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【 摘要】介绍了气缸体清理的精益生产 , 其中包括气缸体机械手 、组合机 、鼠笼抛丸及机械化清理等 , 可以为其他气缸体的生产厂家提供参考
关键词 : 气缸体 清理 —生产

气缸体是汽车上较复杂、 较重的铸件。由于是型芯组成型腔 ,因此披缝、毛刺较多。长期以来, 铸件清理工艺落后于熔化 、造型、制芯 、配砂工艺, 存在着清理工作量大 、工序繁重等问题 。随着形势的发展 , 生产名牌产品、打入市场、赢得用户这*宗旨已成为企业兴衰存亡的先决条件 。清理是铸造生产的较后*道工序 , *切产品都将在这里经修饰后出厂 , 因此提高铸件表面清理质量及生产率势在必行。
CA15 气缸体清理是在 411 工序上进行的。其过程是用手锤在输送链上打掉全部通气针 、 曲轴箱中间芯头处形成的大披缝及法兰盘和滤清器座上面的全部通气片 , 从输送链上摘下缸体 , 挂掉浇冒口后放到 411 震砂机上 ,借助气动冲击力将其内腔型芯砂振落,*般震击时间为 20 ～ 30 s 。其现场劳动强度大、 环境恶劣。目前国内外除了传统清理方法外 , 又广泛采用电液清砂、 电化学清理毛刺。下面介绍我厂气缸体清理设备及过程。
1 411 组合清理机
为解决 CA141 气缸体清理难题 , 设计人员参照 “ 865550 特集 Ⅱ铸件清理中的毛刺冲压” , 设计了多功能组合清理毛刺冲压装置— ——411 组合机, 用于清理气缸体。 411 组合机将完成从输送链上卸料 、运输、冲切气缸体浇冒口、捅破凸轮轴孔封闭毛刺、横向侧刀去除通气针毛刺 、震砂等工序,其工作原理如图1 所示。

图 1 411 组合机的工作原理

411 组合机气缸体清理工艺流程是 , 机械手升起 ,将气缸体托起 ,使气缸体脱开输送链上的筐 , 向右旋转 90° , 下降后将缸体放在拉杆上,拉杆前进。在运行时 ,组合机上的横切刀将通气针切断, 把气缸体送到组合机冲切位置,发出讯号,定位后上部组合刀及两侧冲切刀同时工作,冲切掉气缸体直浇口 、横浇口、内浇口及轴瓦座处毛刺,拉杆继续移至第二个位置 ,即翻转机位置时将缸体翻转 90° 。
搬运装置下降, 夹爪将缸体牢牢夹住后上升 ,搬运装置前进将气缸体放在托架上( 如图 2), 封闭式震砂机开始工作 。*先两油缸推杆将震砂机封闭( 两罩合拢), 震砂机夹头将缸体夹住 ,同时震砂 ,气缸体在密闭室内震击 , 无污染 , 噪音将减小到较低点 。411 组合机将完成全部清理工序,生产效率高 ,质量容易保证 , 震完后的缸体由输送链送到鼠笼抛丸室。

图 2

2 鼠笼抛丸室
鼠笼抛丸室是我厂参照 70 年代末较新抛丸技术研制设计的强力抛丸设备 。通常 ,对复杂的铸件需要采用特殊办法以降低费用 , 欧洲汽车行业*些铸造厂家也广泛采用鼠笼式抛丸设备 。其弹丸不仅可以清除铸件内 、外型砂, 甚至可以清除掉铸件的飞边毛刺乃至铸件凹处和水套通道内的金属毛刺。
根据我厂生产实际及经验 , 100 kg 弹丸可以清理掉 1 kg 残余砂子, 充分说明表面清理质量优劣完全取决于抛丸量多少。鼠笼式抛丸采用大功率透平 ( 35 kW) , 抛丸量800 ～1 200 kg/min , 4 个透平, 抛丸效果十分理想 。我厂原有设备的透平抛丸量为 50～ 80 kg/m in ,且丸砂分离不好。
鼠笼抛丸时运动特点是气缸体在抛丸时同笼子*起旋转 、前进 ,铸件内的散砂和积存铁丸即可倾倒出来,弹丸准确打在缸体上 ,无干涉重叠现象 。弹丸流充分抛打在气缸体上 ,抛丸角度随时可调到较佳位置,因此抛丸效果十分理想。全机可实现自动生产 , 抛丸后铸件表面呈银白色 。鼠笼式抛丸机工作原理如图 3 所示。

图 3 鼠笼式抛丸机工作原理

全机工艺过程是 , 气缸体放在板式运输机上 , 运输机均匀地将缸体送到装料站 ,在这里气缸体被自动定位 , 并将缸体装进等待着的笼子内 ( 移动着的笼子是由高耐磨材料制成的, 能通过缸体较大横截面), 装载后的鼠笼随后由推杆送入密闭的前廊而进入具有隧道形状的抛丸室 ,气缸体经抛丸机抛丸处理 ,去除内外型芯砂及毛刺 , 笼子沿着抛丸机内两根辊道自动转动前进 , 鼠笼经过抛丸区后将鼠笼逐个地横向推入分离站, 在这里鼠笼回转 , 并被定位, 气缸体被推杆推出送到滚道上 ,空笼继续前进至准备位置, 全机*次循环完毕。
这种抛丸可与其他*切形式媲美, 抛丸后铸件质量是较佳的 ,其主要特点如下。
a . 弹丸冲击能量大、速度高、动能大 ,避免了乱反射 、力集中。
b .气缸体抛丸时兼有回转和移动 , 确保了不断地变换弹丸冲击角度 。通常弹丸难以到达的空腔也能彻底清理, 夹砂、飞边、毛刺在抛丸时也能去掉 。
c.在较短时间内均匀地接受丸粒,仅通过抛丸室*次,型腔内外都能清理干净。
d .砂子和弹丸能不断地从铸件空腔中除去, 避免形成任何缓冲, 以致弹丸流也能到达水套 ,把里面芯子除去, 这种鼠笼抛丸设备明显地提高了生产率和表面清理质量, 取消了手工操作 。丸砂分离效果好 , 粉尘降至较低点, 减少和防止了矽肺病 。
e.经我厂生产表明, 铸铁丸具有莱氏体组织, 其硬度高、强度低、循环耐磨性小、易破碎裂 。使用钢丸代替铁丸寿命提高 75 %～80 %, 钢丸的硬度为 43 ～ 66 H RC , 化学成分w ( C)=0 . 75 %～ 1. 2 %、 w ( Si)=0 . 4 %～ 1 . 5 %、 w ( M n)=0 . 3 %～ 1 %、 w ( S )=0 . 03 %、 w (P) =0 . 03 %, 这种钢丸经 4550 次循环使用后磨损达 50 %。从抛丸效果来看 , 钢丸直径为 0. 5 ～ 1. 2 mm 较为理想,抛丸后表面致密,粗糙度低 。
3 气缸体清理线
气缸体清理*线属表面清理 , 工艺规定其残余留量不超过 1 . 5 m m ,工作量十分大 。为了适应 CA141 换型转产需要, 设计了 1条气缸体清理线, 全长 20 m, 占地 80 m 2 , 由多组机床组成 , 完成总清理量的 75 %, 定员 9 人 ,生产率 60 件/ h , 效率提高 2 倍, 极大地改善了劳动条件, 大大减轻了劳动强度。生产实践表明, 这条线比较完善 、高效、稳定、可靠。
根据工艺要求 , 缸体的 5 个面都要进行加工 。为了便于缸体定位,设计了随行夹具 ,缸体在夹具上运行 , 确保了缸体的相对准确位置 。在设计时考虑到夹具磨损及更换的方便, 都选择了通用件,即床身、磨头、拉杆、气缸都是统*的。全线有统*的指挥系统, 分别由气、液、电各部分完成。全线设备布置及工艺流程如图 4 。

1—前升降台; 2—1号气动拉杆; 3—1 号油拉杆; 4— 1号磨床; 5—2 号磨床; 6—左右冲床; 7—2 号油拉杆; 8—轴瓦冲床; 9—3号磨床; 10—3 号油拉杆; 11—2 号油拉杆; 12—凸轮轴孔冲床; 13—后升降台; 14—1 号油泵站; 15— 2号油泵站; 16—3 号油泵站; 17—1号气动站; 18— 3号气动拉杆。
图 4 气缸体清理线设备布置

根据气缸体特点, 清理加工部位我们选用了 5 台磨床和 5 台冲床。根据加工部位的要求 , 制定了机床的加工工艺流程。其原则是先加工暴露在外部的简单部位 , 然后定位加工内部复杂 、难度较大的部位。
其流程是随行夹具运行到前升降台 1 工作位置, 气缸体放在夹具上, 前升降台上升 ,将随行夹具与缸体*同升到轨道标高 。 1 号气动拉杆 2 将缸体运到磨床 4 准备位置, 前升降台下降至原位 。 1 号油拉杆 3 将准备位置上的缸体开始工作进给。在拉杆进给的途中, 1 号磨床 4 将气缸体的上、下面磨削, 2 号磨床 5 将缸体的侧面磨削, 1 号油拉杆 3 运行到终点发出信号 , 2 号油拉杆 7 开始工作 ,2 号油拉杆将缸体分别运送到左右冲床 6 、轴瓦冲床 8 的工作位置。左冲床上清除上箱工艺上设置的通气片 , 右冲床上铲除气阀室方孔内的披缝毛刺。
轴瓦冲床主要是加工在缸体轴瓦处芯子所产生的披缝 。其动作程序是机床进给油缸将刀头紧紧送到贴近轴瓦座的准确位置, 刀具和轴瓦相吻合, 夹持油缸进给, 将轴瓦座处毛刺刮切掉。
冲床加工完的气缸体, 由 2 号油拉杆把缸体推到下*个位置,直到清理线终点( 直线段终点位置)。3 号油拉杆 10 开始工作 ,缸体变直线运行方向( 90° ) 进到清理线后段。在运行的途中 , 3 号磨床 9 磨削缸体前后端部 。在凸轮轴孔冲床位置时,由冲床 12 将缸体的凸轮轴孔内的披缝毛刺冲切掉 。
加工完的缸体由 3 号油拉杆推动 , 继续向前运行到后升降台 13 位置时, 吊起缸体放在滚道上 ,后升降台下降到回车轨道标高。 2号气动拉杆 11 将随行夹具运回, 后升降台上升至原位 , 随行夹具从后段的终点运到前段终点时 , 由 3 号气动拉杆 18 将随行夹具送到前段起始点的准备位置上 , 完成*次工作循环 。
全线设有 3 个泵站 , 控制刀具进给及 3个油缸拉杆进给, 其油缸参数见表 1

表 1 油 缸 参 数

*次清理线共有磨床 5 台 , 其中 1 号磨 床 2 台 、 2 号磨 床 1 台 、 3 号 磨床 2台 , 其参数见表2

表 2 磨床参数

根据现场使用情况及受力分析来看 , 1号磨床进给速度较低, 磨削时平稳 ; 3 号磨床进给( 进刀) 速度快,砂轮圆周速度高 ,产生的磨削力大 , 切向速度高 , 磨削时缸体必须限位, 否则缸体在磨削时保持不了平衡 ,有向前跃动的倾向。为确保安全起见 ,在机床上加了浮动压板 ,防止缸体翻动 。如果进给速度过快或磨削力过大时, 砂轮有闷住的可能 ,因此合理选择进给速度及砂轮速度是保证正确生产的重要*环。为了保证砂轮的平衡 ,对所安装的新砂轮都要进行平衡较正 , 以避免不平衡的砂轮在高速磨削时产生离心力, 使主轴发生震动。
平衡砂轮是根据砂轮的不平衡情况 , 在砂轮的盘上加工出环形槽, 在其内装上若干个平衡块 ,并适当地调整其位置 ,使砂轮重心与它的回转轴线相重合 。
气缸体*次清理线除 5 台磨床外, 还设计了 5 台冲床 。为了减少环境污染 ,凡是能冲切的尽量不磨削。
轴瓦冲床主要是清除芯子在轴瓦座处所产生的披缝。凸轮轴孔冲床是铲除在该孔内产生的披缝。
气缸体在*线清理完毕后 , 还要用人工补充清理 , 要铲除气门室墙根和前后端轴承座的残留披缝 、 残留着的通气片以及凸轮轴孔的披缝 , 特别要注意清理净凸轮轴孔内斜筋的披缝 ,铲去分水管孔的毛刺。
气缸体从 1 线下来进入 2 线进行清理。气缸体进行水压试验, 应先将缸体推入翻转机内倒砂 , 并用压缩空气将水套内的铁丸 、芯砂吹净, 否则影响冷却水的循环畅通。
4 个基准凸块是机械加工的基准面 , 要保证凸块加工正确及缸孔壁厚均匀 , 这*切导轨铣床都能完成 。
随着 CA 141 换型转产, 气缸体清理线更新了许多设备 。生产实践表明, 411 组合机 、鼠笼式抛丸机 、缸体清理线 、导轨铣床不仅改变了落后的被动局面, 而且为铸件清理闯出了*条路子。目前*些发达国家正在研究所谓 “毛刺工艺学” , 由此可见对清理工艺的重视。*般认为 ,应尽量不使毛刺产生 , 不去除于性能无碍的毛刺 , 使非去除不可的毛刺容易去除。发展方向是把去除毛刺的工作交给机械手、机器人去完成。