重型柴油機(jī)自制件清潔度提升的研究

顧峰，丁勝明，陸洋

一汽解放發(fā)動機(jī)事業(yè)部錫柴工廠 江蘇無錫 214000

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

表1 某重型柴油機(jī)缸體的清潔度標(biāo)準(zhǔn)

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(jī)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(zhì)保部每月都會對自制件成品進(jìn)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(zhì)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(diǎn)狀鐵屑，從鐵屑大小和形狀分析判斷，屬于精加工鐵屑（點(diǎn)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(biāo)本

圖2 本體最大顆粒

圖3 小片狀鐵屑（精加工）

圖4 點(diǎn)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(chǎn)生于壓堵片過程中，因為堵片和孔配合設(shè)計為過盈配合，壓堵機(jī)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(jié)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(dǎo)致清潔度檢查超差的主要因素，改進(jìn)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(chǎn)生的毛刺是清潔度顆粒的主要來源，對于機(jī)械加工來說，毛刺的產(chǎn)生不可避免。加工生產(chǎn)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(chǎn)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(nèi)窺鏡方式進(jìn)行觀察（見圖9～圖11）。

圖9 內(nèi)窺鏡

圖10 使用內(nèi)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?！胺馈敝傅氖欠乐褂绊懬鍧嵍鹊囊蛩禺a(chǎn)生，例如防止堵片切邊的產(chǎn)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(shí)施“堵”過程中又提出了“控制產(chǎn)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(jī)，這樣不僅會縮短最終清洗機(jī)設(shè)備保養(yǎng)的周期，降低設(shè)備保持成本清潔度的工序能力，也會增加設(shè)備運(yùn)行的故障發(fā)生率。

1.重視過程鐵屑的清理

發(fā)動機(jī)事業(yè)部除了在產(chǎn)線段落之間增加機(jī)械手沖洗工位外，針對所有切削加工工序進(jìn)行了自主清洗程序開發(fā)，利用加工中心高壓切削對當(dāng)前工序已加工表面和毛坯外表面進(jìn)行高壓沖屑處理（見圖12）。項目實(shí)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(shí)施前出料口工件

圖14 高壓沖洗實(shí)施后出料口工件

本項目有兩個亮點(diǎn)：

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

2）機(jī)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(shè)備保養(yǎng)人工作業(yè)內(nèi)容，延長輥道保養(yǎng)周期，提升現(xiàn)場5S管理。

2.解決切邊產(chǎn)生源頭

堵片切邊形成機(jī)理如圖15所示，經(jīng)過前面的分析可知，切邊產(chǎn)生的根本原因是堵片和堵片孔設(shè)計過盈配合，堵片和堵片孔設(shè)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(chǎn)生類似“切削”的擠壓過程。

前者因為產(chǎn)品設(shè)計保證密封性無法更改，發(fā)動機(jī)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(dǎo)作用，又消除了倒角尖銳部位堵片外延產(chǎn)生“切削”。改進(jìn)后堵片切邊發(fā)生率降低至2%以內(nèi)。

圖15 褶皺狀切邊形成機(jī)理

表2 堵片及堵片孔尺寸匯總（單位：mm）

圖16 改進(jìn)前45°斜倒角

圖17 改進(jìn)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(nèi)容，突破常規(guī)“先面后孔”的加工順序，適當(dāng)調(diào)整面精加工工序的位置，將其安排在孔加工后進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)”下已不再適用，去毛刺機(jī)利用碳化硅毛刷去毛刺已無法滿足當(dāng)前新的清潔度標(biāo)準(zhǔn)要求，“徹底去除毛刺”已漸漸成為當(dāng)下主流。發(fā)動機(jī)事業(yè)部在現(xiàn)有機(jī)器人去毛刺的基礎(chǔ)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(jìn)新的去毛刺專用刀具針對貫穿部位進(jìn)行去毛刺。

圖18 右側(cè)冷卻器安裝面去毛刺

圖19 左側(cè)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(qiáng)清洗機(jī)設(shè)備過程監(jiān)控

1.清洗壓力監(jiān)控

清洗壓力是保證清洗機(jī)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(xì)小鐵屑就無法沖出來。清洗液中混雜的鐵屑在清洗機(jī)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(jìn)行點(diǎn)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(jī)事業(yè)部采用的某清洗機(jī)廠家設(shè)計的清洗機(jī)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(jī)卡死過濾不充分等導(dǎo)致含有細(xì)小鐵屑，重新回到過濾系統(tǒng)參與成品最終清洗，會嚴(yán)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(jīng)濾膜過濾，觀察濾膜上有無明顯顆粒狀雜質(zhì)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(jī)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(jī)技改后取消了浪涌工位，只保留了定點(diǎn)定位清洗工位。若過濾系統(tǒng)過濾不充分導(dǎo)致鐵屑夾雜在切削液循環(huán)系統(tǒng)，大概率會導(dǎo)致噴頭堵塞，直接影響就是當(dāng)前噴頭對應(yīng)的螺孔因為沒有經(jīng)過清洗液清洗而導(dǎo)致鐵屑?xì)埩?。發(fā)動機(jī)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(jìn)行套袋處理，然后對每個螺孔進(jìn)行吹屑，整個機(jī)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(jìn)而分析濾網(wǎng)是否破損等。這種方式的優(yōu)點(diǎn)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(jìn)而進(jìn)行針對性設(shè)備檢查。

圖26 下線人工清潔度簡易抽檢

圖27 下線抽查鐵屑?xì)埩?/p>

清潔度提升效果

1.產(chǎn)品審核

整改前，裝配上線和產(chǎn)品審核整機(jī)拆解時多次發(fā)現(xiàn)水封槽鐵屑卡死、油底殼殘留鐵屑和結(jié)合面縫隙殘留鐵屑等的問題（見圖28～圖31）。整改后至今未發(fā)現(xiàn)同類問題，產(chǎn)品審核缸體自制件合格率100%。

圖28 整改前油底殼殘留鐵屑

圖29 整改前水封槽鐵屑卡死

圖30 整改前結(jié)合面縫隙殘留鐵屑

圖31 整改前軸承蓋和結(jié)合面貼合縫隙鐵屑

2.清潔度抽檢

整改前，缸體清潔度月度抽檢超差原因是本體最大顆粒不合格，整改后截至2022年上半年清潔度抽檢合格率100%。具體見表3和表4。

表3 整改前清潔度月度抽檢匯總

表4 整改后清潔度月度抽檢匯總