发动机缸体堵盖自动压装机的设计

贾向伟

摘 要：随着人们生活水平的提高，对汽车的需求量也在逐年增多。汽车发动机是汽车的心脏，为汽车的行驶提供动力。发动机生产线的设计直接决定着汽车发动机的动力性、经济性和环保性。汽车发动机缸体堵片压装机是发动机生产线中重要的辅机设备，目前国内堵片压装机的结构设计仍然是依靠传统材料力学简化计算和经验设计相结合的方法，实践生产证明这种设计方法具有一定的可靠性，但存在着一些弊端，如结构设计周期长，材料用量大、成本高、效益低。本文就发动机缸体堵盖自动压装机的设计展开探讨。

关键词：发动机缸体;堵盖;压装

0 引言

在汽车制造领域，发动机永远都是汽车生产的核心部件，目前，发动机缸体材料多采用铸铁或者铝合金，无论采用什么材料，发动机缸体都是铸造出来的，在设计发动机时，为了便于铸造发动机缸体有些地方会留有孔洞，其中一些孔洞用于清洗维修发动机时，能方便地清洗水路的结垢;有些孔洞在发动机实际工作的时候是不应该有的，这些孔洞分布在发动机缸体的周围。所以，设计了缸体堵片进行封堵，发动机缸体堵片是一个圆形杯状金属塞，安装堵片采用专用压装机来完成，要求堵片压装后具有良好的密封性和稳定性。所以，对发动机堵片压装的精度和质量对发动机的工作性能有着至关重要的影响，同时发动机堵片压装也是发动机缸体装配技术的关键所在。

1 组合式滤清器盖板

滤清器盖板的种类较多，组合式通常采用焊接或铆接结构。组合式滤清器盖板由螺纹盖板和薄盖板组成，为铆合结构。滤清器的工况条件存在振动、温度变化等多种情况，要求盖板的连接具有较高的强度、耐热性，在螺纹盖板和薄盖板压合过程中不应产生断裂等问题。为了保证铆接的质量，薄盖板的铆接齿和螺纹盖板的铆接槽之间需采用过盈配合，以提高工作可靠性，因此对盖板零件的形状、尺寸精度等提出了较高的要求。针对产品的压装工艺，不能采用一次成型压装，而是需分三个工位实现产品的铆合，具体包括：（1）初步铆合。（2）预成型铆合。（3）成型-完成盖板压装铆合。

2 压装装置的设计特点

压装装置总体设计比较合理，解决了传统的压装机涂胶和压装堵片分开完成，保证了工艺的连续性，提高了工作效率。压装装置的设计特点如下：（1）为了提高工作效率，上料装置采用振动加筛選的设计方案，通过机构对堵片的方向进行筛选，并通过振动上料器将堵片单批输出分两批输送到左右压装机的隔料器中。（2）压装装置的移动采用伺服电机结合滚珠丝杠、直线导轨并通过光电开关进行定位，保证了压装的精准度，减少了因定位不准造成压装对工件及设备的损害。（3）涂胶装置采用了气动原理，合理的利用了压装装置的空间，与压头、压杆平行工作，提高了工作效率，降低了工作成本。（4）压装过程使用液压油缸，液压油缸能提供足够的压装力，并且通过位移传感器实时监控，提高了压装的精确性。

3 发动机缸体堵盖自动压装机的设计

3.1 汽车发动机缸体堵片压装机构装置的模态分析

由于机械结构在工作时存在振动现象，振动会造成结构的共振或疲劳，从而使结构遭到破坏。为了避免共振，需要分析压头、压杆和压装箱体的固有频率是否大于工作频率。模态分析频率的大小只是一个相对的量值，它表达的是在某一点固有频率上振动量值之间的相对比值，反映该固有频率上振动的传递情况，并不反映实际振动的变形数值。

3.2 压装与喷胶机构

压装头与喷胶头之间的相对位置固定，安装在十字形滑台上，通过步进电机、滚珠丝杆传动，可以在竖直平面内上下、左右调整其相对缸体的位置，定位精度±0.02mm。压装头、涂胶头安装在伺服缸上，可以精确控制其压入孔的深度。压装头、涂胶头内部安装有压力传感器，压装头、涂胶头未对准安装孔或其他原因导致压力过大时，给出信号、电机停止，起过载保护的作用。压头内部有负压通道孔，在对准压装机待料槽时通过负压吸住堵盖。涂胶头上部安装有喷嘴，喷胶时涂胶头旋转，压缩空气带着雾状的胶均匀喷在涂胶头圆周面上。

3.3 控制流程及控制策略

自动压装系统采用回转托盘结构，采用步进切换工位。系统主要由进料、定位、压装、出料四部分组成。详细流程步骤如下：（1）将盖板零件放入回转托盘上的定位装置中，零件随着托盘旋转到压装工位。（2）当转到固定工位后，由控制程序对压力缸输入命令，各工位同时进行盖板的压装。（3）盖板通过多个工位完成压装后转到移出位置，再由移出装置将盖板移出。控制系统主要包含控制机构、传感机构、驱动机构、人机界面。控制机构是实现动作的关键，常采用PLC作为控制机构的核心。传感机构的作用是感应零件是否到达准确位置、各气缸是否处于原位还是到位状态等，并将这些信号输入到控制机构PLC中。驱动机构主要采用伺服电机驱动旋转托盘进行回转驱动实现托盘回转;压力缸由气体系统驱动气缸实现模头的下行压装，其控制阀选用三位五通阀。人机界面采用按钮结合面板的形式，便于操作和控制。

3.4 主机部分

主机部分包括旋转工作台、举升与支撑机构、上下料机构。工作台为圆形回转工作台，动力源为伺服电动机，传动机构为斜齿轮传动，能保证缸体在4个压装工位的平稳旋转和精确分度。缸体底部采用一面两孔的定位方式，圆形回转工作台上安装有一短圆柱销和菱形销，与定位气缸连接，能实现缸体在圆形回转工作台上定位。举升机构由气缸驱动，可将工作台举升至压装的位置高度。支撑机构由气液增压缸驱动，布置在压装与喷胶机构的对面，其作用为平衡压装力。上下料机构装置也由气缸驱动，上料时辊筒轨道输送缸体进入压装机，上料气缸将其顶入回转工作台。下料时上料气缸将其带入辊筒输送轨道。

4 结语

汽车发动机缸体堵片压装机可以对缸体进行上料、涂胶、压装堵片，对样机的调整改进以及轻量化设计会使发动机缸体堵片压装机更加完善，为实现可持续发展的目标做出应有的贡献。

参考文献：

[1]赵振，王秋敏.自动化生产线安装与调试[M].天津：天津大学出版社，2018：152-156.

[2]高溥，孟建军.电气控制基础与可编程控制器应用教程[M].西安：西安电子科技大学出版社，2018：221-236.

[3]王立志，李元伶.数控轮对自动压装机研制[J].铁道技术监督，2019，37（06）：57-59.

[4]刘楠，陶学恒，王慧慧，等.汽车发动机缸盖智能化压装装置的设计[J].组合机床与自动化加工技术，2018（01）：139-145.