梁海波 黃知立

（廣西康明斯工業(yè)動(dòng)力有限公司 廣西柳州）

一、簡(jiǎn)介

發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋螺栓擰緊機(jī)采用Atlas 52軸電動(dòng)全自動(dòng)擰緊設(shè)備（應(yīng)用于兩種機(jī)型，自動(dòng)切換，每種機(jī)型使用26根軸，多軸同時(shí)擰緊），擰緊精度可以達(dá)到3%～5%。螺栓擰緊使用的是先進(jìn)的力矩+角度控制法，有效控制了擰緊的力矩；所有缸蓋螺栓同時(shí)擰緊還可以防止出現(xiàn)虛假力矩的現(xiàn)象。通過先進(jìn)的NGMES制造系統(tǒng)，該擰緊設(shè)備可以根據(jù)所裝配的發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)自動(dòng)選擇相應(yīng)的程序并自動(dòng)判斷擰緊結(jié)果，收集擰緊數(shù)據(jù)并通過Atlas公司的Toolsnet軟件進(jìn)行監(jiān)控和分析。

動(dòng)作過過程：預(yù)擋料工位擋料→判斷托盤姿態(tài)→讀碼、機(jī)型判別→預(yù)擋料工位放料的同時(shí)，L或B擰緊頭橫移到位→擋料氣缸擋料→擋料位托盤精確到位→檢測(cè)工件有無(wú)→讀碼→二次定位、托盤頂靠→擰緊頭下降到位→缸蓋楔緊→擰緊→擰緊頭上升到位→放料，有效的保證發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋上的每一個(gè)螺栓都能達(dá)到290 N·m。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋螺栓擰緊機(jī)總圖

二、問題

2013年投產(chǎn)后，一年半的時(shí)間里，缸蓋螺栓擰緊機(jī)發(fā)生故障89次，停機(jī)時(shí)間達(dá)到110 h，其中套筒崩裂，認(rèn)帽不到位出現(xiàn)46次，更換新套筒34根。嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)每周都要更換套筒的情況，同類問題頻發(fā)故障率高；嚴(yán)重影響到生產(chǎn)線的OEE，較低的MTBF成為發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線的瓶頸工位，需要全面整改和調(diào)整。

1.設(shè)備故障分析

缸蓋螺栓擰緊機(jī)的擰緊要求是290 N·m，這是一個(gè)相當(dāng)大的數(shù)值，這就要求必須有良好的套筒和設(shè)備精度，通過近1個(gè)月的反復(fù)性的試驗(yàn)與對(duì)比，分析數(shù)據(jù)后得知，主要的問題出現(xiàn)在2個(gè)方面。

（1）套筒本身的材料選擇與工藝處理上，原來(lái)的套筒是長(zhǎng)桿套筒，長(zhǎng)度達(dá)到了400 mm，本身就是一個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)的套筒，熱處理后硬度達(dá)到了，但韌性不足，力矩過大或者認(rèn)帽時(shí)精度稍有偏差，就會(huì)出現(xiàn)套筒裂開或滑牙的情況。

（2）設(shè)備本身由于設(shè)計(jì)的失誤造成擰緊軸與擰緊套筒裝配完成后的同軸度偏差過大，實(shí)際生產(chǎn)中認(rèn)帽，由于是單軸承的用于定位擰緊軸，擰緊軸在擰緊過程中B端徑向圓跳動(dòng)量達(dá)到0.25 mm（使用百分表測(cè)量），經(jīng)常性出現(xiàn)無(wú)法認(rèn)帽（圖2、圖3），或者勉強(qiáng)認(rèn)帽后，擰緊套筒塑性變形量過大，套筒桿長(zhǎng)，降低擰緊軸的使用壽命或直接造成套筒崩裂。更換時(shí)由于要拆掉整個(gè)擰緊軸，風(fēng)險(xiǎn)高，操作不便，而且更換頻率高，單次更換時(shí)間較長(zhǎng)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)線 Downtime和MTTR。

圖2 改進(jìn)前CAD簡(jiǎn)圖

2.設(shè)備整改方案

圖3 改進(jìn)前現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物圖

（1）擰緊套筒的材料采用是鉻鉬鋼，鉻釩鋼等，特殊制造工藝，尺寸精度高，質(zhì)量可靠，高溫加工性能好，加工后美觀，可深度淬火，沖擊有吸收性能好?？蛇B接直徑16～40 mm的HRB335級(jí)和HRB400級(jí)帶肋鋼筋或擰緊軸。采用電泳或鍍鉻的表面處理方式。有效的保證套筒在有一定硬度的同時(shí)，還有一定的韌性，盡可能延長(zhǎng)長(zhǎng)桿套筒的使用壽命。

（2）至于設(shè)備的精度方面，將原來(lái)的1根長(zhǎng)套筒變成2根標(biāo)準(zhǔn)的短套筒C，D相連接（圖4、圖5），使用定位套配兩個(gè)定位軸承的方式，采用自下向上的安裝方式，提高擰緊軸C與導(dǎo)向定位套的的同軸度，在定位孔位置度一定的情況下，實(shí)際擰緊過程中有效的減小D端的徑向圓跳動(dòng)量（由原來(lái)的0.25 mm降低到0.1 mm以內(nèi)），大大減小了套筒D由于定位不準(zhǔn)在認(rèn)帽過程中裂開的可能性。即使出現(xiàn)裂開的情況，套筒D可以輕松拆下并更換，不需要拆開整個(gè)擰緊軸，工作效率提高，Downtime和MTTR降低。

圖4 改進(jìn)后CAD簡(jiǎn)圖

3.效果驗(yàn)證

改進(jìn)質(zhì)量高，數(shù)據(jù)可靠（290±2 N·m）。整改完成后，實(shí)線連續(xù)運(yùn)行6個(gè)月，無(wú)一根套筒崩裂的情況發(fā)生，連續(xù)9個(gè)月的時(shí)間，因套筒故障停機(jī)次數(shù)為2次，且全部是因?yàn)樘淄材p失效造成，更換套筒的維修時(shí)間由原來(lái)的30 min直降到 5 min，設(shè)備OEE直線上升，徹底擺脫“瓶頸工位”的帽子。

三、總結(jié)

圖5 改進(jìn)后現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物圖

擰緊技術(shù)在擰緊機(jī)中的實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況，選擇合適的套筒材料及熱處理，特別是長(zhǎng)桿套筒要盡可能的減小由于熱處理后的套筒翹曲引起的徑向跳動(dòng)量，同時(shí)注意熱處理或端面處理的工藝，保證套筒的綜合力學(xué)性能。

擰緊機(jī)的裝配，特別是長(zhǎng)桿套筒的裝配，需要在設(shè)計(jì)階段就要考慮到裝配的精度，盡可能的減小由設(shè)計(jì)上的失誤或不合理帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，要理論與實(shí)際相對(duì)照，從歷史數(shù)據(jù)中汲取經(jīng)驗(yàn)并找到成本與質(zhì)量的平衡點(diǎn)。