缸體自動(dòng)涂膠機(jī)的實(shí)現(xiàn)

劉彤晏

（大連工業(yè)大學(xué) 機(jī)械學(xué)院，大連 116034）

0 引言

汽車工業(yè)的高速發(fā)展推動(dòng)了自動(dòng)裝配技術(shù)的不斷提高，汽車裝備的高自動(dòng)化、高柔性、高智能是汽車裝備制造業(yè)和汽車工業(yè)發(fā)展的方向[1]。

發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程中，在缸體和缸蓋等零件的塞孔處壓裝碗形塞或在其表面壓裝其它零件是常見(jiàn)的工藝手段。壓裝后，由于表面的加工變形及其表面粗糙度的存在，在配合時(shí)常常會(huì)成為水、油泄露的通道[2]。因此在壓裝工作之前，需要在缸體塞孔處或表面采用密封材料進(jìn)行密封，現(xiàn)在一般采用密封膠進(jìn)行涂膠處理，如圖1所示。

圖1 碗形塞壓裝

過(guò)去，涂膠工作主要是采用手工方式完成的。但手工刷涂對(duì)施工工藝及位置精度要求嚴(yán)格[3]涂膠時(shí)，由工人在自動(dòng)線上流水操作，將膠分別刷涂在要涂膠的部位，然后在下一工序完成壓裝。但隨著發(fā)動(dòng)機(jī)裝配技術(shù)的快速發(fā)展及高效生產(chǎn)率的要求，這種手工方式刷涂的嚴(yán)重缺陷也日益暴漏出來(lái)。

其主要問(wèn)題有以下幾點(diǎn)：

1） 刷涂位置和涂膠量是難以準(zhǔn)確控制的。工人在刷涂時(shí)，不同操作方式和使用方法會(huì)造成刷涂的膠量的不均勻，有的甚至?xí)淹饨珉s質(zhì)帶進(jìn)膠中，刷涂質(zhì)量不夠穩(wěn)定。

2） 刷膠工作造成了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的污染，危害人身健康和環(huán)境。

3） 生產(chǎn)效率低。

基于以上情況，實(shí)現(xiàn)碗形塞孔的自動(dòng)涂膠是解決當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)裝配生產(chǎn)效率和環(huán)境污染控制管理必須進(jìn)行的一項(xiàng)工作。而采用自動(dòng)化作業(yè)生產(chǎn)線或工作站將是一種必然的趨勢(shì)[4]。

1 自動(dòng)涂膠工藝

1.1 涂膠密封

為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)涂膠的實(shí)現(xiàn)，首先選擇合適的密封膠材料。密封膠主要分為兩大類，厭氧型和硅橡膠型密封劑。

厭氧膠是一種即可用于粘接又可以用于密封的膠，具有厭氧性。厭氧性是指膠中的固化成份與氧氣接觸就會(huì)成為液態(tài)而不固化。這樣當(dāng)膠滲入工件縫隙與空氣隔絕時(shí)，就能夠在兩配合表面之間迅速固化，有良好的即時(shí)密封性，固化后具有一定的韌性，在配合表面能保持一定的密封壓力。這種密封膠常使用于較小平面間隙、較高介質(zhì)壓力的平面密封，因此厭氧膠成為壓裝配合的主要密封材料。

硅橡膠型平面密封劑適用于大平面間隙、較小介質(zhì)壓力的平面密封，也可與其它固體平面墊片配合使用，可以滿足設(shè)備維修時(shí)的平面密封需求。

常用的密封膠主要是樂(lè)泰系列的各型號(hào)。樂(lè)泰510厭氧型平面密封劑耐高溫，用于剛性結(jié)構(gòu)，緊密配合的法蘭件最大填充間隙0.25mm。

樂(lè)泰515厭氧型密封劑，能形成柔性墊片，填充間隙小于0.25mm的剛性法蘭，它有柔性允許法蘭在工作時(shí)有小的位移。

樂(lè)泰518厭氧型平面密封劑最大填充間隙0.25mm，可以用于柔性金屬裝配包括鋁的表面。

樂(lè)泰587硅橡膠型平面密封劑，藍(lán)色高延伸率，潤(rùn)滑油性好，最大填充間隙6mm，固化速度快。

樂(lè)泰Instant Gasket即時(shí)平面密封劑快速密封優(yōu)良的耐油、耐候性能可用于低壓泄露處及時(shí)堵漏。

樂(lè)泰596超高溫硅酮密封劑能夠?qū)I(yè)熔爐、烤箱、鍋爐、排氣器、導(dǎo)管以及加熱元件進(jìn)行維修作業(yè)。

在選擇密封劑時(shí)，可根據(jù)填充零件及壓裝的情況進(jìn)行選擇。在這里主要考慮的參數(shù)是膠的粘滯特性，膠的特性。

1.2 缸體涂膠工藝

對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體零件自動(dòng)涂膠，是為了滿足缸體壓裝裝配要求，一般可在自動(dòng)線上完成相應(yīng)工序。工序包括對(duì)零件自動(dòng)涂膠、壓裝、試漏三個(gè)主要過(guò)程。

在自動(dòng)線上，工件被放置在托盤上，托盤在滾道輸送，滾道上設(shè)有側(cè)導(dǎo)向裝置和擋料裝置。在每道工序處托盤上的夾具對(duì)零件進(jìn)行定位夾緊，完成操作后松夾送到下一工位。

2 自動(dòng)涂膠機(jī)的設(shè)計(jì)

2.1 被涂缸體工序圖

為了實(shí)現(xiàn)涂膠工藝，還需對(duì)被涂零件進(jìn)行進(jìn)一步的分析，主要是了解被涂零件的涂膠部位，定位和夾緊位置及方式，確定實(shí)現(xiàn)涂膠軌跡的結(jié)構(gòu)方案，決定自動(dòng)涂膠的組成。

2.2 缸體碗形塞孔自動(dòng)涂膠

在選擇合適的的密封劑和分析被涂零件后，就可以選擇合適的涂膠裝置。

對(duì)缸體碗形塞孔的涂膠主要采用供膠裝置和電動(dòng)甩膠裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖2 涂膠零件工序圖

供膠裝置主要包括數(shù)控儲(chǔ)罐式涂膠閥和供膠器組成，如圖3所示，在使用時(shí)與電動(dòng)甩膠器配合使用。

圖3 內(nèi)孔涂膠示意圖

涂膠閥是由壓縮空氣控制出膠量的裝置，涂膠的多少可通過(guò)氣動(dòng)閥組控制壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。涂膠閥具有回抽功能，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)可自動(dòng)報(bào)警。

電動(dòng)甩膠器通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)甩膠膠碗（旋杯）旋轉(zhuǎn)，甩膠膠碗上均布有小孔。甩膠器利用離心力將供膠膠管中擠出的膠從小孔處均勻甩出，甩涂在塞孔的內(nèi)壁上。根據(jù)膠液的粘性以及與孔壁的粘滯系數(shù)不同，通過(guò)改變甩膠器的旋轉(zhuǎn)速度和時(shí)間，這樣由甩膠器的膠嘴處擠出的膠帶可按要求涂在工件的確定位置上，膠條的粗細(xì)由膠嘴大小和供膠壓力共同調(diào)節(jié)。

智能視覺(jué)傳感器可檢測(cè)膠條是否有斷點(diǎn)以及膠條粗細(xì)是否在要求范圍內(nèi)，如果超差，該裝置會(huì)自動(dòng)報(bào)警?？煽紤]選擇OMRON的ZFV圖像傳感器。

最后，我把早點(diǎn)一掃而光。收拾完畢后，父親最后一次檢查家里。一路上，父親一直走在前面，我看不清他的表情，但我能看到他的背影。想起年少時(shí)，父親第一次送我上幼兒園的情形：他一直把我抱在懷里，直到進(jìn)了幼兒園，才極其不舍地把我交給老師。初去的那幾天，我總是哭鬧，后來(lái)，父親把我送到幼兒園，他一直站在幼兒園的柵欄門外，看我在院子里玩耍。隔著柵欄門，看到父親，我再無(wú)懼怕，玩得很開(kāi)心?，F(xiàn)在，我依然清晰地記得那時(shí)的感覺(jué)。每天放學(xué)，我都渴望父親早些出現(xiàn)在幼兒園門口……

在設(shè)計(jì)時(shí)主要給出以下技術(shù)參數(shù)：

1） 厭氧膠的型號(hào)及其容量

2） 膠的粘度

3） 膠線的寬度

4） 涂膠的速度

5） 膠線的流量

6） 滿足用戶的生產(chǎn)批量，設(shè)定節(jié)拍

氣源壓力 4—8 bar

膠管直徑 外徑6

氣管直徑 外徑4 內(nèi)徑2.5

工作溫度 -10-+40

所選的甩膠器要求高扭矩，高轉(zhuǎn)速，甩出膠線均勻，具有快速剎車控制，轉(zhuǎn)頭為彈性承載設(shè)計(jì)，減少碰撞性損壞的特點(diǎn)。

其工作參數(shù)如下：

電源 DC24V，300mA夾持直徑 35或40

轉(zhuǎn)數(shù) 8000～10000轉(zhuǎn)/分

較高轉(zhuǎn)數(shù)的甩膠器可將粘度較大的膠甩出，而避免粘住造成堵塞。在旋轉(zhuǎn)涂膠中，轉(zhuǎn)速是最重要的參數(shù)之一，旋轉(zhuǎn)速度通常決定最終膠帶的厚度[5]。

機(jī)床工作配置主要由夾具，支承部件，供膠裝置，電動(dòng)甩膠器，數(shù)控滑臺(tái)，供膠管路，電氣控制系統(tǒng)組成。夾具對(duì)缸體零件采用一面兩銷的定位方式，夾緊裝置可以手動(dòng)。數(shù)控滑臺(tái)采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其定位和重復(fù)精度十分關(guān)鍵，在其上的供膠裝置和甩膠器由其準(zhǔn)確送進(jìn)到缸體的塞孔位置。供膠管路由膠泵，膠閥及膠管組成，設(shè)計(jì)時(shí)要注意其管路長(zhǎng)度不得超過(guò)2500mm,否則由于過(guò)長(zhǎng)會(huì)造成堵塞。電氣控制由PLC控制其自動(dòng)循環(huán)過(guò)程。

2.3 工作過(guò)程

其系統(tǒng)的工作過(guò)程如下：

工件由滾道輸送到位，夾具對(duì)其定位，夾緊。這時(shí)，數(shù)控滑臺(tái)的伺服電機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)其上的裝置送進(jìn)至塞孔處，下移至膠碗深入到碗形塞孔的適當(dāng)位置時(shí)，啟動(dòng)甩膠器。在延時(shí)0.1-0.5秒后再開(kāi)啟涂膠閥0.1-1秒。供膠停止后，甩膠器繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)0.1-5秒后，甩膠器斷電，同時(shí)數(shù)控滑臺(tái)換向使甩膠器和涂膠閥移出碗形塞孔。供膠量是通過(guò)調(diào)節(jié)時(shí)間（0.1-1秒）及涂膠閥的開(kāi)啟實(shí)現(xiàn)的。

涂膠后應(yīng)在10分鐘內(nèi)必須完成壓裝，否則由于膠的流動(dòng)而分布不均。

2.4 缸體其它位置的自動(dòng)涂膠

當(dāng)對(duì)缸體表面進(jìn)行涂膠時(shí)，主要考慮完成涂膠軌跡的實(shí)現(xiàn)。

如圖4所示為缸體表面涂膠機(jī)示意圖。其運(yùn)動(dòng)軌跡的實(shí)現(xiàn)主要采用ISA/ISPA直線驅(qū)動(dòng)裝置。ISA/ISPA直線驅(qū)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)在X,Y軸方向的直線驅(qū)動(dòng)，此裝置配合X-SEL多軸控制器使用，通過(guò)編碼器發(fā)出相應(yīng)的指令完成在X、Y軸方向的移動(dòng)。

圖4 平面涂膠示意圖

如果噴涂工件位置的形狀軌跡較為復(fù)雜，為空間的三維曲線，為達(dá)到較好的工藝精度，可采用六自由度的機(jī)械手或機(jī)器人。

2.5 缸體涂膠的自動(dòng)檢測(cè)

膠條在一個(gè)平面內(nèi)或不完全在一個(gè)平面內(nèi)（被涂工件有地方略由小的突起），檢測(cè)其是否斷膠可采用KEYENCE的顏色傳感器。顏色傳感器是利用它的單光源光學(xué)檢測(cè)原理實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的。LED發(fā)射可見(jiàn)白光作為檢測(cè)用光。在一個(gè)很大的檢測(cè)范圍內(nèi)，以持有的光學(xué)系統(tǒng)技術(shù)檢測(cè)被測(cè)物體的顏色，而不受被測(cè)物體形狀的影響。通過(guò)簡(jiǎn)單的示教功能，可以快速地設(shè)置顏色，將示教顏色與目標(biāo)顏色進(jìn)行對(duì)比，判斷目標(biāo)物體的顏色是否和參考顏色匹配，從而判斷出斷膠位置。

3 自動(dòng)涂膠生產(chǎn)線的實(shí)現(xiàn)

涂膠機(jī)是針對(duì)企業(yè)生產(chǎn)需要而設(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)化的專用自動(dòng)化設(shè)備，一般要適應(yīng)大批量的生產(chǎn)需要。減少設(shè)計(jì)制造周期，提高設(shè)備的可靠性以及自動(dòng)化水平的高低，是該設(shè)備能否推廣使用的關(guān)鍵。在自動(dòng)涂膠機(jī)基礎(chǔ)上，將相關(guān)設(shè)備模塊化，集成化，組成自動(dòng)涂膠生產(chǎn)線，可以大大地提高生產(chǎn)的效率，更有利于設(shè)備的制造和維護(hù)，如圖5所示。

圖5 內(nèi)孔涂膠生產(chǎn)線

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析缸體碗形塞孔及表面的涂膠密封過(guò)程，指出自動(dòng)涂膠工藝的實(shí)現(xiàn)方法，提出了自動(dòng)涂膠機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程，并由此配置了由相關(guān)設(shè)備組成自動(dòng)涂膠生產(chǎn)線，大大地提高了發(fā)動(dòng)機(jī)裝配的生產(chǎn)效率。

[1] 任玉峰,等.擋風(fēng)玻璃機(jī)器人涂膠系統(tǒng)智能化技術(shù)研究[J].機(jī)床與液壓,2009.37-10.120-122.

[2] 董金剛.碗形塞涂膠工藝探討[J].內(nèi)燃機(jī),2005.3.43-44.

[3] 王吉芳,郭桂蘭,王錫俊.模塊化自動(dòng)涂膠機(jī)的研制[J].制造技術(shù)與機(jī)床,2002.3.10-12.

[4] 郗安民,等.機(jī)電系統(tǒng)原理及應(yīng)用 [M].機(jī)械工業(yè)出版社,1998.

[5] 王朝偉,馮久平.全自動(dòng)涂膠機(jī)的研制[J].電子工業(yè)專用設(shè)備,2008.37-7.52-54.