康明斯柴油发电机缸盖的加工工艺

缸盖是柴油发电机的重要组成部分之一，结构复杂，铸造困难，机械加工工序长，其上有低压油道、高压油道及水道，其密封性能直接影响柴油发电机整机的可靠性、安全性和环保性等关键性能。康明斯发电机厂家生产的Cummins缸盖为铸铝缸盖，存在针孔、缩孔、缩松和夹渣等缺陷。在加工过程中，易将毛坯缺陷暴露出来，这样需要通过密封检测设备判定缸盖泄漏是否符合产品要求，从而在机械加工过程中发现缺陷，减少加工成本，从源头降低柴油发电机整机漏油、漏水问题。本文旨在通过Cummins柴油发电机缸盖L8线中间密封检测设备出现的一次测量合格率低的问题分析，为后续设备及加工工艺提供经验参考。

一、中间密封检测工艺

康明斯发动机所用的密封检测主要设备为ATEQ F520泄漏检测仪和压差传感器式自动调节压力测量仪。测试过程分为3个阶段：充气阶段、平衡阶段和测量阶段。具体如下： 

1）由面板按钮或远程控制器启动测量仪后，仪器根据参数自动设定充气压力，打开充气阀和测量阀，同时对压差传感器两侧腔体充气。

2）进入平衡阶段，压力自动调整到测量压力。

3）测量阶段，关闭充气阀和测量阀，形成独立的参考气室和测量气室; 测量出在测量时间内降低的压力，算出泄漏率，并以泄漏率显示结果。

4）测量完成后排气。

二、设备及生产现状

康明斯发电机厂家的中间密封检测设备共有7个工位（ST），1ST为上料辊道，2ST检测缸盖的水道及高压油道，3ST为输送辊道，4ST检测缸盖的低压油道，5ST为刻字工位，6ST为输送辊道，7ST为剔料工位，该设备为自动工位。

工艺文件规定测试方法如下：零件自动检测合格通过；第一次检测不合格自动重测，合格通过；重测不合格的零件排出，人工将零件搬下来放置在工位待判区，1 h后再手动上线检测是否合格，如继续不合格则判定为泄漏件。具体工艺参数如表1所示。

Cummins缸盖线生产班组根据生产统计发现，中间密封检测设备（XM0950）成为制约全线设备开动率提升的瓶颈工位，10月份单月统计发现中间密封检测工位停机达到27.8 h，其中异常统计停机774次，折合停机时间25.8 h，不合格率达到9.42%，从统计中发现，一次测量不合格导致停机达730次，折合停机时间21.9 h，占异常统计停机时间的84.88%，亟待改善。

三、影响因素分析及解决方案

影响密封检测测量结果的主要因素有：设备本身设计问题、封堵不可靠、零件表面粗糙度以及温度等，此设备之前因为温度过高导致测量不合格，已在清洗机后增加空调降温，使零件温度已达到厂房环境温度，因此，针对此次出现的一次测量合格率低的问题，康明斯发电机厂家主要从封堵结构、清洁度和设备本身设计展开分析。

1.清洁度问题

Cummins缸盖经中间清洗后进入中间密封检测设备进行密封检测，中间清洗机需要对主要定位面及封堵面进行清洗。在中间密封检测设备台面，理论无铝屑存在，但在现场中间密封检测设备台面存在很多铝屑，且在车间班组设备保养及清扫后，下次保养会再发现铝屑在设备台面，可见清洗机未完全清洗干净。在对清洗机清洗零件连续30件观测中发现5件在NTA855孔内存在铝屑，其中2件直接通过密封检测设备，未报警，其中1件在一次测量不合格后，复测举升零件过程中铝屑掉落，复测合格，剩余2件在一次测量不合格后复测也不合格，零件排出，在将铝屑清理后重新上线，测量合格。经查，NTA855孔在OP50加工，加工后未发现有铝屑残留在孔内，可见不是由于加工此孔产生的，对其贯穿孔进行排查，在OP150加工6651孔后，NTA855孔内有铝屑堆积，其产生过程如图3所示。

为解决NTA855孔铝屑问题，首先排查清洗机状况，经维修检查，清洗机正常工作，但此铝屑缠绕堆积在NTA855孔，在中间清洗机清洗压力下无法清洗出来，这样只能从加工工艺方面着手去除NTA855孔铝屑。NTA855孔铝屑主要是由于加工6651孔产生，经分析各工序加工内容，将OP50加工的NTA855孔换序至OP160加工，使NTA855孔在6651孔后面加工，将OP160加工的6401～6404孔换序至OP50加工，保持节拍平衡，这样就完全避免了加工6651孔加工产生的铝屑堆积在NTA855孔内。

2.封堵结构问题

中间密封检测设备采用大量聚氨酯材料封堵头进行封堵，主要是利用封堵头的弹性变形来实现油道及水道的密封，Cummins缸盖中间密封检测需要检测水道、高压油道及低压油道，导致了密封点很多，大部分属于平面封堵或者孔涨堵，易于封堵。凸轮轴孔上油孔处于半圆上，不规则，封堵采用的是图4所示的封堵头。

 中封堵头采用端面密封和半圆密封，二者夹角约为90°，为保证端面密封，半圆密封弹性量将较小，在高压情况下，型腔内气体极易从折角处溢出，造成微泄漏，如若零件本就处于最大泄漏值边缘，在微泄漏情况下，极易误判，从而导致再次测量，形成一次测量不合格的情况。

为解决端面密封与半圆密封不能同时良好密封的问题，可以取消端面密封，增大半圆密封弹性量，使之形成半圆密封和涨堵，经现场试验，改进后封堵头在测同样零件时，其泄漏值更稳定，密封效果更好。更改后的封堵头如图5所示。

3.中间密封检测设备液压设计结构问题

中间密封检测设备采用的是一台液压站，两个进油路分别供给2ST和4ST工位，共用一个回油路回液压站，回油路在各自初段有1个双向液压锁，完成封堵时的保压功能。双向液压锁工作原理如图6所示。当P1通压力油时，一方面油液通过左阀到P2，另一方面使右阀顶开，保持P4与P3畅通。同样当P3通压力油时，一方面通过右阀到P4，另一方面使左阀顶开，保持P2与P1畅通，当P1与P3都不通压力油时，P2和P4封闭，执行元件被双向锁住。此设备两个工位测量所需时间不同，故一直存在同步、不同步两种状态，当其中一个工位测试完毕，另一工位正好处于测试阶段时，这时回油经过正在测试工位回油管路，瞬间冲击压过大，使其双向自锁瞬时打开，封堵松动泄漏，造成测试结果突然增大，然后再平缓下降，但此时，测量时间内已经不够下降到最大泄漏值以内，泄漏值超过最大泄漏值，且不是大漏，此零件第一次测量不合格。查询设备保存的近一个月数据，里面有大量数据是在第一次测量不合格，且泄漏值略大于最大泄漏值，第二次复测就合格的情况。

找到原因后，为解决回油时的相互影响，康明斯发电机厂家在现场实施了最简易的增加一根回油管路的办法，使两个工位液压进油和回油管路都独立，这样在测试时就不会出现相互影响情况。

经过以上措施的实施和生产跟踪，结果表明，缸盖的中间密封检测不合格率平均为2.56%，对比改善前的9.42%来说，大幅下降，一次测量合格率低的问题得到了很大的改善。缸盖的密封检测是缸盖生产线的一道重要工序，本文立足现场，从解决实际问题出发，展现了Cummins中间密封检测设备的改善过程，降低了中间密封检测设备的测量不合格率，提高了生产线设备开动率，对后续设备及加工工艺具有参考意义。