发动机缸体/缸盖加工中试漏设备的技术分析

2021-01-14陈承锐

装备制造技术 2020年8期

陈承锐

(柳州五菱柳机动力有限公司，广西柳州545005)

早期很多汽车企业生产缸体、缸盖检测三漏(漏油、漏水、漏气)多会采用浸水检漏的方式，但这种检测的方式没有准确的获取被测工件的泄漏量，而且受人员和环境的影响较大，所以这种方式会比较容易出现误判的情况，而且还存在节拍慢、无法自动干燥等问题。在缸体和缸盖整个加工过程中，在线的气密试漏检测设备则可以有效的及时发现加工过程出现的问题，有效地降低了不必要的损失。随着气密检测技术的发展，目前使用了氦气介质进行气密检测，氦质谱测漏仪灵敏度高、稳定性好、可靠性高、检测结果精确，但氦气测漏仪器和氦气本身较昂贵，一般汽车企业多应用于发动机整机和直喷燃油系统微小泄漏率的零部件上。本文主要论述缸体和缸盖加工最终的油道、水道、内腔气密性干式试漏机(差压原理)的技术要求。

1 试漏设备的技术要求

1.1 试漏设备的硬件要求

考虑到产线布局、生产节拍、智能柔性化、成本等因素，企业可选用手动、半自动和全自动的试漏机。

试漏机主体：有足够的工作性能和强度，工件进出口配置安全光栅、安全门配置安全联锁开关。配置电子调压形试漏测试仪，一个测试密封区域采用1台测试仪，各腔体单独测试。设备配备标准漏孔，各腔体单独配置，接通标准漏孔即可进行校验仪器误差，同时结合标准件(现场零件样件)校验水道、油道、内腔对应封堵夹具的稳定性及检测气路的密封性能。

试漏机工装：工装定位一般原则采用工件运输面和加工常用定位销孔(缸体：底面+底面销孔，缸盖：底面+底面销孔)，侧面/端面辅助定位、导向。封堵采用气液结合方式，主要封堵面采用液压封堵为主，考虑密封力和空间情况气动为辅，封堵缸速度及压力选择可调，封堵力按对应封堵位置2-3 倍反作用力计算。在设计工装定位、封堵、导向方面，考量模块化设计，零部件尽可能通用，减少专用件品种，通过更换模块化夹具的方式满足类似产品的快速切换使用。工装在工件防错、磕碰、压伤方面要兼顾设计，例如工件输送滚筒表面进行防锈和耐磨处理，为保证不刮花工件，滚筒表面套上橡胶圈。

试漏机液压及气动：液压泵系统压力可调(各液压缸单独设置)，并配置压力表进行监控压力，液压源有泄压、保压功能，配置蓄能器。液压站具有良好过滤系统，防止油液污染，过滤器配备堵塞检测功能。检测气路与气动封堵回路分开，检测仪使用气动两联件(不带润滑油杯)，夹具气路使用气动三联件(带润滑油杯)。气源配备流量调压阀和工作压力检测开关(各气缸单独设置)，监测供气压力，低于设定压力时，设备停机不能运行并报警。为保证检测压力的稳定性，在设备上配专门的气源处理装置(含稳压气源清洁装置及储气罐)。

试漏机电气：采用PLC 可编程控制器控制，人机界面操作(配置触摸屏)、设置系统参数。检测数据显示判别功能：检测参数、泄漏率值、自动循环时间、计数功能(总数、合格数、不合格数)等。手动调整状态下通过触摸屏执行设备各个动作，触摸屏设置有登录权限：操作者权限和管理员权限，如：计数清零、不合格件流出功能需要管理员权限才能操作，并在系统中留下操作记录。在PLC 控制系统中，设备发生故障或其它异常工作状态时设备能互锁停机并报警。

其他要求：试漏机工件进口配置红外线温度检测功能，监控工件温度，保证试漏值的稳定性；设备带打刻功能，工件试漏合格，设备自动打标记，便于后工序清楚识别工件已试漏合格；设备带有二维码扫描功能，并对被测试工件进行测试参数(测试时间、泄漏量、合格状态)记录，所记录参数与零件二维码信息一一对应，便于追溯查询。设备具有数据存储及本地数据查询功能，以txt 或者access 形式存储数据，设备能与上位数据采集系统对接，采用以太网通信协议实现数据上传(预留接口)，如MES 系统数据收集分析；设备具备水套/油道和水套/内腔互通泄露检测功能。

1.2 试漏设备的参数要求

试漏工位满足生产线节拍和工件实际工况要求，需合理确定测试压力、测试节拍和泄漏量三个重要参数［1］。测试压力：测试压力一般与发动机工作时各类介质的实际压力相当或更高；测试节拍：工件的测试节拍一般由充气、平衡保压、测试和排气四个阶段组成；泄漏量：泄漏量的标准应满足发动机工作时实际工况的要求，并且与工件材料、腔体结构和试漏机技术状态密切相关，泄漏量过高会造成三漏质量问题，过低会造成料废率高，造成成本损失。

针对汽油的空气泄漏量通常为1～5 mL/min，这个最大允许空气泄漏量足以防止汽油泄漏，最大泄漏量15 mL/min 足以防止自来水的泄漏，空气通过漏点的速度比液体快100 ～400 倍。此外，零件的壁厚、材质等也会对泄漏量的设定产生影响，在确保零部件的密封性，确保可靠性，一些工艺设计加大充气压力和收严泄漏量(表1)。

表1 五菱柳机机加工厂1.8L 发动机缸体油道、水道、内腔试漏参数

试漏测试厂家根据行业经验，给某个整车厂建议的发动机生产过程中部分工艺的技术指标参考值如表2 所示。

表2 技术参数要求参考值

1.3 试漏设备的工作流程

企业在使用试漏设备，有选用手动、半自动和全自动的试漏机。本文以五菱柳机机加工厂1.8 L 发动机缸体油道/水道/内腔检测的全自动试漏机为例，来阐述试漏设备的工作流程。

正常试漏工作流程：工件自动上料→阻挡扫描二维码，识别机型→红外测温→进入油道/水道试漏工位→油道试漏→水道试漏→油道/水道试漏合格后进入内腔试漏工位→内腔试漏→试漏合格→打刻合格标识→工件流出。

试漏异常工作流程：

扫码不合——设备报警，阻挡不放行。

测温不合——设备报警，阻挡不放行。

试漏不合——工件下降后锁定在当前工位，阻挡前行且设备报警。手动确认是否重试，若不重试，滚道反转将工件往后退，不允许工件往前流出。如需向前放行，需输入密码解锁(管理员模式)。

打刻标识异常——工件锁定在当前工位，阻挡前行且设备报警。手动确认是否重打，若不重打，滚道反转将工件往后退，不允许工件往前流出。如需向前放行，需输入密码解锁(管理员模式)。

2 试漏设备稳定性验证

试漏设备稳定性与否与封堵系统的密封效果有关，而封堵系统的密封效果取决于密封件材料的选择、零部件密封面的加工工艺、密封方式、夹具刚性、夹紧力的大小、温度、湿度等多方面因素影响［2］。设备稳定性与居多因素有关，所以验证试漏设备的稳定性至关重要。

设备在安装调试完成后，对试漏设备进行标定：用试漏仪自带的标准漏口进行测试，［(带标准漏口泄漏值-不带标准漏口泄漏值)-标准漏口标称值］/标准漏口标称值的相对误差结果在±10%的范围内，重复标定≥10 次，每次的结果在±10%内［3］(表3)。

表3 缸体最终漏机标定结果

对试漏设备进行MSA 分析，计算设备的能力指数 Cg，使用工件进行≥1×30 次的测试，能力指数Cg≥1.33，设备的能力指数符合要求［3］(表4)。

表4 缸体最终试漏机Cg 能力报告

对试漏设备重复性-再现性(R&R)进行分析判定，指定3 名操作员，抽取10 个零件作为样本，每位操作员重复2 ～3 次进行零件测试收集数据(重复测试时零件1～10 顺序随机重排)。判定准则：1)误差%R&R 低于10%时，测量系统可接受；2)当误差%R&R为10%～30%时，根据应用的重要性、设备成本、维修费用等可能是可接受；3)误差%R&R 大于30%时测量系统不可接受，测量系统需要改进。同时ndc 必须不小于5［3］(表5、6)。

表5 测量系统重复性-再现性数据表

表6 测量系统重复性-再现性报告表

试漏设备经过初期稳定性验证，可进入批量生产，同时为试漏参数的优化、批量生产后零件的差异性和温度、湿度、密封系统的变化，收集更多泄漏量值，进行正太分布分析，确定设备试漏参数，并进行沉水验证设备参数的可靠性，一般油道充气压力为0.5 MPa，水道充气压力为0.3 MPa，沉水时间是试漏设备充气、检测、保压、泄气全过程时间的2 倍，进行检查零件是否密封。对于零件差异性和温度、湿度、密封系统的变化，在设备运行一个月后，重新计算设备能力指数 Cg 和分析设备重复性-再现性(R&R)［3］。