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    1. 曲軸加工工藝優化的分析與實施

      • 發布時間:2021-06-09
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      核心提示:針對不同曲軸的淬火漲量不一致,工藝參數控制不統一及檢測手段受人為因素影響大的問題,天潤曲軸有限公司試驗論證了一種新的加工工藝——檔心距加工工藝。該工藝彌補了傳統的以止推檔側面為定位基準的加工工藝缺陷,經過換產和大批量生產的驗證,不僅大大提高了產品質量和效率,而且有效降低了不合格品率。

      在金融危機的影響下,汽車市場競爭日趨激烈,汽車及零部件企業面臨嚴峻的挑戰,各大主機廠對曲軸的質量和精度要求越來越嚴格。為了滿足客戶需求,我公司提出“以工藝為龍頭”的指導方針,要求改進、優化曲軸加工工藝,進一步提升產品質量和效率,提高客戶滿意度。通過對鍛鋼曲軸加工工藝進行整體優化試驗,不僅取得了良好的效果,提高了鍛鋼曲軸的產品質量,同時還提高了生產線的產能,解決了產量與質量此消彼長的難題。

      曲軸加工現狀

      曲軸是發動機的關鍵零件之一,其結構復雜,生產批量大,品種更換頻繁,精度要求高。主軸連桿頸的尺寸精度為IT6~IT7,圓度≤0.005mm,表面粗糙度Ra0.2~0.4。因此,一條******的曲軸生產線不僅要實現柔性換產以面對市場需求,還要滿足工藝要求,******加工精度,***終生產出合格的產品。鍛鋼曲軸生產線擁有世界******的數控機床、******的加工工藝及日臻完善的管理制度,不僅大幅提升了曲軸的加工效率,實現了柔性快速換產能力,而且更好地******了曲軸的加工質量。當前,曲軸的質量主要通過機加工和熱處理的過程控制來******,其途徑大致有以下三種:

      1. 人為檢測:指通過專業質檢人員(或操作人員自檢、互檢)對每道工序按照工藝要求進行在線測量,及時調整工藝參數,避免不合格產品周轉到下道工序或出現批量廢品。

      2. 設備控制:指依靠較高設備精度******當前工序的加工精度,是******尺寸精度、形狀精度和位置精度的有效方式,也是******曲軸加工生產線的標志之一。

      3. 工藝保障:工藝是機加工過程中將曲軸毛坯轉化成成品的“法律”準繩,是產品質量的根本******,也是提高加工效率的前提。

      對于上述三種提升產品質量的途徑,我公司對各個生產線有針對性地進行了試驗論證。通過不斷地改進我們發現:人為檢測相對難度較低,但是后期改善效果不明顯。通過******設備控制加工精度已在鍛鋼生產線和部分鐵軸生產線上實施,改善效果可觀,但如果全公司普及需要投入大量資金。對于工藝保障,由于國內外鍛鋼曲軸的加工工藝大同小異,且刀具、砂輪、切削液、淬火漲量、加工參數及加工余量等影響質量因素涉及改善周期長、優化空間小及普及性差等特點,若通過工藝的改進、優化大幅度提高產品質量難度無疑是******的。

                                         圖1為止推擋側臺為基準的加工工藝

      統籌分析加工工藝

      現場的加工工藝文件經過一系列的改進和優化后,刀具材質、加工參數、加工余量及工裝夾具的設計精度等影響加工質量和加工效率的工藝參數已基本固化。當設備具備相當高的加工精度,每臺設備嚴格按照工藝進行生產,卻無法******加工過程中不會出現不合格產品時,我們往往認為問題在于人為檢測不到位。實踐證明,加大人為檢測力度不僅增加了曲軸的制造成本,而且不能從根本上消除問題。如何實現產品質量提升需要對現行工藝進行深入研究。通過對現場加工工藝的數據收集和整體分析我們發現:影響加工質量、加工效率的主要因素集中在精磨主軸、連桿之前的工序,其具體問題體現在以下四個方面:

      1. 由于頻繁換產,同一產品存在不同廠家、不同爐號的毛坯淬火漲量不一致的問題,盡管漲量差距不大,也需要對整條生產線的機加工工藝參數進行調整,影響了換產速度和換產質量。

      2. 同一尺寸的不同工序對工藝參數的控制不統一,增大了精磨主軸、連桿的加工余量,降低了精磨的加工效率。

      3. 依賴卡規、塞規等防錯手段,具有人為因素影響及檢測誤差大的缺點。

      4. 以止推檔側面為定位基準,受刀具、砂輪磨耗及淬火漲量影響變化大,導致出現軸頸側面精磨磨不起來的現象。以止推檔側臺為基準的加工工藝如圖1所示。

      上述問題嚴重影響了鍛鋼曲軸生產線產品質量的進一步提升,必須******解決。

      解決方案

      針對不同曲軸的淬火漲量不一致,工藝參數控制不統一及檢測手段受人為因素影響大的問題,我們試驗論證了一種新的加工工藝——檔心距加工工藝。檔心距加工工藝是指主軸和連桿在機加工過程中始終以止推檔的中心線為基準向其他各軸頸加工,加工后軸向尺寸為止推檔基準線到各個軸頸中心線的距離,如圖2所示。

                                                     圖2為擋心距加工工藝

      檔心距加工工藝的特點

      檔心距加工工藝一直未被采用的主要原因是難以實現過程檢測,無法確保軸向尺寸是否滿足工藝要求,而且國內外客戶提供的成品圖紙基本都沒有標注檔心距。對于工藝人員而言,根據加工余量及定位基準等能夠方便、快速地制定出各工序的加工工藝,該標注方式方便了在線檢測及成品驗收,但是并不一定******適用于現場加工。例如,半精車主軸工序,因刀片存在磨耗,操作者利用卡規測量三、四主軸軸向尺寸誤差較小,但是測量一、七主軸時,因卡規產生變形及主觀因素的影響,不能************軸向尺寸誤差,淬火后測量一、七主軸的軸向尺寸變化值不穩定,超差0.2~0.3mm的現象時有發生。R圓角、側臺必須采取增加加工余量才能******加工質量,造成精磨工序成本增加,且精磨的加工時間主要消耗在側臺和R上,降低了加工效率和設備的利用率。同樣,連桿的加工也存在上述問題。

      將檔心距加工工藝應用到鍛鋼曲軸生產線,取得了顯著的加工效果,充分體現了新工藝獨特的優勢,與止推檔側面為基準的加工工藝相比具有以下特點:

      1. ******精磨前主軸、連桿各軸頸到止推檔的檔心距控制在工藝(D±0.05mm)范圍內,精磨后軸向尺寸控制在D±0.04mm(成品的軸向尺寸公差要求為D±0.15~0.25mm),滿足工藝要求。

      2. ******解決了換產過程中不同廠家、爐號的曲軸淬火漲量不一致的問題。

      3. 軸向尺寸受刀具和砂輪側面磨耗、淬火漲量波動及淬火前后主軸跳動的影響極小,可以忽略不計。

      4. 換產過程中,只需在在線檢測平臺上對檔心距進行******校驗,***能實現在短時間內快速成功換產。

      5. 避免了CBN精磨主軸、連桿取消分檔后易切偏的現象,顯著提升了磨削質量,在磨削條件未變的情況下,精磨效率提高了28%~30%。

      6. 實現了主軸、連桿側面粗加工和半精加工的工藝減量。

      7. 依靠設備精度******檔心距,避免了操作者對軸向尺寸的修改導致前后工序檔心距不統一的現象,并取消了對軸向卡規的依賴。

      檔心距加工工藝彌補了傳統的以止推檔側面為定位基準的加工工藝缺陷,經過換產和大批量生產的驗證,不僅大大提高了產品質量,而且有效降低了不合格品率,適宜在******的曲軸生產線上推廣。

      新工藝的實施及注意要點

      1. 淬火前,加工主軸、連桿的注意事項主要包括:

      (1)對于新工藝的實施首先要考慮淬火漲量,通過測量每個軸頸的******漲量來確定半精車主軸和精銑連桿軸向尺寸的縮量。

      (2)精銑連桿的軸向基準需與主軸止推檔中心線重合。

      (3)編制工藝時,以檔心距的***小距離作為尺寸下限,并按照尺寸下限制作卡規通端。

      (4)卡規、塞規以略緊為宜,過緊不必調整程序參數。

      2. 淬火后,加工主軸、連桿的注意事項主要包括:

      (1)精車淬火后主軸止推檔基準與半精車淬火前主軸止推檔基準重合。

      (2)精車淬火后主軸止推檔基準到淬火后連桿各軸頸的檔心距相等。

      (3)確保止推檔基準線到各個軸頸的檔心距接近理想尺寸。

      (4)******軸頸兩側臺加工余量均勻。

      新工藝的實施并不意味著要取代原工藝,而是在原工藝的基礎上將軸向尺寸做了一些調整,因此,新的加工工藝更加適合在現場使用。

      輔助加工工藝措施

      新加工工藝與原加工工藝的制定原則及測量方式存在一定的差距,需要采用以下輔助措施進行修正,保障新工藝的順利實施。

      1. 整體工藝采用前緊后松原則

      前緊后松原則是指根據整條生產線的加工情況來確定加工余量,提高淬火前的加工精度,為后序加工留出合適的余量。******淬火前后軸頸側臺余量均勻,確保檔心距測量******。

      2. 提高在線檢測手段

      新工藝要取消依靠卡規確定軸向尺寸的測量方式,依靠在線檢測平臺,******測量各軸頸的檔心距,將差值輸入機床,確保檔心距******。

      實踐表明,檔心距加工工藝較止推檔側臺為基準的加工工藝,消除了原工藝依靠******設備難以控制質量的難題,提高了質量過程控制力度,降低了人為因素的影響,具有穩定性和******性,而且明顯地提高了加工質量和加工效率。以新工藝為主線,對整條生產線的設備生產效率、人員安排及加工參數進行調整,合理利用各項資源,有效避免人員緊缺、設備生產過剩導致的制品積壓現象的出現。


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