提高连杆大头孔珩磨条使用寿命的有效措施

一线天

　　连杆是汽车发动机的重要的安全件之一，它的加工质量直接影响到发动机的性能。NSE连杆生产线是目前国际上比较先进的机加工生产线，生产效率和加工精度比较高，但是，自该生产线投产以来，珩磨连杆大头孔的珩磨条的较低的使用寿命一直是难题。本文结合理论知识和实践经验，介绍了通过优化工艺尺寸和调整切削参数解决该问题的方法。
　　连杆生产线的工艺框架
　　NSE连杆生产线的生产节拍为13秒/根，连杆两端面的粗、精磨由DISKUS卧式端面圆盘磨床加工，其余加工分别由三台ALFING专机、一台MTM清洗机、一台MARPOSS综合测量机完成，工序内容高度集中。杆和盖的分离采用激光涨断工艺，工件涨断后在不离开夹具定位面的情况下实现螺栓自动安装、拧紧，确保不发生错位。用于连杆大、小头孔精加工的ALFING专机（OP50）集成了铣削小头面、小头孔倒角、精镗大小头孔及珩磨大头孔等加工内容，节省了空间和投资。所有机床的上、下料均通过多功能机器人实现。工序间的输送采用ALFING－AMT的高效率、高自动化的连杆专用推进式输送装置。工序流程如下（见图1）：
　　

　　OP50加工设备介绍
　　连杆OP50的加工设备为德国ALFING的四工位专机（见图2），生产节拍快、加工精度高。它具有以下功能：采用鼠齿盘式分度工作台；机器人自动上下料；机械手自动翻转定位面；配备MARPOSS主动测量系统；带加工尺寸自动补偿功能；设备发生故障能够自动检测和报警；切削液实现多级过滤。四个工位的加工内容分别为――
　　* 一工位：机器人上料和下料，测量小头孔。
　　* 二工位：半精镗大头孔，铣小头端面及倒角。
　　* 三工位：精镗大、小头孔。
　　* 四工位：大头孔的珩磨和测量。
　　连杆大头孔精镗的自动补偿
　　连杆大头孔精镗的自动补偿系统由随机检测、（信号）反馈补偿和具有微调功能的镗头等组成（见图3），其工作循环为：镗刀在加工孔后退出，由电子塞规（测头）对工件进行测量；然后测头退出，检测信息送入测量仪，经放大和A/D转换后即进到补偿控制单元，在其中进行运算后，做出相应的判断，若需要实施补偿，就发出相应的指令给补偿执行器；补偿执行器可以有不同的形式，伺服电机转动，通过连轴器转换为拉杆的轴向移动，有时还需配以冷却液供应装置；最后，由拉杆产生位移，并通过具有微调功能的镗头（刀）引起镗刀的切削刃（刀尖）的径向位移，从而完成了镗孔过程中刀具的自动补偿。
　　

　　我们厂的连杆大头孔的精镗刀就是典型的偏转机构微调镗刀（见图4）。刀片切削刃的径向调整量（r）是通过偏转机构实现的。该偏转机构主要由调整叉、垫（滑）块和偏转轴等部件组成，与调整叉同轴相连接的拉杆（图中未示）的轴向位移量（s）使得壳体内的调整叉随之运动，调整叉内部两表面与中心线之间有一个夹角（α）。起传递作用的偏转轴通过回转枢轴固定在壳体上，并借助两个垫块与调整叉两内表面相配合，因此，当调整叉轴向移动时，偏转轴会产生相应的径向位移。长度为L的镗杆通过端面连接固定在偏转轴的左侧，刀片的切削刃位于镗杆前端。刀刃的径向位移量（r）与拉杆的轴向移动量（s）之间存在着这样的关系：r＝(A÷B )×tgα×S。
　　

　　连杆大头孔珩磨的加工原理
　　珩磨是利用安装于珩磨头圆周上的一条或多条油石，由涨开机构（有旋转式和推进式两种）将油石沿径向涨开，使其压向工件孔壁，以便产生一定的面接触。同时使珩磨头旋转和往复运动，零件不动；或珩磨头只作旋转运动，工件往复运动，从而实现珩磨。
　　珩磨条的径向进给分定压进给、定量进给、定压-定量三种方式。从珩磨头的布置上划分，珩磨分为立式珩磨和卧式珩磨两种。我们厂的连杆大头孔珩磨属于定压进给的卧式珩磨（珩磨量与压力值的设定有关），液压张刀，使用金刚石磨料的珩磨条，珩磨头通过HSK刀柄刚性地连接在机床主轴上，珩磨夹具也带不浮动装置，这种不同于传统的“刚性”珩磨工艺不但可以提高连杆大头孔的表面粗糙度，还可以改善加工面的形状误差。据了解，德国著名的BWM公司也采用该加工工艺精加工连杆的大头孔。
　　连杆大头孔珩磨的加工流程
　　⒈ 珩磨头上的测头在珩磨前测量大头孔的精镗尺寸：当检测尺寸在φ51(-0.015，+0.005)时，则自动进行珩磨；当检测尺寸超出φ51(-0.015，+0.005)时，不能珩磨，工件转到一工位，机器人把工件放入废品链道区。
　　⒉ 大头孔精镗的刀具补偿条件是：当精镗尺寸为φ51(+0.001，+0.004)时，不进行刀具尺寸补偿；当精镗尺寸超出φ51(+0.001，+0.004)时，则会在下一个工作循环中进行刀具尺寸补偿。
　　⒊ 一次珩磨完成后（4个往复，每个往复的单边珩磨量为0.002），珩磨头上的测头测量大头孔直径：当一次珩磨的尺寸小于φ51.0085时，则进行二次珩磨（2个往复，每个往复的单边珩磨量为0.002）；当一次珩磨的尺寸大于φ51.0085时，工件转到一工位。
　　⒋ 当珩磨尺寸满足φ51(0，+0.019)时，机器人把工件放入合格品链道区；当珩磨尺寸超出φ51(0，+0.019)时，机器人把工件放入废品链道区（见图5）。
　　

　　存在的问题
　　自笔者所在工厂的连杆生产线投产以来，OP50的珩磨条使用寿命一直达不到工艺要求（5000件），加工到3500件时就已达到磨损极限（见图6）；在加工中还经常出现“大头孔未珩磨”和“珩磨尺寸超差”等质量工废件，其中，2011年大头孔珩磨工废率为0.33%，在所有工废类型中排名第一。所以笔者及其同事把降低珩磨条使用寿命作为攻关课题，同时希望一并解决连杆大头孔珩磨工废率高的问题。
　　

　　制定措施
　　针对“提高珩磨条使用寿命”的问题，提出了“加大大头孔的精镗尺寸”、“减少一次珩磨的循环次数”、“减少珩磨压力”等解决思路。针对“减少大头孔珩磨工废率”的问题，提出了“放宽精镗大头孔的尺寸公差”、“减少二次珩磨的概率”、“减少单个循环的珩磨量”等解决思路。综合上述思路，加以归纳和总结，制定了以下的解决措施：
　　⒈ 优化精镗大头孔控制尺寸；
　　⒉ 减少珩磨的循环次数；
　　⒊ 减少珩磨压力。
　　措施的实施
　　⒈ 优化精镗大头孔的加工尺寸（见图7）。把大头孔精镗尺寸由φ51(-0.015，+0.005)调整为φ51(-0.015，+0.007)；把精镗大头孔的刀具补偿参数由φ51(+0.001，+0.004)调整为φ51(+0.003，+0.007)。
　　⒉ 优化珩磨大头孔的加工尺寸（见图8）。把一次珩磨的刀具补偿参数由φ51.0095(-0.001，+0.003)修改为φ51.0095(-0.002，+0.003)。修改前一次珩磨后尺寸小于Φ51.0085时才会进行二次珩磨，修改后一次珩磨尺寸小于Φ51.0075才会进行二次珩磨，这样就降低了二次珩磨的概率。
　　⒊  减少珩磨压力（见图9）。将珩磨加工的压力比参数由6%调整到4%。
　　

　　措施的效果
　　通过以上措施的实施，连杆大头孔的珩磨条的使用寿命由原来的3500件提高到7000件；连杆大头孔珩磨工废率也由原来的0.33%降低到0，从而实现了经济效益和产品质量的双赢。(end)