發動機缸體/缸蓋加工中試漏設備的技術分析

陳承銳

(柳州五菱柳機動力有限公司，廣西 柳州545005)

早期很多汽車企業生產缸體、缸蓋檢測三漏(漏油、漏水、漏氣)多會采用浸水檢漏的方式，但這種檢測的方式沒有準確的獲取被測工件的泄漏量，而且受人員和環境的影響較大，所以這種方式會比較容易出現誤判的情況，而且還存在節拍慢、無法自動干燥等問題。在缸體和缸蓋整個加工過程中，在線的氣密試漏檢測設備則可以有效的及時發現加工過程出現的問題，有效地降低了不必要的損失。隨著氣密檢測技術的發展，目前使用了氦氣介質進行氣密檢測，氦質譜測漏儀靈敏度高、穩定性好、可靠性高、檢測結果精確，但氦氣測漏儀器和氦氣本身較昂貴，一般汽車企業多應用于發動機整機和直噴燃油系統微小泄漏率的零部件上。本文主要論述缸體和缸蓋加工最終的油道、水道、內腔氣密性干式試漏機(差壓原理)的技術要求。

1 試漏設備的技術要求

1.1 試漏設備的硬件要求

考慮到產線布局、生產節拍、智能柔性化、成本等因素，企業可選用手動、 半自動和全自動的試漏機。

試漏機主體：有足夠的工作性能和強度，工件進出口配置安全光柵、安全門配置安全聯鎖開關。配置電子調壓形試漏測試儀，一個測試密封區域采用1臺測試儀，各腔體單獨測試。設備配備標準漏孔，各腔體單獨配置，接通標準漏孔即可進行校驗儀器誤差，同時結合標準件(現場零件樣件)校驗水道、油道、 內腔對應封堵夾具的穩定性及檢測氣路的密封性能。

試漏機工裝：工裝定位一般原則采用工件運輸面和加工常用定位銷孔(缸體：底面+底面銷孔，缸蓋：底面+底面銷孔)，側面/端面輔助定位、導向。封堵采用氣液結合方式，主要封堵面采用液壓封堵為主，考慮密封力和空間情況氣動為輔，封堵缸速度及壓力選擇可調，封堵力按對應封堵位置2-3 倍反作用力計算。在設計工裝定位、封堵、導向方面，考量模塊化設計，零部件盡可能通用，減少專用件品種，通過更換模塊化夾具的方式滿足類似產品的快速切換使用。工裝在工件防錯、磕碰、壓傷方面要兼顧設計，例如工件輸送滾筒表面進行防銹和耐磨處理，為保證不刮花工件，滾筒表面套上橡膠圈。

試漏機液壓及氣動：液壓泵系統壓力可調(各液壓缸單獨設置)，并配置壓力表進行監控壓力，液壓源有泄壓、保壓功能，配置蓄能器。液壓站具有良好過濾系統，防止油液污染，過濾器配備堵塞檢測功能。檢測氣路與氣動封堵回路分開，檢測儀使用氣動兩聯件(不帶潤滑油杯)，夾具氣路使用氣動三聯件(帶潤滑油杯)。氣源配備流量調壓閥和工作壓力檢測開關(各氣缸單獨設置)，監測供氣壓力，低于設定壓力時，設備停機不能運行并報警。為保證檢測壓力的穩定性，在設備上配專門的氣源處理裝置(含穩壓氣源清潔裝置及儲氣罐)。

試漏機電氣：采用PLC 可編程控制器控制，人機界面操作(配置觸摸屏)、設置系統參數。檢測數據顯示判別功能：檢測參數、泄漏率值、自動循環時間、計數功能(總數、合格數、不合格數)等。手動調整狀態下通過觸摸屏執行設備各個動作，觸摸屏設置有登錄權限：操作者權限和管理員權限，如：計數清零、不合格件流出功能需要管理員權限才能操作，并在系統中留下操作記錄。在PLC 控制系統中，設備發生故障或其它異常工作狀態時設備能互鎖停機并報警。

其他要求：試漏機工件進口配置紅外線溫度檢測功能，監控工件溫度，保證試漏值的穩定性；設備帶打刻功能，工件試漏合格，設備自動打標記，便于后工序清楚識別工件已試漏合格；設備帶有二維碼掃描功能，并對被測試工件進行測試參數(測試時間、泄漏量、合格狀態)記錄，所記錄參數與零件二維碼信息一一對應，便于追溯查詢。設備具有數據存儲及本地數據查詢功能，以txt 或者access 形式存儲數據，設備能與上位數據采集系統對接，采用以太網通信協議實現數據上傳(預留接口)，如MES 系統數據收集分析；設備具備水套/油道和水套/內腔互通泄露檢測功能。

1.2 試漏設備的參數要求

試漏工位滿足生產線節拍和工件實際工況要求，需合理確定測試壓力、測試節拍和泄漏量三個重要參數［1］。測試壓力：測試壓力一般與發動機工作時各類介質的實際壓力相當或更高；測試節拍：工件的測試節拍一般由充氣、平衡保壓、測試和排氣四個階段組成；泄漏量：泄漏量的標準應滿足發動機工作時實際工況的要求，并且與工件材料、腔體結構和試漏機技術狀態密切相關，泄漏量過高會造成三漏質量問題，過低會造成料廢率高，造成成本損失。

針對汽油的空氣泄漏量通常為1～5 mL/min，這個最大允許空氣泄漏量足以防止汽油泄漏，最大泄漏量15 mL/min 足以防止自來水的泄漏，空氣通過漏點的速度比液體快100 ～400 倍。此外，零件的壁厚、材質等也會對泄漏量的設定產生影響，在確保零部件的密封性，確保可靠性，一些工藝設計加大充氣壓力和收嚴泄漏量(表1)。

表1 五菱柳機機加工廠1.8L 發動機缸體油道、水道、內腔試漏參數

試漏測試廠家根據行業經驗，給某個整車廠建議的發動機生產過程中部分工藝的技術指標參考值如表2 所示。

表2 技術參數要求參考值

1.3 試漏設備的工作流程

企業在使用試漏設備，有選用手動、半自動和全自動的試漏機。本文以五菱柳機機加工廠1.8 L 發動機缸體油道/水道/內腔檢測的全自動試漏機為例，來闡述試漏設備的工作流程。

正常試漏工作流程：工件自動上料→阻擋掃描二維碼，識別機型→紅外測溫→進入油道/水道試漏工位→油道試漏→水道試漏→油道/水道試漏合格后進入內腔試漏工位→內腔試漏→試漏合格→打刻合格標識→工件流出。

試漏異常工作流程：

掃碼不合——設備報警，阻擋不放行。

測溫不合——設備報警，阻擋不放行。

試漏不合——工件下降后鎖定在當前工位，阻擋前行且設備報警。手動確認是否重試，若不重試，滾道反轉將工件往后退，不允許工件往前流出。如需向前放行，需輸入密碼解鎖(管理員模式)。

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2 試漏設備穩定性驗證

試漏設備穩定性與否與封堵系統的密封效果有關，而封堵系統的密封效果取決于密封件材料的選擇、零部件密封面的加工工藝、密封方式、夾具剛性、夾緊力的大小、溫度、濕度等多方面因素影響［2］。設備穩定性與居多因素有關，所以驗證試漏設備的穩定性至關重要。

設備在安裝調試完成后，對試漏設備進行標定：用試漏儀自帶的標準漏口進行測試，［(帶標準漏口泄漏值-不帶標準漏口泄漏值)-標準漏口標稱值］/標準漏口標稱值的相對誤差結果在±10%的范圍內，重復標定≥10 次，每次的結果在±10%內［3］(表3)。

表3 缸體最終漏機標定結果

對試漏設備進行MSA 分析，計算設備的能力指數 Cg，使用工件進行≥1×30 次的測試，能力指數Cg≥1.33，設備的能力指數符合要求［3］(表4)。

表4 缸體最終試漏機Cg 能力報告

對試漏設備重復性-再現性(R&R)進行分析判定，指定3 名操作員，抽取10 個零件作為樣本，每位操作員重復2 ～3 次進行零件測試收集數據(重復測試時零件1～10 順序隨機重排)。判定準則：1)誤差%R&R 低于10%時，測量系統可接受；2)當誤差%R&R為10%～30%時，根據應用的重要性、設備成本、維修費用等可能是可接受；3)誤差%R&R 大于30%時測量系統不可接受，測量系統需要改進。同時ndc 必須不小于5［3］(表5、6)。

表5 測量系統重復性-再現性數據表

表6 測量系統重復性-再現性報告表

試漏設備經過初期穩定性驗證，可進入批量生產，同時為試漏參數的優化、批量生產后零件的差異性和溫度、濕度、密封系統的變化，收集更多泄漏量值，進行正太分布分析，確定設備試漏參數，并進行沉水驗證設備參數的可靠性，一般油道充氣壓力為0.5 MPa，水道充氣壓力為0.3 MPa，沉水時間是試漏設備充氣、檢測、保壓、泄氣全過程時間的2 倍，進行檢查零件是否密封。對于零件差異性和溫度、濕度、密封系統的變化，在設備運行一個月后，重新計算設備能力指數 Cg 和分析設備重復性-再現性(R&R)［3］。

3 試漏設備使用維護

3.1 維護點檢

設備使用過程中，操作員必須按照公司規定的設備操作規程進行，同時做好設備的保養和維護工作(表7)。

表7 設備維護保養規范

在日常工作中，設備使用維護分日常(自主)保養點檢和周期(專業)保養點檢，考量到各企業管理模式，會存在自主、專業點檢內容的不同等(圖1)。

圖1 五菱柳機機加工廠缸體最終試漏機日常保養點檢表

3.2 標準件測漏

試漏設備在日常工作中為確保設備的正常運行，保證零件的試漏準確判定，每班生產過程中，在開班、中途、下班前三個時間點，使用標準樣件對試漏設備進行測試，試漏泄漏量與標準件標定泄漏量進行比較(一般判定原則：±10%內)，以判定試漏設備的準確性。

4 結束語

在發動機缸體、缸蓋制造中，氣密性測試對保證產品的質量起著至關重要的作用，是控制發動機質量的一個重要指標，因此，要求做到“100%測試100%合格”。