徐國慶 徐飛躍 周海軍 池曉欽

(廣東鴻圖科技股份有限公司，廣東高要 526108)

圖1是乘用車發(fā)動機油底殼產(chǎn)品零件圖，其產(chǎn)品總成需要對零件型腔、潤滑油道腔和潤滑油過濾器腔(以下簡稱過濾器腔)進(jìn)行試漏，其檢測壓力分別為100 kPa、300 kPa、50 kPa，3 個腔的泄露標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一是 8 mL/min，當(dāng)泄露量小于8 mL/min時為合格;當(dāng)泄露量大于8 mL/min時為不合格。在產(chǎn)品試制階段，試漏工序采用水檢，需要將零件在試漏機的試漏夾具上密封后浸入水箱中，對零件的3個不同腔體，按照技術(shù)要求的先后順序，對型腔、潤滑油道腔和過濾器腔分別進(jìn)行充氣后，觀察零件在水箱中的情況。當(dāng)零件出現(xiàn)泄露時，在充氣壓力的作用下，在零件泄露部位的表面會出現(xiàn)不間斷的氣泡浮出，需要2個操作工從不同方向，通過360°觀察零件表面氣泡浮出的情況，判斷產(chǎn)品是否合格并對合格產(chǎn)品手動操作打試漏合格標(biāo)記點(作為產(chǎn)品包裝工序檢查產(chǎn)品試漏合格的依據(jù));然后，對產(chǎn)品是否合格的狀態(tài)在專用的記錄表上進(jìn)行記錄抄數(shù)，作為產(chǎn)品追溯的依據(jù)。產(chǎn)品經(jīng)過一年的量產(chǎn)后，試漏工序逐漸成為瓶頸。其主要表現(xiàn)為工序自動化程度低，對員工操作的責(zé)任性和經(jīng)驗性要求高，由于無法對產(chǎn)品的具體泄露量進(jìn)行量化，產(chǎn)品誤判幾率高;由于產(chǎn)品需要浸入水箱中，試漏工序完成后對合格的產(chǎn)品，需要員工打試漏合格標(biāo)記點、還需要用壓縮空氣吹干零件表面殘留的水分，根據(jù)節(jié)拍要求，整個試漏工序需要4名操作工，其中2名操作工負(fù)責(zé)零件裝夾、試漏觀察、打標(biāo)記及抄數(shù)，2名操作工負(fù)責(zé)吹干零件表面的殘留水分。圖2為油底殼水檢試漏機局部工作圖。該產(chǎn)品客戶需求年產(chǎn)量為70萬件，分3年逐漸達(dá)到最高產(chǎn)能［1］，根據(jù)節(jié)拍要求還需要投入4臺共5臺試漏機，為保證產(chǎn)品逐漸提高的需求量，需要對現(xiàn)有的試漏機改進(jìn)設(shè)計，以適應(yīng)產(chǎn)品的要求。新設(shè)計的試漏專機需要從提高其自動化水平，提高工作效率和降低試漏工序的誤判率方面著手，達(dá)到提高質(zhì)量降低成本的目標(biāo)。經(jīng)過技術(shù)評估，更改現(xiàn)有試漏專機設(shè)計的水檢方式為氣檢方式，整個試漏工序零件不用接觸水，通過空氣泄漏檢測儀(又稱氣密儀)檢測零件密封腔體的泄漏量，來判斷零件的各個腔體是否合格，省略用壓縮空氣吹干零件表面殘留水分的工序內(nèi)容，實現(xiàn)零件試漏過程由人工判斷為設(shè)備自動判斷、自動打試漏合格標(biāo)記、自動保存零件試漏數(shù)據(jù)和追溯抄數(shù)記錄的全過程自動化，將設(shè)備操作人員由4名減少為1名，改進(jìn)設(shè)計的試漏專機采用更具人性化的基于觸摸屏的人機交換工作界面的自動化和智能化設(shè)計方案。下面對其具體改進(jìn)設(shè)計方案進(jìn)行闡述。

1 氣檢試漏機總體方案設(shè)計

氣檢試漏機設(shè)備由機身、夾具組件、液壓/氣動控制系統(tǒng)、自動化和智能化的電控系統(tǒng)4個部分組成。

機身結(jié)構(gòu)采用典型的四立柱框架型結(jié)構(gòu)設(shè)計。設(shè)備密封的動力采用液壓和氣動相結(jié)合的方式，向下和向右的主密封動力采用液壓控制的液壓油缸作為動力源，保證設(shè)備工作的可靠性，側(cè)向輔助密封過濾器腔的動力采用氣動控制的氣缸作為動力源，各個動作獨立控制，各個動作行程位置可通過雙活塞液壓油缸后部的螺紋調(diào)節(jié)套進(jìn)行比較精確的調(diào)節(jié)，并可用螺母緊固鎖緊螺紋調(diào)節(jié)套，防止工作過程中產(chǎn)生軸向位置變化［1］。員工采用站姿操作，手動上下料雙手啟動設(shè)備自動進(jìn)行檢測工作，并配置了安全光柵的工作方式，以保證操作者的安全。設(shè)備的動力氣源和零件檢測氣源為車間統(tǒng)一氣源，壓力為0.5～0.7 MPa。氣密儀采用日本進(jìn)口COSMO LS－168A產(chǎn)品，實現(xiàn)對整個檢測過程的自動化判斷。設(shè)備電氣控制系統(tǒng)采用日本三菱PLC，實現(xiàn)設(shè)備檢測過程的自動化運行，采用了性價比較高的國產(chǎn)北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司的嵌入式工控機的帶觸摸屏的人機交換界面的智能化設(shè)計的產(chǎn)品，實現(xiàn)對設(shè)備檢測數(shù)據(jù)和運行維修狀態(tài)的智能化控制。

2 氣檢試漏機的工作原理

產(chǎn)品在毛坯精加工完成清洗和壓裝后，通過人工上下料到檢測夾具后，設(shè)備自動對工件進(jìn)行壓封封堵，密封封堵完成后通過氣密儀對工件內(nèi)部的不同型腔依次充入相應(yīng)壓力的壓縮空氣，并進(jìn)行檢測判斷，通過手持二維碼掃描(也可通過觸摸屏手動輸入)將工件的信息讀入到工控機系統(tǒng)，工件的泄漏檢測值自動顯示在觸摸屏上，氣密性檢測完成后將數(shù)據(jù)自動與產(chǎn)品的編號信息相對應(yīng)并進(jìn)行存儲，并可以把數(shù)據(jù)以Excel的格式導(dǎo)出到外部的USB數(shù)據(jù)盤中，實現(xiàn)對產(chǎn)品檢測數(shù)據(jù)的追溯和統(tǒng)計的信息化管理。具體流程見圖3。

3 智能化人機交換界面的工作原理

氣檢試漏機設(shè)備設(shè)計了兩種工作狀態(tài):自動檢測狀態(tài)和手動檢測狀態(tài)，可以通過人機交換的觸摸屏界面，進(jìn)行設(shè)置。

選擇自動檢測狀態(tài)后，設(shè)備將進(jìn)行自動檢測操作，在自動檢測監(jiān)控畫面中，可以監(jiān)控設(shè)備的各項數(shù)據(jù)變化。如設(shè)備運行狀態(tài)信息，動態(tài)顯示當(dāng)前工件所處的狀態(tài)，產(chǎn)品型腔、潤滑油道腔和過濾器腔的具體泄漏檢測數(shù)據(jù)。氣檢試漏機設(shè)備自動檢測監(jiān)控窗口見圖4。

手動狀態(tài)是為了方便設(shè)備調(diào)試和維修。在該狀態(tài)下可通過觸摸屏按鍵來對各個動作進(jìn)行操作，完成調(diào)試后，可直接按復(fù)位按鍵，使設(shè)備自動復(fù)位到初始狀態(tài)。切換至自動狀態(tài)后，就可以進(jìn)入到對零件檢測的自動循環(huán)中，完成對零件的氣密檢測。為方便維修診斷，設(shè)備設(shè)計了報警信息顯示功能，維護人員能通過此畫面快速地查到設(shè)備出現(xiàn)故障報警的原因和位置，方便設(shè)備維修診斷。

由于氣檢試漏機設(shè)備在不同環(huán)境溫度、零件溫度和測試壓力、3個不同型腔快速充氣時間等不同條件狀態(tài)下，對設(shè)備檢測的精度都會造成不同程度的影響。定期需要設(shè)備管理人員用標(biāo)準(zhǔn)泄漏孔對設(shè)備的不同3個頻道(對應(yīng)零件的3個檢測腔)進(jìn)行調(diào)試校正，并需要設(shè)置相應(yīng)的檢測參數(shù)。為了實現(xiàn)對設(shè)備檢測運行參數(shù)的設(shè)定，需要輸入驗證密碼正確后方可進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置窗口，防止無操作設(shè)備權(quán)限的人員任意修改設(shè)備檢測運行參數(shù)，方便設(shè)備管理人員實現(xiàn)對設(shè)備的有效管理。例如，型腔快速充氣時間和平衡時間的設(shè)定的長短會影響到設(shè)備檢測精度和節(jié)拍的快慢。檢測合格打點氣缸打點次數(shù)的設(shè)定，通過氣缸打點的提示音提醒操作者設(shè)備已經(jīng)完成零件的檢測程序。設(shè)備用戶操作監(jiān)控窗口見圖5。

4 夾具組件的工作原理

圖6為氣檢試漏機設(shè)備的局部工作圖，氣檢試漏機的夾具組件的構(gòu)成分為上、下兩部分。夾具組件上部分與主液壓油缸相連，由上模板、多個彈性壓緊桿及上壓密封板組件等組成，用于實現(xiàn)工件的壓緊、上部壓緊密封。上壓密封板組件上單獨設(shè)置了同時可對過濾腔密封的壓頭，可以分別實現(xiàn)對零件型腔和過濾腔的密封的功能，通過與氣密儀相接通，可實現(xiàn)對零件型腔和過濾腔的壓力泄漏檢測。夾具組件下部分用于工件的定位支撐、底部密封及左右側(cè)面密封，通過左側(cè)液壓油缸運動實現(xiàn)左側(cè)壓封機構(gòu)對產(chǎn)品的左側(cè)面和油道孔的壓力密封，同時實現(xiàn)產(chǎn)品的右側(cè)面的壓力密封。后側(cè)面固定了壓封氣缸對后側(cè)斜面潤滑油道進(jìn)行壓力密封，通過與氣密儀相接通，實現(xiàn)對潤滑油道腔的壓力泄漏檢測。夾具與零件的密封部位采用丁腈橡膠密封圈實現(xiàn)。密封圈的形狀需要根據(jù)零件與夾具密封接觸部位的形狀而設(shè)計，其外形和截面形狀的設(shè)計是保證密封的可靠性和使用壽命的關(guān)鍵，需制作專用的橡膠模具來實現(xiàn)，是整個設(shè)備是否持續(xù)正常運轉(zhuǎn)的最關(guān)鍵要素之一。密封圈密封的可靠性，將直接影響到設(shè)備檢測結(jié)果的可靠性。作為易損件的密封圈的使用壽命關(guān)系到設(shè)備在車間現(xiàn)場使用過程中的運行成本。為了提高其使用壽命，其密封圈的材質(zhì)也可以選用使用壽命更長的聚氨酯材料。因此在設(shè)備投入車間現(xiàn)場使用過程中，制作了產(chǎn)品的泄漏標(biāo)準(zhǔn)限度樣件和不泄漏標(biāo)準(zhǔn)限度樣件，供設(shè)備每班使用前，對氣檢試漏機設(shè)備進(jìn)行泄漏量校驗，保證其始終處于正常狀態(tài)下使用。

5 液壓/氣壓控制系統(tǒng)的工作原理

圖7為油底殼氣檢試漏機的液壓/氣壓控制工作原理圖，設(shè)備的上下主壓力密封部分和左右側(cè)面壓力密封部分采用雙作用活塞油缸的液壓設(shè)計控制系統(tǒng)來實現(xiàn)對零件的可靠的型腔密封，其控制原理見圖中液壓控制部分。油底殼零件在氣檢試漏機的密封夾具中完成密封后，按程序設(shè)計首先測試零件型腔的泄漏量，氣動控制系統(tǒng)中兩位五通電磁換向閥16－2的電磁鐵12DT通電，氣控兩通閥20－2、20－5接通，氣密儀內(nèi)的無泄漏的標(biāo)準(zhǔn)品和油底殼零件型腔同時充入P=0.1 MPa的壓縮空氣，經(jīng)過“起動—加壓行程—平衡行程—檢出行程—排氣結(jié)束”的整個循環(huán)，完成零件型腔的泄漏量的測試，并判斷出零件型腔的泄漏量合格與否，數(shù)顯壓力表18－2可以顯示整個循環(huán)過程中零件型腔的壓力變化情況。按程序設(shè)計要求依次分別測試出零件潤滑油道腔和過濾器腔的泄漏量合格與否，直到完成整個零件測試的大循環(huán)，零件各個腔的泄漏量都合格后，打試漏合格點氣缸反復(fù)動作并發(fā)出提示音，同時液壓系統(tǒng)松開零件裝夾，提醒操作者零件試漏合格，可以將OK零件從密封夾具中取出。反之，在測試過程中任一腔的泄漏量超出標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備將出現(xiàn)報警，面板上檢測NG指示燈亮，提示操作員工并顯示出具體泄漏量數(shù)據(jù)，員工可按操作面板上的復(fù)位鍵，設(shè)備回到初始狀態(tài)，員工可將NG零件取出，開始下一個零件測試循環(huán)。

整個設(shè)備的氣動檢測控制系統(tǒng)的核心是圍繞氣密儀的工作原理而設(shè)計的，氣密儀泄漏測試方式是向測試品(油底殼零件)和氣密儀內(nèi)準(zhǔn)備好的無泄漏的標(biāo)準(zhǔn)品(標(biāo)準(zhǔn)容器罐)內(nèi)同時充入壓縮空氣，然后，停止供氣，通過高靈敏度的差壓傳感器(DPS)測量測試品其空間內(nèi)部因泄漏導(dǎo)致的壓力變化，即測試品與標(biāo)準(zhǔn)品之間的差壓，通過差壓值計算出單位時間內(nèi)的測試品的泄漏量［1］，并根據(jù)油底殼零件設(shè)定的技術(shù)要求判斷出測試品是否合格。

氣密儀測試過程的工作行程動作由起動(用夾具密封工件后，輸入起動信號)，加壓行程(兩位三通電磁換向閥25－1、25－2的電磁鐵14DT、15DT通電，常閉平衡閥23打開和常開平衡閥24關(guān)閉，向工件和標(biāo)準(zhǔn)品同時加壓，因絕熱壓縮而升溫的空氣要達(dá)到一定程度的穩(wěn)定，需一定時間)，平衡行程(兩位三通電磁換向閥25－1的電磁鐵14DT斷電，常閉平衡閥23關(guān)閉，停止供給測試壓，隔絕測試品與標(biāo)準(zhǔn)品之間的空氣，等待壓力的穩(wěn)定。大的泄漏可在此行程中測出，判斷結(jié)果為不良)，檢出行程(也稱測出小泄漏行程，由于零件泄漏引起的差壓隨時間的變化而增加，通過DPS測量出泄漏量)，排氣結(jié)束(輸出合格與否的信號，兩位三通電磁換向閥25－2的電磁鐵15DT斷電，常開平衡閥24打開，從排氣口排出測試品與標(biāo)準(zhǔn)品內(nèi)的空氣)，共5個階段組成。

設(shè)備檢測和氣控系統(tǒng)所用氣源為車間統(tǒng)一氣源，經(jīng)過氣源三聯(lián)件后的過濾減壓(P=0.5 MPa)及潤滑油霧化后，送入氣壓控制系統(tǒng)使用。為了保證整個氣控系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，在氣源位置設(shè)計了50 L的儲氣罐。

6 結(jié)語

經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計后的氣檢試漏機，投入生產(chǎn)經(jīng)過約一年的使用和驗證，單機生產(chǎn)了約2萬余件產(chǎn)品，由原設(shè)計的單臺水檢試漏機需要4人操作，提高效率為1人操作2臺優(yōu)化設(shè)計后的氣檢試漏機，質(zhì)量和效率圓滿地達(dá)到了初始設(shè)計要求。此優(yōu)化設(shè)計方案的成功實施對以后相關(guān)的大批量生產(chǎn)的試漏機的設(shè)計具有一定的參考作用。

［1］COSMO氣密儀LS－1863A操作說明書［M］.日本COSMO計器(上海)商貿(mào)有限公司，2010.

［2］徐國慶，徐飛躍，曾超鋒.發(fā)動機油底殼數(shù)控加工工藝分析［J］.機械制造，2011(10):78－81.

［3］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(9):58－60.

［4］成大先.機械設(shè)計手冊［M］.4版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002.