解析柴油機(jī)氣缸蓋柔性機(jī)加工生產(chǎn)線的工藝設(shè)計探究

龍國勇

摘要：柴油機(jī)氣缸蓋柔性機(jī)加工生產(chǎn)線是技術(shù)極其復(fù)雜，且具有高度自動化的氣缸蓋生產(chǎn)系統(tǒng)。本文通過分析柴油機(jī)氣缸蓋的結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求，進(jìn)一步分析了柴油機(jī)氣缸蓋柔性機(jī)加工生產(chǎn)線的工藝設(shè)計及應(yīng)用，柔性機(jī)加工生產(chǎn)線具有靈活化、自動化的優(yōu)點(diǎn)，以期提高氣缸蓋的生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī)氣缸蓋;柔性生產(chǎn)線;工藝設(shè)計

中圖分類號：U260.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編碼：1672-7053（2021）03-0159-02

1柴油機(jī)氣缸蓋的結(jié)構(gòu)特征和技術(shù)要求

1.1柴油機(jī)氣缸蓋的結(jié)構(gòu)特征

柴油機(jī)氣缸蓋的主要作用是對柴油機(jī)氣缸進(jìn)行密封，并通過與活塞結(jié)構(gòu)組成一個密閉式的燃燒區(qū)域，承受柴油機(jī)運(yùn)作時的高壓高溫燃?xì)?。柴油機(jī)氣缸蓋能承受較高的機(jī)械負(fù)荷和氣體力，同時還要承受較高的熱負(fù)荷，因而其加工工藝水平要求較高，要確保加工完成的氣缸蓋具有較大的剛性和強(qiáng)度，才能確保氣缸蓋的密閉效果，保證氣缸蓋在柴油機(jī)工作時不會出現(xiàn)損壞或變形的情況。

氣缸蓋通常是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的箱型零件，而柴油機(jī)氣缸蓋整體為四個氣門的鑄鐵結(jié)構(gòu)，鑄鐵結(jié)構(gòu)的材料可以是合金鑄鐵，也可以是質(zhì)量較好的灰鑄鐵。氣缸蓋可以說是整個動力結(jié)構(gòu)裝備組中結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的部件，其結(jié)構(gòu)主要包括進(jìn)氣門座、排氣門座、噴油器安裝孔、氣門導(dǎo)管孔、上下高低壓面以及周邊堵塞孔等，其中氣門的導(dǎo)管、進(jìn)氣門座、排氣門座等部位需要采用合金鑄鐵來進(jìn)行加工，其余的結(jié)構(gòu)包括進(jìn)、排氣門座孔都需要進(jìn)行精細(xì)化加工，氣門座的精細(xì)加工需在冷壓裝后進(jìn)行。

1.2柴油機(jī)氣缸蓋加工技術(shù)要求

柴油機(jī)氣缸蓋對加工技術(shù)的要求較高，以規(guī)格型號為265H的柴油機(jī)氣缸蓋為例，其具體的技術(shù)要求包括以下幾點(diǎn)：一是上下高低壓面的加工技術(shù)要求，要求高壓面的粗糙度為Ra1.6，低壓面的粗糙度為Ra2.5，雙面的高度精度為240±0.125mm，其平面度為0.05mm;二是氣門導(dǎo)管孔的加工技術(shù)要求，導(dǎo)管孔的孔徑精度為±0.013mm，孔的粗糙度為Ra3.2，導(dǎo)管孔跳動為0.10mm;三是氣門座孔及錐面的加工技術(shù)要求，要求氣門座孔的孔徑精度為±0.015mm，氣門座錐面的粗糙度為Ra0.8，其錐面跳動為0.10mm;四是噴油器安裝孔的加工技術(shù)要求，要求其孔徑的精度為±0.025mm，Φ50孔的粗糙度為Ra0.8，其他孔的粗糙度為Ra3.2;五是對于氣缸蓋密封性的加工技術(shù)要求，氣缸蓋的密封標(biāo)準(zhǔn)為，在水壓強(qiáng)為1.0MPa情況下其水道和氣道能夠保持在十分鐘內(nèi)不出現(xiàn)泄露情況;六是對于氣缸蓋清潔度的加工技術(shù)要求，要求整個氣缸蓋的顆粒質(zhì)量不能夠超過300mg，氣缸蓋的孔道內(nèi)顆粒質(zhì)量不能夠超過10mg，附著顆粒的直徑尺寸不能夠超過50μm。

2柴油機(jī)氣缸蓋柔性加工生產(chǎn)線的工藝設(shè)計

2.1工藝設(shè)計的主要綱領(lǐng)

柴油機(jī)氣缸蓋柔性加工生產(chǎn)線的原則為實(shí)現(xiàn)氣缸蓋的高效柔性加工，將此原則作為生產(chǎn)線的統(tǒng)籌規(guī)劃，建立起年產(chǎn)中高速柴油機(jī)氣缸蓋數(shù)量達(dá)標(biāo)的柔性加工生產(chǎn)線，同時還要兼容可以生產(chǎn)多種型號的氣缸蓋，滿足氣缸蓋的生產(chǎn)需求。

柔性加工生產(chǎn)線所使用的設(shè)備以進(jìn)口設(shè)備為主，主要配備立式和臥式數(shù)控加工中心設(shè)備，同時還需要配備設(shè)備所需的輔助性裝置，組成完整的生產(chǎn)線。柔性生產(chǎn)線需適應(yīng)新型產(chǎn)品的生產(chǎn)，構(gòu)成分散型多型號小批量生產(chǎn)的混合模式，能夠有效降低生產(chǎn)線的運(yùn)營成本，還能夠在短時間內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)研制。

為了提高生產(chǎn)效率，降低人工勞動的強(qiáng)度，進(jìn)一步提高氣缸蓋的加工精度及生產(chǎn)質(zhì)量，可以在工件的上下運(yùn)輸環(huán)節(jié)增加機(jī)械手，即安裝桁架上下機(jī)械手。車間的設(shè)備應(yīng)當(dāng)組成一種封閉式生產(chǎn)線，確保工序穩(wěn)定，對于加工工位的定位和輸送工作，可采用堆垛軌道升降機(jī)來完成。

2.2柔性加工生產(chǎn)線的工藝流程設(shè)計

在柴油機(jī)氣缸蓋柔性加工生產(chǎn)線的設(shè)計過程中，工藝流程設(shè)計十分關(guān)鍵，合理的設(shè)計能夠保障生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的有序進(jìn)行，工藝流程設(shè)計的相關(guān)原則主要包括以下幾點(diǎn)：一是準(zhǔn)確設(shè)計生產(chǎn)節(jié)拍，生產(chǎn)節(jié)拍決定了設(shè)備的稼動率，也決定了生產(chǎn)線是否能夠穩(wěn)定運(yùn)作，氣缸蓋柔性加工生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍主要根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際需求量以及生產(chǎn)線的有效生產(chǎn)時間來確定，同時，在有效生產(chǎn)時間的計算方面，還需要考慮產(chǎn)品的合格率以及設(shè)備的稼動率等因素，保證生產(chǎn)節(jié)拍的準(zhǔn)確度;二是對工序進(jìn)行設(shè)計和分配，由于各個工序所耗費(fèi)的時間不同，因此對工序時間要進(jìn)行合理分配，需要注意的是，耗時最長工序所分配的時間不能超過理論生產(chǎn)節(jié)拍的時間;三是要將氣缸蓋各孔面加工以及整體結(jié)構(gòu)的加工作為重點(diǎn)，加工應(yīng)當(dāng)遵循基礎(chǔ)加工先行，先進(jìn)行粗加工，再進(jìn)行精加工，先進(jìn)行面加工，再進(jìn)行孔類加工，保證各工序相對集中，節(jié)拍有序的原則;四是要確保工藝流程設(shè)計嚴(yán)格按照相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計圖紙進(jìn)行，對于具有特殊性的工序一定要準(zhǔn)確把握，特殊工序的尺寸要嚴(yán)格符合產(chǎn)品圖紙的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，對尺寸精度要求較高的氣缸蓋部位，應(yīng)當(dāng)使用穩(wěn)定性較好、加工精度較高的設(shè)備加工;五是在確定初步的工藝流程之后，還要進(jìn)行細(xì)致優(yōu)化，優(yōu)化的原則為工序相對集中，對各工序的加工內(nèi)容適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整，盡量減少使用的設(shè)備數(shù)量，進(jìn)一步提高設(shè)備利用率。

2.3工藝設(shè)備的選用和設(shè)計

以265H型柴油機(jī)氣缸蓋加工為例，在確定好工藝流程之后，根據(jù)各部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選用合適的加工設(shè)備，主要包括平臺、數(shù)控立、臥式加工中心以及閥座冷裝線等。加工中心決定了柔性生產(chǎn)線的柔性程度以及自動化程度，通常情況下選用臥式加工中心，這種加工中心更加方便調(diào)整工藝，能夠讓生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)快速更改不同類型的氣缸蓋產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)對各項(xiàng)加工參數(shù)的靈活性調(diào)整，柴油機(jī)氣缸蓋柔性生產(chǎn)線臥式加工中心主要加工參數(shù)包括：加工范圍為1200mm×1000mm×1000mm;中心類型為四軸聯(lián)動NC旋轉(zhuǎn)式雙交換臥式工作臺;機(jī)械的主軸部位配備了恒溫箱;其定位精度為0.007mm，重復(fù)精度為0.004mm;配備智能刀具庫，可攜帶刀具數(shù)量為120把;柔性系統(tǒng)為Fastem，數(shù)控系統(tǒng)為西門子840Dsl。

2.4物流線的設(shè)計及具體布局

根據(jù)生產(chǎn)廠房的規(guī)模和規(guī)劃要求，對整個工藝進(jìn)行布局，柴油機(jī)氣缸蓋柔性生產(chǎn)線的布置范圍應(yīng)當(dāng)控制50m×24m的面積范圍內(nèi)，根據(jù)工藝設(shè)計流程來安排所用的機(jī)械設(shè)備的布置，確保整個加工過程中各部件能夠呈直線模式進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，減少工序反復(fù)進(jìn)行的現(xiàn)象，采用串行模式來布置不同工序中的設(shè)備。對于氣缸蓋柔性生產(chǎn)線的物流線進(jìn)行合理設(shè)計，采用智能AGV小車進(jìn)行主線工件的運(yùn)輸，對于工件的上下運(yùn)輸工作可以使用龍門式桁架機(jī)械手，工位的輸送及定位采用堆垛軌道升降機(jī)械，對于加工完成的氣缸蓋采用貨架式的AGV小車進(jìn)行輸送（如圖1）。

3柴油機(jī)氣缸蓋柔性加工生產(chǎn)線的工藝設(shè)計實(shí)例

以265H型柴油機(jī)氣缸蓋的工藝流程設(shè)計為例，應(yīng)先收集該型號柴油機(jī)氣缸蓋的有效生產(chǎn)時間、產(chǎn)品的實(shí)際需求量、設(shè)備的利用率以及產(chǎn)品的合格率等詳細(xì)數(shù)據(jù)信息;然后利用相關(guān)公式算出其理論生產(chǎn)節(jié)拍，再根據(jù)計算的理論生產(chǎn)節(jié)拍與氣缸蓋設(shè)計圖紙要求來選擇該產(chǎn)品柔性加工生產(chǎn)線所需的設(shè)備，其中包括數(shù)控加工中心、輔機(jī)以及量檢具等;最后設(shè)置柴油機(jī)氣缸蓋的加工工序，其具體工序的設(shè)計流程為先加工上下高低壓面，再加工壓面的周邊各面以及各種孔系，加工孔的精度要求較高，影響著氣缸蓋的質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)提高氣門座孔以及氣門導(dǎo)管孔的加工精度。

在制定氣缸蓋工序的過程中需要注意兩道工序：第一道工序應(yīng)為粗加工環(huán)節(jié)，運(yùn)用劃線的方式來確定加工的邊界及找到正基準(zhǔn)，在這一工序中主要是粗加工出中心孔以及低壓面;第二道工序?yàn)樵谝呀?jīng)加工完成的低壓面基礎(chǔ)上來進(jìn)行高壓面加工，將低壓面最為正基準(zhǔn)來加工出高壓面，在該工序中，高壓面也未進(jìn)行精加工，但高壓面的加工屬于半精加工，高壓面進(jìn)一步的精加工放在最后一道工序中進(jìn)行。

氣缸蓋高壓面是與氣缸套頂面直接結(jié)合的平面，兩個面之間采用銅制的密封圈來密封。因此，氣缸蓋的高壓面精加工要求較高，要保證其平整度以及粗糙度都能夠符合產(chǎn)品的圖紙標(biāo)準(zhǔn)，才能夠確保氣缸蓋的質(zhì)量合格。高壓面在精加工過程中極易發(fā)生碰撞，工序設(shè)置不嚴(yán)謹(jǐn)將會導(dǎo)致高壓面產(chǎn)生碰撞，若是碰撞區(qū)域在密封范圍內(nèi)，氣缸蓋的整個高壓面將可能直接報廢。因此，在工序設(shè)計上將高壓面的精加工設(shè)置在最后一道工序中，主要是為了防止高壓面在中間工序加工時發(fā)生碰撞，產(chǎn)生報廢風(fēng)險，在最后一道工序加工雖然也存在著碰撞風(fēng)險，但碰撞的概率能夠大大降低。與高壓面加工精度要求相近的氣門導(dǎo)管孔以及氣門座孔等部位精加工過程也是同樣的道理，都應(yīng)當(dāng)安排在最后工序或較為靠后的工序中進(jìn)行，這也是遵循了氣缸蓋加工先粗加工、后精加工的原則。

確定好氣缸蓋的工藝流程后，根據(jù)工序集中的優(yōu)化原則，對氣缸蓋工藝流程進(jìn)一步優(yōu)化，盡量減少專機(jī)的使用，降低加工成本。主要是根據(jù)氣缸蓋各零部件的特點(diǎn)，考慮兩種零部件是否能夠同時進(jìn)行加工，如孔系加工可以與周邊面的加工同時進(jìn)行。因此，可以減少相應(yīng)的設(shè)備，將兩者安排在同一工序中，進(jìn)一步提高設(shè)備的利用率。

4結(jié)語

由本文分析可知，柴油機(jī)氣缸蓋柔性加工生產(chǎn)線的工藝設(shè)計包括：設(shè)計主要綱領(lǐng)、工藝流程的設(shè)計和優(yōu)化、工藝技術(shù)使用設(shè)備、物流線的設(shè)計及具體布局。柴油機(jī)氣缸蓋柔性機(jī)加工生產(chǎn)線具有自動化、靈活化的特點(diǎn)，對于生產(chǎn)多類型氣缸蓋的企業(yè)來說十分便利。