發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸蓋接合面密封性提升案例

高 鍵，伍永明

（柳州五菱柳機(jī)動(dòng)力有限公司，廣西 柳州545005）

0 引言

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)狀況決定了其使用壽命，而氣缸密封性是表征氣缸組技術(shù)狀況的重要參數(shù)，近年來(lái)，隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，法規(guī)的要求提高，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的要求越來(lái)越高，給裝配密封性也帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)[1]。發(fā)動(dòng)機(jī)的密封性能差會(huì)引起漏水、漏油、漏氣現(xiàn)象，在發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)組裝過(guò)程中密封性也作為一項(xiàng)關(guān)鍵過(guò)程特性進(jìn)行管控。本文結(jié)合實(shí)際案例就發(fā)動(dòng)機(jī)密封性探測(cè)中的失效模式、原因分析及改善進(jìn)行探討。

1 影響密封性的特性

影響發(fā)動(dòng)機(jī)密封性的因素包含零部件及裝配過(guò)程等多方面，如：

（1）設(shè)計(jì)：缸體缸蓋墊片設(shè)計(jì)不合理，密封面積不足會(huì)導(dǎo)致水道、油道互通；

（2）工藝：發(fā)動(dòng)機(jī)前端面（前罩殼與缸體缸蓋間）較多采用密封膠進(jìn)行密封，涂膠量過(guò)多或過(guò)少、膠跡錯(cuò)誤都會(huì)影響到密封性；

（3）零件：缸體缸蓋結(jié)合面平面度、粗糙度等對(duì)密封性的良好也起到關(guān)鍵作用。

下面將引用一個(gè)實(shí)際案例進(jìn)行分析，查找密封性失效原因。

2 密封性失效案例分析

除以上影響缸體缸蓋接合密封性的主要因素外，在缸蓋底面平面度合格的情況下，還有一個(gè)易出現(xiàn)的漏點(diǎn)位置在前端面與大平面接合處，此處為一個(gè)拐角位置，有缸體與缸蓋、前端面與前罩殼、缸蓋底面與缸體三個(gè)接合平面。設(shè)計(jì)上密封性不足或加工工藝處理不當(dāng)都會(huì)影響到發(fā)動(dòng)機(jī)總成的密封性，引起漏油等問(wèn)題。以下案例正是發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的氣密性不合現(xiàn)象。

2.1 問(wèn)題描述

問(wèn)題發(fā)現(xiàn)工位：長(zhǎng)缸體試漏工位。探測(cè)儀器：氣試泄露檢測(cè)設(shè)備。

測(cè)試值：油道13.7 ml/min（不合格）。

漏點(diǎn)查找：采用涂肥皂泡的方式進(jìn)行，也可使用沉水試驗(yàn)方式，沉水試驗(yàn)（浸水通氣后目視檢測(cè)）是一種傳統(tǒng)檢漏方式，盡管在現(xiàn)代制成品工業(yè)，包括汽車行業(yè)已不處于主流地位。但因其易找到工件的泄漏部分，以利修正，故與壓力型等與干式檢漏相結(jié)合使用[2]。

經(jīng)漏點(diǎn)查找，漏點(diǎn)位置在缸體缸蓋結(jié)合面與前端面三處的結(jié)合處。

采用通用體系質(zhì)量分析的七鉆法，首先檢查現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)記錄，操作人員、生產(chǎn)參數(shù)、使用工裝等無(wú)異常。拆機(jī)檢查，膠跡正常，零件檢查：缸蓋缸體平面度、粗糙度檢測(cè)合格。如圖1、圖2所示，對(duì)比合格與不合格發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)現(xiàn)缸蓋漏點(diǎn)位置銳邊被打磨（塌邊），未按圖紙要求“保持銳邊”。

圖1 使用刀口尺檢查此平面邊緣

圖2 圖紙要求

2.2 失效模式對(duì)比試驗(yàn)

為進(jìn)一步確認(rèn)是否是此項(xiàng)零件不合導(dǎo)致的氣密性不合，采用單一變量的對(duì)比分析，零件A（圖3）保持銳邊，零件B（圖4）打磨掉銳邊，相同工藝參數(shù)下，先后安裝與同一缸體進(jìn)行驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果如表1所列。

圖3 零件A

圖4 零件B

表1 缸蓋試漏數(shù)據(jù)對(duì)比

2.3 原因分析

已驗(yàn)證出是缸蓋底面銳邊被打磨造成密封性失效，接下來(lái)進(jìn)一步查檢缸蓋生產(chǎn)過(guò)程確定造成問(wèn)題的根本原因。

2.3.1 生產(chǎn)工藝流程

缸蓋工藝流程主要為：缸蓋毛坯上線檢查、打碼——蓋面粗加工——排、進(jìn)氣面加工——前后端面加工——孔加工——試漏——精銑缸面——毛刷去毛刺——試漏——清洗、檢驗(yàn)。

2.3.2 根本原因

按缸蓋加工流程追溯到各工序半成品狀態(tài)，將影響此問(wèn)題的工位鎖定在底面去毛刺工序。異常零件采用的是毛刷去毛刺方式（見(jiàn)圖5），此類設(shè)備在鑄鋁缸蓋的加工中應(yīng)用較為廣泛。從人、機(jī)、料、法、環(huán)查找發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)該批零件過(guò)程中存在更換毛刷情況，而在更換前因?yàn)槊⒃诮咏褂脡勖鼧O限時(shí)毛刷變短，強(qiáng)度增加，累積單次進(jìn)給依舊為0.2 mm，進(jìn)給偏大，當(dāng)毛刷走至與前端5°斜面交線邊緣處，交線邊緣受到毛刷擠壓力增大，導(dǎo)致出現(xiàn)塌邊現(xiàn)象。

圖5 新舊毛刷實(shí)物對(duì)比圖

采用魚(yú)骨圖與5Why法結(jié)合最終分析出塌邊問(wèn)題的根本原因?yàn)椋好⒏鼡Q頻次偏低、單次進(jìn)給量過(guò)大導(dǎo)致去毛刺過(guò)程中，將銳邊刷成塌邊。

2.4 改善措施及效果驗(yàn)證

經(jīng)過(guò)參數(shù)驗(yàn)證最終確定改善措施為調(diào)整毛刷更換頻次，由10 000件/次，改為2 500件/次；調(diào)整毛刷進(jìn)刀方式，由手動(dòng)改為自動(dòng)進(jìn)刀，前1000件每加工1件毛刷進(jìn)給0.003 mm，1 000件以后每加工1件毛刷進(jìn)給0.001 mm。

經(jīng)過(guò)試裝改進(jìn)后的缸蓋零件，發(fā)動(dòng)機(jī)氣密性合格，改善有效。

3 案例失效原理分析

在以上案例中，使用對(duì)比驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)是缸蓋底面結(jié)合位置的銳邊被打磨，從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)整體的密封性失效。從理論計(jì)算來(lái)正向分析如圖6所示。

圖6 結(jié)合面示意圖

因缸蓋底面銳邊被打磨，裝配后，缸體與缸蓋之間形成一道深V型縫隙，密封膠涂在前罩殼上，裝配前罩殼后，密封膠會(huì)對(duì)縫隙有一定補(bǔ)償作用，但因密封膠本身存在一定的粘度及硬度，密封膠不能將縫隙全部填充，導(dǎo)致裝配完成后在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋及前罩殼組成的三角區(qū)依然存在縫隙，從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)密封性失效。

4 結(jié)論

在以上案例中，在缸蓋平面度、粗糙度等關(guān)鍵尺寸符合的情況下，因供應(yīng)商去毛刺工藝不當(dāng)導(dǎo)致了缸蓋底面邊緣被過(guò)度打磨，從而影響了缸體缸蓋結(jié)合面的密封性。擴(kuò)展了缸體缸蓋密封性失效案例的解決思路，可為缸蓋設(shè)計(jì)、去毛刺工藝及發(fā)動(dòng)機(jī)整體三角區(qū)域的密封性提升提供相關(guān)參考。