閆 茹

(陜西科技大學(xué) 機電工程學(xué)院， 陜西 西安 710021)

0 引言

在汽車發(fā)動機生產(chǎn)制造過程中，有許多零部件都有嚴(yán)格的氣密性要求[1]，如缸蓋，氣密性檢測已經(jīng)成為缸蓋生產(chǎn)過程中一個關(guān)鍵的工藝環(huán)節(jié)[2].國內(nèi)外采用的主要檢測方法包括：浸水式檢測、充氣式檢測、壓差式檢測[3]、流量法檢測等[4]，目前發(fā)動機生產(chǎn)中普遍采用的仍是浸水法，所用的檢測設(shè)備是浸水試漏機，它相比其他干式檢測方法，設(shè)備會弄濕工件，自動化程度相對較低，但浸水法可以找到工件泄漏部位，這對于缸蓋等鑄造件非常重要.這一優(yōu)點使得浸水試漏機在實際生產(chǎn)中有著不可替代的作用[5-8].目前，由于這種工藝方法較傳統(tǒng)，現(xiàn)有的試漏機型號單一，浸水試漏機的設(shè)計大部分企業(yè)仍采用二維設(shè)計方法.為解決這一問題，作者提出借助Solidworks[9]，進行缸蓋浸水試漏機的三維設(shè)計，以便在面對不同種類的發(fā)動機缸蓋時，只需改變部分機器尺寸，減少設(shè)計重復(fù)性，縮短周期，提高可靠性.

1 浸水試漏機總體方案

以某型號發(fā)動機缸蓋為例，結(jié)構(gòu)如圖1所示.缸蓋進入試漏機前，已完成前、后、左、右端面，包括端面上各產(chǎn)品尺寸的加工；上、下端面完成精加工，凸輪軸瓦蓋已安裝.已裝配好水套絲堵：M24*1.5，前端面3個，上端面2個，右端面1個.已裝配好油道絲堵：M12*1.25，左端面2個，右端面2個，后端面1個.進入試漏機前，底面朝下，姿態(tài)如圖1所示.現(xiàn)需封堵水套和油道，檢測其是否泄漏.

圖1 缸蓋結(jié)構(gòu)示意圖

缸蓋浸水試漏機的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示.它主要由床身、浸水機構(gòu)、升降臺機構(gòu)、封堵夾具、操控面板、電氣柜等部分組成.

圖2 試漏機結(jié)構(gòu)示意圖

工件安放端正后，啟動、升降臺下降、將缸蓋壓緊在底面封堵板上.此時，缸蓋會觸發(fā)到工件位置開關(guān)，各封堵夾具開始封堵.之后，試漏機開始向缸蓋水套和油道充氣加壓，浸水系統(tǒng)開始動作淹沒工件.觀察有無氣泡產(chǎn)生，進行檢漏工作.檢漏完畢之后，浸水系統(tǒng)排水，各封堵夾具松開撤堵.升降臺上升，取出工件，一個工作循環(huán)完成.工作過程如圖3所示.

圖3 試漏機工作過程示意圖

2 關(guān)鍵零部件的設(shè)計

2.1 浸水機構(gòu)的設(shè)計

浸水方案采用工件和水箱固定，水流動淹沒工件.水箱分為上下兩部分，下部分為密封的，有若干個豎立水管與上部相通，工件裝夾密封后放入水箱上部，此時水箱上部無液體，然后向工件打入壓縮空氣.在空氣壓力作用下，水經(jīng)水管上升至水箱上部，淹沒工件，檢測試漏.

浸水機構(gòu)主要由水箱、支承板、進氣閥、排氣閥、排水口和水管組成.支承板與床身支承架固定，起定位和支撐作用，其上方安裝升降臺機構(gòu).該結(jié)構(gòu)簡便，易操作，適合較大的壓鑄殼體，夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計簡化，只需夾緊裝置和密封裝置即可.

水箱因易腐蝕，又要保證其承載強度，故選用1Cr18Ni9Ti，采用焊接工藝，加工中要嚴(yán)格控制焊接變形，保證焊接精度.焊接完畢后要進行滲透處理，保證水箱焊縫不滲水.水箱三維模型如圖4所示.

圖4 水箱三維模型圖

2.2 封堵夾具的設(shè)計

在缸蓋試漏中，密封夾具起了關(guān)鍵作用，設(shè)計時，主要考慮夾具安裝位置、安裝角度、密封件結(jié)構(gòu)[10,11]及密封方式等方面.

2.2.1 封堵部位分析

需封堵的水套孔：前端面一個，尺寸φ50 mm；后端面兩個，尺寸φ20 mm，φ13.5 mm；底面20個.需封堵的油道孔：左端面兩個，尺寸φ4 mm，上端面兩個，尺寸φ11.5 mm，頂面16個斜孔，尺寸φ4 mm.封堵部位如圖1所示.

2.2.2 底面封堵夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計

缸蓋底面有20個孔，在同一個平面上，根據(jù)分布位置選用平堵或平墊密封.封堵夾具由一個金屬底板，17個封堵密封墊及3塊金屬壓板組成.圖5為底面封堵夾具結(jié)構(gòu)三維模型爆炸圖.

圖5 底面封堵結(jié)構(gòu)三維模型爆炸圖

2.2.3 后端面封堵夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計

后端面封堵夾具的封堵頭是由一個金屬壓頭、壓塊和仿O封堵密封墊圈組成，通過密封墊圈與被封堵孔的端面接觸密封工件.經(jīng)過氣缸選型和調(diào)節(jié)氣缸工作壓力可以設(shè)定氣缸的輸出力，達到密封所需的壓緊力要求.后端面1孔和2孔封堵夾具三維模型如圖6所示.

圖6 后端面1孔和2孔封堵夾具爆炸圖

2.2.4 前端面封堵夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計

前端面孔封堵夾具與后端面的相似，也是由金屬壓頭、壓塊和密封墊圈組成，通過密封墊圈與被封孔的接觸密封工件.不同的是，前端面水套孔設(shè)置為檢漏充氣孔，所以堵頭內(nèi)部設(shè)有充氣孔道.圖7是前端面封堵夾具爆炸圖.

圖7 前端面封堵夾具爆炸圖

2.2.5 左端面封堵夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計

左端面的油孔由于是在凸輪軸瓦內(nèi)，采用徑向密封方式.設(shè)計一個封堵頭，封堵頭上按徑向密封標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置仿O型密封圈.在檢漏時，氣缸活塞桿將封堵頭頂入凸輪軸瓦內(nèi)，在封堵過程中，由夾緊氣缸推動推桿頂住封堵頭，內(nèi)部滑塊將密封墊圈壓緊，實現(xiàn)自動封堵.左端面封堵夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖8所示，三維模型如圖9所示.

圖8 左端面封堵夾具結(jié)構(gòu)圖

圖9 左端面封堵夾具三維模型圖

2.2.6 上端面封堵夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計

上端面油孔封堵夾具的封堵頭與前后端面的相似，由金屬壓頭、壓塊和封堵墊圈組成.其中一個油孔也被設(shè)置為油道檢漏充氣孔，所以封堵頭內(nèi)設(shè)有充氣孔道.在升降氣缸下壓夾緊工件時依靠彈簧力實現(xiàn)壓緊封堵.圖10為上端面封堵夾具三維剖視圖.

圖10 上端面封堵夾具三維剖視圖

2.2.7 斜油孔封堵夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于斜油孔不在豎直或水平方向，而且數(shù)量較多，如果采用左端面那樣的塞堵密封頭，結(jié)構(gòu)將會非常復(fù)雜，而且不易定位.故采用挺桿結(jié)構(gòu)進行封堵，如圖11所示.挺桿結(jié)構(gòu)三維模型如圖12所示.

圖11 斜油孔封堵夾具結(jié)構(gòu)圖

圖12 挺桿結(jié)構(gòu)三維模型圖

2.3 升降臺結(jié)構(gòu)設(shè)計

考慮到升降臺的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和導(dǎo)向精度，導(dǎo)向裝置采用四導(dǎo)桿式機構(gòu).升降臺載物板上承載著缸蓋，主要完成工件的上升和下降，將工件運送或運離浸水位置.升降臺上還裝有缸蓋頂端面封堵夾具，用以封堵頂端面各孔.結(jié)構(gòu)如圖13所示.

圖13 升降臺三維模型圖

3 虛擬裝配與試驗

整機總體裝配如圖14所示.傳感器的選擇安裝和電氣控制系統(tǒng)在這里不再贅述.

根據(jù)前述各孔直徑尺寸和所需密封壓力，確定各密封缸型號見表1.

表1 密封缸型號

為達到可靠密封，升降臺夾緊氣缸選用雙作用氣缸DNC-125-300-PPV-A.挺桿氣缸選用AND-80-15-I-P-A.

工件安裝完成后，在(3-9)*105Pa的壓力下進行試驗，5 min觀察是否有滲漏現(xiàn)象.

檢漏試驗前注意認(rèn)真清洗工件，被檢測件要先充氣，再放入水中，剛放入水中，其表面可能出現(xiàn)氣泡，要判斷氣泡是否連續(xù)不斷的出現(xiàn).

試驗后，工件要及時清洗或吹干，并用無紡紗布將表面擦干凈，避免出現(xiàn)水漬，另外，還要將夾具和堵頭吹干，避免對后續(xù)工件的試漏造成影響.

圖14 整機三維模型圖

4 結(jié)束語

本文借助Solidworks建立了缸蓋浸水試漏機各零部件的三維實體模型，并裝配得到缸蓋浸水試漏機的總機三維實體模型，為這一傳統(tǒng)設(shè)備的更新和產(chǎn)品的系列化奠定了基礎(chǔ).經(jīng)試驗，該浸水試漏機能夠滿足生產(chǎn)需求，檢測出缸蓋具體泄漏點，雖工藝傳統(tǒng)，效率較低，但在目前的缸蓋生產(chǎn)線上仍起著不可替代的作用，尤其多用于缸蓋的最終檢漏和售后檢修測漏中.

[1] 洪恒發(fā).發(fā)動機缸蓋鑄造技術(shù)中若干問題的探討[J].鑄造，2012，61(1)：61-68.

[2] 朱正德.發(fā)動機主要零件生產(chǎn)過程中的泄漏檢測[J].組合機床與自動化加工技術(shù)，1996，38(10)：34-39.

[3] 劉榮忠，張成孝. 發(fā)動機缸體氣壓試漏專機的研究[J].制造技術(shù)與機床，2000，50(3)：26-27.

[4] 朱正德.工藝中的泄漏檢測對產(chǎn)品質(zhì)量控制的重要性[J].汽車工程師，2010，37(8)：33-36.

[5] 吳 楠.壓降法泄漏檢測技術(shù)在發(fā)動機制造業(yè)中的應(yīng)用[J].汽車工藝與材料，2012，27(2)：57-60.

[6] 陳國友.發(fā)動機泄漏檢測技術(shù)與試漏機檢測實踐[J].現(xiàn)代零部件，2010，8(9)：58-60.

[7] 唐士偉，王冠雄，連士勇，等.一種發(fā)動機總成試漏機的研制[J].汽車實用技術(shù)，2012，37(5)：127-129.

[8] 胡 浩，鐘麗瓊，尹存宏.壓差測漏儀泄露檢測的仿真研究[J].機床與液壓，2011，39(17)：37-38.

[9] 詹迪維. SolidWorks高級應(yīng)用教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[10] 關(guān)偉竑，宋寶玉，曲建俊.泄漏檢測方法及試漏機設(shè)計的幾個問題[J].機械工程師，2003,35(3)：29-31.

[11] 郭晨海，梁福祥，姚曉蘭，等.氣缸蓋罩橡膠密封圈的密封性能分析[J].小型內(nèi)燃機與摩托車，2011，40(1)：20-23.