曲軸生產(chǎn)線柔性加工分析

劉俊伶 韋佳珍

【摘 要】曲軸制造水平是一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。目前，國(guó)內(nèi)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵零部件主要制造技術(shù)裝備依賴進(jìn)口，而發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸加工的敏捷柔性生產(chǎn)線尚處于初期發(fā)展階段，需要一個(gè)長(zhǎng)期的技術(shù)積累和發(fā)展過(guò)程。文章通過(guò)理論結(jié)合工廠實(shí)踐，以某曲軸生產(chǎn)線升級(jí)改造為例，探討柔性生產(chǎn)相關(guān)問(wèn)題，對(duì)其他舊生產(chǎn)線改造及新生產(chǎn)線建造有一定的指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】曲軸；生產(chǎn)線；改造；柔性

【中圖分類號(hào)】U464.133 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2018）05-0116-02

0 引言

曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)中最重要的部件，它承受連桿傳來(lái)的力，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)矩通過(guò)曲軸輸出并驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)上其他附件工作。曲軸制造精度要求高，生產(chǎn)線設(shè)備種類多，資金投入大，單工位設(shè)備功能單一；為滿足日新月異的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品需求，生產(chǎn)廠家需進(jìn)行不同類型曲軸的共線生產(chǎn)，這就要求曲軸生產(chǎn)線具備一定的柔性生產(chǎn)功能。某公司在這一背景下對(duì)其發(fā)動(dòng)機(jī)工廠曲軸生產(chǎn)線進(jìn)行了升級(jí)改造，以滿足新型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的生產(chǎn)要求。

1 改造前生產(chǎn)線工藝特點(diǎn)

與其他軸類零件加工類似，曲軸生產(chǎn)工藝主要包括正常的車削、銑削、磨削、鉆孔、攻絲、拋光，以及特殊工藝如動(dòng)平衡、圓角滾壓和表面熱處理（主要針對(duì)鋼坯曲軸）。該發(fā)動(dòng)機(jī)工廠舊的生產(chǎn)線改造前主要生產(chǎn)1.5 L自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸（代號(hào)B15），材料為球墨鑄鐵，設(shè)計(jì)年產(chǎn)量為35萬(wàn)件，整線節(jié)拍76JPH采用車-車?yán)に嚰庸でS主軸頸，采用專用外銑床削工藝加工連桿頸，提高加工精度和生產(chǎn)率，節(jié)省投資；曲軸軸頸圓角溝槽采用滾壓工藝且具有校直功能，減少了機(jī)床和工人數(shù)量，提高了生產(chǎn)率；曲軸止推端采用車削工藝，法蘭面加工采取切入磨削，增加了生產(chǎn)柔性；曲軸主軸頸和連桿頸的精磨采用數(shù)控多砂輪磨削，降低了砂輪磨損，提高了生產(chǎn)效率，從而降低了工具成本；曲軸軸頸拋光采用“抱合式”拋光和在線測(cè)量，保證了尺寸精度、圓度和表面粗糙度。

生產(chǎn)加工流程如下：OP05曲軸上線→OP10加工兩端面、法蘭面，加工定位面、打標(biāo)面，套銑芯軸、鏈輪，鉆兩端中心孔，鉆和攻飛輪安裝孔，攻芯軸端中心孔→OP15打標(biāo)→OP20粗車、半精車主軸頸外圓及其油領(lǐng)、溝槽，車油封外圓及發(fā)信盤(pán)→OP30粗銑、半精銑連桿頸軸頸外圓、油領(lǐng)及溝槽，銑平衡塊外圓→OP40滾壓主軸頸和連桿頸溝槽→OP50鉆主軸頸直油孔和連桿頸斜油孔→OP70測(cè)量和精車止推面，精車法蘭端面，精車發(fā)信盤(pán)→OP75測(cè)量止推面寬度和軸向距離→OP80精磨主軸頸和連桿頸及芯軸→OP90精磨油封、輪轂外圓和法蘭端面→OP100銑鍵槽、鉸法蘭端中心孔，鉆/攻發(fā)信盤(pán)安裝孔→OP110油孔去毛刺、通油孔、去鍵槽毛刺、去平衡塊毛刺→OP120測(cè)量及校正動(dòng)平衡→OP130拋光主軸頸及連桿頸、拋光油封及止推面→OP140最終清洗→OP150動(dòng)態(tài)檢具最終測(cè)量→OP155目檢和曲軸下線。整線以機(jī)械手為紐帶實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工，生產(chǎn)線布局如圖1所示。

2 新舊產(chǎn)品差異

公司根據(jù)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)需求，計(jì)劃在此生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，增加1.5 L四缸和1.0 L三缸增壓發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸（代號(hào)分別為B15T和B10T）的加工要求，最終實(shí)現(xiàn)B15/B15T/

B10T 3種發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的共線生產(chǎn)，并且產(chǎn)能不變。3種曲軸的主要差異點(diǎn)如圖2所示。

3 改造技術(shù)要點(diǎn)

由于增壓發(fā)動(dòng)機(jī)升功率大，所以曲軸工作負(fù)荷較同排量的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸要大很多，要求增壓發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸具備更高的疲勞強(qiáng)度，所以在材料選擇方面，B15T和B10T曲軸采用鍛鋼毛坯，而在工藝要求上增加對(duì)主軸頸和連桿軸頸表面熱處理，這2個(gè)方面的變更需要增加一定數(shù)量的新設(shè)備以滿足工藝和產(chǎn)能需求；而舊設(shè)備方面需要更換夾具和添加新的加工程序。

在對(duì)舊設(shè)備的升級(jí)改造方面，軸類加工機(jī)床頂尖和夾爪作為最重要的夾緊定位機(jī)構(gòu)，為兼容三、四缸曲軸的加工需要，要求機(jī)床頭架和夾具基座要有更大的移動(dòng)行程或者在機(jī)床內(nèi)設(shè)置2套夾具，以適應(yīng)不同夾緊位置（如圖3、圖4所示）。在頂尖方面，由于產(chǎn)品特征尺寸的差異及加工工藝的變更，不同設(shè)備頂尖的大小及形狀也要進(jìn)行相應(yīng)改變，而機(jī)械手夾爪和中間托盤(pán)支架也需要重新設(shè)計(jì)以兼容三缸曲軸。

為適應(yīng)鋼件曲軸的加工和整線工藝優(yōu)化需求，改造后的生產(chǎn)線將新增6款新設(shè)備，分別為質(zhì)量定心機(jī)、臥式鏜洗加工中心、數(shù)控銑床、數(shù)控油孔鉆床、中間清洗機(jī)和感應(yīng)淬火機(jī)。臥式鏜銑加工中心是一種柔性化制造機(jī)械零部件的現(xiàn)代化數(shù)控機(jī)床，采用三坐標(biāo)數(shù)控加工單元和高效精準(zhǔn)的A軸或B軸旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，能快速地完成零件各種工位的加工任務(wù)，達(dá)到精密的尺寸要求。數(shù)控銑床是一種高柔性數(shù)控機(jī)床，縮短不同沖程曲軸的加工時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。淬火機(jī)是一種采用中頻淬火的現(xiàn)代熱處理設(shè)備，實(shí)現(xiàn)主軸頸連桿頸淬火，回火，生產(chǎn)效率高，節(jié)省占地面積。質(zhì)量定心機(jī)是一種測(cè)量曲軸毛坯的動(dòng)不平衡量的設(shè)備，設(shè)備測(cè)量精度高，能極大地降低動(dòng)平衡報(bào)廢率。油孔鉆是一種柔性化制造機(jī)械零部件的現(xiàn)代化數(shù)控機(jī)床，采用五軸聯(lián)動(dòng)能快速地完成零件各種工位的加工任務(wù)，達(dá)到精密的尺寸要求。曲軸中間清洗機(jī)，采用步伐通過(guò)式。設(shè)備采用一般清洗、定點(diǎn)清洗、高壓風(fēng)吹干等工藝，能有效地保證曲軸在此工序的技術(shù)要求。

4 改造后工藝流程

在進(jìn)行一系列設(shè)備購(gòu)買(mǎi)和升級(jí)改造后，新生產(chǎn)線工藝流程變更如下：OP05曲軸上線→OP10銑法蘭和芯軸端面，銑定位面，鉆法蘭和芯軸中心孔，套銑油封和芯軸→OP15粗銑主軸頸和連桿頸，銑平衡塊側(cè)壁（針對(duì)鋼件曲軸）→OP18激光打標(biāo)→OP20精車主軸頸和溝槽，車第一平衡塊頂部→OP30精銑連桿頸及銑平衡塊頂部→OP40鉆油孔，倒角及去交叉孔毛刺→OP45中間清洗→OP48主軸頸連桿頸淬火，回火及吹干（針對(duì)鋼件曲軸）→OP50溝槽滾壓校直→OP60重鉆芯軸和法蘭端中心孔，鉆和鉸工藝孔，鉆和攻飛輪安裝孔→OP70精車止推面和法蘭端面→OP75測(cè)量止推面寬度和軸向距離→OP80磨主軸頸，連桿頸和芯軸→OP90磨油封外圓，法蘭端面和小凸臺(tái)→OP100銑鍵槽和鉸法蘭端中心孔→OP110去油孔，鍵槽毛刺→OP120曲軸動(dòng)平衡→OP130拋光主軸頸，連桿頸，油封和止推面→OP140最終清洗→OP150最終測(cè)量→OP155下線。

由于是在舊生產(chǎn)線上進(jìn)行升級(jí)且設(shè)計(jì)之初未預(yù)留有相應(yīng)的改造空間，所以原有的生產(chǎn)線無(wú)法滿足改造所需的布局需求，需將新生產(chǎn)線分為2個(gè)部分，搬遷部分舊設(shè)備與新增設(shè)備組成一條初加工線，而原生產(chǎn)線后半部分保持不變。經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的生產(chǎn)線布局如圖5所示。

5 結(jié)論

改造后，生產(chǎn)線總長(zhǎng)增加約1/4，而粗精加工車間的分開(kāi)對(duì)物流運(yùn)輸有一定的負(fù)面影響，會(huì)導(dǎo)致部分庫(kù)存和物料運(yùn)輸?shù)睦速M(fèi)。改造過(guò)程中由于涉及較多舊設(shè)備的搬遷，生產(chǎn)線的調(diào)試周期和花費(fèi)的人力成本會(huì)增加，設(shè)備的穩(wěn)定性也會(huì)受到影響，因此在整個(gè)制造業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q代速度加快的大背景下，新生產(chǎn)線的建立需要充分考慮各類型產(chǎn)品柔性生產(chǎn)的問(wèn)題，預(yù)留有足夠的新產(chǎn)品保護(hù)空間，以縮短停線改造周期和節(jié)約改造成本。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]李海國(guó).發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸制造工藝進(jìn)展及敏捷柔性生產(chǎn)線[J].現(xiàn)代零部件，2006（6）.

[2]孫杰.淺議柔性生產(chǎn)線的產(chǎn)生與應(yīng)用[J].科技資訊，2010（35）.

[3]紅旗.應(yīng)當(dāng)發(fā)展柔性生產(chǎn)線[J].工程機(jī)械，1990（1）.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]