發(fā)動機(jī)零部件氣密性檢測及其裝備關(guān)鍵技術(shù)

閻秋生，高偉強(qiáng)，潘繼生

(廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，廣東廣州 510006）

發(fā)動機(jī)零部件氣密性檢測及其裝備關(guān)鍵技術(shù)

閻秋生，高偉強(qiáng)，潘繼生

(廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，廣東廣州 510006）

發(fā)動機(jī)零部件氣密性檢測是保證發(fā)動機(jī)質(zhì)量、減少廢品的重要保證。通過分析發(fā)動機(jī)氣密性檢測原理及對比國內(nèi)外氣密性檢測儀性能，提出發(fā)動機(jī)零部件檢漏機(jī)設(shè)計(jì)需要考慮的主要參數(shù)，指出柔性化、網(wǎng)絡(luò)化和溫度補(bǔ)償?shù)仁菣z漏機(jī)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。

發(fā)動機(jī);氣密性;檢測;檢漏機(jī)

我國汽車工業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵是必須盡可能摒棄價(jià)格高昂的進(jìn)口汽車制造裝備。動力總成的發(fā)動機(jī)生產(chǎn)線是第一汽車制造裝備，其技術(shù)含量第一，占汽車制造裝備投資額第一，目前對外技術(shù)依存度高達(dá)95%。隨著汽車節(jié)能減排性能要求越來越高，動力總成的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜、尺寸越來越緊湊、精度越來越高、速度越來越快，因此需要按照精益、敏捷理念進(jìn)行發(fā)動機(jī)柔性自動生產(chǎn)線優(yōu)化設(shè)計(jì)和配置，使用戶能夠選擇技術(shù)、經(jīng)濟(jì)優(yōu)化的方案進(jìn)行生產(chǎn)。發(fā)動機(jī)燃燒系統(tǒng)需要滿足高溫高壓的密閉條件，如缸體、缸蓋等重要零件有水路、油路等密封性能要求，在加工過程中和裝配后都需要進(jìn)行氣密性檢測，為了滿足整個(gè)生產(chǎn)線的節(jié)拍要求，一般檢測周期只有數(shù)十秒。因此在發(fā)動機(jī)柔性生產(chǎn)線上，零部件的氣密性在線智能檢測是關(guān)鍵技術(shù)之一［1－2］。

1 發(fā)動機(jī)零部件氣密性檢測技術(shù)原理及國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)汽車發(fā)動機(jī)原理，燃油與空氣的混合體需要在密閉環(huán)境中壓縮、點(diǎn)火、爆炸而產(chǎn)生動力，因此在發(fā)動機(jī)制造過程中，氣密性測試對保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高發(fā)動機(jī)性能起到至關(guān)重要的影響。密封檢漏是工業(yè)生產(chǎn)過程中常用的產(chǎn)品質(zhì)量檢測手段，氣密性檢測一般采用空氣檢漏、氮?dú)鈾z漏、氦氣檢漏以及水浸檢漏等，對于發(fā)動機(jī)零件檢漏主要采用壓縮空氣檢漏輔以必要的水浸式檢漏。

對發(fā)動機(jī)進(jìn)行氣密試漏檢測，不僅能提高產(chǎn)品質(zhì)量:防止漏氣提高發(fā)動機(jī)輸出功率，防止漏水減少故障，防止漏油以節(jié)能，而且能降低成本。適時(shí)中間試漏可及時(shí)發(fā)現(xiàn)殘次品降低制造成本，整機(jī)試漏可以保證裝配質(zhì)量減少返修。發(fā)動機(jī)的幾個(gè)關(guān)鍵零件如氣缸體、氣缸蓋、機(jī)體及發(fā)動機(jī)總成對氣密性都有嚴(yán)格要求。

由于空氣的可壓縮性、低黏度，意味著空氣通過漏點(diǎn)的速度比液體快得多，空氣本質(zhì)上沒有表面張力，空氣相比于液體更容易通過微小的漏點(diǎn)，因此空氣會產(chǎn)生泄漏但液體不一定會泄漏，于是以空氣為介質(zhì)進(jìn)行試漏時(shí)定義了最大允許空氣泄漏量。

氣密性檢驗(yàn)需用氣密性檢測儀，它是專門用來對腔體機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行密封性檢測的裝置，主要用于汽車發(fā)動機(jī)、變速箱、車橋、水箱、油箱等對容腔有密封要求的生產(chǎn)中。氣密性檢測儀采用嵌入式控制的智能化設(shè)計(jì)，可自動完成測試程序，并對檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行自動判別。

差壓式檢漏法具有受溫度影響小、檢測靈敏度和精度高等優(yōu)點(diǎn)，在發(fā)動機(jī)零件泄漏測試中得到了廣泛應(yīng)用。差壓式檢漏法的檢測原理如圖1所示，可見:檢測所得壓差的絕對值表示為標(biāo)準(zhǔn)缸和工件間的實(shí)際壓差，一般標(biāo)準(zhǔn)缸壓力保持恒定，工件則可能因?yàn)樾孤?dǎo)致壓力降低，標(biāo)準(zhǔn)缸壓力高于工件壓力時(shí)壓差為正值。

圖1 差壓式氣密性檢測儀原理

目前，代表國際先進(jìn)技術(shù)水平的是德國、法國、日本等國家的氣密性檢測儀，具備了多頻道設(shè)定、自動校驗(yàn)、溫度自動補(bǔ)償、智能型空氣回路、自動偏差修正、智能化自動泄漏計(jì)算、自動控壓、數(shù)據(jù)分析、現(xiàn)場總線及打印等諸多功能。國際上氣密性檢測儀在技術(shù)和功能方面的發(fā)展動態(tài)和趨勢主要是:可擴(kuò)展性，采用高速、高精度A/D、D/A單元模塊開發(fā)，縮短檢測周期，提高檢測精度;強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理、現(xiàn)場總線的應(yīng)用和更好的工業(yè)現(xiàn)場適應(yīng)能力;溫度自動補(bǔ)償、容積自動換算及誤差修正功能開發(fā)以便能更好地削除溫度和環(huán)境對檢測的影響等。

國外著名的氣密性檢測儀生產(chǎn)商有法國ATEQ公司、美國USON公司、日本COSMOS公司等。ATEQ公司是世界制造氣密性檢測儀的先驅(qū)，涉及汽車、醫(yī)藥、家電、壓鑄、包裝、閥門、煤氣、電子、建筑、航空等領(lǐng)域。USON公司也生產(chǎn)很多種類型的測試儀，其新型Vector系列提供了多種檢測模式，同時(shí)考慮到了測漏性能、泄漏量，并針對實(shí)際應(yīng)用中不同被測物的容積和泄漏量大小提供相應(yīng)的產(chǎn)品。而COSMO產(chǎn)品有較好的性價(jià)比。國內(nèi)廣州市番禺科騰工業(yè)有限公司也開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的CPD系列氣體泄漏檢測儀。表1是目前國內(nèi)外氣體泄漏檢測儀性能參數(shù)，總體來講國產(chǎn)CPD系列氣體泄漏檢測儀可以實(shí)現(xiàn)全部檢測功能。

表1 國內(nèi)外氣密性檢測儀產(chǎn)品性能參數(shù)比較［3－4］

續(xù)表1

2 發(fā)動機(jī)生產(chǎn)線零部件檢漏機(jī)主要參數(shù)設(shè)計(jì)

在采用氣密性檢測儀的基礎(chǔ)上，輔以上、下料機(jī)構(gòu)、定位系統(tǒng)、自動密封裝置及電氣控制、液壓與氣動系統(tǒng)即可構(gòu)成檢漏機(jī)，滿足生產(chǎn)線上批量生產(chǎn)對零部件氣密性檢測的要求。工件漏還是不漏是一個(gè)相對的概念，由于液體黏度遠(yuǎn)大于氣體，以工件無液體泄漏為標(biāo)準(zhǔn)就可以定義一個(gè)最大空氣泄漏率。對于發(fā)動機(jī)零部件的氣密性檢測，需要結(jié)合生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍的要求和工件的實(shí)際工況要求設(shè)計(jì)檢漏機(jī)方案，并且合理設(shè)計(jì)以下參數(shù):

(1）測試壓力。測試壓力一般與發(fā)動機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中各類介質(zhì)的實(shí)際壓力相當(dāng)或略高。

(2）在線測試節(jié)拍。工件的泄漏量測試一般包括4個(gè)階段，即充氣、平衡、測試和排氣。各階段時(shí)間的設(shè)定首先保證被測物或夾具沒有泄漏，其次要設(shè)定足夠長的充氣時(shí)間進(jìn)行測試，之后慢慢縮短充氣時(shí)間求得泄漏值穩(wěn)定并接近于零時(shí)的最短充氣、平衡時(shí)間。理論上測試時(shí)間越長，越有助于獲得準(zhǔn)確的測試精度，但這與生產(chǎn)線的實(shí)際需求是矛盾的，試漏機(jī)的節(jié)拍應(yīng)在保證測試精度的情況下，與生產(chǎn)線的整體節(jié)拍相匹配。此外，在夾具中采用減小容積的填充物有助于加快測試節(jié)拍。當(dāng)工件的測試壓力較高、工件測試容積較大、工件泄漏率較小、工件及夾具密封部有壓力變形時(shí)，需要延長測試時(shí)間，以保證工件泄漏率的測試精度。

(3）泄漏率。發(fā)動機(jī)各零件及總成的泄漏率標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)實(shí)際工況的要求，并且與工件的材料、結(jié)構(gòu)和試漏機(jī)的技術(shù)狀態(tài)密切相關(guān)，泄漏率過高會造成發(fā)動機(jī)出現(xiàn)漏油、漏水和漏氣的質(zhì)量問題，過低會導(dǎo)致毛坯的料費(fèi)率提高，增加發(fā)動機(jī)的制造成本。泄漏率標(biāo)準(zhǔn)是發(fā)動機(jī)制造企業(yè)根據(jù)發(fā)動機(jī)性能確定的。

此外，為保證測試精度，氣密性測試對測試密封元件的材料選擇與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、密封設(shè)計(jì)、工件定位夾緊裝置和密封夾具等方面都有一定的要求，如:密封元件應(yīng)沒有彈性蠕變，耐油耐壓;密封設(shè)計(jì)有助于減少不必要的密封性測試的穩(wěn)定時(shí)間;密封夾具必須提供適當(dāng)?shù)膲毫矸舛卤粶y工件，夾緊力應(yīng)該是測試壓力的3倍左右。同時(shí)，夾具支撐框架的強(qiáng)度要足以支撐此壓力，而且各封堵氣缸應(yīng)有可靠的導(dǎo)向，確保封堵位置準(zhǔn)確。

3 發(fā)動機(jī)零部件檢漏機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)

對國內(nèi)外發(fā)動機(jī)零部件檢漏機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題進(jìn)行歸納分析［5］，其中關(guān)鍵技術(shù)主要包括:

(1）柔性化夾具設(shè)計(jì)技術(shù)

檢漏機(jī)是一種具有復(fù)雜動作的機(jī)電一體化非標(biāo)設(shè)備，具有類型多樣、功能多變等特點(diǎn)，為了使企業(yè)能夠節(jié)約資源、降低資金投入、節(jié)省設(shè)備占地面積、適應(yīng)生產(chǎn)過程節(jié)能環(huán)保的發(fā)展趨勢，通過夾具結(jié)構(gòu)的柔性化和模塊化來提高設(shè)備柔性化。柔性化夾具系統(tǒng)提高了檢漏機(jī)的適應(yīng)性、效率和定位準(zhǔn)確性，適合發(fā)動機(jī)企業(yè)多元化、混流生產(chǎn)的要求，同時(shí)也提高了檢測效率，顯著縮短檢測周期。

(2）溫度補(bǔ)償技術(shù)

由于檢漏機(jī)采用定量壓差法檢測，在檢測時(shí)要保證被測工件處于一個(gè)相對密閉的環(huán)境之中，因此溫度是檢測結(jié)果的敏感影響因素。通常情況下，由于工件測試時(shí)間短，溫度的影響可以忽略，但是有較高檢測精度要求時(shí)，必須考慮溫度的影響。在檢漏機(jī)設(shè)計(jì)過程中，采取以下3方面措施提高檢測精度:①降低測試氣體壓力;②采用具有溫度補(bǔ)償功能的氣密性檢測儀;③ 根據(jù)檢測現(xiàn)場條件作出溫度補(bǔ)償曲線，在PLC中設(shè)置溫度補(bǔ)償程序。

(3）網(wǎng)絡(luò)化控制技術(shù)

檢漏機(jī)采用網(wǎng)絡(luò)化控制，可以對其工作過程的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和分析，不僅可以完成本地?cái)?shù)據(jù)的采集和處理工作，而且支持上位機(jī)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析功能，在可能出現(xiàn)質(zhì)量偏差時(shí)提前發(fā)現(xiàn)問題，提醒管理部門采取措施，提供歷史數(shù)據(jù)查詢功能，使質(zhì)量管理部門可以對一定時(shí)期的生產(chǎn)質(zhì)量進(jìn)行全面了解。測得的數(shù)據(jù)除了供上位機(jī)與下位機(jī)之間數(shù)據(jù)共享之外，還可以提供遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理功能，建立信息庫，大幅度提高產(chǎn)品可靠性，提高企業(yè)生產(chǎn)的信息化管理水平。

4 結(jié)束語

發(fā)動機(jī)零部件在制造過程中進(jìn)行氣密性檢測是保證發(fā)動機(jī)質(zhì)量、減少廢品的重要保證，用于發(fā)動機(jī)氣密性檢測的檢漏儀，一般是采用差壓式檢測，使用氣密性檢測儀配備傳送、定位、夾緊、密封等相關(guān)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)工件生產(chǎn)線的檢測節(jié)拍要求。測試壓力、在線測試節(jié)拍和泄漏率是發(fā)動機(jī)零部件氣密性檢測設(shè)計(jì)的3個(gè)主要參數(shù)，發(fā)動機(jī)檢漏機(jī)發(fā)展的柔性化、網(wǎng)絡(luò)化和溫度補(bǔ)償?shù)仁瞧潢P(guān)鍵技術(shù)。

【1】陳長年．“十二五”汽車制造裝備市場分析［J］．汽車工藝與材料，2009(8）:13－17．

【2】汽車制造裝備“十二五”規(guī)劃商議突破四項(xiàng)核心技術(shù)［OL］．［2010 －05 －27］．http://www．idacn．org．

【3】王勇，馬凱．氣密性檢測技術(shù)在發(fā)動機(jī)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用［J］．汽車工藝與材料，2009(7）:4－10．

【4】廣州市番禺科騰工業(yè)有限公司．http://www．gdfortune．com．cn/products．

【5】曉青．柔性制造技術(shù)決定汽車工業(yè)的未來［J］．世界制造技術(shù)與裝備市場，2009(3）:76－82．

Air Tightness Testing and Key Technology of Equipment for Engine Parts

YAN Qiusheng，GAOWeiqiang，PAN Jisheng
(College of Electromechanical Engineering，Guangdong Universtiy of Technology，Guangzhou Guangdong 510006，China）

Air tightness testing of engine parts can ensure engine quality and reducewaste product．By analyzing the air tightness testing principle and contrasting the performances of domestic and externalair tightness testing detectors，themain parameters of engine parts air tightness testing design were proposed．Itwas pointed that flexible，networking，temperature compensation were the key technologies of leak detectingmachine development．

Engine;Tightness;Testing;Leak detectingmachine

U463

A

1001－3881(2013）4－124－3

10．3969/j.issn.1001 －3881.2013.04.039

2012－01－11

廣東省教育部產(chǎn)學(xué)研結(jié)合項(xiàng)目 (2011A090200026）

閻秋生 (1962—），男，教授，博士研究生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)楣怆娮?微電子材料高效研磨與超光滑拋光、低碳節(jié)能加工技術(shù)、數(shù)控裝備優(yōu)化設(shè)計(jì)與控制等。E－mail:13828418253@139.com。