許鎮(zhèn)海，劉禮婷

（1.中車株洲投資控股有限公司，湖南 株洲 412000；2.中車株洲電力機(jī)車有限公司，湖南 株洲 412000）

引言

在日常生產(chǎn)過程中，經(jīng)常遇到空心細(xì)小、形狀特殊等產(chǎn)品，但缺乏高效的快速生產(chǎn)制造方法。在生產(chǎn)過程中，通常有加工質(zhì)量差、固定難度大等問題。為保質(zhì)保量且高效地實(shí)現(xiàn)此類產(chǎn)品的加工，迫切需求找到一種先進(jìn)的加工方法。本論文將以幾個(gè)典型案例為例對工裝設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)用進(jìn)行全面講解。

1 空心小件產(chǎn)品的加工

刮雨器安裝法蘭是160KM 客運(yùn)機(jī)車的產(chǎn)品，厚度為10 mm，材質(zhì)為Q345B。工藝流程為先激光下料且在四個(gè)孔的中心位置用激光劃十字架，再進(jìn)行鉆孔、攻絲，銑反面三邊坡口、正面全周邊沉臺(tái)。在加工全周邊沉臺(tái)時(shí)，由于中間是空心的細(xì)小工件，使用普通壓鐵進(jìn)行夾緊時(shí)產(chǎn)品容易變形，影響產(chǎn)品質(zhì)量。加工全周邊沉臺(tái)需要兩次裝夾，兩次加工，工效無法滿足生產(chǎn)進(jìn)程。

1.1 加工工藝問題

改進(jìn)前工藝流程為先進(jìn)行鉆孔、攻絲，再銑反面三邊坡口、正面全周邊沉臺(tái)（如圖1）。原工序順序有以下缺陷：洗沉臺(tái)時(shí)刀片擠壓導(dǎo)致M8 螺紋孔有毛刺，精整后會(huì)有鐵屑掉入螺紋孔內(nèi)，需要清理。這不僅影響螺紋孔的質(zhì)量，還增加工序及增大工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖1 產(chǎn)品加工圖（單位：mm）

加工難點(diǎn)是保證產(chǎn)品正面內(nèi)腔周邊寬度為5 mm 凸臺(tái)的對稱，以及3 mm 沉臺(tái)和2 mm 坡口鈍邊尺寸。

1.2 改進(jìn)前的質(zhì)量工效問題

1）質(zhì)量合格率低：最初采用的是傳統(tǒng)壓鐵進(jìn)行裝夾（如圖2）。加工過程中，由于工件為內(nèi)空心件，壓鐵壓緊時(shí)會(huì)有一定的變形，且需要兩次裝夾，導(dǎo)致沉臺(tái)平面度無法保證，接刀處有0.1～0.5 mm的接刀痕，一次性加工質(zhì)量合格率僅為88%。

圖2 改進(jìn)前裝夾

2）工效低：由于需要兩次裝夾，兩次加工，相對應(yīng)的走刀路線也需要兩次，且產(chǎn)生的接刀痕需用拋光砂輪進(jìn)行精整，因此每個(gè)班次只能加工8 件坡口和沉臺(tái)。

1.3 工裝設(shè)計(jì)制作

1.3.1 工裝設(shè)計(jì)

根據(jù)刮雨器法蘭形狀和加工工藝，以制作低成本、使用高效率為原則制作一套專用工裝。

工裝分為配套的下模定位塊與上模壓緊塊。下模用兩個(gè)錯(cuò)位的Φ22 孔進(jìn)行定位，上模用四個(gè)螺桿進(jìn)行壓緊；預(yù)留與下模定位孔相對應(yīng)的Φ36 工藝孔，保證與定位螺栓不干涉，孔寬度的位置與工作臺(tái)T型槽一致。外形尺寸根據(jù)工件內(nèi)腔尺寸整體周邊放量3 mm，在上模下方與下模上方的周邊按工件外輪廓尺寸加工一個(gè)2 mm 沉臺(tái)（如圖3）。

圖3 工裝設(shè)計(jì)圖（單位：mm）

1.3.2 工裝制作

準(zhǔn)備厚度為10 mm的板料，按照設(shè)計(jì)圖要求用激光下料上、下模外輪廓和所有孔；用數(shù)控銑在上模下方與下模上方的周邊按工件外輪廓尺寸加工一個(gè)2 mm 沉臺(tái)，沉臺(tái)長度尺寸為mm，寬度尺寸為mm，以保證與工件間隙配合。準(zhǔn)備六個(gè)M20的T型螺母與對應(yīng)長度的M20 螺栓。

1.4 改裝效果

新工裝制作并使用后，使產(chǎn)品一次性加工合格率從88%提升到96%，最終提升到99.9%。工效從每個(gè)班次8 件到12 件再到30 件，總計(jì)提升275%。

2 窗框蒙皮類產(chǎn)品的加工

2.1 存在的問題

以電力機(jī)車諧號HXD1 和神華八軸電力機(jī)車為例，各類窗框蒙皮存在數(shù)量多、種類多、產(chǎn)品尺寸不一致的現(xiàn)象，工件外觀整體為方形，工件均為3 mm板材，加工角度為3°，直邊不留鈍邊。

傳統(tǒng)方式機(jī)床加工效率低，費(fèi)時(shí)又費(fèi)力；如果采用速成方式（人工打磨），加工效率高，產(chǎn)品質(zhì)量低。前期使用的兩種方式均不能高效、輕松地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)。為提高產(chǎn)品的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)批量高效生產(chǎn)，讓刀具、刀片、機(jī)床被完全利用，需要進(jìn)行攻關(guān)來提升加工效率。

2.1.1 攻關(guān)前加工方法

1）傳統(tǒng)方法：一般在生產(chǎn)任務(wù)不緊張的情況下，如果使用機(jī)床單件加工，需要2 個(gè)人配合完成，每班次只能加工40 件，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

2）速成方法：一般在生產(chǎn)任務(wù)緊張的情況下，安排1 人使用風(fēng)動(dòng)砂輪機(jī)來完成正常的生產(chǎn)打磨長直邊30°坡口，每班次也只能加工40 件，工作強(qiáng)度大。

2.1.2 攻關(guān)前存在的問題

1）產(chǎn)品質(zhì)量無法保證：打磨的產(chǎn)品質(zhì)量（坡口角度）全靠員工經(jīng)驗(yàn)來保障，且每件均要使用角度尺核對角度，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，有坡口磨卷邊的風(fēng)險(xiǎn)。

2）現(xiàn)場環(huán)境條件差：打磨過程中灰塵四濺，對環(huán)境有污染，且影響員工身體健康。

2.2 工裝設(shè)計(jì)制作

2.2.1 制作靠模

按照圖紙要求，用30°可轉(zhuǎn)位成型刀具加工兩塊規(guī)格一樣、一面為30°的靠模（見圖4），利用平行四邊形原理使其能多塊錯(cuò)位加工，保證錯(cuò)位位移量為1.7 mm，既能保證加工角度，也能提高機(jī)床加工效率。

圖4 成型刀具加工出來的標(biāo)準(zhǔn)靠模

2.2.2 產(chǎn)品的定位加工過程及效果

定位是以30°坡口邊為定位基準(zhǔn)，一次性可碼垛3 件（電磁吸力足夠），錯(cuò)位擺放之后加工出來的產(chǎn)品完全符合產(chǎn)品要求，極大提高了加工效率。通過結(jié)合畫圖測量，以及利用三角函數(shù)計(jì)算得出每層錯(cuò)位數(shù)值為1.7 mm，在允許的偏差內(nèi)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

2.3 工裝使用效果

1）效率提升。攻關(guān)后相較于攻關(guān)前每班次加工效率提升100%。

2）人工成本得到節(jié)約。按照80 臺(tái)車計(jì)算，每臺(tái)車14 件，總數(shù)有1 120 件。攻關(guān)前每班加工40 件坡口，需要28 個(gè)班次；攻關(guān)后后每班可加工80 件坡口，需要14 個(gè)班次。攻關(guān)前后共節(jié)約人工成本2 661.12 元（詳見表1）。

表1 攻關(guān)前后節(jié)約人工成本

3）耗材成本得到節(jié)?。汗リP(guān)前按照80 臺(tái)車1 120件計(jì)算，每個(gè)班次加工80 件，以前每個(gè)班次會(huì)耗費(fèi)10 片左右砂輪片，因此每班次消耗砂輪片的成本約31.75×10=317.5 元，1 120 件需要28 個(gè)班次，80 臺(tái)車的蒙皮需要花費(fèi)的成本是28×317.5=8 890 元。攻關(guān)后按照80 臺(tái)車1 120 件計(jì)算，去除毛刺五個(gè)班次需要1 片，總共需要28 個(gè)班次，大概6 片左右，80臺(tái)車的蒙皮需要花費(fèi)的成本是6×31.5=189 元。節(jié)約耗材成本8 890-189=8 701 元。

總節(jié)約成本=節(jié)約人工成本+節(jié)約耗材成本=8 701+2 661.12=11 362.12 元。

3 小產(chǎn)品鉆孔攻絲

3.1 存在的問題

以電力機(jī)車車體底架組件為例（如圖5），該產(chǎn)品定位尺寸較高，為異形塊狀焊接件，按照圖紙要求需要在三處焊接塊上鉆孔、攻絲。然而鉆孔、攻絲均存在不變裝夾的問題。同時(shí)產(chǎn)品本身是焊接件，內(nèi)部組成由于受熱，可能會(huì)導(dǎo)致部分金屬相性變化，且焊接后打磨平整度不高；在批量生產(chǎn)中，還是只能按“上壓下固定”的方法加工，雖然對鉆孔沒有多大的影響，攻絲卻存在很大困難，攻絲前需要松開夾具，將產(chǎn)品雙面倒角（方便絲錐排屑）完后，再重新固定后攻絲。這種工藝方法不僅生產(chǎn)效率低下，而且對于絲錐的消耗也很大，操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度高。

圖5 車體底架組件

現(xiàn)階段生產(chǎn)該底架組件，在鉆孔、攻絲過程中，脫絲問題時(shí)有發(fā)生（基本上集中在螺紋的第8—13扣），雖可以滿足生產(chǎn)進(jìn)程，但支架螺紋孔攻絲合格率只能達(dá)到70%。產(chǎn)品質(zhì)量的不穩(wěn)定致使生產(chǎn)成本、加工成本難以控制。

現(xiàn)階段鐵八/神華項(xiàng)目中的底架組件在加工過程中如繼續(xù)使用前期鉆孔的工裝（如圖6），無法完成攻絲工序，原因一是該鉆孔工裝只能適應(yīng)鉆孔工序，攻絲會(huì)撞鉆夾頭；二是由于產(chǎn)品較?。?0 mm×36 mm），會(huì)造成夾具干涉。

圖6 自制的鉆孔工裝和裝夾方式

3.2 工裝設(shè)計(jì)制作

1）根據(jù)存在的加工問題，設(shè)計(jì)一套裝夾方便、能保質(zhì)保量的工裝；

2）編制加工工藝：鉆孔（底孔，俗稱落刀孔，也是后面的攻絲出刀孔）、銑孔（螺旋式加工，按產(chǎn)品外觀尺寸加工）、銑沉臺(tái)孔（方便拿出、放置）、攻絲（詳見圖7）；

圖7 工裝制作流程

3）固定和安裝新工裝，試驗(yàn)加工產(chǎn)品。

3.3 工裝使用效果

原采用鉆床先鉆后換工裝再攻絲時(shí)，每人每班次能加工40 件。運(yùn)用“創(chuàng)新攻絲機(jī)+自制專用工裝（單頂多件式）”后，工效提高到每人每班次加工120件，相較于在傳統(tǒng)法上提升了200%。數(shù)據(jù)對比見表2。

表2 創(chuàng)新攻絲機(jī)+自制專用工裝與傳統(tǒng)加工人工成本對比分析計(jì)算

原采用鉆床先鉆后換工裝再攻絲時(shí)，每攻絲完40 件需消耗15 根絲錐（含板料不平導(dǎo)致斷裂）。改為用“創(chuàng)新攻絲機(jī)+自制專用工裝（新操作法）”后，一個(gè)班120 件產(chǎn)品，絲錐消耗降至15 根。數(shù)據(jù)對比見表3。

表3 創(chuàng)新攻絲機(jī)+自制專用工裝（新操作法）與傳統(tǒng)加工成本對比分析

總節(jié)約成本=節(jié)約人工成本+節(jié)約耗材成本=3 991.2+10 358.6=14 349.8 元。

4 結(jié)論

本文主要從3 個(gè)不同案例進(jìn)行分析對比、總結(jié)，分析了特殊產(chǎn)品的加工工效提升方法及創(chuàng)新工裝的制作思路，通過制作專用工裝，解決特殊產(chǎn)品無法快速優(yōu)質(zhì)批量生產(chǎn)的問題。

該方法已固化到多種小型產(chǎn)品的機(jī)械加工工藝中，且嚴(yán)格按照機(jī)械加工工藝卡片執(zhí)行，此方法推廣范圍廣，后續(xù)所有機(jī)車車型中小型產(chǎn)品的加工都可以運(yùn)用此方法。