EMD265型柴油机摇壁箱划线创新及工艺设计

2022-02-28陈仁平

技术与市场 2022年2期

陈仁平

(中车大连机车车辆有限公司，辽宁大连 116021)

0 引言

EMD265型柴油机是从美国引进的合作项目，该型柴油机牵引力大，适合高原等恶劣气候条件下的牵引作业，是240型柴油机的替代产品。安装在燃烧室上方的揺壁箱，俗称围墙。孔的尺寸精度和位置精度要求较高，与气缸盖联结部分的接触面密封性要求更高[1]。另外，由于零件材料是铸造坯件，箱体毛坯铸造工艺过程容易产生材质疏松，存在一定的废品率。由于零件表面的不规则性，导致定位、装夹异常困难，因此合理选择划线基准是设计工艺和制造过程是否满足设计精度的关键。

1 划线难点分析

1)摇壁箱外形表面的不规则性，使得划线选择粗基准时异常困难。

2)划线后加工摇壁箱底面，密封槽周边相对于箱体外型表面各处的尺寸是否均匀是考验密封效果的关健。

3)设计箱体精加工工装夹具时，如何选择定位元素，是设计夹具的难点。

2 划线先进操作法的确定与创新

划线是摇壁箱加工的重要工序，是检测零件毛坯几何形状、位置精度、尺寸偏差，确定加工基准的重要手段，也是通过借料划线提高产品合格率的方法之一。

选择粗基准的原则是:①以不加工表面为粗基准时，应以与加工表面的位置精度要求较高的表面作为粗基准。②如果工件需要保证其重要加工表面的加工余量均匀时，则应以该表面为粗基准。③能用精基准时，不再重复使用粗基准。④已确定的粗基准，应力求定位准确、夹紧可靠、夹具结构简单、操作方便。

因此，在划线工艺设计时，考虑到零件的结构特点和设计要求，以及对划线的难点分析并对划线工序进行创新，规范划线实操程序，创立摇臂箱划线先进操作法，优化后对摇壁箱需要进行二次划线。

2.1 一次划线

将摇壁箱用3个可调千斤顶支持在划线平台上，面向上，调整千斤顶，使其各表面处在合理的位置上，视周边形体及加工余量、密封槽相对形体外表面的均匀程度等情况及可能产生的预后结果，把自制的弯头弧面划针弧面朝下锁在划线盘上，用划线盘上划针前端的弧面摩擦箱体底面的内台，以此为划线粗基准，对准测高尺0点，向上+5 mm确定零线，用另一个划线盘锁住直杆尖头划针划出底面的加工界限和检查线。松开划线盘上锁紧的划针，将划针向下拉-125 mm尺寸后锁紧，划出顶面的加工界限。

这个过程中有个预后，就是找正箱体，划出顶面、底面2个表面的加工界限时，要凭借积累的工作经验，充分考虑在二次划线中各加工表面、有加工精度要求的孔以及底面的封闭槽的位置精度处在合理的范围内，对此应有正确的预判。

2.2 二次划线

从图样上看，所有孔的位置都是以摇壁箱毛坯中心线为基准有序分布，箱体装配时同样以气缸盖中心线对称分布。而摇壁箱外型表面为不规则的曲面连接，须翻转箱体，立体划线即空间划线。在首件及小批量试产阶段，用3个可调千斤顶将摇壁箱侧立，以侧面为第一粗基准，用直角尺找正箱体在y方向相对于水平面的垂直度，取大圆弧上、下两个对应点，划出x方向的中心线。然后将箱体翻转，找正y方向的垂直度，确定侧底面的加工界限及与之相联结的大圆弧中心线，以备加工中心编制程序确定零点时使用。同时检验底面的密封槽相对于周边尺寸是否在均匀合理的范围内，但需要立板辅助。

基准中轴线确定困难，且存在安全隐患。因为支持可调千斤顶的表面为曲面，箱体的重心偏移，不处于摇壁箱的几何中心，强行支持，没有吊车辅助牵引，极易发生倒塌，形成安全漏点，且效率极低。根据摇壁箱的外形尺寸，设计制作划线样板，样板在中轴线、侧底面以及大圆弧十字中心线处留有划线缺口，用样板在箱体底面保证密封槽相对外形表面各处尺寸均匀，满足设计的密封精度要求，确保安装密封圈后封闭效果良好，在顶面视各所加工孔及加工面处于合理位置精度后，调整好样扳，划出摇壁箱的十字中心线及底侧面加工线。

由于生产形势的需要，缩短卧式加工中心的工艺周期，腾出闲置档期迎接新的经营产品，解决机床产品不满负荷岗位人员的待岗空挡，提高单机的经营产值。要对箱体上2个立柱在卧式铣床上分解工序，进行粗加工。将划线样板在相应处再次打上划线标记，划出立柱粗加工的开挡线，“一板三用”，突出样板划线的先进性和创新性，完成了摇壁箱的划线操作法，如图1所示。

图1 265型柴油机摇壁箱划线样板及二次划线规范操作图

在投产前期试产阶段，二次划线用3个可调千斤顶将摇壁箱侧立，以已完成表面加工的侧顶面靠在立板的立面上，用直角弯尺检验与平台表面的垂直度，取大圆弧上、下两个对应点，以及小端各相互位置精度处在合理的情况下，用划线盘划出X方向的中心线。然后将箱体翻转，同样用划线盘划出侧底面加工线及与之相连接的大圆弧y方向的中心线，以备加工中心编制程序确定零点及装夹箱体找正时使用，同时检验箱体底面的密封槽相对于周边的位置精度是否均匀、合理，以确保密封槽在安装密封圈后的密封效果。但需要立板辅助支持，效率极低。

综上所述，265型柴油机摇壁箱划线创新操作法的先进性如下:①采用“三点调整借料法”，划出揺壁箱顶面及底面的加工界限。②设计手提式平面划线样板，杜绝摇璧箱空间翻转，消除安全隐患。③“一板三用”，提高样板使用效率，规范标准作业。

3 工艺流程制定

机械加工工艺规程是指比较合理地在各种机床上用切削加工方法将加工零件的工艺过程确定下来，写成作为施工依据的文件。它的作用是组织生产的指导性文件、生产准备的依据、新建生产基地和扩建厂房的参考基础，具有交流和推广作用。

根据对图样和零件实物的分折及设计零件的技术要求，设计摇壁箱的工艺流程如表1所示。

表1 265型柴油机摇壁箱的加工工艺及使用设备确认表

4 工艺流程详解

4.1 粗、精车底面

4.1.1 底面的粗车和精车

零件的主要平面是为了作为装配基准面和加工中的定位基准面而设定的，将直接影响加工过程中的定位精度，影响到摇壁箱与气缸盖装配后的相对位置、接触精度以及密封性等，因而应具有较高的形状精度(平面度)和表面粗糙度要求。

在设计机械加工工艺的过程中，平面的加工方法有车削、铣削、刨削、拉削、磨削及光整加工等。车削、铣削和刨削常用作平面的粗加工和半精加工，而磨削则作为平面的精加工。另外还有刮削、研磨等超精加工、抛光等属于光整加工。

根据零件的形状、尺寸、材料、技术要求、经济精度及现有设备和生产形势，决定采用数控立车，用车削完成该底面的加工工序。

因为底面是一个大平面，平面度要求为0.05 mm，因此，此工序分2个工步进行，即粗、精加工要分开，装夹中工装夹具配置5个可调千斤顶。3个千斤顶按划线找正后确定加工箱体的底面，在强度薄弱的地方安置2个可调千斤顶辅助支持，以减轻工艺系统在切削过程所产生的振动，防止车削过程中因系统强度不足在已加工的表面上产生的切削振纹，而影响切削后加工表面的加工精度和表面粗糙度。

摇壁箱外表面为不规则曲面，且大平面内部为空腔，切削过程中满程为断续切削。粗车时应行低速级，较大的走刀量；精车时变为高转速，行小走刀量。以此通过调节加工余量和切削参数来完成底面粗、精加工[2]。

4.1.2 切削用量的选择原则

粗加工时，切削深度应根据工件的加工余量和由机床、夹具、刀具、工件组成的工艺系统刚性来确定，在保留半精加工、精加工必要余量的前提下，应尽量将粗加工余量一次车掉，只有在加工余量太大或超大，一次性切削不掉或切削困难时，才可以考虑分次序进行切削。在本工序中，由于摇壁箱为铸铁毛坯件，材料硬度较低，抗震性高，具有良好的切削性能，粗加工的加工佘量一次性切削不是十分困难，因此采用一次切削完成，留有0.3 mm余量，在精车时一次完成。

4.2 粗、精铣顶面

已完成精加工的底面作为精基准，将箱体放置在立式铣床工作台上，压板装夹牢固，分工步完成粗、精铣削加工，满足顶面到底面的尺寸精度125±0.1 mm，形位精度顶面到底面的平行度0.05 mm的设计要求。

4.3 加工定位孔

本工序需要工装夹具支持，在夹具设计上，采用安放在不同位置上的6个平面垫铁来保证底面定位基准的可靠性，按划线找正摇壁箱中心线，夹具体在箱体外型的曲面上，选取不同位罝设置5个可调支撑点，以限制在x、y方向上的有限自由度，用压板在上面压紧，由立式加工中心按坐标程序完成这两个定位孔的加工。

4.4 加工φ 57.11 mm孔

由于2个φ 57.11 mm孔的轴线和摇壁箱的中心线存在一个角度参数19.3°，如图2所示。

图2 265型柴油机成品摇壁箱示意图

没有工装辅助，成品箱体角度的位置精度很难保证。为此，设计了工装配置，找正装夹，一次完成。

4.5 后续加工

在卧式加工中心铣侧底面，钻侧面孔，加工顶面孔系，立式铣床铣削加工200 mm凸台，使φ 57.11 mm孔加工成为半圆孔。使用摇壁钻床钻底面孔，采用立式加工中心编制程序，按程序铣箱体底面的密封槽。

4.6 光整加工

钳工清理摇壁箱表面残留，打磨棱边，做压力实验，打印装车编号。

5 基准确定

按照图样的技术要求，摇壁箱底面确定为基准面，由划线工序完成底面加工界限的确定，进而确定顶面的位置。

底面是一个大平面，平面度为0.05 mm，工装夹具采用平面垫铁做定位基准面，用一个圆柱销和一个棱形销来锁定定位孔，确定轴向的定位方向。在装夹过程中，只需要保证定位销之间的位置精度，平面垫的高度一致，就能很好地确定工件在夹具上的准确位置和合理状况。安装夹具时，首先找正夹具，通过2个定位孔确定摇壁箱在夹具中的正确位置，利用加工中心的多个自由度和高精度来编制程序，以完成其他孔和面的加工。根据基准统一原则，其他孔和面的尺寸精度和形位精度也都能满足设计要求。

6 夹具的构想与设计

设计初始，充分利用2个工艺孔[3]，采用“一面二销”定位。“一面二销”为过定位，为消除定位干涉，将一个销制做为棱形销即削边销。在夹具体相应位置，φ 13.5 mm棱形销与φ 70 mm圆柱销作为工艺裝备的2个定位点，完整准确地保证了2×φ 57.11 mm孔的位置精度，使2个孔能够在一次装夹中同时完成工序加工，同时满足2个孔的同轴度要求[4]。夹具组装完成后放到加工中心工作台面上，调整定位孔的位置精度和准确方向，锁定准确位置，在夹具体底板边沿处铣出定位基准面，作为以后反复配置使用在拆装机床上的调整基准，因为在多元化、规模化的经营形势下，只要需要时将夹具放置在加工中心的工作台台面上，用百分表的触头依靠在夹具底边的定位面上，反复拖行几个来回将其找正，就准确确定了夹具体在机床上的正确位置，依次加工后的成品零件摇壁箱完全满足设计要求[5]。

7 “一面二销”定位的设定

当定位销和零件定位孔中心距公差满足定位孔与定位销有理想的间隙时，同批次零部件在同一工序中才能完成顺利装卸[7]。在实际工序操作中，由于存在同批次零部件要逐个与该夹具定位销进行反复的装夹定位，每个零件在夹具中自身的加工精度和理想位置精度很难达到一致，并且在多批次、众多零件的年复一年，日复一日的反复装夹过程中，必然会造成定位元件的磨损和消耗。因此，只能采取一个削边销来消除装夹中“超定位”所产生的定位干涉，满足夹具的定位要求[8]。

8 预后理论

预后理论是指根据经验预测一种事物的发展过程和后果。由于预后是一种可能性，它既包括判断的特定后果，也包括进行时的过程。

两千多年前，“西医之父”希波克拉底撰写过论文《论预后》，他认为要通过临床观察和分析来判断疾病的预后。同理，在划线操作中，特别是立体划线，由于毛坯在铸造、锻造、焊接过程中产生的尺寸误差和位置误差，在进行一个坐标方向的划线时，要通过积累的经验，预判第二、第三个坐标方向过程和结果的准确性，消除其他尺寸的干扰，保证主要精度尺寸的正确性，以满足设计要求，舍次求主。因此，在划线过程中，不是对照图纸机械地把线条划出来，而是读懂图纸，考虑尺寸、位置等精度以及诸多因素，用预后来规避产生废品的潜在风险。

9 精益生产

精益生产简称LP，是日本丰田公司首先学习欧美企业的先进经验后，在此基础上总结出来的一套生产执行体系，通常称TPS。现阶段，我国一些管理先进的国有企业在进行现代企业制度运行中，都引进和总结了这套先进的管理方法来提升自身的管理水平并加以推广。

企业在搬迀过程中，按照工艺流程，合理分布将各工序有效衔接组成智能加工线，由单件流线加工单元和单件装配加工单元组成。物流配位系统、制造过程管理、工艺设计管理等高度集成的企业管理层，由车间调度人员下达计划指令，经MES系统确认，由物流中心将工件坯料送到划线岗位，采用拉式生产方式，坯件经第一道工序划线岗位，完成工序后，由机械手传至下一工序，直到产品清洗、检查验收、列单如库、出库装车。同时，工装清洗、入库封存，符合整理、整顿、清扫、清洁、素养5S标准，提升企业精益管理水平。