基于Solidworks的缸蓋試漏機(jī)的設(shè)計(jì)

閆 茹

(陜西科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院， 陜西 西安 710021)

0 引言

在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)制造過(guò)程中，有許多零部件都有嚴(yán)格的氣密性要求[1]，如缸蓋，氣密性檢測(cè)已經(jīng)成為缸蓋生產(chǎn)過(guò)程中一個(gè)關(guān)鍵的工藝環(huán)節(jié)[2].國(guó)內(nèi)外采用的主要檢測(cè)方法包括：浸水式檢測(cè)、充氣式檢測(cè)、壓差式檢測(cè)[3]、流量法檢測(cè)等[4]，目前發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)中普遍采用的仍是浸水法，所用的檢測(cè)設(shè)備是浸水試漏機(jī)，它相比其他干式檢測(cè)方法，設(shè)備會(huì)弄濕工件，自動(dòng)化程度相對(duì)較低，但浸水法可以找到工件泄漏部位，這對(duì)于缸蓋等鑄造件非常重要.這一優(yōu)點(diǎn)使得浸水試漏機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)中有著不可替代的作用[5-8].目前，由于這種工藝方法較傳統(tǒng)，現(xiàn)有的試漏機(jī)型號(hào)單一，浸水試漏機(jī)的設(shè)計(jì)大部分企業(yè)仍采用二維設(shè)計(jì)方法.為解決這一問(wèn)題，作者提出借助Solidworks[9]，進(jìn)行缸蓋浸水試漏機(jī)的三維設(shè)計(jì)，以便在面對(duì)不同種類的發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋時(shí)，只需改變部分機(jī)器尺寸，減少設(shè)計(jì)重復(fù)性，縮短周期，提高可靠性.

1 浸水試漏機(jī)總體方案

以某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋為例，結(jié)構(gòu)如圖1所示.缸蓋進(jìn)入試漏機(jī)前，已完成前、后、左、右端面，包括端面上各產(chǎn)品尺寸的加工；上、下端面完成精加工，凸輪軸瓦蓋已安裝.已裝配好水套絲堵：M24*1.5，前端面3個(gè)，上端面2個(gè)，右端面1個(gè).已裝配好油道絲堵：M12*1.25，左端面2個(gè)，右端面2個(gè)，后端面1個(gè).進(jìn)入試漏機(jī)前，底面朝下，姿態(tài)如圖1所示.現(xiàn)需封堵水套和油道，檢測(cè)其是否泄漏.

圖1 缸蓋結(jié)構(gòu)示意圖

缸蓋浸水試漏機(jī)的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示.它主要由床身、浸水機(jī)構(gòu)、升降臺(tái)機(jī)構(gòu)、封堵夾具、操控面板、電氣柜等部分組成.

圖2 試漏機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

工件安放端正后，啟動(dòng)、升降臺(tái)下降、將缸蓋壓緊在底面封堵板上.此時(shí)，缸蓋會(huì)觸發(fā)到工件位置開(kāi)關(guān)，各封堵夾具開(kāi)始封堵.之后，試漏機(jī)開(kāi)始向缸蓋水套和油道充氣加壓，浸水系統(tǒng)開(kāi)始動(dòng)作淹沒(méi)工件.觀察有無(wú)氣泡產(chǎn)生，進(jìn)行檢漏工作.檢漏完畢之后，浸水系統(tǒng)排水，各封堵夾具松開(kāi)撤堵.升降臺(tái)上升，取出工件，一個(gè)工作循環(huán)完成.工作過(guò)程如圖3所示.

圖3 試漏機(jī)工作過(guò)程示意圖

2 關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)

2.1 浸水機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

浸水方案采用工件和水箱固定，水流動(dòng)淹沒(méi)工件.水箱分為上下兩部分，下部分為密封的，有若干個(gè)豎立水管與上部相通，工件裝夾密封后放入水箱上部，此時(shí)水箱上部無(wú)液體，然后向工件打入壓縮空氣.在空氣壓力作用下，水經(jīng)水管上升至水箱上部，淹沒(méi)工件，檢測(cè)試漏.

浸水機(jī)構(gòu)主要由水箱、支承板、進(jìn)氣閥、排氣閥、排水口和水管組成.支承板與床身支承架固定，起定位和支撐作用，其上方安裝升降臺(tái)機(jī)構(gòu).該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便，易操作，適合較大的壓鑄殼體，夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化，只需夾緊裝置和密封裝置即可.

水箱因易腐蝕，又要保證其承載強(qiáng)度，故選用1Cr18Ni9Ti，采用焊接工藝，加工中要嚴(yán)格控制焊接變形，保證焊接精度.焊接完畢后要進(jìn)行滲透處理，保證水箱焊縫不滲水.水箱三維模型如圖4所示.

圖4 水箱三維模型圖

2.2 封堵夾具的設(shè)計(jì)

在缸蓋試漏中，密封夾具起了關(guān)鍵作用，設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮夾具安裝位置、安裝角度、密封件結(jié)構(gòu)[10,11]及密封方式等方面.

2.2.1 封堵部位分析

需封堵的水套孔：前端面一個(gè)，尺寸φ50 mm；后端面兩個(gè)，尺寸φ20 mm，φ13.5 mm；底面20個(gè).需封堵的油道孔：左端面兩個(gè)，尺寸φ4 mm，上端面兩個(gè)，尺寸φ11.5 mm，頂面16個(gè)斜孔，尺寸φ4 mm.封堵部位如圖1所示.

2.2.2 底面封堵夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

缸蓋底面有20個(gè)孔，在同一個(gè)平面上，根據(jù)分布位置選用平堵或平墊密封.封堵夾具由一個(gè)金屬底板，17個(gè)封堵密封墊及3塊金屬壓板組成.圖5為底面封堵夾具結(jié)構(gòu)三維模型爆炸圖.

圖5 底面封堵結(jié)構(gòu)三維模型爆炸圖

2.2.3 后端面封堵夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

后端面封堵夾具的封堵頭是由一個(gè)金屬壓頭、壓塊和仿O封堵密封墊圈組成，通過(guò)密封墊圈與被封堵孔的端面接觸密封工件.經(jīng)過(guò)氣缸選型和調(diào)節(jié)氣缸工作壓力可以設(shè)定氣缸的輸出力，達(dá)到密封所需的壓緊力要求.后端面1孔和2孔封堵夾具三維模型如圖6所示.

圖6 后端面1孔和2孔封堵夾具爆炸圖

2.2.4 前端面封堵夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

前端面孔封堵夾具與后端面的相似，也是由金屬壓頭、壓塊和密封墊圈組成，通過(guò)密封墊圈與被封孔的接觸密封工件.不同的是，前端面水套孔設(shè)置為檢漏充氣孔，所以堵頭內(nèi)部設(shè)有充氣孔道.圖7是前端面封堵夾具爆炸圖.

圖7 前端面封堵夾具爆炸圖

2.2.5 左端面封堵夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

左端面的油孔由于是在凸輪軸瓦內(nèi)，采用徑向密封方式.設(shè)計(jì)一個(gè)封堵頭，封堵頭上按徑向密封標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置仿O型密封圈.在檢漏時(shí)，氣缸活塞桿將封堵頭頂入凸輪軸瓦內(nèi)，在封堵過(guò)程中，由夾緊氣缸推動(dòng)推桿頂住封堵頭，內(nèi)部滑塊將密封墊圈壓緊，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)封堵.左端面封堵夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖8所示，三維模型如圖9所示.

圖8 左端面封堵夾具結(jié)構(gòu)圖

圖9 左端面封堵夾具三維模型圖

2.2.6 上端面封堵夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

上端面油孔封堵夾具的封堵頭與前后端面的相似，由金屬壓頭、壓塊和封堵墊圈組成.其中一個(gè)油孔也被設(shè)置為油道檢漏充氣孔，所以封堵頭內(nèi)設(shè)有充氣孔道.在升降氣缸下壓夾緊工件時(shí)依靠彈簧力實(shí)現(xiàn)壓緊封堵.圖10為上端面封堵夾具三維剖視圖.

圖10 上端面封堵夾具三維剖視圖

2.2.7 斜油孔封堵夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于斜油孔不在豎直或水平方向，而且數(shù)量較多，如果采用左端面那樣的塞堵密封頭，結(jié)構(gòu)將會(huì)非常復(fù)雜，而且不易定位.故采用挺桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行封堵，如圖11所示.挺桿結(jié)構(gòu)三維模型如圖12所示.

圖11 斜油孔封堵夾具結(jié)構(gòu)圖

圖12 挺桿結(jié)構(gòu)三維模型圖

2.3 升降臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

考慮到升降臺(tái)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和導(dǎo)向精度，導(dǎo)向裝置采用四導(dǎo)桿式機(jī)構(gòu).升降臺(tái)載物板上承載著缸蓋，主要完成工件的上升和下降，將工件運(yùn)送或運(yùn)離浸水位置.升降臺(tái)上還裝有缸蓋頂端面封堵夾具，用以封堵頂端面各孔.結(jié)構(gòu)如圖13所示.

圖13 升降臺(tái)三維模型圖

3 虛擬裝配與試驗(yàn)

整機(jī)總體裝配如圖14所示.傳感器的選擇安裝和電氣控制系統(tǒng)在這里不再贅述.

根據(jù)前述各孔直徑尺寸和所需密封壓力，確定各密封缸型號(hào)見(jiàn)表1.

表1 密封缸型號(hào)

為達(dá)到可靠密封，升降臺(tái)夾緊氣缸選用雙作用氣缸DNC-125-300-PPV-A.挺桿氣缸選用AND-80-15-I-P-A.

工件安裝完成后，在(3-9)*105Pa的壓力下進(jìn)行試驗(yàn)，5 min觀察是否有滲漏現(xiàn)象.

檢漏試驗(yàn)前注意認(rèn)真清洗工件，被檢測(cè)件要先充氣，再放入水中，剛放入水中，其表面可能出現(xiàn)氣泡，要判斷氣泡是否連續(xù)不斷的出現(xiàn).

試驗(yàn)后，工件要及時(shí)清洗或吹干，并用無(wú)紡紗布將表面擦干凈，避免出現(xiàn)水漬，另外，還要將夾具和堵頭吹干，避免對(duì)后續(xù)工件的試漏造成影響.

圖14 整機(jī)三維模型圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文借助Solidworks建立了缸蓋浸水試漏機(jī)各零部件的三維實(shí)體模型，并裝配得到缸蓋浸水試漏機(jī)的總機(jī)三維實(shí)體模型，為這一傳統(tǒng)設(shè)備的更新和產(chǎn)品的系列化奠定了基礎(chǔ).經(jīng)試驗(yàn)，該浸水試漏機(jī)能夠滿足生產(chǎn)需求，檢測(cè)出缸蓋具體泄漏點(diǎn)，雖工藝傳統(tǒng)，效率較低，但在目前的缸蓋生產(chǎn)線上仍起著不可替代的作用，尤其多用于缸蓋的最終檢漏和售后檢修測(cè)漏中.

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