汽車發(fā)動機(jī)缸體起動機(jī)安裝面的加工質(zhì)量提升

關(guān)鍵詞：發(fā)動機(jī)缸體；起動機(jī)安裝面；粗銑；精銑；崩刀；振紋

中圖分類號：U463.13 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

0引言

近年來，隨著人們對汽車產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高，“精益制造，降本增效”已然成為全球汽車制造業(yè)的重要課題。尤其是在汽車動力總成部件的一些關(guān)鍵零部件，一旦出現(xiàn)粗制濫造的情況，不僅會影響產(chǎn)品的美觀性，還會影響到動力總成的安全性與可靠性，并最終影響汽車的使用壽命［1］。

發(fā)動機(jī)缸體作為發(fā)動機(jī)的重要組成部分，其起動機(jī)安裝面（下文簡稱電機(jī)面）加工是缸體加工中的重要一環(huán)。電機(jī)面加工異?？赡軙l(fā)設(shè)備異常振動及噪聲的情況發(fā)生，甚至?xí)罱K影響到起動機(jī)的安裝，以及發(fā)動機(jī)飛輪與起動機(jī)之間齒輪嚙合的效果[2]。本文通過對現(xiàn)有發(fā)動機(jī)電機(jī)面常見加工質(zhì)量問題進(jìn)行分析，找到主要影響因素， 提出問題解決措施并對效果進(jìn)行了驗(yàn)證，有效減少因電機(jī)面加工異常導(dǎo)致的起動機(jī)與飛輪齒輪嚙合問題。

1 電機(jī)面常見加工質(zhì)量問題

1.1 電機(jī)面加工崩刀問題

2020年9 月—2021年4月，筆者工廠在使用供應(yīng)商新制模具鑄造的缸體毛坯（下文簡稱新毛坯）后，頻繁出現(xiàn)電機(jī)面粗銑刀具崩刀及刀具壽命降低等問題，造成刀具異常消耗及工件返修或報廢成本浪費(fèi)。經(jīng)現(xiàn)場測量，新毛坯電機(jī)面加工余量平均值為5.86 mm，此前舊模具鑄造毛坯（下文簡稱舊毛坯）電機(jī)面加工余量平均值為3.50 mm。

1.2 電機(jī)面加工振紋及刀痕問題

筆者工廠發(fā)動機(jī)缸體電機(jī)面精銑加工時，如果刀具處于壽命末期階段，電機(jī)面會概率性產(chǎn)生刀痕或振紋問題。問題嚴(yán)重時，會使電機(jī)面輪廓度、平面度及粗糙度超差，即不符合加工工藝圖紙要求。該問題造成一定程度的返修費(fèi)用、工件報廢成本損失及刀具成本損失。

2電機(jī)面加工工藝

2.1 電機(jī)面加工工藝及要求

筆者工廠生產(chǎn)的這款發(fā)動機(jī)，其缸體電機(jī)面（#297 面）位于大端面大耳朵處（圖1）。電機(jī)面加工工藝要求面輪廓度為0.5，粗糙度為Ra6.3，肩部輪廓度為1.0，垂直度為0.45，平面度為0.1。

電機(jī)面在缸體線粗加工單元OP40 分兩道工序加工， 分別是粗銑和精銑， 加工刀具刀號分別為T22036（粗銑刀具）和T22038（精銑刀具）。所有數(shù)控機(jī)床均為B 軸夾具的四軸加工中心， 電機(jī)面加工過程有以下幾個步驟。

（1）員工將待加工工件推入機(jī)床到位，工件通過一面兩銷定位，目的是保證設(shè)計、加工及測量基準(zhǔn)一致（圖2）。

（2）粗銑電機(jī)面時，B軸旋轉(zhuǎn)角度使電機(jī)面正對主軸，工件沿Z 軸向主軸移動到位。粗銑加工至距離B 基準(zhǔn)312.10 mm 處， 精銑加工至距離B 基準(zhǔn)312.80 mm 處，精銑余量為0.70 mm（圖3）。

（3）電機(jī)面加工完成后，工件Z 向移動回到原位，刀具離開工件表面，收刀。

2.2 電機(jī)面加工刀具及相關(guān)參數(shù)特性

（1）粗銑刀具T22036 為8 齒硬質(zhì)合金面銑刀具，加工轉(zhuǎn)速進(jìn)給為S325F632。刀具本身自帶減振棒，且刀具自身較長較重，對設(shè)備主軸同軸度及刀具跳動要求較高。

（2）精銑刀具T22038 為12 齒硬質(zhì)合金面銑刀具，其中包含10 片粗刀片及兩片精刀片，加工轉(zhuǎn)速進(jìn)給為S256F510。刀具本身自帶減振棒，且刀具自身較長較重，對設(shè)備主軸同軸度及刀具跳動要求較高。

3 電機(jī)面加工質(zhì)量問題分析

3.1 電機(jī)面加工崩刀原因分析

3.1.1 圖紙理論加工余量計算分析

根據(jù)設(shè)計圖紙計算理論加工余量如下：

理論加工余量= 加工后電機(jī)面到B 基準(zhǔn)距離-電機(jī)毛坯面到B基準(zhǔn)距離

已知精銑后電機(jī)面到B 基準(zhǔn)距離為312.80±0.25mm。根據(jù)圖4可計算電機(jī)毛坯面到B基準(zhǔn)距離。

電機(jī)毛坯面到B基準(zhǔn)距離=330.30±0.05-（170.90±0.40-149.40±1.20）=308.8±2.10 mm

理論加工余量=312.80±0.25-308.8±2.10=4±2.35 mm

電機(jī)面的拔模斜度1.5°，外側(cè)與內(nèi)側(cè)相對電機(jī)孔中心高度差約為1.00 mm， 因此理論上電機(jī)面外側(cè)的加工余量為3±2.35 mm，內(nèi)側(cè)5±2.35 mm。

根據(jù)實(shí)測新毛坯電機(jī)面加工余量平均值為5.86 mm，小于圖紙設(shè)計理論加工余量最大值7.35 mm。即新毛坯電機(jī)面加工余量比舊毛坯電機(jī)面加工余量大，但符合圖紙要求。因此加工余量不是造成異常崩刀的主要原因［3］。

3.1.2 工藝對比分析

本司有4個生產(chǎn)該發(fā)動機(jī)缸體的發(fā)動機(jī)工廠，除發(fā)現(xiàn)問題的筆者所在工廠（以下簡稱筆者工廠）外，還有其他3個工廠（暫分別命名為A工廠、B工廠和C工廠）。這4 個發(fā)動機(jī)工廠的缸體毛坯供應(yīng)商一致。將問題工廠與其他3個工廠進(jìn)行缸體電機(jī)面生產(chǎn)工藝對比，發(fā)現(xiàn)差異如下（圖5）。

（1）粗銑刀崩刀問題在問題工廠頻繁出現(xiàn)，但在A、B、C這3 個工廠未出現(xiàn)過。

（2）通過對電機(jī)面加工余量測量數(shù)據(jù)對比，問題工廠加工余量數(shù)值最大。A 工廠比C 工廠新毛坯電機(jī)面加工余量大0.11 mm，差異原因可能是毛坯面測量方式、位置不可控，可以忽略不計。

（3）對刀具結(jié)構(gòu)對比發(fā)現(xiàn)，筆者工廠、A工廠和C工廠使用直徑均為150.00mm 的刀盤；B工廠使用直徑190.00mm 的刀盤。刀盤直徑越大，加工穩(wěn)定性越高，但刀盤成本也越高。

（4）對比粗銑加工余量的差異發(fā)現(xiàn)， A工廠及C 工廠在使用同樣刀具前提下，新毛坯精銑余量比筆者工廠多0.25mm，即粗銑余量比筆者工廠少0.25 mm。所以該差異是要因（B工廠刀盤直徑不同，暫不加入對比分析）。

根據(jù)以上分析可知，造成筆者工廠粗銑加工中崩刀頻繁的工藝原因?yàn)?，電機(jī)面粗銑加工余量過大，加工負(fù)荷過高，導(dǎo)致刀具加工異常崩刀。

3.1.3 數(shù)控機(jī)床設(shè)備分析

經(jīng)檢查，設(shè)備主軸跳動、拉刀力、絲杠磨損、液壓油缸壓力、定位面平整度及高度等均正常。而且筆者工廠的4 條缸體生產(chǎn)線均有同樣的問題產(chǎn)生，且問題不是批量產(chǎn)生，所以設(shè)備問題為非要因。

3.1.4 加工刀具情況分析

根據(jù)刀具工程師反饋，粗銑刀具入廠以來，從未檢查過減振棒固定螺釘擰緊力矩。工程師拆解粗銑刀具后實(shí)測，減振棒固定螺釘擰緊力矩為120 N · m，而刀具供應(yīng)商內(nèi)控指標(biāo)要求擰緊力矩要大于125 N · m。減振棒固定螺釘擰緊力矩不合格，會造成粗銑加工過程中刀具跳動異常，影響加工的穩(wěn)定性。所以粗銑刀具減振棒固定螺釘擰緊力矩不合格是要因。

3.2 電機(jī)面加工振紋及刀痕問題原因分析

3.2.1 工藝對比分析

對比A、B、C 工廠可知，在同樣刀具結(jié)構(gòu)前提下，筆者工廠電機(jī)面精銑余量最小，即精銑加工負(fù)荷最小。所以精銑余量非要因。

3.2.2 數(shù)控機(jī)床設(shè)備分析

筆者工廠的4 條缸體生產(chǎn)線均有同樣的問題產(chǎn)生，且振紋及刀痕問題不是批量產(chǎn)生，所以非要因。

3.2.3 加工刀具情況分析

根據(jù)刀具工程師反饋，精銑刀具入廠以來，從未檢查過減振棒固定螺釘擰緊力矩。拆解精銑刀具后實(shí)測，減振棒固定螺釘擰緊力矩為120 N · m，而刀具供應(yīng)商內(nèi)控指標(biāo)要求擰緊力矩要大于125 N · m。減振棒固定螺釘擰緊力矩不合格，會造成精銑加工過程中刀具跳動異常。而在精銑刀具壽命末期，精銑刀片磨損量較大，而加工過程中的刀具跳動異常可能會導(dǎo)致加工振紋或加工刀痕問題。所以精銑刀具減振棒固定螺釘擰緊力矩不合格是要因［4］。

4 解決措施及措施效果

4.1 電機(jī)面加工崩刀問題解決措施

根據(jù)分析可知，造成電機(jī)面粗銑加工過程中頻繁崩刀的主要原因有2 點(diǎn)：一是電機(jī)面粗銑加工余量過大、加工負(fù)荷過高而導(dǎo)致的異常崩刀；二是粗銑刀具減振棒固定螺釘擰緊力矩不合格，造成加工過程刀具跳動異常。解決措施如下。

（1）在工藝上優(yōu)化粗銑和精銑的加工余量分配，將電機(jī)面粗銑余量減少0.20 mm（圖6）。這樣可以減小粗銑刀加工負(fù)荷，降低粗銑刀崩刀頻率，從而減少刀具及工件返修或報廢的成本。芯往前端偏移矯正，進(jìn)而使后端電機(jī)面余量減小，最終將電機(jī)面毛坯厚度控制在下差（圖7）。這也能夠在符合圖紙要求的前提下減少電機(jī)面加工余量，降低加工負(fù)荷，最終達(dá)到提升刀具壽命的目的。

（3）拆解所有電機(jī)面粗銑刀具，檢查減振棒固定螺釘擰緊力矩，重新按照內(nèi)控要求的扭矩擰緊，避免加工過程刀具跳動異常。

經(jīng)驗(yàn)證，優(yōu)化分配粗銑和精銑的余量后，粗銑加工過程崩刀次數(shù)由12次/ 月降低為4次/ 月，崩刀次數(shù)明顯減少。而毛坯供應(yīng)商調(diào)整新制模具的夾具端面限位后，電機(jī)面加工余量平均值由5.80 mm 降低至5.40 mm，優(yōu)化后電機(jī)面粗銑刀崩刀次數(shù)由4次/ 月降低為1次/ 月。當(dāng)?shù)毒吖?yīng)商拆解所有電機(jī)面粗銑刀具，按照內(nèi)控要求調(diào)整擰緊力矩后，電機(jī)面粗銑加工中崩刀次數(shù)由1次/ 月降低為0次/月。

粗銑刀具有8 把刀片，每把刀片成本為32.6 元，而每次崩刀后8 把刀片都需要更換。因此在實(shí)施上述改善措施后，崩刀問題不再發(fā)生，每年可節(jié)約成本37 555.0元。除此之外，本次改進(jìn)措施還為后續(xù)生產(chǎn)提供了經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。毛坯供應(yīng)商在制作新的毛坯鑄造模具時，應(yīng)組織技術(shù)團(tuán)隊回顧毛坯特征尺寸，針對圖紙上差或下差控制的特征尺寸進(jìn)行及時調(diào)整，避免不必要的工廢損失。同時，刀具供應(yīng)商應(yīng)制定電機(jī)面粗銑和精銑刀具的周期性檢查計劃，避免問題再次發(fā)生。

4.2 電機(jī)面加工振紋/ 刀痕問題解決措施及措施效果

根據(jù)分析可知，造成電機(jī)面加工振紋及刀痕問題的主要原因，是精銑刀具減振棒固定螺釘擰緊力矩偏低，導(dǎo)致加工過程中精銑刀具異常跳動。解決措施如下。

（1）拆解所有電機(jī)面精銑刀具，檢查減振棒固定螺釘擰緊力矩，按內(nèi)控要求調(diào)整到規(guī)定值。

（2）刀具供應(yīng)商應(yīng)制定電機(jī)面粗銑和精銑刀具的周期性檢查計劃，避免問題再次發(fā)生。

經(jīng)驗(yàn)證，在重新調(diào)整精銑刀具減振棒固定螺釘?shù)臄Q緊力矩后，徹底解決刀具壽命后期電機(jī)面概率性振紋及刀痕問題（圖8），同時也減少因該問題導(dǎo)致的工廢、返修費(fèi)用，降低了刀具成本。而且本次措施也為后續(xù)生產(chǎn)增添經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，避免再出現(xiàn)加工過程刀具跳動異常導(dǎo)致的振紋或刀痕問題。

5結(jié)束語

本文通過人、機(jī)、料、法、環(huán)多角度分析，找出發(fā)動機(jī)電機(jī)面常見加工質(zhì)量問題的主要影響因素，并實(shí)施有效措施解決問題，提升電機(jī)面加工質(zhì)量，為汽車行業(yè)精益制造打下基礎(chǔ)［5］。實(shí)施改進(jìn)措施的同時，也能形成相應(yīng)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)拓展至其他生產(chǎn)線及各基地相關(guān)制造領(lǐng)域，避免問題重復(fù)或持續(xù)發(fā)生導(dǎo)致異常工費(fèi)損失，達(dá)到“降本增效，持續(xù)改進(jìn)”的最終目標(biāo)。

作者簡介：

黃藝勝，本科，助理工程師，研究方向?yàn)榘l(fā)動機(jī)缸體加工工藝、生產(chǎn)線布局優(yōu)化以及精益制造等。