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在 從工藝到整線看發(fā)動(dòng)機(jī)加工：工藝與產(chǎn)線運(yùn)作實(shí)例 一文中，我們從夾持工藝、產(chǎn)線設(shè)計(jì)至整線安排，由小至大介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)加工知識(shí)，下文則是從發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要加工部位——導(dǎo)管座圈及其底孔，分析下的加工工藝及缸蓋線體的柔性化設(shè)計(jì)思路。
發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管座圈及其底孔加工工藝1.導(dǎo)管座圈底孔加工
導(dǎo)管座圈底孔加工精度一般包括導(dǎo)管底孔的位置度和圓柱度，另外還有導(dǎo)管底孔與座圈底孔的同軸度。行業(yè)要求位置度一般為φ0.1～0.2?mm，其加工精度受刀具、夾具及機(jī)床穩(wěn)定性等影響；同軸度一般為0.03?mm左右，其加工精度主要受刀具影響，同軸度的加工質(zhì)量將直接影響后續(xù)導(dǎo)管座圈壓裝質(zhì)量及導(dǎo)管座圈精加工，同時(shí)精加工后的座圈底孔也是通過同軸度來保證。
圖1
由于導(dǎo)管座圈底孔精度數(shù)量級(jí)比較高，故目前行業(yè)比較先進(jìn)的加工工藝分為粗加工和精加工兩部分。粗加工主要是進(jìn)行進(jìn)排氣喉口的刀校及開粗等內(nèi)容。粗加工通常使用一把成形刀具，以此完成喉口刀校、座圈粗加工及锪導(dǎo)管底孔下平面加工，加工量較大，一般采用超硬材料的刀具。精加工主要是加工進(jìn)排氣導(dǎo)管底孔和精鉸進(jìn)排氣導(dǎo)管底孔及座圈底孔，精鉸導(dǎo)管底孔及座圈底孔是復(fù)合在一把刀具上，這種加工方式能最大限度地保證兩孔同軸度，加工刀具材料一般采用整體pcd鉸刀來保證加工精度。導(dǎo)管座圈底孔加工均采用底面+底面兩銷孔的精定位來保證加工精度，如上圖所示。
2.導(dǎo)管座圈壓裝
導(dǎo)管座圈壓裝一直是國(guó)內(nèi)壓裝機(jī)領(lǐng)域的一大難點(diǎn)，壓裝一致性、壓裝質(zhì)量、壓裝過程不可控及機(jī)床故障率等一直困擾著壓裝機(jī)廠家。隨著壓裝技術(shù)不斷發(fā)展，現(xiàn)在各主機(jī)廠基本實(shí)現(xiàn)了從手工壓裝→半自動(dòng)壓裝→自動(dòng)壓裝的轉(zhuǎn)變，壓裝質(zhì)量也越來越接近國(guó)際水平。
導(dǎo)管座圈壓裝主要考慮三個(gè)方面：①壓裝過程如何保證壓裝質(zhì)量；②壓裝節(jié)拍；③壓裝過程如何呈現(xiàn)及后續(xù)追溯問題。目前國(guó)內(nèi)各大主機(jī)廠無論是采用國(guó)內(nèi)壓裝機(jī)還是國(guó)外進(jìn)口壓裝機(jī)，都不可避免地會(huì)出現(xiàn)壓裝質(zhì)量問題，如切邊、劃傷等，目前行業(yè)普遍從壓裝結(jié)構(gòu)、壓頭形式和伺服系統(tǒng)等方面著手。我們?cè)诠ぷ鬟^程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)許多劃傷問題，經(jīng)過討論分析，從壓頭形式（圖2）、壓前噴油潤(rùn)滑、壓力調(diào)節(jié)及座圈材質(zhì)等方式進(jìn)行調(diào)整，尤其是注意壓頭形式及座圈材質(zhì)，有的座圈前端有修磨，此種座圈壓裝質(zhì)量效果較好，壓頭形式設(shè)計(jì)的合理，可保證壓裝穩(wěn)定性與一致性。
圖2 導(dǎo)管座圈壓頭形
3.導(dǎo)管座圈加工
（1）導(dǎo)管座圈加工概述
導(dǎo)管座圈加工是發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋至關(guān)重要的部分之一，導(dǎo)管座圈加工質(zhì)量直接決定發(fā)動(dòng)機(jī)性能。目前發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)導(dǎo)管座圈的加工方式有很多，加工刀具形式也有很多形式，加工工藝也不盡相同。
發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋導(dǎo)管座圈加工精度尺寸主要包括導(dǎo)管孔位置度和圓柱度、閥座的環(huán)帶角度、環(huán)帶寬度、環(huán)帶表面粗糙度、環(huán)帶中心至底面距離及環(huán)帶相對(duì)導(dǎo)管孔跳動(dòng)等。導(dǎo)管座圈整體加工質(zhì)量主要受刀具及夾具影響。目前行業(yè)中導(dǎo)管座圈加工主要采用專機(jī)自動(dòng)線加工和加工中心加工。對(duì)于專機(jī)自動(dòng)線加工，其主要是通過專用鏜頭一次定位加工完成，加工流程是工件隨輸送裝置至夾具體，裝夾完成后主軸箱z向進(jìn)給，刀具三次切削完成加工。專機(jī)自動(dòng)線加工特點(diǎn)根據(jù)刀具及加工工藝設(shè)計(jì)，z向有三個(gè)軸，為z軸、u軸和v軸，滑臺(tái)z軸負(fù)責(zé)z向快速進(jìn)給，刀具到達(dá)坐標(biāo)系r點(diǎn)，慢速進(jìn)給锪平面，刀具寸退一小段距離后，u軸負(fù)責(zé)車刀進(jìn)給加工環(huán)帶部分，最后v軸負(fù)責(zé)槍鉸刀進(jìn)給加工導(dǎo)管孔，如圖3所示。
圖3 導(dǎo)管座圈專機(jī)加工
隨著刀具形式不斷發(fā)展及機(jī)床性能的提高，導(dǎo)管座圈加工不僅僅局限在專機(jī)線中實(shí)現(xiàn)，國(guó)外很多機(jī)床廠越來越多地放在加工中心上加工。一般加工中心相對(duì)于專機(jī)加工精度、穩(wěn)定性有所降低，但機(jī)床柔性化有所增加。使用加工中心加工導(dǎo)管座圈主要分為粗加工和精加工，粗加工和精加工均采用一體成形刀具加工，粗加工主要可減少座圈加工余量、預(yù)鉆導(dǎo)管引導(dǎo)孔及修正導(dǎo)管孔后續(xù)切削余量，精加工主要可精鉸導(dǎo)管座圈孔，完成加工，如圖4所示。
圖4 導(dǎo)管座圈 mc 加工
（2）專機(jī)自動(dòng)線加工分析
專機(jī)自動(dòng)線加工導(dǎo)管座圈是目前大多數(shù)主機(jī)廠的選擇，它主要具有加工穩(wěn)定性好、加工精度高和加工經(jīng)濟(jì)性高等特點(diǎn)，但專機(jī)設(shè)備在調(diào)試過程中問題比較多，主要集中在加工導(dǎo)管座圈的刀具——專用鏜頭上。以下將根據(jù)我們?cè)谶@方面的經(jīng)驗(yàn)對(duì)調(diào)試過程中的問題進(jìn)行分析，并分享解決過程。
1）問題一：環(huán)帶角度加工不穩(wěn)定且不合格 一般主機(jī)廠環(huán)帶角度公差在±0.25°左右，檢測(cè)方式為輪廓度儀，有些主機(jī)廠也使用三坐標(biāo)檢測(cè)，驗(yàn)收要求一般只需要滿足100%公差控制要求或者控制在80%公差線內(nèi)。針對(duì)此問題，我們分析了三點(diǎn)原因：①加工環(huán)帶角度的車刀切削時(shí)，遇到了座圈余量最大點(diǎn)，而且每個(gè)孔的座圈最大余量不一致，從而導(dǎo)致刀具在進(jìn)給過程中出現(xiàn)讓刀現(xiàn)象，如圖5所示；②工件座圈的材質(zhì)對(duì)刀具切削具有一定影響；③刀具設(shè)計(jì)及刀具加工路徑設(shè)計(jì)，有些刀具設(shè)計(jì)需要進(jìn)行推車，有些刀具設(shè)計(jì)需要拉車，而且刀片的設(shè)計(jì)也會(huì)影響刀具的切削參數(shù)；④檢側(cè)儀器誤差，檢測(cè)設(shè)備精度等級(jí)是否滿足要求，對(duì)標(biāo)同行業(yè)檢測(cè)方式，是否對(duì)檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行專項(xiàng)的msa分析。針對(duì)這四點(diǎn)原因，我們?cè)黾恿嗣咳羞M(jìn)給來加大切削力，減小讓刀量；對(duì)座圈材質(zhì)廠家進(jìn)行溝通交流；最后與刀具廠家進(jìn)行技術(shù)交流，根據(jù)刀片設(shè)計(jì)特點(diǎn)，改變刀具進(jìn)給方向等措施；對(duì)檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行msa分析，最終解決了環(huán)帶角度不穩(wěn)定且不合格的問題。其實(shí)在分析問題中，也可改變刀體結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)仿形加工等方式進(jìn)行解決問題，但是會(huì)耗費(fèi)很多時(shí)間。
圖5 座圈加工讓刀現(xiàn)象
2）問題二：環(huán)帶跳動(dòng)超差問題 環(huán)帶跳動(dòng)公差一般為0.03?mm左右，其基準(zhǔn)是相對(duì)于導(dǎo)管孔而言，這個(gè)尺寸關(guān)系到與氣門配合時(shí)嚴(yán)密度等重要特性。主機(jī)廠驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)一般控制在80%公差線內(nèi)，檢測(cè)方式也為在線專用檢具，如圖6所示。環(huán)帶跳動(dòng)主要是保證刀具在正常環(huán)帶加工完成后保持不動(dòng)，v軸帶動(dòng)槍鉸刀加工導(dǎo)管孔，故座圈環(huán)帶相對(duì)于導(dǎo)管孔的跳動(dòng)是不可調(diào)的，它涉及到環(huán)帶加工質(zhì)量與導(dǎo)管孔加工質(zhì)量；對(duì)于出現(xiàn)跳動(dòng)超差問題，我們可以從刀具方面進(jìn)行分析，比如車刀塊磨損導(dǎo)致環(huán)帶表面粗糙度差、槍鉸刀磨損或者老化導(dǎo)致導(dǎo)管孔圓柱度或圓度不佳等，在保證正常刀具壽命的情況下，當(dāng)跳動(dòng)超差或者跳動(dòng)度偏大的話，可以更換新刀具進(jìn)行解決。
圖6 導(dǎo)管座圈跳動(dòng)檢測(cè)
3）問題三：環(huán)帶寬度未達(dá)到設(shè)備能力要求 環(huán)帶寬度一般指缸蓋座圈與氣門密封面，環(huán)帶寬度的加工精度直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒、壽命等重要特性；發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋上環(huán)帶寬度一般在1～3?mm，上下偏差為±0.1?mm，由于其寬度較窄，一般在線三坐標(biāo)或者線下三坐標(biāo)無法檢測(cè)，目前行業(yè)中普遍使用輪廓度儀進(jìn)行檢測(cè)。由于環(huán)帶寬度是發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋中最為重要的特性尺寸，故主機(jī)廠驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)也較高：cpk≥1.33。環(huán)帶寬度一般是可調(diào)的，它與刀具的锪刀和環(huán)帶車刀是有聯(lián)系的，當(dāng)環(huán)帶寬度偏小時(shí)，可以調(diào)大角度的锪刀至刀體原點(diǎn)距離，當(dāng)環(huán)帶寬度偏小時(shí)，可以調(diào)小角度的锪刀至刀體原點(diǎn)距離，如圖7所示。當(dāng)環(huán)帶寬度cpk不達(dá)標(biāo)時(shí)，需要分析每個(gè)孔環(huán)帶寬度的cp值為多少，若cp＞2，則環(huán)帶寬度是可調(diào)的，可以按照上述調(diào)整方法調(diào)整后再次驗(yàn)證cpk；若cp＜2，則可以判定此時(shí)加工過程不穩(wěn)定，就要從刀具本身來分析問題，比如車刀塊設(shè)計(jì)、加工表面粗糙度等方面。
圖7 座圈環(huán)帶寬度調(diào)節(jié)
（3）加工中心加工分析
加工中心加工導(dǎo)管座圈根據(jù)機(jī)型環(huán)帶特點(diǎn)進(jìn)行選擇，當(dāng)機(jī)型座圈環(huán)帶結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單或者沒有锪面等加工內(nèi)容時(shí)，主機(jī)廠就傾向于選擇用加工中心去加工。加工中心加工方式比較簡(jiǎn)單，四把刀加工（進(jìn)排氣各兩把，均為復(fù)合刀具，刀片材料為硬質(zhì)合金）：第一把刀加工導(dǎo)管孔引導(dǎo)孔及去除一部分環(huán)帶余量，導(dǎo)管孔引導(dǎo)孔直徑略小于成品尺寸，主要起到定心作用；第二把刀直接將環(huán)帶及導(dǎo)管孔加工至成品尺寸。加工中心加工精度也是刀具保證，另外機(jī)床柔性化更高，加工經(jīng)濟(jì)性高。
線體防磕碰工藝分析1.工件側(cè)面及頂面磕碰劃傷問題
現(xiàn)在主機(jī)廠在進(jìn)行工藝排布時(shí)，工件側(cè)面及頂面精加工一般在前道工序就已經(jīng)加工完成，而工件距離成品下線還有很遠(yuǎn)的輥道需要輸送，這樣就會(huì)導(dǎo)致工件在運(yùn)輸過程中精加工表面產(chǎn)生磕碰和劃傷，由于發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋側(cè)面及頂面需要安裝不同的零件或者需要密封等，故產(chǎn)品及質(zhì)量部門不允許精加工面存在磕碰或者劃傷等質(zhì)量問題。
圖8 精加工留余量加工示意
對(duì)于側(cè)面及頂面磕碰問題，我們主要從兩個(gè)方面分析：①磕碰及劃傷問題的來源是因?yàn)楣ぜ谶\(yùn)輸過程中與輥道接觸，對(duì)于此種現(xiàn)象，一般在易磕碰工件側(cè)表面的輥道上包裹一層尼龍或者軟材料，這樣可以起到緩解磕碰的現(xiàn)象；②磕碰及劃傷的本質(zhì)根源是因?yàn)楣ぜ庸すば蚺旁诒容^靠前的工序，針對(duì)此種情況，可以對(duì)比較重要的表面精加工進(jìn)行移序處理，或者將精加工轉(zhuǎn)為半精加工，這樣可以有效地減少磕碰及劃傷現(xiàn)象，如圖8所示。
2.工件底面劃傷問題
目前發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋底面是發(fā)動(dòng)機(jī)最為重要的一個(gè)表面，它需要跟缸體進(jìn)行結(jié)合，而且燃燒室也需要它和缸體頂面進(jìn)行密封，所以缸蓋底面工藝排布一直是比較成熟的工藝。缸蓋底面精度一般要求0.05?mm的平面度、0.07?mm的平行度及波紋度等形狀公差，精度公差等級(jí)相對(duì)嚴(yán)格。缸蓋底面一般分兩道工序加工完成，即粗銑和精銑。由于精銑后還要經(jīng)過清洗、壓裝及試漏等，所以底面也不可避免地出現(xiàn)劃傷等問題。對(duì)于此種問題，主要從兩個(gè)方面進(jìn)行解決：①在底面精加工之后將工件放在工藝托盤上運(yùn)輸，這樣可以解決精銑后的底面被直接劃傷的問題，但這種方式容易造成托盤的損耗及人員操作繁瑣的問題；②我們從設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，將工件底面精銑時(shí)兩邊留出1～2?mm的余量，如圖9所示，使精銑后的平面在輥道運(yùn)輸時(shí)與輥道分離開，相當(dāng)于“騎”著輥道輸送，這種方式可從根本上將工件與輥道隔離，有效地解決底面劃傷問題。
圖9 工件“騎行” 輸送
目前發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)不斷更新，如何能使不同機(jī)型或者機(jī)型的迭代產(chǎn)品都能在一條生產(chǎn)線上生產(chǎn)，這就需要主機(jī)廠在建線初期認(rèn)真思考線體柔性化的設(shè)計(jì)理念。線體柔性化設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在試漏機(jī)、壓裝機(jī)（圖10）及清洗機(jī)等輔機(jī)設(shè)備上，目前行業(yè)在建線初期盡量采購(gòu)含機(jī)器人的設(shè)備，而且需要有多夾具的設(shè)計(jì)理念。
圖10 先進(jìn)的柔性壓裝機(jī)
以上從工藝角度分析了發(fā)動(dòng)機(jī)制造行業(yè)中的相關(guān)問題，主要分析了缸蓋導(dǎo)管和座圈的加工工藝、缸蓋制造工程中防磕碰工藝等工藝技術(shù)升級(jí)及缸蓋線體柔性化設(shè)計(jì)等先進(jìn)理念的應(yīng)用，這些都大大提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命與質(zhì)量，使得目前發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)的制造工藝水平更加完善。
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