缸體銷孔位置度不合格的解決方法

缸體是發(fā)動機所有零部件的裝配基體，而缸體上的銷孔則起著連接定位發(fā)動機其他零部件的重要作用。銷孔位置出現(xiàn)偏差，各零部件間配合不到位將直接影響汽車發(fā)動機的輸出功率、密封等性能。銷孔位置度嚴重超差對發(fā)動機有著致命的影響，因此，保證缸體銷孔位置度的合格和穩(wěn)定十分重要。

本文所述的發(fā)動機缸體總成為平分式結構，缸體材料為灰鐵，框架材料為鋁合金。加工機床使用的是日本MAKINO臥式加工中心，夾具采用的是國產(chǎn)夾具(見圖1)。銷孔加工工藝按照正常的鉆、擴和鉸加工工藝規(guī)劃執(zhí)行，所述工序還包括半精加工缸體曲軸孔、銑缸體前后端面及鉆攻前后端面螺紋孔系等內容。此工序是發(fā)動機機加工生產(chǎn)線的關鍵工序。

在缸體銷孔測量的過程中，為了得到更精確的位置準確度，我們在規(guī)劃時選擇德國LEIZ三坐標測量機對銷孔位置度進行檢測。為了減小基準轉換的累積誤差，以加工時的定位面和定位銷孔為測量基準，測量缸體總成頂面(見圖2)的銷孔1H1、1H2孔。兩銷孔相對定位基準位置度為Φ0.1mm，同時1H1又相對1H2孔位置度Φ0.1 mm。

影響因素及解決方法

本案例生產(chǎn)線為新產(chǎn)品改造生產(chǎn)線，在調試過程中出現(xiàn)缸體總成頂面銷孔位置度CMK數(shù)據(jù)不合格問題，過程中甚至出現(xiàn)試切件銷孔位置度超差的情況。需同時對銷孔圓度、直徑及表面粗糙度等進行檢測分析找出工件的變差原因，并采取措施消除異常變差，預防再次出現(xiàn)銷孔位置度不合格。

在實際生產(chǎn)過程中，這些異常的變差包括刀具、工藝參數(shù)、機床精度以及夾緊變形等，均可能導致銷孔位置度出現(xiàn)不合格?，F(xiàn)對上述原因驗證方法及解決措施進行總結，如表1所示。

通過對這些失效原因的逐一驗證，我們找到了導致缸體銷孔位置度不合格的主要原因，工件夾緊變形過大導致缸體銷孔位置度不合格。針對此失效原因，我們做了如下改進以解決缸體銷孔位置度測量不合格問題。

1.優(yōu)化夾具

一般來說，工件夾緊變形量大是由夾具夾緊壓力過大或工件自身剛性不足導致的，此外夾緊點與支撐點不對應、夾緊點位置不理想以及輔助支撐力不足會影響工件夾緊變形量，而更改優(yōu)化夾具定位支撐是解決辦法之一。

(1)加大輔助支撐缸直徑

為了改善夾具在夾緊狀態(tài)下的整體剛性以及夾緊變形量，更換原有輔助支撐缸，直徑由原來的Φ12mm改為Φ30mm，支撐面由小面支撐改為大面支撐，減少支撐缸夾緊力大小不足導致的變形量。

(2)調整夾具夾緊動作順序

在測量夾緊變形的過程中，工件理論上的變形量應該是一致的，但在實際測量中各部位夾緊變形量出現(xiàn)了較大的波動且相差較多。通過對夾具動作順序的監(jiān)控發(fā)現(xiàn)，夾緊動作各步驟間的動作間隔時間過短，本應后動作的油缸提前到和前一油缸一同動作，甚至提前動作，導致夾緊變形量過大。通過更換夾具順序閥、清理疏通液壓油路以及調整順序閥流量控制，使各步驟間的動作間隔能明顯目視區(qū)分，解決了由夾緊動作順序錯亂導致的夾緊變形。

另外針對工件夾緊變形量，我們也可以通過檢測以確定其大小及變形位置來再現(xiàn)失效狀態(tài)。通常情況下要求工件壓緊處的工件變形量不大于0.02 mm，其變形量大小在新夾具設計時需要根據(jù)產(chǎn)品加工尺寸精度來確定具體要求，某些精加工會有更高的要求。

此外，由于毛坯自身結構及材料設計原因，鋁制框架面為定位面，主夾爪的夾緊點在鋁框架上，鋁框架自身變形更易導致工件整體夾緊變形，所以在設計工件時要結合生產(chǎn)實際，考慮加工過程中的可實施性。同樣，在設計夾具時要根據(jù)產(chǎn)品圖樣特點來制作夾具，分析夾具夾緊力對工件變形的影響，合理的設計夾緊點、選擇合適的油缸，進而降低后續(xù)的生產(chǎn)現(xiàn)場維護成本。

2.優(yōu)化測量采點位置

對三坐標測量采點位置及方式進行分析，并同測量工程師進行溝通，通過驗證發(fā)現(xiàn)，若工件加工時產(chǎn)生夾緊變形，則測量基準定位面會產(chǎn)生輕微的塑性變形，雖然對工件整體尺寸近乎無影響，但對高精度的測量卻影響很大，尤其是以此面為測量基準面，導致加工基準定位面與三坐標測量采點基準定位面發(fā)生偏差，測量的基準面不是實際定位基準平面。

針對此問題，通過優(yōu)化測量采點位置(見圖3)，由原來的整個底面均布采點改為選取與夾具各定位塊重合位置集中采點方式，使三坐標測量采點位置與工件定位時同夾具接觸的位置有效重合，消除測量基準面的自身變形導致的測量誤差，這樣進一步降低了工件夾緊變形導致的缸孔銷孔位置度不合格率。

圖3  優(yōu)化測量采點位置

3.其他建議項

(1)產(chǎn)品設計

在設計可行的情況下，應盡可能地選用同種材料，這樣既可避免彈性或塑性變形對加工及測量引起的影響，也可以減小鐵鋁混合材質對刀具刀片加工的嚴苛要求。

(2)夾具設計

夾具在設計之初，應考慮到工件不同材料的彈性變形，有針對性的設計并避開工件易產(chǎn)生變形位置，考慮工件定位夾緊姿態(tài)對實際加工的影響。此外，針對工件中存在的鋁材質框架，需盡可能避開以軟材質作為整個工件的定位支撐以及夾緊面，以減小軟材質變形對加工的影響。

結語

本文所討論的失效原因是由于夾緊變形量過大引起的，解決措施不僅包括了從夾具自身優(yōu)化來解決問題，也從測量角度分析解決來回避夾緊變形而導致的不合格。通過多方面來控制一個失效原因，對于降低企業(yè)成本、保證產(chǎn)品質量和提升企業(yè)的競爭力有著十分積極的意義。