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降低Major凸轮轴OP30工废率的有效措施

来源:荣格 发布时间:2017-11-17 743
工业金属加工汽车制造整车及零部件金属成型机床机加工总装与装配工程材料与轻量化塑料加工设备橡胶加工设备及零件其他
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南京汽车集团有限公司的NSE凸轮轴生产线是目前国际上比较先进的生产线,其生产效率高,大量使用了先进的切削加工技术。Major凸轮轴自进入试生产阶段以来,OP30工废率的居高不下是一个难题,其中,止推档宽度超差是其主要的表现形式。经过技术攻关,公司最终通过加大刀具安全距离、减少桃尖残留飞边等措施达到了降低Major凸轮轴OP30工废率的目的。

一、产品介绍

凸轮轴是发动机的主要零件之一(见图1),它的作用是:通过传动机构(链轮、正时链条、挺柱等),准确地按一定时间控制气门的开启与关闭,保证发动机按一定规律进行换气。

图1. 凸轮轴

图1. 凸轮轴

二、生产线介绍

NSE凸轮轴生产线共有14台加工设备,12道加工工序(见图2)。生产线线采用上下料机械手,自动化程度较高,生产线采用鱼刺型布置。全线生产只需一种冷却油,采用集中过滤的方式。涉及本次课题的是OP30,工序名称为“车、钻、铣各部位”,加工机床是日本OKUMA公司的刀塔式数控车削中心。

图2. 工艺流程

图2. 工艺流程

刀塔式数控车削中心在工作台上安装动力刀塔,可以支持端面及径向的各种加工动作,通过动力刀塔的升降(Y轴功能)来完成车削件端面及径向的偏心及各种加工动作,加工完一个工序,刀塔旋转便会另外刀具来加工,以此来完成复杂的加工步骤,动力刀的数量可多可少,视机床的大小而定,刀塔会占用比较大的空间,另外在尾座的位置还可以加装副主轴,使加工更简化。

三、OP30介绍

OP30共有9个工步,它们分别是:探测前端面及桃尖(测头)、前面面倒角(1号刀)、粗车止推档两侧面(2号刀)、车相位孔轴颈(3号刀)、精车止推档右侧面(4号刀)、精车止推档左侧面(5号刀)、铣端面槽(6号刀)、钻相位孔(7号刀)和钻油孔(8号刀)。

OP30定位夹紧方式是:第五轴颈用三爪定位和夹紧,限制4个自由度,后端面用限位块定位,限制1个自由度,共限制5个自由度,加工时中心架在第一轴颈处起辅助支撑作用。加工前用测头探测前端面是为了确定轴向(Z轴)位置,用测头探测桃尖两侧面是为了确定角度(C轴)位置。

图3. 工艺尺寸

图3. 工艺尺寸

OP30的关键尺寸是止推挡宽度(见图3),具体工艺尺寸为:4±0.02毫米。止推档两侧面是由4号刀和5号刀精车而成。该尺寸的作用是控制凸轮轴在发动机中的轴向位置,防止凸轮轴在缸盖中发生窜动。

四、现状调查                                                              

2016年10-12月份Major凸轮轴工废率高达3%,远超正常指标。进一步进行统计后,发现OP30工废数量的占比最大,达到61.5%,所以选定“降低Major凸轮轴OP30工废率”作为攻关课题。

◆工废率统计

对Major凸轮轴OP30工废率进行了统计:2016年10月份为1.82%,2016年11月份为1.87%,2016年12月份为1.85%,平均值为1.85%。

◆工废类型统计

Major凸轮轴OP30的工废类型主要有:止推档宽度超差、止推面跳动超差、相位孔角度超差等。分别进行了统计,发现止推档宽度超差的占比最大,达到81.25%。

五、目标设定

把本次攻关目标设定为:Major凸轮轴OP30工废率≤0.40%。目标可行性分析:2016年10-12月份止推面宽度超差占OP30工废数量的比例为81.25%。如果解决该问题,由计算得知:OP30工废率可降低到0.347%(1.85%-1.85%×81.25%=0.347%)。考虑到一些不可预见因素,此次制定的目标值是可行的。

六、原因分析

运用头脑风暴法,针对止推挡宽度超差的原因,从刀具,设备,毛坯,工艺等方面进行分析,绘制了因果分析鱼刺图(见图4),共罗列了8个末端因素。

图4. 鱼刺图

图4. 鱼刺图
                         
七、要因确认

针对上述末端因素,制定了要因确认计划表(见表1),明确了具体的确认方法、确认标准、确认人和确认时间。确认过程如下:

表1. 要因确认计划表

表1. 要因确认计划表

末端因素1(刀具破损)的确认过程:仔细观察了已超刀具耐用度的4号刀和5号刀,它们的前刀面、后刀面、主切削刃、副切削刃以及刀尖处均没有出现破损痕迹。所以判定为非要因。

末端因素2(刀具拧紧力矩小)确认过程:在班前和班后分别检查了4号刀和5号刀的螺钉拧紧力矩,检测结果符合要求。所以判定为非要因。

末端因素3(原点偏置变化大)确认过程:操作机床,让机床内部的测头对同一工件的前端面进行了10次测量,Z轴原点偏置的变化量仅为0.002,重复精度符合要求。所以判定为非要因。

末端因素4(卡盘夹紧力小)确认过程:检查了4台机床(数控车削中心)的卡盘夹紧力监控表,显示值符合TPM点检要求。所以判定为非要因。

末端因素5(刀具进给量大)确认过程:把4号刀和5号刀的进给量由0.3mm/r降低为0.2mm/r,连续加工了100根凸轮轴,仍然出现了2根止推档宽度超差件。所以判定为非要因。

末端因素6(材料硬度大)确认过程:检查了凸轮轴毛坯的材料硬度,布氏硬度值为249,符合技术要求。所以判定为非要因。

末端因素7(刀具安全距离小)确认过程:仔细观察了所有刀具,发现3号刀和5号刀的刀体有磕碰痕迹,为此我们用CAD软件对这两把刀具进行了刀位轨迹模拟,3号刀和5号刀与凸轮轴桃尖的安全距离分别只有0.3mm和0.5mm,不符合安全距离的要求。所以判定为是要因。

末端因素8(残留飞边大)确认过程:检查了毛坯的外观质量,桃尖处残留飞边的高度在0.7-0.9mm之间,不符合技术要求。所以判定为是要因。

最终确认:刀具安全距离小和残留飞边大是导致凸轮轴止推档宽度超差的要因。

八、制定措施

针对上述两个要因,公司根据5W1H原则制定了要因对策表(见表2),明确了具体的对策、目标、措施、责任人和完成日期。

表2. 要因对策表

表2. 要因对策表

九、对策实施

◆对策实施一

将3号刀的轴向进给末端位置(刚车完相位轴颈时)由Z-167.5调整到Z-169.5。措施实施前3号刀刀体与凸轮轴桃尖的安全距离为0.3mm;措施实施后3号刀刀体与凸轮轴桃尖的安全距离为1.0mm(见图5)。2017年2月3日措施落实到位。

图5. 对策实施一

图5. 对策实施一

◆对策实施二

将5号刀的轴向快退末端位置(刚车完止推档侧面时)由Z-53调整到Z-52.5。措施实施前 5号刀刀体与凸轮轴桃尖的安全距离为0.5mm;措施实施后5号刀刀体与凸轮轴桃尖的安全距离为1.0mm(见图6)。2017年2月3日措施落实到位。

图6. 对策实施二

图6. 对策实施二

◆对策实施三

供应商100%打磨毛坯的残留飞边。措施实施前凸轮轴的外观质量不理想,凸轮轴桃尖处残留飞边的高度在0.7-0.9mm之间。措施实施后凸轮轴的外观质量明显改善,凸轮轴桃尖处残留飞边的高度小于0.5。2017年2月7日措施落实到位。

图7. 对策实施三

图7. 对策实施三

十、效果检查

1)对OP30的止推档宽度尺寸进行了过程能力分析和计算(N=100):Cpk值为2.10(见图8),大于1.33,满足过程能力的要求。  

图8. 过程能力分析报告

图8. 过程能力分析报告

2)2017年2-4月份Major凸轮轴OP30工废率显著下降,这里需要说明的是,3月13日Nse Major发动机项目按GPDP的节点完成了SOP,当月产量就超过万台,这为该项目的顺利开展做出了贡献。

3)以三个月的平均值来计算,Major凸轮轴OP30工废率由改进前(2016年10-12月份)的1.85%降低到改进后(2017年2-4月份)的0.35%,达到了攻关目标。

4)经权威部门的成本核算,在效果巩固期内(2017年2-4月份)共节约成本17,910元。

5)收获的无形效益是:调动了小组成员在工作中的积极性和主动性,提高了小组成员的质量意识和分析解决质量问题的能力,客户的抱怨随着质量的提升显著下降。

十一、巩固措施

1)将凸轮轴桃尖处残留飞边的检查项目纳入OP05的操作指导书中;

2)将止推档宽度超差的防范措施和处理流程纳入OP30的操作指导书中;

3)将3号刀和5号刀的切削参数优化内容写OP30的NC加工程序中。

十二、结束语

通过本次技术攻关,加深了对PDCA流程的认识,提高了质量管理的能力,增强了解决问题的信心。此外,公司已拟定“提高凸轮轴OP20换型效率”作为下次活动的课题。


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