優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋生產(chǎn)線工藝設(shè)計(jì)

發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線規(guī)劃是一項(xiàng)系統(tǒng)性很強(qiáng)的工作，同時(shí)也是一門(mén)基于經(jīng)驗(yàn)的學(xué)問(wèn)。在實(shí)際操作中，大量新技術(shù)的運(yùn)用，對(duì)管理者及操作人員的素質(zhì)、工廠運(yùn)作的水平都有很高的要求。

回顧身邊的生產(chǎn)實(shí)例我們不難發(fā)現(xiàn)，很多失敗的例子都是由于生產(chǎn)線選型失誤、設(shè)備選擇錯(cuò)誤造成的，從而導(dǎo)致生產(chǎn)效率低、運(yùn)行成本高。由此可見(jiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線早期規(guī)劃是項(xiàng)目成功與否的關(guān)鍵，合理選擇生產(chǎn)線的類型至關(guān)重要，它會(huì)直接影響到后續(xù)生產(chǎn)線的利用率和適應(yīng)產(chǎn)品更改的能力。下面就以我公司某發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋加工生產(chǎn)線的工藝規(guī)劃為例，談?wù)勅绾卫眯录夹g(shù)和新工藝，優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)思路，減少人員數(shù)量和降低工人的勞動(dòng)量，達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的。

眾所周知，大多發(fā)動(dòng)機(jī)的缸蓋都為薄壁鑄鋁件，鑄造應(yīng)力集中，時(shí)效時(shí)間較長(zhǎng)，加工變形量大，因此，導(dǎo)致缸蓋加工工藝比較復(fù)雜，涉及的技術(shù)領(lǐng)域較寬，需充分掌握好各種工藝技術(shù)，合理安排好各工序。優(yōu)化缸蓋生產(chǎn)線規(guī)劃，選用高效的加工設(shè)備和高速切削工具等一系列措施，不僅能夠有效保證產(chǎn)品質(zhì)量，而且能夠有效地提高生產(chǎn)效率。

根據(jù)缸蓋的工藝特點(diǎn)和生產(chǎn)線工藝方案，缸蓋生產(chǎn)線常規(guī)的生產(chǎn)工藝流程為：毛坯上料→探測(cè)、銑進(jìn)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(dǎo)管閥座底孔加工→中間清洗→試漏→氣門(mén)導(dǎo)管、閥座壓裝→燃燒室面和噴油嘴孔精加工→進(jìn)、排氣導(dǎo)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(cè)→打號(hào)→外觀檢查、下線。

在對(duì)該缸蓋生產(chǎn)線進(jìn)行擴(kuò)產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)時(shí)，為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，相對(duì)于原有缸蓋生產(chǎn)線，我們主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化。

設(shè)備布局

我公司對(duì)新缸蓋生產(chǎn)線的工藝設(shè)計(jì)和設(shè)備布置打破了原有缸蓋生產(chǎn)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(jī)床相對(duì)集中，輔機(jī)也相對(duì)比較集中。原來(lái)一人最多只能操作4臺(tái)加工設(shè)備，現(xiàn)在可以操作6臺(tái)設(shè)備，減少了操作者的數(shù)量和疲勞強(qiáng)度，也減少了操作帶來(lái)的失誤。設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能地縮短機(jī)床之間的間距，縮短生產(chǎn)線的長(zhǎng)度，從而減少操作者的行走時(shí)間。不僅如此，整線將所有工作區(qū)域設(shè)計(jì)在同一個(gè)操作高度，盡量避免機(jī)床與機(jī)床之間使用上下臺(tái)階或不同高度的踏腳板，減少了操作工上下臺(tái)階的時(shí)間。同時(shí)，對(duì)所有加工設(shè)備，利用非機(jī)動(dòng)輥道，采用人工沿著輥道送料至交換臂，再由交換臂送到機(jī)床夾具上。相對(duì)于原有生產(chǎn)線，避免了操作者從輥道到機(jī)床夾具的工件搬運(yùn)，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(dòng)強(qiáng)度。原有生產(chǎn)線和新生產(chǎn)線的設(shè)備布置方式見(jiàn)圖1和圖2。

圖1   原生產(chǎn)線平面布置示意

圖2   新生產(chǎn)線平面布置示意

從兩種生產(chǎn)線的設(shè)備布置可以看出，新生產(chǎn)線的布置更具優(yōu)勢(shì)，便于生產(chǎn)組織和人員安排，極大地提高了生產(chǎn)效率。兩種生產(chǎn)線布線方式對(duì)比見(jiàn)表1。

專柔結(jié)合

目前，生產(chǎn)線的選型主要有兩種形式：專機(jī)自動(dòng)線和柔性CNC加工線。幾年前，選擇專機(jī)線或柔性線主要考慮的依據(jù)是產(chǎn)量和產(chǎn)品的變化。通常，大批量且較成熟的產(chǎn)品采用專機(jī)線，中小批量或產(chǎn)品存在潛在變化較大的選擇柔性線。柔性生產(chǎn)線與專機(jī)組線特點(diǎn)的對(duì)比見(jiàn)表2。

我們?cè)趯?duì)該缸蓋生產(chǎn)線進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)，在保證該產(chǎn)品生產(chǎn)的同時(shí)，不需要調(diào)整夾具，僅通過(guò)更換部分刀具，就能夠滿足其他幾種缸蓋的生產(chǎn)。粗加工采用高速加工中心，以適應(yīng)多品種缸蓋的加工，提高了工作效率。而氣門(mén)閥座、導(dǎo)管及凸輪軸孔的精加工工序在缸蓋加工中屬于非常關(guān)鍵的工序，如采用加工中心，工件精度的一致性很難長(zhǎng)期得到保證，且為保證其均勻一致性所要開(kāi)展的質(zhì)量管理也將是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工程。為此，我公司在該種缸蓋的氣門(mén)閥座、導(dǎo)管的精加工工序上采用了德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的柔性專用機(jī)床，正好滿足了中等產(chǎn)量的要求。這種柔性專用機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需像加工中心那樣進(jìn)行刀具交換，只需進(jìn)行初期的調(diào)整就可確保機(jī)床的加工精度。尤其在座圈導(dǎo)管的精加工過(guò)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(dǎo)管的引導(dǎo)孔，第二把刀具精鏜座圈和導(dǎo)管，這樣難以保證同軸度等精度，采用柔性化專用機(jī)床可有效克服以上問(wèn)題，且加工質(zhì)量非常穩(wěn)定。

高速雙主軸切削技術(shù)

設(shè)備與工藝的發(fā)展總是互相促進(jìn)，高速切削工藝技術(shù)正是在高速切削所需要的高速切削機(jī)床和高速切削刀具大力發(fā)展的推動(dòng)下應(yīng)運(yùn)而生的。目前，高速切削技術(shù)作為新工藝，在發(fā)動(dòng)機(jī)制造行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。高速雙主軸加工中心正是為滿足汽車制造業(yè)高效率的要求而開(kāi)發(fā)的新產(chǎn)品，其可以同時(shí)加工兩個(gè)工件，成倍地提高了加工效率。我公司該缸蓋生產(chǎn)線的設(shè)備采用了德國(guó)制造的雙主軸高速加工中心，配備相應(yīng)的高速切削刀具和復(fù)合刀具。在降低初期設(shè)備投資成本的同時(shí)，也減少了設(shè)備的占地面積，并極大地減少了操作者的數(shù)量，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。

以車代鏜的閥座加工工藝

氣門(mén)座圈的加工難點(diǎn)在于內(nèi)孔的幾何形狀復(fù)雜，有多段圓弧與多段錐度、多段直孔的復(fù)合。為了獲得一個(gè)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(jiàn)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(huì)出現(xiàn)凹弧型，而這種刀刃磨損的輪廓會(huì)復(fù)制在座圈的密封錐面上，加工后座圈的工作錐面就出現(xiàn)凸弧形，隨著刀具的磨損，弧形變的越來(lái)越明顯，座圈的密封性變得越來(lái)越差。為保證座圈工作錐面對(duì)導(dǎo)管孔的跳動(dòng)、錐面的表面粗糙度、導(dǎo)管的直線度，減少工序成本，提高生產(chǎn)效率，座圈的錐面在缸蓋擴(kuò)產(chǎn)時(shí)采用車刀進(jìn)行車削加工方式（見(jiàn)圖4），刀刃是隨著滑板的移動(dòng)來(lái)加工的，刀片的刀刃磨損很均勻，不會(huì)出現(xiàn)弧形的密封面，可以避免鏜削工藝出現(xiàn)的一些缺陷，從而減少了調(diào)刀次數(shù)，提高了加工效率。同時(shí)，該缸蓋的座圈和導(dǎo)管孔的相對(duì)精度采用專用檢具進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)座圈的工作錐面進(jìn)行密封性驗(yàn)證，更好地監(jiān)控該產(chǎn)品的加工質(zhì)量。

圖3  鏜刀加工方式

圖4  車刀加工方式

輔機(jī)柔性技術(shù)

在對(duì)該缸蓋線進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)，為了提高生產(chǎn)效率，我們對(duì)所有輔機(jī)的柔性也進(jìn)行了設(shè)計(jì)的技術(shù)創(chuàng)新。如中間和最終試漏機(jī)（見(jiàn)圖5），針對(duì)挺桿孔和主油孔的位置差別較大、密封點(diǎn)較多等現(xiàn)象，由于幾種產(chǎn)品存在較大差異，兩臺(tái)設(shè)備均采用快換夾具方式進(jìn)行多種產(chǎn)品切換試漏，切換時(shí)間控制在5min之內(nèi)。又如座圈導(dǎo)管的壓裝，也是根據(jù)幾種產(chǎn)品的導(dǎo)管座圈角度不同而進(jìn)行柔性設(shè)計(jì)的，只通過(guò)更換部分工裝和壓頭，即可實(shí)現(xiàn)三種產(chǎn)品的混流生產(chǎn)，切換時(shí)間控制在0.5h之內(nèi)。同時(shí)，該設(shè)備采用TOX氣液增壓缸作動(dòng)力，結(jié)合立式結(jié)構(gòu)壓裝布置，不僅大大縮小了設(shè)備的占地面積，也大幅降低了動(dòng)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(huì)見(jiàn)面，避免了常規(guī)輥道出現(xiàn)的工件之間的磕碰和輥道對(duì)工件傳輸面的劃傷，從一定程度上也節(jié)約了動(dòng)能的消耗。

圖5  試漏設(shè)備的快換夾具

綜上所述，我公司該缸蓋生產(chǎn)線在工藝設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)對(duì)原有生產(chǎn)線工藝的優(yōu)化，不僅減少了人員數(shù)量，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，大幅提高了勞動(dòng)效率，而且提升了產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，在生產(chǎn)線規(guī)劃、選擇生產(chǎn)設(shè)備時(shí)，降低生產(chǎn)運(yùn)行成本，其決定因素是工藝設(shè)計(jì)。工藝設(shè)計(jì)是質(zhì)量、成本和效率的龍頭，采用好的工藝設(shè)計(jì)也相當(dāng)于為企業(yè)創(chuàng)造了效益。