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(2011-10-12 14:34:03)
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邵氏密封圈夹紧力封堵测试过程 |
分类： 自动化设备方案的机械实现 |
测漏测试封堵方面的机械设计
1.基本原则
测试设备设计的时候需要考虑清楚，必须尽量避免各种外界的因素干扰测试过程。
可能碰到的问题有:
环境影响：工件和室内的温度差，空气流动(如：风扇、人员的走动)。
测试循环中，动力回路中的气缸运动导致的测试气路中的空气压力的变化：某些时候，为了保证测试结果的稳定、可靠，测试气路和动力气路必须采用不同的气源。至少，也要采用不同的减压阀来分别控制。
采用转盘方式时，其他工位上面的工件的移载和装配对测试工位造成的影响。
注意，下面这2点是泄漏测试设备的特别要求，一般的自动化组装设备没有这些要求，所以机械设计人员需要特别小心：
A，泄漏测试设备下面可以装脚轮用以移动设备，但在测试的时候，一定不可以靠脚轮（带锁死的脚轮也不行）支撑，必须将支撑脚杯的螺丝调长，用脚杯来支撑设备。
B，设备需要封闭，避免测试时候工件万一爆裂带来的喷射性危害。
2.测漏治具
-治具上面同密封圈接触的平面必须磨削加工，粗糙度达到Ra0.8（最低也要Ra1.6，所以一般在图纸上标Ra3.2是完全不够的）
-测试工件装在如图中所示的一个舱体内。治具结构按密封的需要设计，如图中所示，封闭容积中的一些机械结构同治具板的固定，一种方式是采用下面图中的盲孔的方式，采取这种方式的时候，为了防止气体在螺纹处的爬移影响测试过程，可以采取下面图中在螺纹孔边开缺口的方式。
另一种方式是采用下面图中的底部开通孔的方式（不推荐），则必须在螺钉周围再加密封圈（O型圈）
加O型圈后可以采用这种方式：
如果设备分几个工位来测试，每个舱体内的填充块体积必须严格相等，以保证测试的一致性。
治具封堵底板必须是单独的一件，而不是几件拼凑起来。治具表面应该采用模具钢等材料，需要表面硬度较高，达到HRC60以上。如此，必须对治具的钢材进行热处理。注意：此处在实践中使用Cr12，Cr12MoV等冷作模具钢、热作模具钢、一般的工具钢都是可以的，主要是表面要硬。所以也可以采用表面渗碳或渗氮的方法，具体看各个公司的习惯。
测试舱体内，避免通孔。更要避免造成封堵时气体爬移的螺纹孔（采取措施，上面已经提到）。
3. 测试工件的充气
充气点的位置最好能够放在一个固定的机械结构上，尽量避免放在密封（封堵）系统上。某些情况下，必须通过密封胶上的孔来充气，也必须确保充气过程对密封系统的影响不会最终影响到测试结果的准确性。
充气管使用尼龙材质的4x 6 、6x 8mm 等等，黑色.而不允许使用聚氨酯管。
气管和通气孔的直径由充气的体积决定，应尽量缩短测试过程的时间，必须使这些直径不成为瓶颈。
4. 夹紧和封堵
4-1总则
-原则上说，夹紧和封堵系统不能够对待测组件的结合部位施加有利于或不利于密封的作用力。不可以限制组件在正常使用状态下的装配位置的运动趋势；不可以扭曲组件或使其有分离的倾向。
举例：理光墨盒测试项目，墨盒是两个注塑零件用超声波焊接在一起的，我们在夹紧和封堵的时候不能给焊接位置施加压力，以免测试的时候误判，这一点很好理解。
-泄漏测试需要在封闭处进行，以避免空气流动的冲击
-如果需要通过一块大联板上的几个压紧位来压紧工件的不同位置的话，最好采用带弹簧缓冲的压紧头。这样可以中和工件不同位置的高度误差。
举例：可以参考下图美嘉真空罐负压测试的设计。
4-2 夹紧
4-2-1夹紧气缸计算
必须的数据：
密封圈的硬度；
密封圈的总长度；
密封圈的压缩率；
测试空气压力；
产品图纸；
举例：
密封圈:
硬度: 邵氏硬度HA50,
总长度: 800mm,
高度t: 4mm
长度: 28cm;
宽度: 16cm;
密封圈槽体的深度： 3mm
气密试验压力: 0.3 bars
密封圈压缩力的计算（密封圈压缩的反作用力）
1: 计算密封圈的压缩率
-测量密封圈放置槽的深度 (从槽的底部到某一个指定的压缩到位的平面，此平面不一定是密封圈放置槽的顶面)
-测量密封圈的高度
-计算密封圈的压缩率=（密封圈的高度-密封槽的深度）/密封圈的高度。
举例:
密封槽深度= 3mm
密封圈高度= 4mm
两者偏差1mm ---->密封圈的压缩率= 25%
2:使用密封圈的压缩率图表（由密封圈的制造厂商提供）查到邵氏硬度为50时的密封圈压缩1mm（或25%）所需要的力
举例:
在图中我们用 25%和 HA50两个数据得到大约2.4 N/mm的压缩力。
3:将密封圈的总长度乘以刚才查到的单位长度的压缩力 (当有几个密封圈时，要将其长度相加得到总长度)
举例:
2,4N/mm X 800mm = 1920N, 192 DaN
则我们得到了将密封圈压至合适位置的气缸的最小出力（=密封圈压缩力）。
下面，
充气压力造成的气缸的夹紧力计算（充气压力的反作用力）
1:计算充气压力作用到的产品的总面积,与充气压力相乘。
举例:
长度:28cm
宽度:16cm
充气压力: 0.3bars
28 * 16 = 448cm²
448cm² X 0.3 bars = 134.4 DaN
如此我们得到了气缸在充气压力下的最小夹紧力.
检漏机械的总的夹紧气缸力计算：将上面计算得到的2个结果相加，即：
气缸最少夹紧力=（密封圈压缩反弹造成的气缸夹紧力+充气压力造成的气缸夹紧力）X安全系数
此安全系数可以选为2，以保证安全。
举例:
192DaN + 134.4DaN = 326.4DaN
326DaN X 2 = 752 DaN
如此得到气缸的最小夹紧力为752DaN 即752 kg左右。
PS：封堵系统的机械设计实践中，很可能一时找不到密封圈的变形-压力（反弹力）图表，此时我们可以先计算充气压力造成的气缸的夹紧力，再将其乘以一定的系数（比如0.25，实际上此系数与密封圈的形状、充气压力关系都很大，情况比较复杂，要靠经验确定），假设为密封圈的反弹力，先行选定气缸缸径，待设计密封圈完毕后找专业密封圈厂家给出其变形-反弹力图表，再行验算。
4-2-2塑料工件的变形
必须考虑塑料工件的变形对定位和充气测试过程的影响。
4-2-3夹紧联板
-导向柱: 直径按压紧力不同取40-50mm以上.硬度通常在HRC60以上。.
-底板，支持压紧气缸用的基础，最好采用钢材，保证一定的刚性。 某些时候需要加筋（在底部）
- 压紧联板用直线轴承同导向柱连接导向。此处为提高整体刚度，在尽可能的情况下，采用加长双衬型的直线轴承比较好。
- 机械限位采用M10的螺纹，带锁紧螺母
-被测工件在压紧的时候不能有水平运动或运动趋势。这种运动会导致密封件条件不良而产生泄漏。
注意：
为保证可靠性，位置感应器需采用可见光型的，或者采用机械式的位置开关，而不是接近传感器，且必须置于易调节到的位置。
4-2-4转盘上的泄漏测试装置
必须有合适的机械结构保证整体刚度和测试过程中无变形、无相互改变位置。 (测试过程中哪怕1%的错位、滑移都会给测试结果带来很大的影响)
为减轻重量，转盘材料采用铝合金，转盘厚度至少在25mm.
为了给予转盘更好的支撑，很可能在转盘的周围要加装凸轮随动器，并让凸轮随动器在桌面另外的导轨上面运动。
注意这里的凸轮随动器有一种是可以调节偏心的，通过调节偏心可以使转盘周边每个凸轮随动器在同一高度，很好用。但价格也较贵
4-3封堵系统
4-3-1总则
-导向：如果封堵头行程超过50mm的话，就需要有另外的导向结构（导向轴+直线轴承、直线导轨之类的结构）.
-原则上所有封堵系统必须有位置补偿和压力调节阀。
-密封胶压缩系统不能利用封堵用的密封胶来做机械死限位装置。.
4-3-2 封堵胶
封堵胶的材料和硬度按封堵压力、工件和环境情况合理选择。
4-3-3 端面封堵
- 封堵胶的固定环同封堵胶的过盈配合量双边最多不超过0.5mm。.
-如果封堵胶的直径在35mm以上，采用环状而不是盘状固定方式。
特别指出：
如果封堵胶的直径在16mm以下，很可能不能采用这种封堵头。我们使用通过变形将封堵胶卡在舱体内的一种最简单的结构。
4-3-4内胀封堵。
* O型圈的直径在2mm以上。
* 尽量使用标准规格的O型圈。
* 当封堵头伸入工件内部时，O型圈不得碰触工件内壁（必须有间隙）.
* 压紧气缸必须要采用机械死限位，而且不能将O型圈当做死限位。
* 封堵头相对于封堵的内部面，X\Y\Z方向和3个旋转方向都要有一定的间隙（自由度）以保证兼容性。
注意：
如果封堵头水平放置，要预计到封堵头因为重力而下垂的可能和影响。按下图的方式加等高螺钉和弹簧，调节封堵头的角度，可以基本解决此问题。
以下为径向封堵（内胀）的2种典型结构。
1，
2，
可能碰到的问题和注意事项：
- 所有气接头要使用生胶带甚至液态生胶带。
- 图中的管密封圈可能会漏气，驱动气缸动作的压缩空气很可能沿管壁窜到工件内部。此时加一个排气孔以解决此问题。
- 同封堵胶接触的零件的氧化锈蚀问题。
- 无机械死限位的问题。
4-3-5外包封堵头
结构类似于内胀封堵头，举例如下：
可能存在的问题：
1，测试压缩空气入口接头跟随封堵头运动，可能对测试稳定性和接头寿命产生影响。
2，管密封胶同同时封堵平面，是简单的做法，但带来潜在的不可靠性缺陷。
3，自制气缸的回位仅仅靠封堵胶的回弹，有可能不可靠，但某些情况下为了节约封堵头的尺寸，也不得不这么设计。
4，水平放置的外包封堵头，比内胀封堵头更需要保证其不能下垂。也采用类似的等高螺丝+弹簧的结构来调节。
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