淺析發動機裝配過程的質量控制

黃奕敏　謝昌訊

摘 要：科學技術水平的不斷快速迅速發展，發動機作為汽車的心臟——動力發生裝置，其復雜程度越來越高，相應的裝配技術要求也越來越高。作為發動機成品最后一個環節的裝配過程，對保證發動機最終的整體質量起著至關重要的作用。筆者基于自身發動機裝配工作的實際經驗，分析影響發動機裝配質量的關鍵因素，提供發動機裝配過程的質量控制思路參考。

關鍵詞：質量控制 發動機 裝配 防錯 扭矩 清潔度

1 引言

隨著生產力水平的發展，機械產品的復雜程度越來越高，相應的裝配難度越來越大，導致裝配過程更具復雜性，綜合性和不確定性，產品裝配是生產過程最后一個也是最重要的環節，每一道裝配工序質量都決定產品的最終質量。伴著人們對于汽車需求的多樣化、個性化，使得當前各車企競爭態勢越發激烈，產品迭代周期越來越快。發動機作為汽車的“心臟”，在生產系統中需要遵循嚴格的流程控制，其裝配工藝和現場質量控制更有嚴格的體系規范和控制。

本文重點從發動機來料監控，裝配過程控制，產品下線檢測幾方面對質量控制系統進行全面介紹和分析，在系統上確保產品的質量。

2 零件質量控制

通過對發動機關鍵零部件抽檢進行質量監控，監控關鍵物料質量水平。

關鍵零部件的確定分以下幾方面：發動機關鍵性能部件，例如：缸蓋、曲軸、連桿；發動機重要內部零件，出現異常需要造成大量返修，例如軸瓦，凸輪軸；質量不穩定零件；近期尺寸異常零件。

零部件的測量，按照零件的使用性能并結合裝配過程的質量關注重點，可包括零件清潔度，硬度，金相，顆粒度，能譜，尺寸公差，形位公差等。

零件的質量控制，分為兩個方面：不合格物料的拒絕；零件質量變化的提前識別：內控和趨勢變化。

3 擰緊質量控制

在發動機的裝配生產過程中，主要裝配工藝為緊固件擰緊，緊固件的擰緊質量直接影響發動機的整體裝配質量。目前發動機緊固件擰緊大部分使用電槍擰緊，均可實現擰緊角度、擰緊扭矩的分步組合式監控。發動機擰緊扭矩的監控可分為動態扭矩監控和靜態扭矩監控，擰緊方式可分為單軸擰緊和多軸擰緊。

動態扭矩：

目標扭矩擰緊：該擰緊方式通過設定電槍擰緊最終扭矩，擰緊以達到設定目標扭矩值對緊固件進行擰緊，擰緊后能保證最終扭矩的一致性，但擰緊后的實際夾緊力波動比較大，適用于小扭力，非關鍵緊固件的擰緊。

扭矩＋角度擰緊：該擰緊方式先設置一個較小的扭矩目標值，達到目標值后再擰緊一定角度，擰緊后能保證比較穩定夾緊力，擰緊方式適用于大扭力，關鍵緊固件的擰緊。

靜態扭矩，為擰緊質量的二次監控，主要以抽檢的方式完成。靜態扭矩是緊固件擰緊完成后，再繼續沿著擰緊方向施加一個小角度克服靜態摩擦所達到的扭矩，一般我們使用扭力扳手進行測量。緊固件的靜態扭矩需要在擰緊后5分鐘內進行測量。

單軸擰緊，即為只有一根軸的電槍對緊固件分別進行擰緊，該擰緊方式容易在多螺栓大平面，多螺栓軟連接擰緊過程中導致形變致使擰緊質量異常，但由于成本較低，常用于單個緊固件和非關鍵緊固件的擰緊。

多軸擰緊，即為有多根軸對多個緊固件同時進行擰緊，該擰緊方式能有效減少形變導致的擰緊質量問題，常用于關鍵緊固件的擰緊。

4 監視及測量裝置能力監控與保障

發動機性能的檢測離不開監測與測量裝置的能力，這些檢具的準確性是生產過程質量控制的重要保障。發動機裝配過程的控制主要包括：

電槍的周期標定：通過比較校準，將電槍控制器輸出的數據和校準過的扭矩傳感器數據比較，評估電槍控制器輸出數據與扭矩傳感器之間的偏差，通過監控偏差的程度保證電槍擰緊扭矩的準確性。

檢具R&R分析，包括以下3種方法：

Type1分析：用來驗證檢具的重復性、準確度、線性和短期穩定性，該方法可以調查測量系統的固有變差。

具體操作方法：1個操作人員測量1個已知測量值的校準件或工件50次。在做type1之前必須先標定該測量系統，做整個type1的過程中不能調整測量系統；用來做type1的工件或校準件需要標記測量位置，以確保每次測量的位置相同。

Type2分析：應用于存在人為因素影響的測量系統（如手持式線旁檢具），可以評估測量系統的重復性和再現性。

具體操作方法：至少2個操作人員（k），至少每人對每個工件測量2次（r），至少測量5個工件（n），且必須k·r·n≧30；在做type2之前必須先標定該測量系統，做整個type2的過程中不能調整測量系統；用來做type2的工件需要標記測量位置，以確保每次測量的位置相同，在測量時應選用盲測的方式，由使用該量具的操作工來操作，但數據記錄員必須清楚本次測量時由哪個操作工對第幾個工件的第幾次測量。

常用的分析方法有ARM（平均值極差法）和ANOVA（方差分析）

② Type3分析：屬于Type2的特例，應用于不存在人為因素的測量系統（如試漏機、Marposs曲軸終檢機），可以評估測量系統的重復性。

具體操作方法：至少5個工件（n），至少對每個工件測量5次（r），且n·r≧25；在做type3之前必須先標定該測量系統，做整個type3的過程中不能調整測量系統。

因檢測設備大多帶有自動EMS程序，在做type3過程中必須標記各個工件的測量順序，不能混淆工件的測量順序。

5 設備防錯驗證

發動機質量穩定監控離不開防錯設備探測能力的有效性，發動機裝配過程的設備防錯能力通過防錯周期驗證來保證。

設備防錯能力使用防錯參考件或人為制造缺陷事件來進行驗證。

防錯參考件驗證：某活塞卡環壓裝設備通過制作卡環漏壓裝，壓裝不到位零件作為參考件，并定期通過參考件進行缺陷試探測校驗設備的防錯能力。

人為缺陷事件驗證：某設備涂膠零件要求5分鐘內完成安裝，對該設備的驗證通過人為制造5分鐘內不安裝操作進行設備防錯能力校驗。

防錯參考件需要周期校訂來確保參考件的有效性，評價方法可以對參考件進行多次重復校驗（建議5次以上），確認能有效探測出缺陷。

6 裝配過程防錯監控

為滿足人們對于汽車多樣化、個性化的追求，各個整車制造廠競爭白熱化，產品迭代周期不斷加快，發動機多品種共線柔性生產也成為了趨勢。但是由于裝配品種多樣化也提升了產品錯裝、漏裝的潛在風險，所以發動機裝配過程防錯是保證產品質量的重要手段。

防錯的分類分為：設計防錯與過程防錯兩類。

設計防錯，是工程技術人員在早期開發的時候，根據零件的裝配要求，通過對零件零件尺寸、形位等特征進行優化設計，使得零件在裝配過程具有唯一性，從根本上消除錯裝的可能性。例如，某發動機節流閥體的螺栓安裝孔采用非對稱設計，使得其安裝位置具有唯一性，從而避免裝錯方向。

過程防錯可分為以下幾類：

視覺放錯，通過使用工業照相機對具有明顯特征（主要為圖形符號，顏色）的零件進行拍照，并將拍攝所得的零件圖片特征與系統預設置的正確零件特征進行比對，通過比對特征的一致性來判斷裝配的零件的正確與否。例如，在混線生產的發動機中，經常會使用到多種活塞，可在不同活塞頭部設計不同的特征標志，并通過識別比對標識進行防錯。

掃描防錯，常用于帶有條形碼、二維碼設計的零件，通過掃描零件上的條形碼或二維碼，識別出讀取信息上的特征字段信息，并將信息與系統預設置的正確信息進行比對，通過比對確認零件的正確與否。

取料放錯，通過在零件放置位置或工具、工裝放置位置設置感應傳感器，通過感應傳感器識別拿取物料或工具工裝的動作，避免零件漏裝或裝配工序缺失。

對射傳感器防錯，通過在裝配線上安裝對射傳感器，根據零件的遮擋信號識別零件錯裝、漏裝。

工裝夾具防錯，通過零件形狀的不同，根據其獨特形狀進行工裝夾具設計，從而使錯誤的零件無法裝在正確的工裝夾具上，或者錯誤的工裝夾具無法與當前機型匹配，從而防止錯誤零件裝配到產品上。

擰緊防錯，擰緊防錯通過對擰緊程序邏輯的設定，可完成擰緊不合格，漏擰緊，重復擰緊的監控要求。

緊固件擰緊一般常從時間、角度、終扭矩三個維度來監控擰緊過程。擰緊時間與角度一般用來判斷擰緊過程質量，在電槍轉速等參數不變的情況下，擰緊時間過長或者角度過大，則緊固件可能出現滑牙，擰緊時間過短或者角度過小，則緊固件可能發生卡滯；終扭矩則用來判斷擰緊效果。電槍擰緊程序提前設置時間、角度、終扭矩的合格范圍值，該范圍值一般通過理論計算、效果驗證以及大量擰緊數據匯總分析形成，當擰緊偏離合格范圍時系統會發出不合格報警。

人工防錯，主要用于非關鍵零件或通過評估防錯質量成本高的零件，通常采用的方式有多重目視檢查，點漆，下發質量警示。

7 裝配清潔度控制

發動機是精密裝配的產品，裝配過程清潔度的控制也是保證產品質量的重要環節，清潔度不合格容易導致產品異常磨損直接影響發動機的壽命。

發動機裝配線清潔度控制通常包含以下幾方面：

摩擦副零件，潤滑管路零件的清潔度抽檢。

裝配線的清潔度管理，包括制定工具工裝的清潔要求，員工手套的使用標準與更換頻次，裝配工位的清潔方法。

定期開展清潔度審核，識別現場清潔度風險點并進行優化改進。

8 發動機的性能測試

發動機的性能主要有泄漏測試與冷試。

泄漏測試：使用壓差、流量變化的方法，通過與設備設定參數進行對比以判斷密封性能是否合格，用于檢測發動機燃燒室、水道及油道的密封性能。

冷試：采用電動機帶動發動機，模擬發動機運轉狀態，利用傳感器動態采集反映發動機性能的各項表征參數，通過系統軟件的計算和分析，比對被測參數和標準狀態的差異，對發動機質量進行定量判斷，主要可實現發動機正時系統，油壓，啟動扭矩，缸壓等發動機性能的監控。

9 成品的關注檢查

發動機下線前的檢查主要包括兩個方面CARE檢查與客戶使用特性檢查。

CARE檢查是發動機下線前對發動機的關鍵特征進行確認。

客戶使用特性檢查，是通過對客戶裝配過程使用到的發動機特征進行識別，并對其中潛在風險較大的特征進行檢查，以保證相關特征在客戶方使用過程的質量。

通常客戶使用特性要求在裝配過程進行200%的檢查確認。

10 動機產品審核

發動機產品審核是評估發動機整體性能穩定性，一致性的重要手段，主要包括整機清潔度審核，整機裝配質量審核，整機性能審核。

整機清潔度審核：對發動機進行10分鐘的熱試磨合后，將潤滑系統零件進行清洗，通過稱重測量雜質重量和檢查軸瓦劃傷情況來評價發動機裝配過程的清潔度水平。

整機裝配質量審核，通過拆解測量發動機零件的擰緊扭矩，來評價生產過程擰緊質量的穩定性。

整機性能審核，對發動機進行10小時的耐久試驗，測量發動機的功率、扭矩、竄漏量、缸壓等參數以評價發動機的使用性能。

11 結語

發動機裝配過程質量受多種因素影響，需要對裝配過程的質量控制點進行識別并制定質量控制方案，以確保裝配過程的穩定性，從而不斷提高我們的產品質量和競爭力。

參考文獻：

[1]王荔巖，謝本才.發動機裝配技術淺談[J].黑龍江科技信息.

[2]徐斌.淺淺析發動機的生產過程質量控制[J].時代農機，2018.

[3]惠曉濱.發動機裝配工作的要求與方法[J]. 農機使用與維修.

[4]李玲.發動機主要零件的清潔度測定及提高措施.林業機械與木工設備，2003年第七期.

[5]梁國明，梁承歡.機械產品設計制造使用防錯方法[M].北京：機械工業出版社，2014.