解析柴油机气缸盖柔性机加工生产线的工艺设计探究

龙国勇

摘要：柴油机气缸盖柔性机加工生产线是技术极其复杂，且具有高度自动化的气缸盖生产系统。本文通过分析柴油机气缸盖的结构和技术要求，进一步分析了柴油机气缸盖柔性机加工生产线的工艺设计及应用，柔性机加工生产线具有灵活化、自动化的优点，以期提高气缸盖的生产效率。

关键词：柴油机气缸盖;柔性生产线;工艺设计

中图分类号：U260.6 文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2021）03-0159-02

1柴油机气缸盖的结构特征和技术要求

1.1柴油机气缸盖的结构特征

柴油机气缸盖的主要作用是对柴油机气缸进行密封，并通过与活塞结构组成一个密闭式的燃烧区域，承受柴油机运作时的高压高温燃气。柴油机气缸盖能承受较高的机械负荷和气体力，同时还要承受较高的热负荷，因而其加工工艺水平要求较高，要确保加工完成的气缸盖具有较大的刚性和强度，才能确保气缸盖的密闭效果，保证气缸盖在柴油机工作时不会出现损坏或变形的情况。

气缸盖通常是结构较为复杂的箱型零件，而柴油机气缸盖整体为四个气门的铸铁结构，铸铁结构的材料可以是合金铸铁，也可以是质量较好的灰铸铁。气缸盖可以说是整个动力结构装备组中结构最为复杂的部件，其结构主要包括进气门座、排气门座、喷油器安装孔、气门导管孔、上下高低压面以及周边堵塞孔等，其中气门的导管、进气门座、排气门座等部位需要采用合金铸铁来进行加工，其余的结构包括进、排气门座孔都需要进行精细化加工，气门座的精细加工需在冷压装后进行。

1.2柴油机气缸盖加工技术要求

柴油机气缸盖对加工技术的要求较高，以规格型号为265H的柴油机气缸盖为例，其具体的技术要求包括以下几点：一是上下高低压面的加工技术要求，要求高压面的粗糙度为Ra1.6，低压面的粗糙度为Ra2.5，双面的高度精度为240±0.125mm，其平面度为0.05mm;二是气门导管孔的加工技术要求，导管孔的孔径精度为±0.013mm，孔的粗糙度为Ra3.2，导管孔跳动为0.10mm;三是气门座孔及锥面的加工技术要求，要求气门座孔的孔径精度为±0.015mm，气门座锥面的粗糙度为Ra0.8，其锥面跳动为0.10mm;四是喷油器安装孔的加工技术要求，要求其孔径的精度为±0.025mm，Φ50孔的粗糙度为Ra0.8，其他孔的粗糙度为Ra3.2;五是对于气缸盖密封性的加工技术要求，气缸盖的密封标准为，在水压强为1.0MPa情况下其水道和气道能够保持在十分钟内不出现泄露情况;六是对于气缸盖清洁度的加工技术要求，要求整个气缸盖的颗粒质量不能够超过300mg，气缸盖的孔道内颗粒质量不能够超过10mg，附着颗粒的直径尺寸不能够超过50μm。

2柴油机气缸盖柔性加工生产线的工艺设计

2.1工艺设计的主要纲领

柴油机气缸盖柔性加工生产线的原则为实现气缸盖的高效柔性加工，将此原则作为生产线的统筹规划，建立起年产中高速柴油机气缸盖数量达标的柔性加工生产线，同时还要兼容可以生产多种型号的气缸盖，满足气缸盖的生产需求。

柔性加工生产线所使用的设备以进口设备为主，主要配备立式和卧式数控加工中心设备，同时还需要配备设备所需的辅助性装置，组成完整的生产线。柔性生产线需适应新型产品的生产，构成分散型多型号小批量生产的混合模式，能够有效降低生产线的运营成本，还能够在短时间内进行生产研制。

为了提高生产效率，降低人工劳动的强度，进一步提高气缸盖的加工精度及生产质量，可以在工件的上下运输环节增加机械手，即安装桁架上下机械手。车间的设备应当组成一种封闭式生产线，确保工序稳定，对于加工工位的定位和输送工作，可采用堆垛轨道升降机来完成。

2.2柔性加工生产线的工艺流程设计

在柴油机气缸盖柔性加工生产线的设计过程中，工艺流程设计十分关键，合理的设计能够保障生产各个环节的有序进行，工艺流程设计的相关原则主要包括以下几点：一是准确设计生产节拍，生产节拍决定了设备的稼动率，也决定了生产线是否能够稳定运作，气缸盖柔性加工生产线的生产节拍主要根据产品的实际需求量以及生产线的有效生产时间来确定，同时，在有效生产时间的计算方面，还需要考虑产品的合格率以及设备的稼动率等因素，保证生产节拍的准确度;二是对工序进行设计和分配，由于各个工序所耗费的时间不同，因此对工序时间要进行合理分配，需要注意的是，耗时最长工序所分配的时间不能超过理论生产节拍的时间;三是要将气缸盖各孔面加工以及整体结构的加工作为重点，加工应当遵循基础加工先行，先进行粗加工，再进行精加工，先进行面加工，再进行孔类加工，保证各工序相对集中，节拍有序的原则;四是要确保工艺流程设计严格按照相关产品设计图纸进行，对于具有特殊性的工序一定要准确把握，特殊工序的尺寸要严格符合产品图纸的设计标准，对尺寸精度要求较高的气缸盖部位，应当使用稳定性较好、加工精度较高的设备加工;五是在确定初步的工艺流程之后，还要进行细致优化，优化的原则为工序相对集中，对各工序的加工内容适当进行调整，尽量减少使用的设备数量，进一步提高设备利用率。

2.3工艺设备的选用和设计

以265H型柴油机气缸盖加工为例，在确定好工艺流程之后，根据各部件的结构特点，选用合适的加工设备，主要包括平台、数控立、卧式加工中心以及阀座冷装线等。加工中心决定了柔性生产线的柔性程度以及自动化程度，通常情况下选用卧式加工中心，这种加工中心更加方便调整工艺，能够让生产线实现快速更改不同类型的气缸盖产品，实现对各项加工参数的灵活性调整，柴油机气缸盖柔性生产线卧式加工中心主要加工参数包括：加工范圍为1200mm×1000mm×1000mm;中心类型为四轴联动NC旋转式双交换卧式工作台;机械的主轴部位配备了恒温箱;其定位精度为0.007mm，重复精度为0.004mm;配备智能刀具库，可携带刀具数量为120把;柔性系统为Fastem，数控系统为西门子840Dsl。

2.4物流线的设计及具体布局

根据生产厂房的规模和规划要求，对整个工艺进行布局，柴油机气缸盖柔性生产线的布置范围应当控制50m×24m的面积范围内，根据工艺设计流程来安排所用的机械设备的布置，确保整个加工过程中各部件能够呈直线模式进行运转，减少工序反复进行的现象，采用串行模式来布置不同工序中的设备。对于气缸盖柔性生产线的物流线进行合理设计，采用智能AGV小车进行主线工件的运输，对于工件的上下运输工作可以使用龙门式桁架机械手，工位的输送及定位采用堆垛轨道升降机械，对于加工完成的气缸盖采用货架式的AGV小车进行输送（如图1）。

3柴油机气缸盖柔性加工生产线的工艺设计实例

以265H型柴油机气缸盖的工艺流程设计为例，应先收集该型号柴油机气缸盖的有效生产时间、产品的实际需求量、设备的利用率以及产品的合格率等详细数据信息;然后利用相关公式算出其理论生产节拍，再根据计算的理论生产节拍与气缸盖设计圖纸要求来选择该产品柔性加工生产线所需的设备，其中包括数控加工中心、辅机以及量检具等;最后设置柴油机气缸盖的加工工序，其具体工序的设计流程为先加工上下高低压面，再加工压面的周边各面以及各种孔系，加工孔的精度要求较高，影响着气缸盖的质量，应当重点提高气门座孔以及气门导管孔的加工精度。

在制定气缸盖工序的过程中需要注意两道工序：第一道工序应为粗加工环节，运用划线的方式来确定加工的边界及找到正基准，在这一工序中主要是粗加工出中心孔以及低压面;第二道工序为在已经加工完成的低压面基础上来进行高压面加工，将低压面最为正基准来加工出高压面，在该工序中，高压面也未进行精加工，但高压面的加工属于半精加工，高压面进一步的精加工放在最后一道工序中进行。

气缸盖高压面是与气缸套顶面直接结合的平面，两个面之间采用铜制的密封圈来密封。因此，气缸盖的高压面精加工要求较高，要保证其平整度以及粗糙度都能够符合产品的图纸标准，才能够确保气缸盖的质量合格。高压面在精加工过程中极易发生碰撞，工序设置不严谨将会导致高压面产生碰撞，若是碰撞区域在密封范围内，气缸盖的整个高压面将可能直接报废。因此，在工序设计上将高压面的精加工设置在最后一道工序中，主要是为了防止高压面在中间工序加工时发生碰撞，产生报废风险，在最后一道工序加工虽然也存在着碰撞风险，但碰撞的概率能够大大降低。与高压面加工精度要求相近的气门导管孔以及气门座孔等部位精加工过程也是同样的道理，都应当安排在最后工序或较为靠后的工序中进行，这也是遵循了气缸盖加工先粗加工、后精加工的原则。

确定好气缸盖的工艺流程后，根据工序集中的优化原则，对气缸盖工艺流程进一步优化，尽量减少专机的使用，降低加工成本。主要是根据气缸盖各零部件的特点，考虑两种零部件是否能够同时进行加工，如孔系加工可以与周边面的加工同时进行。因此，可以减少相应的设备，将两者安排在同一工序中，进一步提高设备的利用率。

4结语

由本文分析可知，柴油机气缸盖柔性加工生产线的工艺设计包括：设计主要纲领、工艺流程的设计和优化、工艺技术使用设备、物流线的设计及具体布局。柴油机气缸盖柔性机加工生产线具有自动化、灵活化的特点，对于生产多类型气缸盖的企业来说十分便利。