缸蓋氣道及燃燒室泄露漏點分析和試驗探究

湯佳云　史曉龍　王憶楠

摘 要：本文結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)驗，分析驗證了缸蓋氣道&燃燒室泄露測試中工件存在的主要漏點，對提高泄露測試合格率，減少缸蓋報廢給出了幾點建議。

關(guān)鍵詞：缸蓋；氣道及燃燒室；漏點；沉水試漏

1 引言

缸蓋是汽車發(fā)動機(jī)的核心部件，它與發(fā)動機(jī)氣缸體結(jié)合形成燃燒室，同時缸蓋上的進(jìn)排氣道是發(fā)動機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)的主要組成部分，故缸蓋氣道及燃燒室密封性能的好壞，直接影響發(fā)動機(jī)性能，嚴(yán)重時，發(fā)動機(jī)的功率急劇下降，甚至無法工作。在缸蓋生產(chǎn)線最終工位進(jìn)行氣道及燃燒室100%泄露測試是質(zhì)量控制中不可或缺的工藝環(huán)節(jié)。

缸蓋氣道&燃燒室在線試漏系統(tǒng)是由多個部分組成的復(fù)雜系統(tǒng)，它包含工件、試漏夾具、密封元件、試漏儀、氣源、環(huán)境溫度/濕度、測試參數(shù)等，只要其中某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就可能導(dǎo)致試漏不合格。試漏系統(tǒng)主要目的是檢測工件泄露，所以，對試漏不合格結(jié)果要區(qū)分清楚以下兩種情況：

1、“誤判”泄露不合格，即并非工件泄露，而是設(shè)備夾具故障，密封元件未能有效密封、氣源不穩(wěn)定、工件與環(huán)境溫度差異大等原因?qū)е抡`判工件泄露。此類泄露，往往表現(xiàn)為連續(xù)的，批量的，通過標(biāo)準(zhǔn)件（零泄露工件）和標(biāo)準(zhǔn)漏口驗證試漏系統(tǒng)的精度即可發(fā)現(xiàn)，并很快找到問題根本原因。

2、“工件泄露”，即工件自身存在泄露因素。相對于“誤判”泄露，出現(xiàn)的隨機(jī)性較大，一般表現(xiàn)為間斷性泄露。以某工廠某型號4缸發(fā)動機(jī)缸蓋為例：6個月共測試17850臺缸蓋，氣道及燃燒室試漏不合格報廢162臺，平均27臺/月。記錄跟蹤不合格工件數(shù)據(jù)，問題間斷性發(fā)生，時間隨機(jī)，工件來料批次隨機(jī)，泄露不合格位置隨機(jī)。

第2種情況，是控制缸蓋生產(chǎn)線質(zhì)量和成本的關(guān)鍵問題，要解決此問題，必須找到工件漏點，故本文著重對“工件”的泄露部位進(jìn)行了理論分析及驗證。

2 缸蓋氣道及燃燒室泄露測試原理及工藝簡介

公司的試漏設(shè)備來自國內(nèi)某大型設(shè)備公司，采用了干式泄露氣壓降法進(jìn)行檢測。首先用封堵將缸蓋進(jìn)排氣道、燃燒室面、火花塞孔及燃燒面一側(cè)導(dǎo)管端口密封，以形成泄露測試的密閉腔體，然后充入干燥的壓縮空氣，經(jīng)過充氣、隔離、穩(wěn)定、測量四個階段，通過測量過程中的壓力變化值△P，再由壓力傳感器將△P值變成電信號輸出到USon試漏儀，求得泄露值。泄露測試工藝參數(shù)（如表1）

3 氣道及燃燒室泄露漏點分析及試驗探究

3.1 缸蓋毛坯泄露

缸蓋毛坯為鋁合金鑄造件，鑄造產(chǎn)生的質(zhì)量缺陷如局部組織疏松、砂眼、針孔、裂紋、裂隙等都會造成氣體泄露，從如下試驗（一）沉水試漏可得到驗證。

試驗（一）：隨機(jī)挑選10件泄露測試不合格缸蓋，用沉水試漏設(shè)備做沉水試驗，試驗結(jié)果如表2，圖2為泄露部位網(wǎng)格示意圖。

從試驗（一）中，可以得出結(jié)論：缸蓋毛坯存在泄露。沉水試漏設(shè)備無法檢測出所有漏點，且導(dǎo)管或?qū)Ч苎b配存在泄露，從沉水試漏中也無法明確是導(dǎo)管本身漏，還是導(dǎo)管裝配間隙泄露。基于沉水試漏無法檢測或明確的漏點，進(jìn)行了下述分析及試驗驗證。

3.2 導(dǎo)管裝配間隙泄露

導(dǎo)管通過壓裝機(jī)壓入導(dǎo)管底孔，導(dǎo)管與導(dǎo)管底孔之間為過盈配合、最大過盈量為0.061mm；最小過盈量為0.045mm，正常情況下，過盈配合裝配處是不可能泄露的。但如果導(dǎo)管來料、導(dǎo)管底孔加工、導(dǎo)管壓裝過程存在質(zhì)量缺陷，就可能導(dǎo)致存在裝配間隙而引起泄露，如下面幾種情況：

1、導(dǎo)管來料有質(zhì)量缺陷：直徑過小/過大（過大易使導(dǎo)管被壓裂）、圓度/圓柱度不合格、或?qū)Ч苡袆潅⒘鸭y等；

2、導(dǎo)管底孔加工有質(zhì)量問題：底孔直徑過大/過小（過小可能導(dǎo)致正常導(dǎo)管被壓裂）；

3、導(dǎo)管底孔孔壁貫穿性劃傷：如清潔度不好，雜質(zhì)劃傷導(dǎo)管；導(dǎo)管底孔加工過程中有刀痕等；

4、導(dǎo)管上料及壓裝過程中導(dǎo)管被劃傷、導(dǎo)管壓裂、變形等。

為驗證實際生產(chǎn)中存在導(dǎo)管裝配間隙導(dǎo)致的泄露，進(jìn)行了下述試驗（二）。

試驗（二）：任意挑選10件泄露測試不合格缸蓋，在同一臺試漏機(jī)上進(jìn)行試驗，并保證每次試驗前設(shè)備密封狀態(tài)良好、標(biāo)定、溫度等試漏條件基本相同。為保證得到穩(wěn)定的泄露值，每次試漏至少重復(fù)2次。試驗方法：從燃燒室面用密封膠密封導(dǎo)管與導(dǎo)管底孔沉孔處間隙，以達(dá)到密封導(dǎo)管裝配間隙目的（如圖3所示密封部位）。密封后放置一段時間，確保密封膠達(dá)到密封時間要求后，再進(jìn)行泄露測試。密封后若試漏合格，且泄露值明顯減小，則說明導(dǎo)管裝配間隙是導(dǎo)致氣道及燃燒室泄露的漏點；反之，漏點未能有效密封或漏點是其它因素，試驗結(jié)果如表3。

說明：由于設(shè)備及環(huán)境因素等影響，對于以下兩種情況可視為基本無變化：

（1）泄露量很大，泄露值變化相對較小，如#5號缸蓋；

（2）泄露值變化量在0cc/min ～2cc/min之間。

從試驗（二）中#1和#6號缸蓋泄露值的變化，可以得出結(jié)論：導(dǎo)管裝配間隙會導(dǎo)致泄露。

導(dǎo)管與導(dǎo)管孔存在裝配間隙導(dǎo)致泄露可能是上述4種情況之一，也可能是幾種情況累積產(chǎn)生較大間隙而引起泄露測試不合格。

3.3 導(dǎo)管泄露

導(dǎo)管導(dǎo)致氣道及燃燒室泄露，包括以下兩種情況：

3.3.1 導(dǎo)管自身存在裂紋、孔隙等導(dǎo)致泄露

缸蓋導(dǎo)管為粉末冶金材料，通過燒結(jié)而成，可能存在孔隙或裂紋導(dǎo)致工件泄露測試不合格。2011年7月某工廠間斷性發(fā)現(xiàn)燃燒室試漏不合格缸蓋在導(dǎo)管倒角處都存在裂紋，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)管裂紋一部分是壓裝前產(chǎn)生的，通過目檢供應(yīng)商提供的來料導(dǎo)管發(fā)現(xiàn)；另一部分是壓裝后產(chǎn)生的，壓裝后產(chǎn)生的裂紋實際上是導(dǎo)管存在的隱裂，這些帶有隱裂的導(dǎo)管經(jīng)過壓裝及再加工后，裂紋被擴(kuò)大。如下圖4為倒角處存在裂紋的導(dǎo)管。

3.3.2 導(dǎo)管密封一側(cè)端面未滿足密封要求

進(jìn)行泄露測試時需要用封堵頭對導(dǎo)管一端口進(jìn)行密封，如導(dǎo)管的密封面不平、加工產(chǎn)生毛刺等缺陷，也會導(dǎo)致泄露不合格。 2009年12月工廠某型號缸蓋曾發(fā)生因?qū)Ч芸诿虒?dǎo)致密封不正確，出現(xiàn)氣道及燃燒室連續(xù)試漏不合格工件累計71件。將此批工件的導(dǎo)管口去除毛刺后重新試漏全部合格，如圖5。

3.4 試驗中存在的問題

上述試驗（二）采用的是密封膠進(jìn)行密封，每個缸蓋能否有效密封是無法保證的，故對于本次試驗結(jié)果中泄露值只有較小量變化或基本無變化的工件，存在以下2種可能性：

1、工件總的泄露量可能為導(dǎo)管、毛坯、導(dǎo)管與導(dǎo)管孔間隙這3種漏點泄露量的疊加；

2、導(dǎo)管或?qū)Ч苎b配間隙漏點未能有效密封，只是部分密封。

4 幾點建議

為了降低生產(chǎn)成本，有效控制缸蓋氣道及燃燒室泄露的質(zhì)量問題，降低泄露測試不合格缸蓋報廢比例，提出如下建議：

1.缸蓋毛坯供應(yīng)商在鑄造線上增設(shè)試漏工藝，以便及時了解鑄造質(zhì)量，同時保證做到不使大量有泄漏的鑄件送往工廠，以免造成人力、物力浪費；

2.增加導(dǎo)管試漏工藝，防止批量存在泄露的導(dǎo)管上線；

3.定期檢查導(dǎo)管壓裝上料料道的清潔度，防止導(dǎo)管或?qū)Ч艿卓妆粍潅粐?yán)格控制導(dǎo)管底孔加工質(zhì)量，防止導(dǎo)管底孔口毛刺劃傷導(dǎo)管；

4.缸蓋生產(chǎn)線增加沉水試漏設(shè)備及導(dǎo)管試漏工裝檢測泄露部位，以便快速發(fā)現(xiàn)漏點，找到有效控制措施。

4 結(jié)束語

通過缸蓋生產(chǎn)線最終工位對氣道及燃燒室密封性100%在線檢測，能夠及時避免缺陷傳遞至裝配客戶。生產(chǎn)經(jīng)驗表明，氣道及燃燒室密封性能的好壞，與設(shè)備、缸蓋毛坯，來料導(dǎo)管、導(dǎo)管壓裝及加工等諸多因素相關(guān)，長期以來問題解決的難點在于泄露部位即漏點的不明確，本文分析驗證得出導(dǎo)致某型號缸蓋氣道及燃燒室泄露的主要漏點為：缸蓋毛坯缺陷；導(dǎo)管裝配間隙、導(dǎo)管孔隙、裂紋及導(dǎo)管端面毛刺等質(zhì)量缺陷。為降低氣道及燃燒室泄露不合格缸蓋報廢比例，對泄露部位的探測至關(guān)重要，只有找到真正的漏點，才能找到解決問題的方向。希望通過本文，能給讀者在工作中帶來一些有用的參考。

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