汽車發(fā)動機(jī)連桿加工精益制造技術(shù)分析

何連瑞

摘 要：為改變傳統(tǒng)連桿加工工藝設(shè)備投入大、精度控制難等問題，提升汽車發(fā)動機(jī)傳動機(jī)構(gòu)整體生產(chǎn)質(zhì)量，文章引入精益制造技術(shù)，對其沿革背景、本質(zhì)內(nèi)涵等進(jìn)行深入探析，在此基礎(chǔ)上改進(jìn)雙端面磨削、分離面加工等工藝，提出了臥式磨削技術(shù)、分離漲斷技術(shù)、鉸珩珩磨技術(shù)等新工藝，經(jīng)過對比試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，其精度、加工成本等方面均有所優(yōu)化，能夠?yàn)檫B桿生產(chǎn)工藝的升級提供思路。

關(guān)鍵詞：汽車發(fā)動機(jī);連桿加工;精益制造技術(shù)

前言：

連桿是汽車發(fā)動機(jī)生產(chǎn)制造過程中極為重要的部件，主要承擔(dān)著連接活塞、曲軸，并傳遞膨脹氣體壓力的作用，其本身是一種細(xì)長型變截面桿件，由連桿體、桿蓋等構(gòu)件組成。由于連桿受到的動載荷來源較為復(fù)雜，因此磨削、漲斷等工藝中對精度要求比較高，無論是尺寸、形位處理還是表面處理，都必須嚴(yán)格控制誤差，否則將導(dǎo)致嚴(yán)重的變形、彎曲問題，甚至直接影響發(fā)動機(jī)整體運(yùn)行質(zhì)量。

1精益制造技術(shù)背景

精益制造技術(shù)孕育和起源于豐田公司生產(chǎn)實(shí)踐中，當(dāng)時美國大規(guī)模生產(chǎn)流水線在汽車行業(yè)占據(jù)主導(dǎo)，具有標(biāo)準(zhǔn)化、大批量的優(yōu)勢特征，極好地迎合了汽車大眾化發(fā)展趨勢，但20世紀(jì)中葉以后，社會生產(chǎn)力明顯提升，汽車市場社會需求導(dǎo)向愈發(fā)明顯，以多品種、小批量為特征的新興階段正式到來。豐田公司綜合審視國內(nèi)外局勢變更情況，首創(chuàng)性地歸納總結(jié)出了精益制造技術(shù)，與傳統(tǒng)生產(chǎn)方式相比，其特征主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

其一是拉動式準(zhǔn)時化生產(chǎn)，主要借助“看板”傳遞工序間信息，并在人為干預(yù)、組織下，形成物流平衡結(jié)構(gòu)，最終達(dá)到零庫存、低成本的目標(biāo);其二是全面質(zhì)量管理，強(qiáng)調(diào)及時檢測的重要性，隨產(chǎn)隨檢保證問題得到動態(tài)化解決，為生產(chǎn)質(zhì)量的提升奠定基礎(chǔ);其三是并行工程，強(qiáng)調(diào)設(shè)計開發(fā)、工藝結(jié)構(gòu)、客戶需求的有機(jī)統(tǒng)一。本文主要論述發(fā)動機(jī)生產(chǎn)流程中，連桿構(gòu)件制造這一單點(diǎn)工序，因此著重關(guān)注全面質(zhì)量管理特征，力求通過實(shí)時動態(tài)跟蹤、工藝技術(shù)改進(jìn)達(dá)到質(zhì)量提升目標(biāo)。

2精益制造技術(shù)在連桿臥式雙端面磨削工藝中的應(yīng)用

傳統(tǒng)雙端面磨削工藝中，通常采用立式雙軸機(jī)構(gòu)輔助生產(chǎn)，兩臺單軸磨削裝置配套組合形成整體，并在勻速反向運(yùn)行中達(dá)到磨削的目的，運(yùn)作原理和結(jié)構(gòu)較為簡單，但運(yùn)行過程中工件被放置于圓盤之上，且始終處于自由挪動狀態(tài)，受自重等因素影響很容易出現(xiàn)上下磨削量不一的問題，進(jìn)而導(dǎo)致端面不對稱、形位精度不達(dá)標(biāo)等狀況[1]。

現(xiàn)代化的精益制造工序中，突出強(qiáng)調(diào)了誤差控制的重要性，因此該種粗放化的雙端面磨削工藝適用性明顯下降。綜合客戶需求、結(jié)構(gòu)需求分析后，更提倡臥式雙端面磨削工藝，該工藝中連桿以側(cè)立方式固定在磨削裝置之中，磨削過程中組合砂輪同時轉(zhuǎn)動，對工件表面產(chǎn)生均勻摩擦力，結(jié)合現(xiàn)代化設(shè)備對磨削量進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，并以此為依據(jù)調(diào)整工件進(jìn)給量，達(dá)成精準(zhǔn)控制和自動補(bǔ)償?shù)哪繕?biāo)，整體的生產(chǎn)質(zhì)量和效率均有較高保障。

根據(jù)精益制造概念所述，試驗(yàn)中還對磨削成果進(jìn)行了質(zhì)量檢驗(yàn)，檢驗(yàn)指標(biāo)及結(jié)果可見。無論是工件彎曲變形情況，還是平行度、平面度指標(biāo)，精益磨削工藝成果均占據(jù)一定優(yōu)勢，這主要是因?yàn)榫嬷圃鞝顟B(tài)下，連桿主要受徑向磨削力作用，兩端砂輪同步運(yùn)作，斷面受力更加均勻且磨削量也更加恒定，可以達(dá)到較好的精度控制效果。

3精益制造技術(shù)在連桿分離面漲斷工藝中的應(yīng)用

連桿分離面加工工藝中，通常采用鋸斷削、銑削方式，作業(yè)對象為整體式的連桿毛坯，初次加工后連桿蓋體分離，并經(jīng)過進(jìn)一步的拉削、磨削制作出孔洞，最終借助螺栓實(shí)現(xiàn)部件連接，為提升精度后期可能還需要精鏜優(yōu)化，整體流程極為繁瑣，還有可能受到定位誤差的干擾。精益制造模式中，更推薦采用漲斷工藝方式，操作時事先對漲斷處進(jìn)行預(yù)加工，借助激光設(shè)備等制作槽線，預(yù)處理完成后送入漲斷設(shè)備，槽線在持續(xù)的漲斷推動力作用下，產(chǎn)生持續(xù)擴(kuò)大的裂縫，并最終實(shí)現(xiàn)連桿蓋、本體的分離[2]。該種方式直接省略了銑削、鋸削等工藝步驟，一步加工整體性更好，減少設(shè)備投入和占用的同時，還能顯著提升作業(yè)效率。

此外，傳統(tǒng)工藝中連桿蓋、體分離完成后，均需要經(jīng)過嚴(yán)格的磨削加工，并借助螺栓實(shí)現(xiàn)定位連接，因此需要重點(diǎn)關(guān)注誤差問題，孔洞垂直度、中心距等必須符合標(biāo)準(zhǔn)，但受多重因素影響，實(shí)踐中即使操作再小心也無法完全避免殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。裝配環(huán)節(jié)蓋體連接斷開，應(yīng)力被充分釋放出來，很容易為大頭孔的變形埋下隱患。而漲斷工藝中槽線預(yù)先生成，桿體和蓋體此前處于完全嚙合狀態(tài)，漲斷后分離面質(zhì)量更加有保障，無需經(jīng)過磨削等機(jī)械加工即可以進(jìn)入下道工序，有助于提升結(jié)構(gòu)契合度和精確性。

4精益制造技術(shù)在連桿頭孔鉸珩工藝中的應(yīng)用

連桿是傳動機(jī)構(gòu)中極為關(guān)鍵的部件，精鏜加工完畢后還需要進(jìn)一步珩磨、測量，以確定桿件精度符合要求，傳統(tǒng)工藝中通常采用單珩方式，機(jī)械油缸開啟并帶動構(gòu)件運(yùn)作，待到珩磨頭進(jìn)入構(gòu)件后，驅(qū)動桿運(yùn)作并向漲芯釋放信號，珩磨頭在漲芯作用下充分漲開且上下旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，最終達(dá)成磨削的目的。后續(xù)工藝設(shè)備優(yōu)化，疊珩技術(shù)得到了推廣應(yīng)用，設(shè)備基本機(jī)構(gòu)與單珩一致，但可以滿足四根連桿同時珩磨的需求，工件以疊放形式放置于作業(yè)面上，因此需要配備更長的珩磨頭，系統(tǒng)更加復(fù)雜、前期投入費(fèi)用更高，經(jīng)濟(jì)適用性明顯下降。

精益制造模式中新引進(jìn)了鉸珩加工方式，裝置內(nèi)配備高精度鉸珩刀構(gòu)件，可以在旋轉(zhuǎn)的過程中勻速進(jìn)刀，單次往復(fù)后即可完成加工，若余量大于0.05mm，還可以自由更換粗、半精工藝等完成。同時，設(shè)備在動力、材料方面也給予了更多改進(jìn)，液壓工作方式更加高效和易控，珩磨條采用鋼基體，外表鍍有金剛石涂層，整體剛性更有保障。鉸珩頭提前漲開至工作尺寸，圓周速度控制在20m/min至40m/min之間，往復(fù)速度則控制在0.5m/min至3.5m/min之間，系統(tǒng)采用高度自動化、智能化設(shè)計原則，開放自動測量及自動補(bǔ)償功能，可以有效提升精度。

為直觀呈現(xiàn)精益制造技術(shù)優(yōu)越性，本文還開展了系統(tǒng)的對比試驗(yàn)，用兩種方式連續(xù)加工150個連桿孔，并對成果進(jìn)行測量和統(tǒng)計，傳統(tǒng)方式下誤差可以縮小至3至5μm，期間需要經(jīng)過10次左右的補(bǔ)償加工;鉸珩工藝中，誤差可以進(jìn)一步降至1至2μm，期間僅需要經(jīng)過1次補(bǔ)償加工，加工周期縮短，前期投入也更加可控。

結(jié)論：綜上所述，本文深入分析連桿生產(chǎn)制造現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上引進(jìn)多種改進(jìn)技術(shù)，其中臥式磨削工藝施加應(yīng)力更均衡，雙端面磨削量更加一致，漲斷工藝則節(jié)省了磨削、銑削等步驟流程，提升了蓋體、本體的契合度，鉸珩工藝更是顯著減少了設(shè)備、人員投入，整體上更加符合精益制造概念內(nèi)涵，實(shí)踐中可以適當(dāng)借鑒和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]周家華.精益生產(chǎn)在汽車零部件企業(yè)生產(chǎn)管理中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代商業(yè)，2021（31）：155-159.

[2]王曉君，史金鑫，管少亮.汽車零件車間精益生產(chǎn)實(shí)施研究[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2021，46（09）：202-206.821A9AA0-B032-4355-8AC5-CDFF244BC32D