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機械設計

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發動機缸蓋加工生產線的工藝設計

發動機生產線規劃是一項系統性很強的工作,同時也是一門基于經驗的學問。在實際操作中,大量新技術的運用,對管理者及操作人員的素質、工廠運作的水平都有很高的要求。

回顧身邊的生產實例我們不難發現,很多失敗的例子都是由于生產線選型失誤、設備選擇錯誤造成的,從而導致生產效率低、運行成本高。由此可見,發動機生產線早期規劃是項目成功與否的關鍵,合理選擇生產線的類型至關重要,它會直接影響到后續生產線的利用率和適應產品更改的能力。下面就以我公司某發動機缸蓋加工生產線的工藝規劃為例,談談如何利用新技術和新工藝,優化工藝設計思路,減少人員數量和降低工人的勞動量,達到提高生產效率的目的。

眾所周知,大多發動機的缸蓋都為薄壁鑄鋁件,鑄造應力集中,時效時間較長,加工變形量大,因此,導致缸蓋加工工藝比較復雜,涉及的技術領域較寬,需充分掌握好各種工藝技術,合理安排好各工序。優化缸蓋生產線規劃,選用高效的加工設備和高速切削工具等一系列措施,不僅能夠有效保證產品質量,而且能夠有效地提高生產效率。

根據缸蓋的工藝特點和生產線工藝方案,缸蓋生產線常規的生產工藝流程為:毛坯上料→探測、銑進排氣面、加工定位孔→頂、底面及孔系加工→前后端面孔系加工→挺桿孔、導管閥座底孔加工→中間清洗→試漏→氣門導管、閥座壓裝→燃燒室面和噴油嘴孔精加工→進、排氣導管閥座精加工→清洗→裝配→凸輪軸孔等的精加工→最終清洗→壓裝碗形塞、試漏檢測→打號→外觀檢查、下線。

在對該缸蓋生產線進行擴產工藝設計時,為了提高勞動生產率和產品質量,相對于原有缸蓋生產線,我們主要從以下幾個方面進行了工藝設計優化。

設備布局

我公司對新缸蓋生產線的工藝設計和設備布置打破了原有缸蓋生產線直線布置的思路,按照C型布置。這樣使得粗加工和精加工的機床相對集中,輔機也相對比較集中。原來一人最多只能操作4臺加工設備,現在可以操作6臺設備,減少了操作者的數量和疲勞強度,也減少了操作帶來的失誤。設計時,盡可能地縮短機床之間的間距,縮短生產線的長度,從而減少操作者的行走時間。不僅如此,整線將所有工作區域設計在同一個操作高度,盡量避免機床與機床之間使用上下臺階或不同高度的踏腳板,減少了操作工上下臺階的時間。同時,對所有加工設備,利用非機動輥道,采用人工沿著輥道送料至交換臂,再由交換臂送到機床夾具上。相對于原有生產線,避免了操作者從輥道到機床夾具的工件搬運,也減少了工人穿越輥道的行走路程,大大降低了工人的勞動強度。原有生產線和新生產線的設備布置方式見圖1和圖2。

 

圖1 原生產線平面布置示意

圖2 新生產線平面布置示意
從兩種生產線的設備布置可以看出,新生產線的布置更具優勢,便于生產組織和人員安排,極大地提高了生產效率。兩種生產線布線方式對比見表1。
專柔結合

目前,生產線的選型主要有兩種形式:專機自動線和柔性CNC加工線。幾年前,選擇專機線或柔性線主要考慮的依據是產量和產品的變化。通常,大批量且較成熟的產品采用專機線,中小批量或產品存在潛在變化較大的選擇柔性線。柔性生產線與專機組線特點的對比見表2。

我們在對該缸蓋生產線進行工藝設計時,在保證該產品生產的同時,不需要調整夾具,僅通過更換部分刀具,就能夠滿足其他幾種缸蓋的生產。粗加工采用高速加工中心,以適應多品種缸蓋的加工,提高了工作效率。而氣門閥座、導管及凸輪軸孔的精加工工序在缸蓋加工中屬于非常關鍵的工序,如采用加工中心,工件精度的一致性很難長期得到保證,且為保證其均勻一致性所要開展的質量管理也將是一項非常復雜的工程。為此,我公司在該種缸蓋的氣門閥座、導管的精加工工序上采用了德國標準化設計的柔性專用機床,正好滿足了中等產量的要求。這種柔性專用機床結構簡單,無需像加工中心那樣進行刀具交換,只需進行初期的調整就可確保機床的加工精度。尤其在座圈導管的精加工過程中,加工中心需要兩種粗精加工刀具,第一把刀具粗加工座圈和導管的引導孔,第二把刀具精鏜座圈和導管,這樣難以保證同軸度等精度,采用柔性化專用機床可有效克服以上問題,且加工質量非常穩定。

高速雙主軸切削技術

設備與工藝的發展總是互相促進,高速切削工藝技術正是在高速切削所需要的高速切削機床和高速切削刀具大力發展的推動下應運而生的。目前,高速切削技術作為新工藝,在發動機制造行業得到廣泛應用。高速雙主軸加工中心正是為滿足汽車制造業高效率的要求而開發的新產品,其可以同時加工兩個工件,成倍地提高了加工效率。我公司該缸蓋生產線的設備采用了德國制造的雙主軸高速加工中心,配備相應的高速切削刀具和復合刀具。在降低初期設備投資成本的同時,也減少了設備的占地面積,并極大地減少了操作者的數量,提高了勞動生產率。

以車代鏜的閥座加工工藝

氣門座圈的加工難點在于內孔的幾何形狀復雜,有多段圓弧與多段錐度、多段直孔的復合。為了獲得一個寬度恒定的工作錐面,特別是交線處的尺寸公差與位置公差更難控制。在鏜加工方式下(見圖3),由于座圈是高硬度材料(HRC50-58),切削余量較大,刀刃的磨損較快,刀刃的切削部分會出現凹弧型,而這種刀刃磨損的輪廓會復制在座圈的密封錐面上,加工后座圈的工作錐面就出現凸弧形,隨著刀具的磨損,弧形變的越來越明顯,座圈的密封性變得越來越差。為保證座圈工作錐面對導管孔的跳動、錐面的表面粗糙度、導管的直線度,減少工序成本,提高生產效率,座圈的錐面在缸蓋擴產時采用車刀進行車削加工方式(見圖4),刀刃是隨著滑板的移動來加工的,刀片的刀刃磨損很均勻,不會出現弧形的密封面,可以避免鏜削工藝出現的一些缺陷,從而減少了調刀次數,提高了加工效率。同時,該缸蓋的座圈和導管孔的相對精度采用專用檢具進行測量,并對座圈的工作錐面進行密封性驗證,更好地監控該產品的加工質量。

圖3 鏜刀加工方式

圖4 車刀加工方式
輔機柔性技術

在對該缸蓋線進行工藝設計時,為了提高生產效率,我們對所有輔機的柔性也進行了設計的技術創新。如中間和最終試漏機(見圖5),針對挺桿孔和主油孔的位置差別較大、密封點較多等現象,由于幾種產品存在較大差異,兩臺設備均采用快換夾具方式進行多種產品切換試漏,切換時間控制在5min之內。又如座圈導管的壓裝,也是根據幾種產品的導管座圈角度不同而進行柔性設計的,只通過更換部分工裝和壓頭,即可實現三種產品的混流生產,切換時間控制在0.5h之內。同時,該設備采用TOX氣液增壓缸作動力,結合立式結構壓裝布置,不僅大大縮小了設備的占地面積,也大幅降低了動能的消耗。另外,該線的部分輥道采用PZR輥道,能夠有效地保證輥道上的工件不會見面,避免了常規輥道出現的工件之間的磕碰和輥道對工件傳輸面的劃傷,從一定程度上也節約了動能的消耗。

 


TAG:發動機缸蓋加工,生產線,工藝設計
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