重型柴油機自制件清潔度提升的研究

2022-12-03 06:39:06顧峰丁勝明陸洋

汽車工藝師 2022年11期

顧峰，丁勝明，陸洋

一汽解放發(fā)動機事業(yè)部錫柴工廠江蘇無錫 214000

清潔度作為發(fā)動機的一項重要質量指標，已受到越來越多的關注，伴隨著“國六”“歐標”新標準的逐步推廣，發(fā)動機事業(yè)部對重型柴油機自制件的清潔度提出了更高的要求。某重型柴油機缸體的清潔度標準見表1。

表1 某重型柴油機缸體的清潔度標準

影響清潔度的因素

根據(jù)下線百檢和清潔度抽檢的情況來看，影響柴油機自制件清潔度主要有三個因素，分別是鐵屑，切邊和毛刺。

1.鐵屑

質保部每月都會對自制件成品進行清潔度抽檢，其中本體最大顆粒超差是主要因素，約占比80%以上。

從質保部清潔度檢測樣本（見圖1～圖6）分析：本體最大顆粒均是點狀鐵屑，從鐵屑大小和形狀分析判斷，屬于精加工鐵屑（點狀或小片狀鐵屑），而非粗加工大片狀面屑或孔屑。

圖1 清潔度檢測標本

圖2 本體最大顆粒

圖3 小片狀鐵屑（精加工）

圖4 點狀鐵屑（精加工）

圖5 大片狀面屑（粗加工）

圖6 孔屑（粗加工）

2.切邊

切邊主要產生于壓堵片過程中，因為堵片和孔配合設計為過盈配合，壓堵機壓裝過程中，孔口倒角尖角對堵片邊緣形成近似“切削”，壓裝結束后會在孔口殘留一道環(huán)形切條（見圖7和圖8），俗稱“切邊”。切邊未掉落或者未及時人工去除，是導致清潔度檢查超差的主要因素，改進前每臺缸體切邊發(fā)生率接近100%。

圖7 壓堵后缸體

圖8 壓堵后殘留切邊

3.毛刺

加工中產生的毛刺是清潔度顆粒的主要來源，對于機械加工來說，毛刺的產生不可避免。加工生產的毛刺主要分為面切削毛刺和孔鉆削毛刺。毛刺是金屬切削過程中，工件的棱邊處金屬材料在刀具的擠壓作用下產生的塑性變形而未被切除，最終滯留在工件棱邊的殘留物。其中以孔底貫穿部位的毛刺最難去除，檢查也較為不便，目前主要采用內窺鏡方式進行觀察（見圖9～圖11）。

圖9 內窺鏡

圖10 使用內窺鏡檢查

圖11 孔底貫穿部位毛刺

清潔度提升措施

提升清潔度主要采用“防”和“堵”兩個思路。“防”指的是防止影響清潔度的因素產生，例如防止堵片切邊的產生；“堵”主要是針對那些無法避免的因素采用事后去除的方式。其中，實施“堵”過程中又提出了“控制產品過程清潔度”的新思路，就是不要把成品清潔度全部集中在最后一個環(huán)節(jié)，通常這最后一個環(huán)節(jié)就是最終清洗機，這樣不僅會縮短最終清洗機設備保養(yǎng)的周期，降低設備保持成本清潔度的工序能力，也會增加設備運行的故障發(fā)生率。

1.重視過程鐵屑的清理

發(fā)動機事業(yè)部除了在產線段落之間增加機械手沖洗工位外，針對所有切削加工工序進行了自主清洗程序開發(fā)，利用加工中心高壓切削對當前工序已加工表面和毛坯外表面進行高壓沖屑處理（見圖12）。項目實施前后出料口出料工件的情況如圖13和圖14所示。根據(jù)現(xiàn)場對鐵屑的稱重統(tǒng)計顯示，項目后能清理工件表面鐵屑95%以上。

圖12 加工中心切削液過程高壓清洗

圖13 高壓沖洗未實施前出料口工件

圖14 高壓沖洗實施后出料口工件

本項目有兩個亮點：

1）整個沖洗過程均是利用等待機械手抓料或者滾道堵料時間進行，不占用機床加工時間影響生產效率。

2）機床密封性優(yōu)良且配有鐵屑自動清理和搜集裝置，避免前期污染輥道，減少設備保養(yǎng)人工作業(yè)內容，延長輥道保養(yǎng)周期，提升現(xiàn)場5S管理。

2.解決切邊產生源頭

堵片切邊形成機理如圖15所示，經過前面的分析可知，切邊產生的根本原因是堵片和堵片孔設計過盈配合，堵片和堵片孔設計尺寸見表2。其次是堵片壓裝過程孔口倒角對堵片邊緣產生類似“切削”的擠壓過程。

前者因為產品設計保證密封性無法更改，發(fā)動機事業(yè)部從壓裝過程提出優(yōu)化整改措施，如圖16和圖17所示，將45°直線斜倒角改為R2mm的圓弧倒角，既保證了倒角對堵片壓裝開始過程的引導作用，又消除了倒角尖銳部位堵片外延產生“切削”。改進后堵片切邊發(fā)生率降低至2%以內。

圖15 褶皺狀切邊形成機理

表2 堵片及堵片孔尺寸匯總（單位：mm）

圖16 改進前45°斜倒角

圖17 改進后R2mm圓弧倒角

3.自制去毛刺專用工裝

孔口毛刺可以合理安排工序內容，突破常規(guī)“先面后孔”的加工順序，適當調整面精加工工序的位置，將其安排在孔加工后進行，就可以解決孔口翻邊毛刺的問題。本文主要討論孔底貫穿部位的翻邊毛刺的去除。

目前市場上對于毛刺的去除沒有統(tǒng)一的標準，過往定義“無法剝落”的翻邊不屬于毛刺的定義在“國六”和“歐標”下已不再適用，去毛刺機利用碳化硅毛刷去毛刺已無法滿足當前新的清潔度標準要求，“徹底去除毛刺”已漸漸成為當下主流。發(fā)動機事業(yè)部在現(xiàn)有機器人去毛刺的基礎上，增加了自制去毛刺工裝輔助去毛刺（見圖18～圖21）。與孔同規(guī)格的高速鋼鉆頭去毛刺效果明顯優(yōu)于常規(guī)的半圓銼，而且操作簡單，投入成本低。下一階段，事業(yè)部將嘗試逐步自動化，引進新的去毛刺專用刀具針對貫穿部位進行去毛刺。

圖18 右側冷卻器安裝面去毛刺

圖19 左側斜油孔去毛刺

圖20 去毛刺前后效果對比圖

圖21 專用去毛刺刀具

加強清洗機設備過程監(jiān)控

1.清洗壓力監(jiān)控

清洗壓力是保證清洗機清洗效果的重要參數(shù)，清洗壓力過低，很多卡死在螺紋孔底的細小鐵屑就無法沖出來。清洗液中混雜的鐵屑在清洗機循環(huán)過程中對壓力泵葉片有磨損作用，時間長了壓力泵（見圖22）輸出的壓力降低，可安裝壓力表每天對提升泵輸出壓力（見圖23，通常有常壓和高壓）進行點檢。

2.過濾系統(tǒng)監(jiān)控

圖22 壓力泵

圖23 常壓和高壓壓力監(jiān)控表

發(fā)動機事業(yè)部采用的某清洗機廠家設計的清洗機有兩級過濾系統(tǒng)，粗過濾是滾筒過濾，精過濾是波爾+紙帶過濾。滾筒濾網(wǎng)破損或者走紙機卡死過濾不充分等導致含有細小鐵屑，重新回到過濾系統(tǒng)參與成品最終清洗，會嚴重影響下線成品的清潔度，同時會造成“二次污染”。精過濾旁路安裝一路取液口（見圖24），取液后經濾膜過濾，觀察濾膜上有無明顯顆粒狀雜質殘留（見圖25），即可判斷過濾系統(tǒng)工作是否正常。

圖24 清洗機取液口

圖25 精濾后的清洗液和過濾后濾膜

3.噴頭間接檢查

清洗機技改后取消了浪涌工位，只保留了定點定位清洗工位。若過濾系統(tǒng)過濾不充分導致鐵屑夾雜在切削液循環(huán)系統(tǒng)，大概率會導致噴頭堵塞，直接影響就是當前噴頭對應的螺孔因為沒有經過清洗液清洗而導致鐵屑殘留。發(fā)動機事業(yè)部增加了成品下線套袋抽檢環(huán)節(jié)（見圖26和圖27），對工件進行套袋處理，然后對每個螺孔進行吹屑，整個機體吹屑后如果袋子中沒有掉落的鐵屑，表示清洗過程穩(wěn)定受控，否則就要檢查噴頭是否堵塞，進而分析濾網(wǎng)是否破損等。這種方式的優(yōu)點是操作簡單，同時發(fā)現(xiàn)問題能及時排查具體哪個螺孔的噴頭堵塞，進而進行針對性設備檢查。