某型缸蓋加工積屑問題分析及改善

周斌 劉珩 謝天池 楊妍旻 李志勇

摘? 要：某型發(fā)動機氣缸蓋再主機廠發(fā)現(xiàn)有鋁屑殘留問題，通過調(diào)查得知此問題需要在氣缸蓋機加工時產(chǎn)生合適尺寸鋁屑才能消除，本文對供應商氣缸蓋的各機加工參數(shù)進行了分析，確認了機加工時進給量和線速度為主要因素，進行優(yōu)化調(diào)整，同時調(diào)整了各工序刀具的式樣，最終將鋁屑尺寸都控制在目標區(qū)間內(nèi)。通過解決此問題，不僅降低了工廠的質(zhì)量成本，也為后續(xù)此類問題積累了經(jīng)驗和數(shù)據(jù)。

關鍵詞：發(fā)動機氣缸蓋；鋁屑殘余；質(zhì)量改善

中圖分類號：TK416? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? 文章編號：1005-2550（2024）03-0055-04

Analysis and Improvement of Chip Accumulation in Processing of a Type Cylinder Head

Abstract： In response to a complaint from an engine plant about the presence of aluminum chips in the engine cylinder head provided by a certain supplier， which needs to be eliminated by producing appropriately sized aluminum chips during cylinder head machining， this article has analyzed the machining parameters of the cylinder head and confirms that machining feed rate and linear speed were the main factors. After optimization and adjustment machining parameters， we also adjustment the cutting tools， the aluminum chip size had been controlled within the target range. By solving this problem， not only has the quality cost of the factory been reduced， but also experience and data have been accumulated for such problems in the future.

Key Words： Cylinder Head; Aluminum Chips; Quality Improvement

1? ? 引言

氣缸蓋作為發(fā)動機總成的重要結構部件之一，其質(zhì)量的優(yōu)劣對發(fā)動機的整體性能有著直接的影響。在發(fā)動機缸蓋的機加工過程中，不可避免的會產(chǎn)生鋁屑，由于缸蓋本身的結構就非常復雜，有很多狹小間隙和孔道，鋁屑很容易殘留或者積累在這些地方，這些鋁屑如果不能在清洗工序消除或者在終檢工序檢出，必將引起主機廠裝配產(chǎn)線質(zhì)量投訴，更甚者會流出至終端市場引發(fā)更大的質(zhì)量問題，造成不可估量的損失。

本文主要聚焦于某款缸蓋加工產(chǎn)生的鋁屑殘留問題的分析及采取對應的方式消除鋁屑的殘留，提高缸蓋成品的清潔度，確保其在主機廠組裝時的無質(zhì)量投訴。

2? ? 缸蓋鋁屑問題產(chǎn)生原因的分析

某款發(fā)動機氣缸蓋在量產(chǎn)初期收到發(fā)動機主機廠投訴鋁屑殘留問題。隨后缸蓋供應商對其機加工產(chǎn)線開展了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)缸蓋表面、水套、各孔位以及狹小位置在加工后存在大量纏繞鋁屑，未斷鋁屑影響作業(yè)人員確認加工狀態(tài)，且鋁屑殘留位置集中在水套、氣門孔和火花塞孔等狹小空間處，難以檢出和清理，如圖1所示：

本次抽檢清洗工序前的60件缸蓋成品發(fā)現(xiàn)57件均有鋁屑殘留，不良率高達95%，清洗工序后依舊有5%的缸蓋有鋁屑殘留，且難以檢出。通過此次調(diào)查還發(fā)現(xiàn)殘余的鋁屑是在加工11個孔工序上產(chǎn)生的，可根據(jù)鋁屑形狀劃分為六種類型，其形狀和尺寸如表1所示：

通過查詢水套、火花塞孔、安裝孔等狹窄處三維模型和實地測量，確認該款氣缸蓋在水套處有最小間隙，其尺寸長為6.8mm，寬為3.6mm，如圖2所示，目前孔加工所產(chǎn)生的鋁屑尺寸都大于這個間隙。如果在孔加工時產(chǎn)生的鋁屑卡滯在此位置，將很難被最終清洗工序所清除，也很難被最終檢驗所檢出，這就是此款氣缸蓋鋁屑殘留問題根本原因。

3? ? 缸蓋鋁屑問題的改善方案

為了能夠有效的消除鋁屑殘留這一不良，理論上在機加工的過程中就需要將鋁屑的尺寸控制在長度小于6.8mm，寬度小于3.6mm，同時要求鋁屑形狀規(guī)則，才能確保清洗機能將鋁屑清洗干凈?？紤]實際操作需要一定的冗余，本次改善要將鋁屑尺寸控制在長度小于6.5mm，寬度小于3.5mm以確保最終成品無鋁屑殘留。

3.1? ?機加工參數(shù)的優(yōu)化

通過對缸蓋加工過程中的人、機、料、法、環(huán)進行全面分析和判定可知，鋁屑主要產(chǎn)生在機加工階段，那么本次問題的分析主要針對機加工設備參數(shù)、刀具的選型和毛坯材料特性開展，與人員和環(huán)境因素無關。通過進一步分析，發(fā)現(xiàn)鋁屑的尺寸直接關聯(lián)的是切削線速度和進給量，與切深、冷卻潤滑和刀具前角等參數(shù)相關性不大，如表2所示：

通過調(diào)查機加工設備發(fā)現(xiàn)鋁屑長度和進給量相關，鋁屑寬度與線速度相關，鋁屑形狀是線速度和進給量的匹配所決定的。因此想要獲得理想的鋁屑尺寸和形狀就必須對這兩個參數(shù)進行優(yōu)化。由調(diào)查可知，殘留的鋁屑都產(chǎn)生在孔加工工序，在全面開展參數(shù)優(yōu)化之前，先選取了頂蓋安裝孔的孔位進行了驗證，以確認最佳的切削線速度和進給量的匹配。通過試驗驗證得知，當進給量為鉆頭直徑的2%～3%時，所產(chǎn)生的鋁屑符合預期，如圖3所示：

基于上述結論，對11個孔加工工序的參數(shù)進行了調(diào)試。例如，在加工頂蓋安裝孔時，將原來的參數(shù)F4500，S1200調(diào)整為F4500，S1800后鋁屑尺寸達成要求。在加工水堵孔的工序上將原來的F3500，S2000調(diào)整為F5000，S2000后鋁屑尺寸達成要求，如圖4所示：

經(jīng)過參數(shù)調(diào)試后也發(fā)現(xiàn)，大部分工序的鋁屑殘留尺寸達成了尺寸目標，但是在加工挺桿孔、水套孔、火花塞孔和擴火花塞孔四個工序的鋁屑尺寸無法通過調(diào)整切割參數(shù)達成目標，如表3所示。那么針對這4個工序還需要進行改善。

3.2? ?刀具的優(yōu)化

根據(jù)上文所述，調(diào)整進給量和切削線速度已經(jīng)無法使剩余4個工序的鋁屑達成目標尺寸，那么接下來的改善就需要聚焦在刀具的結構上。

通過FTA分析，供應商質(zhì)量改善小組提出了四個影響鋁屑尺寸的刀具因素，即刀具斷屑槽式樣、刀具分屑槽形狀、刀具螺旋角及刀具的冷卻。通過對上述每個因素分析，可知刀具螺旋角主要和切削阻力相關，對產(chǎn)生的鋁屑厚度有一定影響，對長度和寬度無影響；刀具的冷卻主要是涉及到刀具本身的使用壽命，對鋁屑尺寸無影響。因此刀具對鋁屑尺寸的影響主要在刀具斷屑槽式樣和刀具分屑槽形狀上，這兩個因素是要因，如表4所示：

為了精準的確認刀具斷屑槽、刀具分屑槽兩個末端因素對鋁屑尺寸的影響，本文選取了火花塞孔位進行驗證，在轉速3500r/min，線速度1200mm/min的情況下發(fā)現(xiàn)有斷屑槽設計的刀具所產(chǎn)生的鋁屑，形狀和尺寸都更加符合預期，如圖5所示：

根據(jù)上述結論，供應商為加工挺桿孔、水套孔、火花塞孔和擴火花塞孔四個工序的工刀具增加分屑槽和斷屑槽，如圖6所示：

同時調(diào)整分屑槽的最合適數(shù)量和位置，斷屑槽最合適的槽寬、槽深、槽底半徑和棱帶寬度等參數(shù)。完成刀具改善后再次驗證鋁屑尺寸，確認了上述4個工位的鋁屑尺寸均得到改善，達成目標。根據(jù)供應商現(xiàn)場測量，改善后所有鋁屑的尺寸最大長度不超過6.3mm，最大寬度不超過3.3mm，達成預期目標；隨后進行了2400件小批量生產(chǎn)驗證，改善后的鋁屑能夠被清洗工序全部清除，達成預定質(zhì)量目標。至此，本次發(fā)動機缸蓋鋁屑殘留問題完成整改，后續(xù)還將繼續(xù)監(jiān)控。

4? ? 結束語

發(fā)動機氣缸蓋殘余鋁屑問題是一個長期困擾缸蓋供應商和主機廠的難題，不僅增加了供應商和主機廠的質(zhì)量成本，而且會產(chǎn)生質(zhì)量風險，通過上述改善行動的驗證，可以通過調(diào)整切割參數(shù)和改進刀具式樣產(chǎn)生理想尺寸的鋁屑，從而達成最終的產(chǎn)品無鋁屑殘留。

通過改善的實施，不僅解決了這個長期困擾供應商和主機廠的問題，也降低了供應商的質(zhì)量成本，按照單個氣缸蓋成本650元，因鋁屑問題產(chǎn)生的報廢率1%，年產(chǎn)量13萬件，主機廠返修成本150元/小時來計算，預計每月至少為缸蓋供應商降低成本12.1萬元人民幣。

同時通過此次改善行動既提升了供應商分析解決問題的能力，又提升了供應商質(zhì)量管理團隊的工作效率，在解決此問題過程中形成的標準化作業(yè)、檢驗流程也杜絕了后續(xù)再發(fā)生的情況，為類似的產(chǎn)品或者問題的解決提供了經(jīng)驗參考和數(shù)據(jù)支撐。

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