装配线锁片压装机自动压装改造

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　　摘要：基于气门锁夹压装机在发动机装配线的应用，通过锁片压装过程原理的分析，对比锁片的压装方式，结合现有锁片压装机的现状，设计出一种高合格率的锁片压装机构并进行改造应用。
　　关键词: 发动机；气门锁片；压装机
　　一、改造内容
　　（一）、压装工艺的调整：
　　

　　（二）、设备零部件改造：
　　1、压装单元
　　改造前压装单元的压装头主要由外压头、内导轨、夹爪、弹簧组成。内导轨通过柱销安装在外压头内，两个夹爪通过两个销子固定在外压头上并处于内导轨的两侧，同时在夹爪与外压头间安装一弹簧用于调整夹爪的张合度；锁片在内导轨和夹爪的导向下落入弹簧座中。内外导轨长达在230mm ， 锁片在进入内外导轨间隙后作自由落体，通过调节内外导轨的间隙，使自由落体的两个锁片在沿着外导轨的滑行后在同一时刻到达待压装位置。内外导轨及压装头部件如下图所示：
　　

　　改造后压装头由外压头，内压头，弹簧，圆柱环组成，安装时按照内压头，弹簧，圆柱环的顺序装入外压头内。滑台下降时，外压头将弹簧座压下，气门锁夹在内压头和弹簧的作用下被柔性地推入弹簧座内；滑台上升时，在弹簧力作用下保证使锁片进入正确的位置。内压头与外压头为间隙配合，内压头与气门亦为间隙配合。新压装头部件如下图所示：
　　

　　为了保证压装的尺寸与合格率，设计尺寸为：外压头∮10.20+0.00-0.02，内压头∮7.02+0.02-0.00，同时因为考虑锁片必须保证不能带磁性，耐压强度高，耐磨性好的特点，所有压装部件的材质选用高硬度的Cr12MoV。
　　2、落料单元
　　改造前设备通过震料机选取锁片并自动装入锁片工装，由员工手持工装将锁片放入压装机落料口，用手拉动送料把手使锁片掉入弹簧座中，锁片在自由下落过程中存在很多不确定因素导致压装不合格。
　　改造后取消落料单元，采用锁片震料机和弹簧座震料机自动将锁片放进弹簧座内，实现了自动上料，并在压装机前一工位将锁片和弹簧座预装到气门上，彻底消除了锁片下落过程产生的一系列不稳定问题。
　　3、移位单元
　　改造前设备只有四个压装头而排气和进气门各有八个，所以在进行气门锁片压装时需变换一次位置。依靠员工用手来拨动把手来实现压装板的移位；
　　改造后设备在滑台上加装一气缸连接到压装板上，通过控制阀岛来控制气缸伸缩，带动压装板移动，从而实现压装单元的自动移位。
　　4、定位单元
　　改造前设备压装板的定位是靠板下方的轮子和V型槽来定位，这种定位方式不稳定、易产生偏差，造成压装头与气门不同轴导致锁片压装不合格甚至压坏压装头。
　　改造后设备采用4个液压缓冲器安装在压装板两侧进行硬定位，不仅能保证压装头与气门的同轴度，还缓和了气缸带动压装板移位而产生的冲击。
　　5、控制单元
　　改造后修改PLC逻辑控制程序，采集传感器信号，控制阀岛阀片的通断来控制气缸的运动，最终实现整个压装设备的全自动化。
　　6、改造前后设备状态对比
　　

　　改造前设备如上图所示：半自动压装，手动上料，每班次需要2名操作工，一次压装合格率 90 %。
　　改造前设备如下图所示：全自动压装，自动上料，不需要操作工，一次压装合格率 99%。
　　

　　二、技术要点：
　　（一）、压装单元的结构设计
　　压装锁片压装合格与否最重要的环节。新压装头由外压头，内压头，弹簧，圆柱环组成，安装时按照内压头，弹簧，圆柱环的顺序装入外压头内。通过螺纹与压装头联接、拆装方便。为了不让弹簧座滑出气门，在外压头前部设计一凹槽，内径依两锁片在气门上时的最大尺寸确定；内压头与外压头设计间隙配合，内压头与气门亦为间隙配合。
　　（二）、压装部件的精度与材质
　　锁片在弹簧座内间隙为0.02mm ，锁片在安装入弹簧座后与气门杆间隙最大为为:±0.02mm ，因此在压装机构部件的加工过程中要有严格的表面粗糙度要求及公差要求，要考虑锁片不能带磁性，耐压强度高，耐磨性好的特点，所有压装部件的材质选用高硬度的Cr12MoV。
　　（三）、压装机构的运动控制
　　原设备依靠员工用手来拨动把手来实现压装板的移位，现在滑台上加装一气缸连接到压装板上，通过控制阀岛来控制气缸伸缩，带动压装板移动，从而实现压装单元的移位。同时取消落料单元，在压装机前一工位将锁片和弹簧座预装到气门上，这样便消除了锁片下落过程产生的一系列问题。采用液压缓冲器进行定位，最大程度地保证压装头与气门的同轴度。修改控制程序，采集传感器信号，控制阀岛阀片的通断来控制气缸的运动，最终实现整个压装过程的全自动化。
　　（四）、压装的工艺设计
　　编制新的压装工艺以适应改造后设备的运行。
　　三、技术难点：
　　（一）、压装合格率会受很多因素的影响
　　在压装过程中中，压装零件的尺寸，零件的安装位置，设备的安装位置，设备的压装部件尺寸等，在设计所有压装部件前，需要考虑所有零部件在压装过程中的状态并进行精确测量，为设计提供数据。
　　（二）、控制各部件在安装过程中的位置状态
　　压装过程的反作用力易弹出弹簧座或移位锁片等，要控制16个气门弹簧在压装过程中始终保持在准确的设计位置，同时考虑定位板位置和压装深度。
　　四、改造前后效果对比
　　改造前气门锁片压装合格率（平均90%）:
　　

　　改造后气门锁片压装合格率（平均99%）:
　　

　　五、经济效益
　　（一）、通过改造设备及设计新的压装工艺，将手动操作改造成为全自动化设备。
　　共计节省6名操作人员。依每人每月1500元计算，每年节省人工成本约108000元。
　　（二）、大幅度提高压装合格率。
　　改造后设备的一次压装合格率为 98 %（改造前为90%），依返修一台成3元，年产35万台计算，每年节省为：(98%-90%)*3*350000 = 84000 元。
　　（三）、节省故障维修时间降低维修难度
　　改造前设备平均故障间隔时间为4小时，改造后平均故障时间为30天。
　　改造前每次平均维修时间为30分钟，改造后每次平均维修时间为5分钟。
　　（四）、节省备件成本
　　改造前一套压装单元使用时间平均为1个月，一套压装单元成本37500元。
　　改造后一套压装单元的使用时间为3个月，一套压装单元成本为200元。
　　则每年备件节省成本为：（37500*12）-（200*（12/3））=449200元。
　　总计每年节省成本：
　　总节省: (108000+84000+449200）-3000(改造费用)=638200元/年。
　　六、推广价值
　　（一）、适用于SGMW青岛分公司发动机工厂两台锁片压装机的改造
　　（二）、广泛适用于各种汽车发动机气门锁片的安装
　　参考文献
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　　杨连升主编. 内燃机设计. 北京:中国农业机械出版社，1981 年8 月北京第1 版
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　　程瑞龙编著.DA462 微型汽车发动机.哈尔滨:黑龙江科学出版社，1987 年5月哈尔滨第1版
　　[3]
　　美国克莱斯勒汽车公司。1984 款式汽车维修手册，底盘与车身分册. 1983 年美国第1 版(end)