發動機缸體缸蓋接合面密封性提升案例

高 鍵，伍永明

（柳州五菱柳機動力有限公司，廣西 柳州545005）

0 引言

汽車發動機的技術狀況決定了其使用壽命，而氣缸密封性是表征氣缸組技術狀況的重要參數，近年來，隨著汽車行業的快速發展，法規的要求提高，對發動機動力性和燃油經濟性的要求越來越高，給裝配密封性也帶來了很大的挑戰[1]。發動機的密封性能差會引起漏水、漏油、漏氣現象，在發動機生產組裝過程中密封性也作為一項關鍵過程特性進行管控。本文結合實際案例就發動機密封性探測中的失效模式、原因分析及改善進行探討。

1 影響密封性的特性

影響發動機密封性的因素包含零部件及裝配過程等多方面，如：

（1）設計：缸體缸蓋墊片設計不合理，密封面積不足會導致水道、油道互通；

（2）工藝：發動機前端面（前罩殼與缸體缸蓋間）較多采用密封膠進行密封，涂膠量過多或過少、膠跡錯誤都會影響到密封性；

（3）零件：缸體缸蓋結合面平面度、粗糙度等對密封性的良好也起到關鍵作用。

下面將引用一個實際案例進行分析，查找密封性失效原因。

2 密封性失效案例分析

除以上影響缸體缸蓋接合密封性的主要因素外，在缸蓋底面平面度合格的情況下，還有一個易出現的漏點位置在前端面與大平面接合處，此處為一個拐角位置，有缸體與缸蓋、前端面與前罩殼、缸蓋底面與缸體三個接合平面。設計上密封性不足或加工工藝處理不當都會影響到發動機總成的密封性，引起漏油等問題。以下案例正是發動機裝配過程中發現的氣密性不合現象。

2.1 問題描述

問題發現工位：長缸體試漏工位。探測儀器：氣試泄露檢測設備。

測試值：油道13.7 ml/min（不合格）。

漏點查找：采用涂肥皂泡的方式進行，也可使用沉水試驗方式，沉水試驗（浸水通氣后目視檢測）是一種傳統檢漏方式，盡管在現代制成品工業，包括汽車行業已不處于主流地位。但因其易找到工件的泄漏部分，以利修正，故與壓力型等與干式檢漏相結合使用[2]。

經漏點查找，漏點位置在缸體缸蓋結合面與前端面三處的結合處。

采用通用體系質量分析的七鉆法，首先檢查現場生產記錄，操作人員、生產參數、使用工裝等無異常。拆機檢查，膠跡正常，零件檢查：缸蓋缸體平面度、粗糙度檢測合格。如圖1、圖2所示，對比合格與不合格發動機發現缸蓋漏點位置銳邊被打磨（塌邊），未按圖紙要求“保持銳邊”。

圖1 使用刀口尺檢查此平面邊緣

圖2 圖紙要求

2.2 失效模式對比試驗

為進一步確認是否是此項零件不合導致的氣密性不合，采用單一變量的對比分析，零件A（圖3）保持銳邊，零件B（圖4）打磨掉銳邊，相同工藝參數下，先后安裝與同一缸體進行驗證。試驗結果如表1所列。

圖3 零件A

圖4 零件B

表1 缸蓋試漏數據對比

2.3 原因分析

已驗證出是缸蓋底面銳邊被打磨造成密封性失效，接下來進一步查檢缸蓋生產過程確定造成問題的根本原因。

2.3.1 生產工藝流程

缸蓋工藝流程主要為：缸蓋毛坯上線檢查、打碼——蓋面粗加工——排、進氣面加工——前后端面加工——孔加工——試漏——精銑缸面——毛刷去毛刺——試漏——清洗、檢驗。

2.3.2 根本原因

按缸蓋加工流程追溯到各工序半成品狀態，將影響此問題的工位鎖定在底面去毛刺工序。異常零件采用的是毛刷去毛刺方式（見圖5），此類設備在鑄鋁缸蓋的加工中應用較為廣泛。從人、機、料、法、環查找發現生產該批零件過程中存在更換毛刷情況，而在更換前因為毛刷在接近使用壽命極限時毛刷變短，強度增加，累積單次進給依舊為0.2 mm，進給偏大，當毛刷走至與前端5°斜面交線邊緣處，交線邊緣受到毛刷擠壓力增大，導致出現塌邊現象。

圖5 新舊毛刷實物對比圖

采用魚骨圖與5Why法結合最終分析出塌邊問題的根本原因為：毛刷更換頻次偏低、單次進給量過大導致去毛刺過程中，將銳邊刷成塌邊。

2.4 改善措施及效果驗證

經過參數驗證最終確定改善措施為調整毛刷更換頻次，由10 000件/次，改為2 500件/次；調整毛刷進刀方式，由手動改為自動進刀，前1000件每加工1件毛刷進給0.003 mm，1 000件以后每加工1件毛刷進給0.001 mm。

經過試裝改進后的缸蓋零件，發動機氣密性合格，改善有效。

3 案例失效原理分析

在以上案例中，使用對比驗證發現是缸蓋底面結合位置的銳邊被打磨，從而導致發動機整體的密封性失效。從理論計算來正向分析如圖6所示。

圖6 結合面示意圖

因缸蓋底面銳邊被打磨，裝配后，缸體與缸蓋之間形成一道深V型縫隙，密封膠涂在前罩殼上，裝配前罩殼后，密封膠會對縫隙有一定補償作用，但因密封膠本身存在一定的粘度及硬度，密封膠不能將縫隙全部填充，導致裝配完成后在發動機缸體、缸蓋及前罩殼組成的三角區依然存在縫隙，從而導致發動機密封性失效。

4 結論

在以上案例中，在缸蓋平面度、粗糙度等關鍵尺寸符合的情況下，因供應商去毛刺工藝不當導致了缸蓋底面邊緣被過度打磨，從而影響了缸體缸蓋結合面的密封性。擴展了缸體缸蓋密封性失效案例的解決思路，可為缸蓋設計、去毛刺工藝及發動機整體三角區域的密封性提升提供相關參考。