机械的综合发展。

本安装工具的结构。如下图6所示，此安装工具主要由水管支持体靠模和水管支持体两部分组成，两部分采用高强磁铁的吸附着力进行定位配合使用。水管支持体靠模主要固定在液压机的主轴上，但通过安装腰形槽可调节前后偏置角度，水管支持体则属于非固定式，可随操作者的操作节拍随时分开。

图6安装工具结构说明图

1、水管支持体；2、水管支持体靠模；3、水管支持体限位块；4、高强磁铁；5、安装腰形孔；6、操作手柄；7、减重台阶；8、减重孔；9、直进水管凸节卡槽孔；10、直进水管压装面；11、直进水管被卡凸节；12、暖风直进水管；13、水管支持体靠模安装及受力面；14、水管支持体靠模面（对称两面）；15、水管支持体靠模基准面；16、弯进水管压装面；17、备用水管支持体限位块安装孔；18、暖风弯进水管

本安装工具的定位原理及功能。如下图7所示：

图7使用定位原理图

⑴将②水管支持体靠模安装在液压机的①主轴上，水管支持体靠模安装螺栓孔⑤为腰型槽，可前后调节位置，以便于限位暖风（弯）进水管的安装角度；

⑵根据生产线产品的作业流向及不同操作者左、右手的安装习惯，将⑥（绿色）水管支持体限位块（左或右）选装好；

⑶将④暖风（弯、直）进水管由③水管支持体的安装入口处向内放入，放入到位后，将③水管支持体向②水管支持体靠模上粘合，由⑦磁铁的作用力将③水管支持体吸附在②水管支持体靠模上；

⑷通过③水管支持体向②水管支持体靠模上粘合的同时，将⑧手柄向⑥水管支持体限位块侧拉到位，使得③水管支持体左、右位置得到限位；

⑸对准气缸盖水管安装孔位后脚踩液压机开关，开始将④暖风（弯、直）进水管安装在气缸盖上，待液压机压装到位后，①液压机主轴自动回收，此时的安装工具水管支持体有了④暖风（弯、直）进水管与气缸盖的链接，重量超过了磁铁的拉力，③水管支持体自然从②水管支持体靠模上脱离下来（暖风进水管只能从水管支持体的侧面进出，垂直方向是受到进水管凸起台阶处限制的）；

⑹通过⑧手柄取下③水管支持体，重新安装上④暖风（弯、直）进水管，进行下个产品的操作；

本安装工具的使用优点

既能保证安装弯管的垂直度也保证弯管的安装角度； 优化装配工序的同时提高了发动机的装配工作效率；实现了一具多用（通用），即弯、直管都能安装；能适应不同操作者左、右手的安装习惯；可调节安装方向，能满足不同生产线（设备）的作业流向；提高了暖风（弯）进水管的安装精度，降低了气缸盖与暖风（弯）进水管的安装报废率；实现机械化安装，通过设备的稳定性来保证安装精度，不但提高了发动机的装配质量，而且还提高了生产装配线的可换性，大大降低了生产设备的资金投入。

5使用本安装工具的注意事项

将工件（暖风进水管）放入到水管支持体内且定位到液压设备上后，操作人员的双手必须离开设备与安装工具的工作区域之外，才能实施压装作业；

在使用前，需擦拭干净安装工具的表面，不允许有任何的铁屑与杂质粘在安装工具的定位面上，以确保装配精度；

定期送检，以确保安装工具的使用精度。

任何技术措施都会遇到某些特殊的情况，设计夹具时，对质量、生产率、劳动条件和经济性几方面，有时也有侧重。但最终应能满足加工或装配要求的前提下，根据具体情况处理好生产率与劳动条件、生产率与经济性的关系，力图解决主要矛盾。该安装工具主要侧重于保持现有设备及场地等条件不变的条件下，实现生产装配效率的提高。故此设计还存在一定的局限性，若能摒除原有设备和场地的限制，此安装工具定能得到更进一步的完善与发展，其所创造出的价值与效果将不容忽视，且所有生产唯一不变的真理就是，通过最简单的方法获得人们所需要的产品，也是最有效的生产方式。所以无论是安装工具还是夹具等辅助装置，只要设计的合理，都能为机械制造的工作效率带来很大的帮助。随着电子技术和冶金技术的发展，机械设备步入了社会经济的高速发展和工业生产的细微化分工阶段，手工工具的制造也进入更加专业化的现代工业时期，功能更加多样化，出现了诸如气动工具、定扭扳手、电子仪表装配工具等专用配套手工工具。在机械技术迈向智能、高精密、高速、全自动化以及环保节能等方向发展，引导着安装工具的技术也朝着高精密、高效率、模块化、通用化、组合化、经济方向前进，同时安装工具在计算机辅助设计软件的应用前提下，无论是造型设计还是材料应用等方面也都时刻不断的更新和发展着。只要充分考虑到了力学、工艺性、结构性、可制造性以及人体功能等设计因素，就能设计出更具有使用价值的工具。本安装工具的设计虽然没有达到全自动化，但在目前发动机的装配过程当中还是发挥了很大的作用，有效地解决了现场的装配问题，后续也会对其进行持续研究改进。

（作者单位：1、宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司；2、浙江吉利罗佑发动机有限公司）