缸體銷孔位置度不合格的解決方法

缸體是發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的輸出功率、密封等性能。銷孔位置度嚴(yán)重超差對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)缸體總成為平分式結(jié)構(gòu)，缸體材料為灰鐵，框架材料為鋁合金。加工機(jī)床使用的是日本MAKINO臥式加工中心，夾具采用的是國(guó)產(chǎn)夾具(見圖1)。銷孔加工工藝按照正常的鉆、擴(kuò)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(nèi)容。此工序是發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)加工生產(chǎn)線的關(guān)鍵工序。

在缸體銷孔測(cè)量的過程中，為了得到更精確的位置準(zhǔn)確度，我們?cè)谝?guī)劃時(shí)選擇德國(guó)LEIZ三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)銷孔位置度進(jìn)行檢測(cè)。為了減小基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的累積誤差，以加工時(shí)的定位面和定位銷孔為測(cè)量基準(zhǔn)，測(cè)量缸體總成頂面(見圖2)的銷孔1H1、1H2孔。兩銷孔相對(duì)定位基準(zhǔn)位置度為Φ0.1mm，同時(shí)1H1又相對(duì)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(diào)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(shí)對(duì)銷孔圓度、直徑及表面粗糙度等進(jìn)行檢測(cè)分析找出工件的變差原因，并采取措施消除異常變差，預(yù)防再次出現(xiàn)銷孔位置度不合格。

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

通過對(duì)這些失效原因的逐一驗(yàn)證，我們找到了導(dǎo)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(dǎo)致缸體銷孔位置度不合格。針對(duì)此失效原因，我們做了如下改進(jìn)以解決缸體銷孔位置度測(cè)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(dǎo)致的，此外夾緊點(diǎn)與支撐點(diǎn)不對(duì)應(yīng)、夾緊點(diǎn)位置不理想以及輔助支撐力不足會(huì)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(dǎo)致的變形量。

(2)調(diào)整夾具夾緊動(dòng)作順序

在測(cè)量夾緊變形的過程中，工件理論上的變形量應(yīng)該是一致的，但在實(shí)際測(cè)量中各部位夾緊變形量出現(xiàn)了較大的波動(dòng)且相差較多。通過對(duì)夾具動(dòng)作順序的監(jiān)控發(fā)現(xiàn)，夾緊動(dòng)作各步驟間的動(dòng)作間隔時(shí)間過短，本應(yīng)后動(dòng)作的油缸提前到和前一油缸一同動(dòng)作，甚至提前動(dòng)作，導(dǎo)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(diào)整順序閥流量控制，使各步驟間的動(dòng)作間隔能明顯目視區(qū)分，解決了由夾緊動(dòng)作順序錯(cuò)亂導(dǎo)致的夾緊變形。

另外針對(duì)工件夾緊變形量，我們也可以通過檢測(cè)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(shè)計(jì)時(shí)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(huì)有更高的要求。

此外，由于毛坯自身結(jié)構(gòu)及材料設(shè)計(jì)原因，鋁制框架面為定位面，主夾爪的夾緊點(diǎn)在鋁框架上，鋁框架自身變形更易導(dǎo)致工件整體夾緊變形，所以在設(shè)計(jì)工件時(shí)要結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，考慮加工過程中的可實(shí)施性。同樣，在設(shè)計(jì)夾具時(shí)要根據(jù)產(chǎn)品圖樣特點(diǎn)來制作夾具，分析夾具夾緊力對(duì)工件變形的影響，合理的設(shè)計(jì)夾緊點(diǎn)、選擇合適的油缸，進(jìn)而降低后續(xù)的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)成本。

2.優(yōu)化測(cè)量采點(diǎn)位置

對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量采點(diǎn)位置及方式進(jìn)行分析，并同測(cè)量工程師進(jìn)行溝通，通過驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，若工件加工時(shí)產(chǎn)生夾緊變形，則測(cè)量基準(zhǔn)定位面會(huì)產(chǎn)生輕微的塑性變形，雖然對(duì)工件整體尺寸近乎無影響，但對(duì)高精度的測(cè)量卻影響很大，尤其是以此面為測(cè)量基準(zhǔn)面，導(dǎo)致加工基準(zhǔn)定位面與三坐標(biāo)測(cè)量采點(diǎn)基準(zhǔn)定位面發(fā)生偏差，測(cè)量的基準(zhǔn)面不是實(shí)際定位基準(zhǔn)平面。

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

圖3  優(yōu)化測(cè)量采點(diǎn)位置

3.其他建議項(xiàng)

(1)產(chǎn)品設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)可行的情況下，應(yīng)盡可能地選用同種材料，這樣既可避免彈性或塑性變形對(duì)加工及測(cè)量引起的影響，也可以減小鐵鋁混合材質(zhì)對(duì)刀具刀片加工的嚴(yán)苛要求。

(2)夾具設(shè)計(jì)

夾具在設(shè)計(jì)之初，應(yīng)考慮到工件不同材料的彈性變形，有針對(duì)性的設(shè)計(jì)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(duì)實(shí)際加工的影響。此外，針對(duì)工件中存在的鋁材質(zhì)框架，需盡可能避開以軟材質(zhì)作為整個(gè)工件的定位支撐以及夾緊面，以減小軟材質(zhì)變形對(duì)加工的影響。

結(jié)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(cè)量角度分析解決來回避夾緊變形而導(dǎo)致的不合格。通過多方面來控制一個(gè)失效原因，對(duì)于降低企業(yè)成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量和提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力有著十分積極的意義。