一體化鉆模在裝載機(jī)結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用

石培勇，李建軍，張 劍

（廣西柳工機(jī)械股份有限公司，廣西 柳州 545007）

0 引言

近年來，工程機(jī)械產(chǎn)品不斷換代升級(jí)，其中裝載機(jī)在功能及舒適性上的要求變得更高，隨之帶動(dòng)裝載機(jī)結(jié)構(gòu)件在結(jié)構(gòu)形式上發(fā)生復(fù)雜化演變。在結(jié)構(gòu)復(fù)雜化與高質(zhì)量追求的雙重要求下，現(xiàn)有的加工工藝出現(xiàn)了質(zhì)量的丟失及制造成本的攀升。因?yàn)樵诿鎸?duì)大型且復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的多個(gè)系統(tǒng)孔位加工要求時(shí)，現(xiàn)有加工工藝在工藝裝備或設(shè)備選型上常用有兩種方式：一是，采用搖臂鉆床與各個(gè)系統(tǒng)孔位獨(dú)立鉆模的組合來實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)孔位加工；二是，采用大型數(shù)控機(jī)床或加工中心來實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)孔位加工[1]。

方式一的加工方式在結(jié)構(gòu)件復(fù)雜情況下不能保證各個(gè)系統(tǒng)鉆模的定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)一致，各個(gè)系統(tǒng)孔位的鉆模定位基準(zhǔn)是獨(dú)立的，極易造成結(jié)構(gòu)件各個(gè)系統(tǒng)孔位尺寸鏈無法保證，結(jié)構(gòu)件質(zhì)量下降，影響裝配精度；方式二的加工方式會(huì)帶來前期高額資金投入且不利于實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。這樣，基于企業(yè)低成本高收入運(yùn)營(yíng)考慮，如何實(shí)現(xiàn)一種統(tǒng)一定位基準(zhǔn)、使結(jié)構(gòu)件中各個(gè)系統(tǒng)孔位尺寸鏈關(guān)系與設(shè)計(jì)尺寸保持一致性的鉆模設(shè)計(jì)與應(yīng)用就顯得極具價(jià)值。

本文提出了一體化鉆模，即將整個(gè)結(jié)構(gòu)件的各個(gè)系統(tǒng)孔位加工納入一套鉆模。它的特點(diǎn)是一個(gè)基準(zhǔn)、一次裝夾就可以完成多孔系加工，進(jìn)而保證各孔系之間的尺寸鏈精度要求。相比之下，一體化鉆模與搖臂鉆床的加工方式綜合了現(xiàn)有加工方式的優(yōu)點(diǎn)，在保證結(jié)構(gòu)件質(zhì)量的前提下，減少投入，降低了制造成本，提高了企業(yè)的生產(chǎn)力水平和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。因此，通過對(duì)加工工藝裝備進(jìn)行合理的優(yōu)化，并持續(xù)改進(jìn)過程加工方法，從而實(shí)現(xiàn)在滿足產(chǎn)品品質(zhì)的前提下降低產(chǎn)品制造成本，是本次研究的課題。本文將簡(jiǎn)述裝載機(jī)H系列后車架鉆孔過程的工藝。后車架是裝載機(jī)結(jié)構(gòu)中的一個(gè)關(guān)鍵部件，可供工程機(jī)械行業(yè)的工藝技術(shù)人員參考。

1 后車架鉆孔過程工藝存在的問題

后車架是裝載機(jī)結(jié)構(gòu)中常見的結(jié)構(gòu)件，在后車架需安裝裝載機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)、覆蓋件系統(tǒng)等[2]，造成后車架需加工的孔系繁多，圖1為裝載機(jī)后車架三維示意圖，圖2為分系統(tǒng)孔位鉆模。整個(gè)后車架的尺寸鏈通常由鉸接法蘭孔、柴變安裝孔、機(jī)罩安裝孔與散熱器安裝孔等組成。而目前對(duì)于批量產(chǎn)品的裝載機(jī)后車架鉆孔加工采用的工藝方法：一是，搖臂鉆床與分系統(tǒng)孔位鉆模，即分別制作鉸接法蘭孔、柴變安裝孔、機(jī)罩安裝孔與散熱器安裝孔等孔系的獨(dú)立鉆模來進(jìn)行定位加工；二是，采用大型加工中心進(jìn)行加工。

圖1 裝載機(jī)后車架三維示意圖

圖2 所示為分系統(tǒng)孔位鉆模

后車架鉆孔過程工藝主要存在的問題：

（1）選用鉆模+搖臂鉆床加工

一是，由于后車架尺寸鏈復(fù)雜，后車架上各個(gè)孔系尺寸要求高，這樣在鉆模的設(shè)計(jì)、制造、現(xiàn)場(chǎng)存放、操作者選用等方面存在設(shè)計(jì)多樣、成本增加、管理混亂和操作者選用不便的問題；

二是，在加工過程需要多次吊運(yùn)、多次裝夾不同的鉆模，極大地浪費(fèi)時(shí)間，進(jìn)而影響加工效率，產(chǎn)出降低；

三是，通過多鉆模定位后車架的各個(gè)系統(tǒng)孔位尺寸，會(huì)因定位不一致使后車架孔系間尺寸精度可靠性大大下降，過程能力低，產(chǎn)量質(zhì)量反饋率高，進(jìn)而影響整機(jī)裝配，乃至整機(jī)可靠性、舒適性。

（2）選用加工中心打眼定位+搖臂鉆床加工

一是，加工中心一般加工復(fù)雜、特殊及少量的后車架，如果被批量產(chǎn)品后車架占用，會(huì)嚴(yán)重影響特殊產(chǎn)品產(chǎn)出，且加工效率低；如果考慮增加加工中心設(shè)備來提升加工效率，則會(huì)產(chǎn)生高額投入；

二是，使用加工中心打眼定位出各個(gè)孔系后，仍需搖臂鉆床進(jìn)行鉆孔加工，增加吊運(yùn)、工序間流轉(zhuǎn)，增加了加工時(shí)間及安全風(fēng)險(xiǎn)等。

2 后車架一體化鉆模工藝方案的提出

通過前面的分析，為保證后車架各個(gè)系統(tǒng)孔位間的尺寸鏈精度，勢(shì)必要優(yōu)化目前采用的鉆孔加工工藝，按照上述兩種方案：

（1）各個(gè)系統(tǒng)孔位獨(dú)立鉆模與搖臂鉆床組合；

（2）加工中心與搖臂鉆床組合。

這兩種方案都有著缺點(diǎn)，無法滿足后車架尺寸鏈同一基準(zhǔn)和操作方便，即無法保證高質(zhì)量與高效率，又可以降低產(chǎn)品制造成本和提高資金周轉(zhuǎn)效率的要求。于是，提出了后車架各個(gè)系統(tǒng)孔位加工采用將多種鉆模整合成一體的方式，即一體化鉆模進(jìn)行定位的加工工藝方法。

3 后車架一體化鉆模方案應(yīng)用出現(xiàn)的問題和解決方案

為了驗(yàn)證后車架一體化鉆模工藝方法的可行性，選取H系列裝載機(jī)后車架為研究對(duì)象，對(duì)后車架的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行深入的分析討論。充分的分析后，發(fā)現(xiàn)后車架各個(gè)系統(tǒng)孔位都與柴變安裝孔相關(guān)聯(lián)，因此，只需以柴變安裝孔為基準(zhǔn)來設(shè)計(jì)一體化鉆模，并嚴(yán)格保證一體化鉆模制造精度，就可以實(shí)現(xiàn)后車架一體化鉆模進(jìn)行定位的加工工藝方案。

一體化鉆模的設(shè)計(jì)：一體化鉆模需要兼顧多個(gè)孔系和實(shí)現(xiàn)后車架尺寸鏈與設(shè)計(jì)要求一致，但尺寸鏈存在不同的三維空間位置關(guān)系，給鉆模設(shè)計(jì)帶來了困難。于是，考慮從裝載機(jī)結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)理念出發(fā)，以要加工的后車架為骨架，基于骨架模型創(chuàng)建設(shè)計(jì)流程[3]，進(jìn)而完成基準(zhǔn)統(tǒng)一的一體化鉆模的詳細(xì)設(shè)計(jì)，如圖3所示。

圖3 一體化鉆模三維圖

使用過程精度控制：鉆模長(zhǎng)期使用，會(huì)存在磨損，進(jìn)而影響鉆模上各個(gè)定位孔尺寸精度。因此，為解決鉆模磨損問題，采取在鉆模上各個(gè)定位孔加裝耐磨套的方式來解決。首先，耐磨套制作時(shí)要求材料具備高耐磨性[4]，并進(jìn)行熱處理等；其次，對(duì)鉆模制定檢測(cè)計(jì)劃與要求，定期檢測(cè)耐磨套精度，如精度超差，則及時(shí)更換。通過這兩種方法，不僅保證一體化鉆模的精度，即保證產(chǎn)品的加工精度，而且大大延長(zhǎng)了鉆模的使用壽命，減少了多次制造工裝的成本費(fèi)用。如圖4所示。

圖4 一體化鉆模-鉆套

4 后車架一體化鉆模的工藝方案試驗(yàn)及結(jié)果

為了實(shí)現(xiàn)工藝分析中提出的要求，通過樣件試驗(yàn)，驗(yàn)證一體化鉆模對(duì)后車架各個(gè)孔系間尺寸精度的保證能力，采用重新設(shè)計(jì)一體化鉆模來完成后車架各個(gè)孔系的定位。在不改變現(xiàn)有其他工藝的情況下，對(duì)使用一體化鉆模鉆孔的后車架進(jìn)行檢測(cè)，收集數(shù)據(jù)并分析。根據(jù)檢測(cè)要求，使用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x對(duì)后車架各個(gè)孔系進(jìn)行測(cè)量[5]。在完成了首件樣件試制、修正完畢樣件工藝之后，再進(jìn)行了10臺(tái)份的小批量驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果如表1所列。

表1 后車架一體化鉆模加工數(shù)據(jù)收集表

結(jié)果顯示，后車架各個(gè)系統(tǒng)孔位尺寸都在設(shè)計(jì)尺寸公差帶范圍內(nèi)波動(dòng)，且后車架尺寸鏈可靠性大大提升，產(chǎn)品質(zhì)量滿足要求。這說明后車架一體化鉆模定位加工的工藝方案可行，而且效果非常好。根據(jù)小批量驗(yàn)證的數(shù)據(jù)再對(duì)后車架鉆孔過程、整機(jī)裝配過程進(jìn)行驗(yàn)證并確認(rèn)無誤之后，將后車架一體化鉆模鉆孔工藝落實(shí)到了批量生產(chǎn)上面，從而使H系列單臺(tái)后車架的鉆孔加工時(shí)間同比減少了約14 min，后車架尺寸合格率同比提升一倍，裝載機(jī)整機(jī)裝配過程的孔系尺寸超差反饋率同比下降了90%。

5 結(jié)束語

后車架一體化鉆模鉆孔工藝的核心，就在于一體化鉆模的設(shè)計(jì)，它實(shí)現(xiàn)了后車架尺寸鏈基準(zhǔn)的統(tǒng)一與實(shí)現(xiàn)了與設(shè)計(jì)要求的高度一致性。一套高質(zhì)量的一體化鉆模帶來的是過程能力與加工效率的提升及制造成本的下降。通過規(guī)范化的工藝驗(yàn)證、標(biāo)準(zhǔn)化操作指導(dǎo)書、詳細(xì)的人員培訓(xùn)，再結(jié)合生產(chǎn)線全員參與、共同協(xié)作、嚴(yán)控過程質(zhì)量，是后車架一體化鉆模鉆孔工藝方案的試驗(yàn)和推行得以成功的關(guān)鍵。此工藝優(yōu)化了H系列裝載機(jī)后車架的鉆孔方法，提高了單臺(tái)后車架的生產(chǎn)效率，降低了產(chǎn)品制造成本，并且具有很好的柔性，在不增加額外資產(chǎn)投入的情況下，可以輕松地應(yīng)對(duì)大批量生產(chǎn)要求。通過實(shí)踐證明，該工藝對(duì)工程機(jī)械行業(yè)類型相似的后車架制造有著普遍指導(dǎo)意義，希望能對(duì)其他工程機(jī)械產(chǎn)品的制造提供有益的借鑒。