柴油机机体铸造毛坯位置度检测装置设计

张志强，温 涛

（潍柴重机股份有限公司,山东潍坊 261108）

近几年，柴油机行业竞争激烈，各大柴油机制造商不断采用先进的工艺装备，提高生产效率，降低成本，加大产品的竞争力。以下介绍某柴油机机体铸造毛坯位置度检测工艺和装备。

该机体为直列6 缸结构，见图1，成品长、宽、高为1420 mm×520 mm×750 mm，铸造毛坯孔和面均留5 mm 加工余量，见图2。材料为灰铁，毛坯重980 kg。机体毛坯铸造完成后，需要检验各铸孔、面的位置精度是否合格，这是关键工序[2]，每批需要进行首检、抽检和完工检,以确保铸件质量，避免批量报废。传统的检验方法如下。

图1 机体铸造毛坯图

图2 机体后端面毛坯划线简图

（1）首先将机体划线部位涂上白粉，用行车吊起机体，观察窗侧面朝下，将机体放在划线平台上，用千斤顶找平机体，使主轴孔、上缸孔、凸轮轴孔、观察窗侧面和油泵侧面在两侧面方向加工余量均匀，然后分别划上述各孔、面的加工线。

（2）吊起机体，翻转90°，机体底面朝下，将机体吊放在划线平台上，用千斤顶和直角尺按上工步划线找直，使机体主轴孔、瓦口面、底面、顶面和凸轮轴孔的上下垂直方向加工余量均匀，然后分别划上述各孔、面的加工线。

（3）吊起机体，翻转90°，后端面朝下，再次放在划线平台上，用千斤顶找平后端面，使机体后端面、前端面、上缸孔和主轴孔档宽在前后端方向上加工余量均匀，然后分别划上述各孔、面的加工线。

（4）最后用游标卡尺检测划好的各孔、面的加工余量，如果在3～7 mm 之间，就是合格产品。

（5）该检测方法需要花费60 min。

这种检测方法缺点是需要行车多次吊装、吊卸、翻转，还需要操作者多次找平、找正、对尺，准备多个高针划线，导致生产效率低、成本高、劳动强度大。为了解决这三个问题，我们设计了这套机体铸造毛坯位置度检测装置，并进行了多次试验，取得了良好效果，现与大家一起探讨。

1 检测装置的设计方法

该装置的设计理念是轻便和准确。轻便是指装置的重量控制在一位工人能手动轻松装卸范围之内，操作简单方便，不用行车装卸，在车间现场就能检测；准确是指装置的各功能部件能准确反映机体毛坯状况，并且每一部分设计都有根据。

（1）主轴孔是机体最重要的孔系，是机体的设计基准。所有的孔、面的位置精度都是以机体两端主轴孔的公共轴线为基准[3]设计的，如上下缸孔、凸轮轴孔和瓦口面、底面、顶面、两侧面、两端面。该装置设计也遵循了这一原则。

（2）该装置外形为矩形框架结构，主体选用钢材焊接，装置长、宽、高为1470 mm×520 mm×540 mm，重约13 kg，见图3。

图3 检测装置侧面视图

（3）在机体底面上，用4 个划线块支撑整个框架，这4 个划线块上都有1 个微调螺栓，调整装置上下移动。划线块用两定位销定位，并用螺栓固定在框架上,这4 个划线块确定底面、两侧面、两端面位置，两端划线块间距为1440 mm，保证机体毛坯面与划线块单边有5 mm 间隙，确保正常装卸，见图4。

图4 检测装置俯视图

（4） 机体毛坯主轴孔为∅155 mm（成品∅165H7）的半圆孔，主轴孔样板设计为∅145 mm、厚度10 mm 圆盘，在第1（前端）和第7（后端）主轴孔处各一，用∅20 mm 钢管连接，这两个圆盘的公共轴线为整个装置的设计基准。

（5）在主轴孔两侧，布置两个主轴孔划线块，用两定位销定位，并用螺栓固定在支架上，支架与框架连接，见图5。后端左侧划线块设计图见图6，这两个划线块确定主轴孔和瓦口面位置，前端和后端各布置一对，两端划线块间距和上面（3）中描述一样，同样为1440 mm。

图5 检测装置后端面视图

图6 检测装置后端左侧划线块设计图

（6）机体毛坯下缸孔为∅175 mm（成品∅185H7），下缸孔样板设计为∅155 mm、厚度3 mm 圆盘，在第1、3、5 缸分别布置1 个，用∅10 mm 圆钢与框架连接。

（7）第1、7 主轴孔档宽两侧需要加工，其余档宽不需加工。因此，在第2、3、5、6 档各布置1 个挡宽样板，宽度与毛坯一样均为50 mm，厚度3 mm，用∅10 mm 圆钢与框架连接。

（8）该装置制作完成后，需要放在精加工好的机体上校验，校验合格后才能投入使用。

2 检测装置尺寸公差和形位公差的选用

因该装置是一个针对机体毛坯位置度的检测装置，并且采用矩形框架结构，考虑到经济效益和制造难易程度，在满足检测功能的前提下，选取最经济的公差，一般选9～10 级精度。

（1）两主轴孔样板直径公差选取∅145 mm±0.05 mm，二者同轴度取∅0.20 mm。

（2）4 个划线块组成平面的平面度选0.25 mm，8 个划线块的每个划线面对两主轴孔样板基准（A-B）的位置度均为0.20 mm，各个划线面间距公差为：主轴孔165 mm±0.05 mm，底面和瓦口面间距160 mm±0.10 mm，两侧面间距520 mm±0.10 mm，前后端面间距1420 mm±0.15 mm，需要特别说明的是，每对划线面的间距需要配磨划线块对应的划线面才能达到要求[4]。

3 检测装置的使用方法

（1）机体底面朝上，将机体划线部位涂上白粉，操作者手提装置，轻轻将其放在机体底面上，两端、两侧确定好位置，调整装置顶面上4 个微调螺栓，使4 个面与底面大体平行。

（2）沿着前后端方向轻轻移动装置，观测1、3、5 缸孔样板位置：保证该方向样板与下缸孔的间距相等，再观测2、3、5、6 主轴孔档宽样板的位置，保证样板与档宽位置重合。

（3）沿着两侧方向轻轻移动装置，观测1、3、5缸孔样板位置，保证该方向样板与下缸孔的间距相等。测量第1 和第7 主轴孔样板与机体主轴孔左、右间距，如果在3～7 mm 之间，证明缸孔对主轴孔位置度合格，并做好记录。

（4）轻轻调整装置顶面上4 个微调螺栓，使该装置在上下垂直方向轻微移动，观测第1 和第7主轴孔样板，保证样板下部和主轴孔间距与左右方向上相等，即形成一个等宽的半圆环间隙。

（5）划两端主轴孔线、瓦口面线、底面线、划两端两侧面线，划两侧两端面线。

（6）轻轻抬起装置，将其放在专用架子上，测量各孔、面的加工余量，在3～7 mm 为合格。测量瓦口面线与凸轮轴孔垂直距离，在290 mm±2 mm 范围为合格，测量瓦口面线与顶面垂直距离，在595 mm±2 mm（含顶面5 mm 加工余量）范围为合格。

（7）在检测中，如果满足多孔、面合理的加工余量时出现困难，需要相互借用，根据各孔、面功能的重要性，优先满足的顺序是：主轴孔→瓦口面→下缸孔→底面→凸轮轴孔→两端面→两侧面→档宽→顶面。如果借用也不能满足要求，就可能出现不合格品，应立即分析、查找原因并改正。

（8）该检测方法需要花费15 min。

4 经济效益计算

该装置制造费用为2600 元，费用按3 年折旧完成，每年按251 个工作日、每天两班14 h 工作制计算，该装置的点值为P：

（1）用传统的方法检测需要工时60 min/件，点值为51 元／h，单件生产成本为C1：

（2）用该装置检测需要工时15 min/件，因不用行车装卸，点值变为45 元／h，单件生产成本为C2：

即生产成本降低了77.8%，生产效率提高了75%。

5 结语

机体毛坯位置度检测工序，是铸造工艺重要的环节，要求我们工艺师不断地完善工艺，采用先进的工艺装备，提高生产率，降低成本。从上面的计算可以看出，使用装置检测机体，每件仅仅增加了0.25 元的成本，但生产效率提高了75%，生产成本降低了77.8%，可见使用先进工艺装备的重要性。该装置可以推广到机体的冷加工工艺，在划线工序中使用。