专用气密性自动检测装置设计
2020-03-23姚艳张成
姚艳 张成
摘 要 手动真空检漏操作过程繁锁，造成生产效率低、人员需求多等问题。为此，本文以真空检漏自动化为设计目标，通过配合氦质谱检漏仪的检漏过程进行分析研究。设计装置采用双工位结构，采用专用密封装置，使用气缸作为执行元件，通过电磁阀、继电器等进行电气控制，实现被测工件自动定位、密封、检漏等过程，进而减少操作人员数量，大幅度提高检漏效率。
关键词 真空检漏;被测工件;自动定位
中图分类号： TP274.4文献标识码： A
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.02.032
被测工件是由两种铝制管材装配收集气体的零部件。为了保证被测工件在内外存在压差的情况下不能有气体漏出，装配后需要对其进行真空检漏。目前，生产中采用手动封堵A、B管件两端抽空检验，因密封体积大，抽空时间长，手动密封动作简单重复造成生产效率低。为此，研制一种真空检漏装置，配合氦质谱检漏仪实现检漏过程自动化。该装置采用双工位结构[1]，设计专用密封部件，采用气缸作为执行元件[2]，通过电磁阀、继电器等进行电气控制，实现被测工件自动定位、密封、检漏等过程，进而减少操作人员数量，降低劳动强度，大幅提高检漏效率。故而本设计拟从减小密封动作、抽空体积、检漏过程自动化，达到减员增效目标。
1 设计背景及方案
目前人工检漏步骤及动作耗时见表1。
由表1可知，被测工件检漏过程共计11个动作。其中密封、抽空和检漏三个步骤用时较长，占总体的80%以上，可提升空间较大。同时，上述三个步骤均为单一、重复的动作，便于实现自动化。
1.1 密封体积设计
为了单独对A管内腔抽空，需要设计新的密封工装，同时还要考虑便于拆装。图1所示对被测工件结构分析发现，使用橡胶圈对A管外径（φb）、B管外径（φa）处进行环向密封，实现对A管内腔的单独抽空。为了保证密封的可靠性，在工装中还设计了A管的端面密封，在压紧力的作用下，使用密封圈压紧A管左端面，实现被测工件密封。
1.2 自动检漏设计
检漏过程中，需要分别对两个检测点（1点、2点）喷射氦气，同时观察检漏仪显示的漏率。由于两个检测点的相对位置固定，所以设计了固定的喷气孔，取代人工喷气的操作。
1.2.1 被测工件定位
若实现检漏过程的自动化，首先需要对检漏部位进行定位，其精度决定了密封、检漏机构的有效运行。设计两个支架，分别为工件定位支架和辅助支架，二者同轴度要求≤0.05mm。分别对被测工件的φc和φd两处进行支撑。工件定位支架采用U型结构，通过定位槽对被测工件的φc处固定，防止其轴向移动。辅助支架采用夹具设计，通过气缸1对被测工件的φd处夹紧，防止其径向移动，实现被测工件的定位。
1.2.2 被测工件密封
放置被测工件定位后，密封装置在气缸2的作用下沿直线滑轨轴向移动，可实现自动装、拆密封装置。为保证被测工件与密封装置有效配合，特选用气动浮动接头，避免配合问题影响密封性效果。
1.2.3 自动检漏
使用密封装置定位密封被测工件后，喷气孔在气缸3的作用下移动至待检测位置。当内腔压力降至一定数值时，通过电磁阀控制氦气的实时通止达到自动检测目标。
1.3 电气设计
采用PLC可編程控制器作为控制单元，通过继电器驱动电磁阀实现气缸动作控制，具有控制灵活、经济性好的优点。
气动管路主要是对定位、密封以及喷氦气机构的气缸及电磁阀的管路连接。电磁阀均采用三位五通式，可对推进气缸的伸缩、停止进行单独控制。同时，管路气压通过节流阀控制，保证持续、稳定的输出。
2 设计研究成效
方案确定后，通过CAD和3D仿真软件对机械部分进行了详细的图纸设计，依据设计图纸进行机械加工。完成后，对主要零部件进行检测后总装，达到设计要求。
根据方案确定的气动线路图，进行了连接，在连接后对继电器、电磁阀及气缸进行了调试，动作符合设计要求。该装置设计成双工位结构，1名操作人员可同时完成2件被测工件检漏操作，减少了现场人员和设备的数量需求。
3 效果验证
自动真空检漏装置研制后，选取20件被测工件分别由人工和自动方式对其检测。主要对自动装置的功能实现和检测精度两方面进行验证。
由图3可知，自动检测的漏率值均大于手动检测且判定结论一致，说明自动检测较手动检测的漏率值更精确，同时对比了手动与自动检漏耗时情况，自动检漏单件用时减少19.4秒，生产效率显著提高。
4 小结
本文研制的专用气密性自动检测装置，成功解决了手动检测效率低的问题：
（1）设计了新型装置，减小抽空体积，简化密封过程，提高生产效率。
（2）通过进行PLC编程，实现了电磁阀、继电器的自动控制。
（3）通过试验验证，自动与手动检测判定结论一致。
参考文献
[1]吴宗泽，罗圣国，等.机械设计课程设计手册[M].北京：高等教育出版社，2007.
[2]李新德，等.气动元件与系统[M].北京：中国电力出版社，2015.
