暖風進水管安裝工具的設計與研究

黃財明 陳杰 盧振東 王瑞平

發動機是一個結構復雜緊湊而精密的動力裝置，不僅零件種類繁多，而且還有許多結構獨特的零件，常規的安裝工具有時無法滿足發動機部分零部件的裝配精度要求。暖風進水管是發動機暖風系統上的重要零部件之一，其作用是為冬天車內提供暖氣，主要分為兩種結構：直管型、彎管型，如下圖1所示。根據不同的變速器進行選用，一般手動擋變速器選用直管，自動擋變速器則選用彎管進行匹配裝機，所以發動機在生產線裝機的時候，就會出現許多裝配切換的工作量。為了提高發動機的生產裝配效率、降低制造成本、減少裝配過程中的變型機裝配切換導致生產率低下的問題，故設計此安裝工具，用以提高發動機暖風進水管的安裝效率和裝配質量。本文就此安裝工具的設計、功能以及研究目標作以下簡單的介紹。

圖1暖風進水管

2安裝工具

安裝工具的概述。安裝工具也可稱為工裝或輔助裝置，是機械制造時用以迅速安裝和固定工件，使機械安裝零件與安裝部件保持相對正確、穩定位置的工藝裝置，是工裝夾具的另一種體現形式。即安裝工具是機械制造不可缺少的工藝裝置之一，在機械制造當中特別是機械裝配當中運用非常廣泛。

安裝工具在機械制造當中的作用。合理選用安裝工具，不僅有利于保證工件的安裝精度，穩定產品質量，而且還有利于提高勞動生產率、降低制造成本，同時也是設備與設備之間最有效的銜接橋梁。在機械制造的工作效率、節省裝配時間方面起著事半功倍的效果，最終將達到制造成本低廉，使得自身產品具有成本的競爭優勢，同時也能將產品的收益進一步的擴大。只要一件工具或工裝設計合理，不但具有合二為一的作用，同時也有利于減輕操作人員的勞動強度，保證安全生產，擴大機床設備的工藝使用范圍，實現“一機多用”，將原本由兩臺設備共同完成的工作量，通過合理的設計或選用工具及工裝，就能在一臺設備上或一個崗位上就能實現完美的裝配操作[1]。在制造型企業的建廠投入時期，無論是在廠房占地面積還是購買設備等方面都能大大減少資金成本的投入，同時也包括后續操作者人員的投入。

3暖風進水管的安裝現狀

暖風進水管的結構。暖風進水管的結構一般分為直管、彎管兩種形式。在汽車制造時，為能滿足客戶的需求，需要針對不同需求的車型配備不同的變速器而進行選用暖風進水管，手動擋變速器選用直管，自動擋變速器選用彎管進行匹配裝機。直管型暖風進水管在安裝時，只要使用能保證垂直度的簡易工裝就能通過液壓機進行快速準確地進行壓裝，但彎管型暖風進水管由于外形結構比較特殊，在安裝時就很難通過液壓機實現快速有效的進行壓裝，因此，彎管型暖風進水管通常只能采用手工安裝，或采用專用設備進行安裝。例如：L型暖風進水彎管的安裝方法是用一端帶有開口叉頭的簡易工具，卡住暖風進水管的突起臺階處，然后敲擊簡易工具的另一端，使暖風進水管插入氣缸蓋上的安裝孔內，安裝后再用角度檢測工具檢驗暖風進水彎管的角度朝向是否符合技術要求，如圖2、3所示。這種手工作業安裝法非常原始且工序繁瑣，安裝精度得不到保證、未實現機械安裝且安裝效率低。既要保證安裝垂直度又要保證彎管的角度朝向，所以極易出現偏差，一但出現偏差就無法返修，直接導致整個氣缸蓋報廢。此外通過敲擊的方式進行安裝，也經常會造成彎管型的暖風進水管被敲裂，直接導致進水管報廢，因此增加了發動機的制造成本。

圖2 安裝過程

圖3 檢測過程

其中：1、暖風（彎）進水管2、安裝工具3、氣缸蓋4、角度檢驗工具

暖風進水管的安裝技術要求。

必須在保證被壓工件（暖風進水管）與氣缸蓋相互垂直的前提下進行壓裝；壓裝前需在氣缸蓋安裝孔內壁涂上潤滑油；施加壓裝受力時，應緩慢、平穩及受力均勻地將被壓工件（暖風進水管）壓入到氣缸蓋安裝孔內；嚴格控制安裝深度，以免漲裂氣缸蓋或暖風進水管；安裝彎管型的暖風進水管時，另一端口與氣缸蓋（氣缸蓋與缸體相互安裝面）面保證一定的角度朝向。

4暖風進水管安裝工具的設計

研究目標。為提高發動機氣缸蓋安裝暖風進水管的工作效率，降低發動機的制造成本，通過結構優化設計，來滿足現場各種要求的最佳結構尺寸，并且充分利用計算機技術、有限元技術和優化技術共同來設計暖風進水管安裝工具，使發動機暖風（彎、直）進水管安裝實現通用化、簡易化、精準化操作，以提高工作效率及降低操作者的工作強度，同時降低產品材料消耗。該文原載于中國社會科學院文獻信息中心主辦的《環球市場信息導報》雜志http：//www.ems86.com總第539期2014年第07期-----轉載須注名來源結構優化設計充分利用了計算機技術、有限元技術和優化技術，可大大縮短設計周期，降低產品材料消耗，提高產品裝配精度和性能，并將產生明顯的經濟效益。因此根據暖風進水管的結構特點、裝配技術要求以及場地的制約，作了以下初步的設計與研究[2]。

安裝工具設計的前提條件。隨著電子技術、新材料與新能源不斷的運用到汽車上，汽車發動機技術也在日新月異地不斷發展，導致汽車制造商前期投入的生產設備已不能完全滿足現在的生產需要，故本安裝工具的設計思路只能在現有設備、場地的基礎上，以現場實際考慮為出發點，必須要以最小的投入資金為前提條件來解決目前生產現狀所出現的困難點，所以本安裝工具的設計范圍就從現有的設備與空間著手，通過使用此設計安裝工具后，將繼續發揮原有設備的功能，不通過新增設備或擴大場地來解決生產現狀問題。

暖風進水管安裝配合處為過盈配合，其壓入氣缸蓋內的深度又比較長，如下圖4所示，且暖風彎進水管折彎處容易與安裝工具產生干涉，壓入過程中暖風進水管易出現傾斜，劃傷氣缸蓋安裝孔內壁的表面，直接導致安裝處不能有效的進行密封；由于暖風進水管是薄壁管件，若安裝不當，直接導致暖風進水管被壓裂或變形，使得發動機造成漏水現象的出現。

圖4 暖風進水管在氣缸蓋上的安裝部位

而且發動機對暖風彎進水管朝向角度有著嚴格的要求，若安裝不到位，后續連接在彎管上面的暖風進水橡膠管，將與發動機上的其它管路及線束產生干涉，直接導致發動機異響或管路相互產生摩擦等潛在危害的發生（如：漏水、漏油及火燒車等），所以安裝暖風彎進水管時，另一端口必須與氣缸蓋（氣缸蓋與缸體相互安裝面）面保證合理朝向來避免相互干涉。

本安裝工具的設計思路。在機械設計中，不僅要保證所設計的機械設備具有良好的工作性能，而且還要考慮能否制造和便于制造。這種在機械設計中綜合考慮制造、裝配工藝及維修等方面各種技術問題，稱為機械設計工藝性[3]。在本安裝工具設計時，必須通過現場分析且結合暖風進水管安裝的現狀，以現有的環境條件為基礎，從研究目標方向出發，綜合考慮使用功能。該工具就從本安裝工具的外形結構、尺寸以及實用性和經濟性方面入手，如圖5所示，盡量滿足以下基本要求而展開設計：

保證足夠的強度和剛度；盡可能設計成簡單、輕便的結構，在保證具有可靠強度與剛度的前提下，做到結構簡單、緊湊、體積小、質量輕以及便于操作者的裝卸；安裝工具作用準確，安裝時應能保持暖風進水管與安裝工具之間不脫落，保證安裝工件能安全可靠的進行安裝定位；夾緊動作迅速，操作方便省力，且夾緊時不破壞零件的表面質量；結構的工藝性好，便于制造、裝配和檢驗；清潔、維護保養方便，便于今后的維修。

圖5設計成型后的安裝工具外形結構

因管類件的安裝，容易產生安裝面受力不均勻，會將暖風進水管安裝偏移，故此設計的安裝工具采用平面受力安裝，以機械設備來保證安裝垂直度，使得暖風進水管安裝面受力均勻，在保證安裝垂直度的前提下，快又準壓入到氣缸蓋安裝孔內。通過本方案的設計，可擴大其工藝的使用范圍，運用到其它生產裝配的過程當中，同時還可優化機械生產結構的機械化以及推動機械的綜合發展。

本安裝工具的結構。如下圖6所示，此安裝工具主要由水管支持體靠模和水管支持體兩部分組成，兩部分采用高強磁鐵的吸附著力進行定位配合使用。水管支持體靠模主要固定在液壓機的主軸上，但通過安裝腰形槽可調節前后偏置角度，水管支持體則屬于非固定式，可隨操作者的操作節拍隨時分開。

圖6安裝工具結構說明圖

1、水管支持體；2、水管支持體靠模；3、水管支持體限位塊；4、高強磁鐵；5、安裝腰形孔；6、操作手柄；7、減重臺階；8、減重孔；9、直進水管凸節卡槽孔；10、直進水管壓裝面；11、直進水管被卡凸節；12、暖風直進水管；13、水管支持體靠模安裝及受力面；14、水管支持體靠模面（對稱兩面）；15、水管支持體靠模基準面；16、彎進水管壓裝面；17、備用水管支持體限位塊安裝孔；18、暖風彎進水管

本安裝工具的定位原理及功能。如下圖7所示：

圖7使用定位原理圖

⑴將②水管支持體靠模安裝在液壓機的①主軸上，水管支持體靠模安裝螺栓孔⑤為腰型槽，可前后調節位置，以便于限位暖風（彎）進水管的安裝角度；

⑵根據生產線產品的作業流向及不同操作者左、右手的安裝習慣，將⑥（綠色）水管支持體限位塊（左或右）選裝好；

⑶將④暖風（彎、直）進水管由③水管支持體的安裝入口處向內放入，放入到位后，將③水管支持體向②水管支持體靠模上粘合，由⑦磁鐵的作用力將③水管支持體吸附在②水管支持體靠模上；

⑷通過③水管支持體向②水管支持體靠模上粘合的同時，將⑧手柄向⑥水管支持體限位塊側拉到位，使得③水管支持體左、右位置得到限位；

⑸對準氣缸蓋水管安裝孔位后腳踩液壓機開關，開始將④暖風（彎、直）進水管安裝在氣缸蓋上，待液壓機壓裝到位后，①液壓機主軸自動回收，此時的安裝工具水管支持體有了④暖風（彎、直）進水管與氣缸蓋的鏈接，重量超過了磁鐵的拉力，③水管支持體自然從②水管支持體靠模上脫離下來（暖風進水管只能從水管支持體的側面進出，垂直方向是受到進水管凸起臺階處限制的）；

⑹通過⑧手柄取下③水管支持體，重新安裝上④暖風（彎、直）進水管，進行下個產品的操作；

本安裝工具的使用優點

既能保證安裝彎管的垂直度也保證彎管的安裝角度； 優化裝配工序的同時提高了發動機的裝配工作效率；實現了一具多用（通用），即彎、直管都能安裝；能適應不同操作者左、右手的安裝習慣；可調節安裝方向，能滿足不同生產線（設備）的作業流向；提高了暖風（彎）進水管的安裝精度，降低了氣缸蓋與暖風（彎）進水管的安裝報廢率；實現機械化安裝，通過設備的穩定性來保證安裝精度，不但提高了發動機的裝配質量，而且還提高了生產裝配線的可換性，大大降低了生產設備的資金投入。

5使用本安裝工具的注意事項

將工件（暖風進水管）放入到水管支持體內且定位到液壓設備上后，操作人員的雙手必須離開設備與安裝工具的工作區域之外，才能實施壓裝作業；

在使用前，需擦拭干凈安裝工具的表面，不允許有任何的鐵屑與雜質粘在安裝工具的定位面上，以確保裝配精度；

定期送檢，以確保安裝工具的使用精度。

任何技術措施都會遇到某些特殊的情況，設計夾具時，對質量、生產率、勞動條件和經濟性幾方面，有時也有側重。但最終應能滿足加工或裝配要求的前提下，根據具體情況處理好生產率與勞動條件、生產率與經濟性的關系，力圖解決主要矛盾。該安裝工具主要側重于保持現有設備及場地等條件不變的條件下，實現生產裝配效率的提高。故此設計還存在一定的局限性，若能摒除原有設備和場地的限制，此安裝工具定能得到更進一步的完善與發展，其所創造出的價值與效果將不容忽視，且所有生產唯一不變的真理就是，通過最簡單的方法獲得人們所需要的產品，也是最有效的生產方式。所以無論是安裝工具還是夾具等輔助裝置，只要設計的合理，都能為機械制造的工作效率帶來很大的幫助。隨著電子技術和冶金技術的發展，機械設備步入了社會經濟的高速發展和工業生產的細微化分工階段，手工工具的制造也進入更加專業化的現代工業時期，功能更加多樣化，出現了諸如氣動工具、定扭扳手、電子儀表裝配工具等專用配套手工工具。在機械技術邁向智能、高精密、高速、全自動化以及環保節能等方向發展，引導著安裝工具的技術也朝著高精密、高效率、模塊化、通用化、組合化、經濟方向前進，同時安裝工具在計算機輔助設計軟件的應用前提下，無論是造型設計還是材料應用等方面也都時刻不斷的更新和發展著。只要充分考慮到了力學、工藝性、結構性、可制造性以及人體功能等設計因素，就能設計出更具有使用價值的工具。本安裝工具的設計雖然沒有達到全自動化，但在目前發動機的裝配過程當中還是發揮了很大的作用，有效地解決了現場的裝配問題，后續也會對其進行持續研究改進。

（作者單位：1、寧波吉利羅佑發動機零部件有限公司；2、浙江吉利羅佑發動機有限公司）