2.-压铸件的泄漏测试原理及应用

第九届中国国际压铸会议论文集1压铸件的泄漏测试原理及应用李怀洲（德国innomatec（英诺太科）公司中国区）摘要：压铸件在工业生产中应用广泛，压铸件的泄漏检测是压铸件生产中的重要环节。利用压缩空气作为介质的干式检测已经逐步替代了传统的密封水检。德国英诺太科在欧洲压铸件泄漏检测领域有30多年的测试经验。本文分析压铸件的干式检测的原理和在变速箱壳体泄漏测试的应用。压铸件在汽车、摩托车、仪表、电子、通讯、航空、玩具、家具、卫浴等行业应用广泛。压铸件是一种压力铸造的零件，是使用装好模具的压力机，将加热为液态的铜、锌、铝及其合金等浇入压铸机的入料口，经压铸机压铸，铸造出被模具限制形状和尺寸的铜、锌、铝及其合金零件，这样的零件通常就被叫做压铸件。压铸件按照形状和功能大致分为：箱体类、壳体类、支架类、端盖类、罩子类、盘类、底座类、叉类、套筒类等。压铸件的泄漏检测主要是对于裂纹、气孔、涡流孔、缩孔、缩松、冷隔、渣孔、沙眼等缺陷在测试时产生的漏气、渗水。这些缺陷的产生原因：1)压力不足；2)浇注系统设计不合理或铸件结构不合理；3)合金选择不当；4)排气不良。其排除措施有：1)提高比压；2)改进浇注系统和排气系统；3)选用适宜的合金类型；4)铸件进行浸渍处理。进行压铸件的泄漏测试显得尤为重要。本文作者以发动机变速箱壳体为例说明泄漏检测的原理和方法。直压法检测的原理比较简单，它是通过高精度的压力传感器对充入压铸件内气压的变化来进行检测的。经过测试阶段测到的压力变化可以根据物理学公式由仪器直接转化成泄漏率数值显示出来。第九届中国国际压铸会议论文集20p*60tV*Offset)-p(=QΔ式中：Q—泄漏率，ml/min；Δp—压差，Pa；p0—在正常情况下的空气压强，1013.25*102Pa；V—容积，ml；t—测试时间，sec。此方法是典型的通用干检泄漏测试方法，适合于大部分压铸件的密封检测。相比较直压法泄漏检测，压差法泄漏检测在测试回路中增加了更高精度的压差传感器，如上图所示。众所周知，传感器的精度是和传感器量程有关系的。压差法检测方法引入的压差传感器量程较小，一般为±5kPa或者±2kPa，检测灵敏度提高到0.1Pa，适合于压铸件微小泄漏的检测。压差法泄漏检测在实际应用中可以将参考口和测试口分别接参考容积和被测工件，在一定程度上抵消了产品受温度影响引起的压力波动误差，提高了测试结果的稳定性。但是参考容积如果本身有泄漏也会导致结果误判，所以实际应用中美国和欧洲的压铸件行业较少采用此方法，日本的压铸件检测则推荐客户采用。流量法泄漏测试分两类，一类是上图所示的高精度质量流量传感器直接连接到被测工件的回路中，经过向压铸件内充入压缩空气阶段和稳定阶段后，流量传感器将检测到工件的泄漏率直接显示在仪器屏幕上。需要说明的是，相对于直压法和压差法，流量法不需要输入产品测试容积进行泄漏率转化计算，理论上泄漏率和产品的容积大小没有关系，但是根据多年的实际测试经验发现，在压铸件测试中（压铸件内气压波动受温度变化影响），必须考虑压铸件内气体的稳定性，如果气体分子在不稳定状态下测试，最终结果也是不稳定的。第九届中国国际压铸会议论文集3流量法泄漏测试的另外一类就是下图所示的质量流量法测试，此方法适用于容积比较大、泄漏率要求比较小的铸件。从原理图上可以看出，质量流量传感器与参考容积和被测工件相连接。首先将被测工件和参考容积都充入压缩空气，经过一段时间的稳定后，关闭充气阀组。将参考容积和被测工件中间的测试阀组也关闭，此时参考容积和被测工件直接连接的是流量传感器，如果被测工件有微小泄漏，参考容积的气体分子就会流过流量传感器，流过多少气体分子就能测到流量是多少，将此数值记录下来就是最终的测试结果。流量法泄漏测试在欧洲压铸件行业应用比较多。以上分析了多种泄漏检测方法，实际应用中还有些辅助的方法需要说明。有些压铸件的体积比较大，比如汽车变速箱壳体。我们在进行检测之前可以设计一个形状类似于变速箱壳体的填充物来缩小产品内部充入压缩空气的体积。填充物需要选取硬度相对较高的物质，比如硬塑料等，在压缩空气充入填充物和变速箱壳体之间容积内不会发生填充物形变而导致测试结果不稳定。下图是德国客户提供的填充物夹具图片。第九届中国国际压铸会议论文集4模具填充好后进行泄漏测试的照片如下。变速箱壳体通常的测试压力为2bar，测试节拍为30s，泄漏率控制在2cc/min。德国innomatec设计的工装夹具考虑了不同种类变速箱壳体的互换性，在短短2min内可以更换不同测试夹具来满足不同工件的泄漏测试。在更换另外一种变速箱壳体后，其测试如下图。第九届中国国际压铸会议论文集5德国innomatec检漏测试公司在欧洲压铸行业已有30多年的检测经验。对于压铸件温度变化对测试结果的影响，德国innomatec公司实现了泄漏测试仪器ltc502,602,702系列的温度补偿，温度补偿通过仪器自带的软件和温度传感器将工件本身或者环境温度变化引起的测试结果的偏差进行修正。目前德国宝马、大众、奔驰等车系的压铸件生产商运行着几千台innomatec公司提供的检漏仪或者检漏设备。相信innomatec会将欧洲的成功测试经验引入到国内飞速发展的汽车压铸件行业。