杜炜
天津雷沃斗山发动机有限公司 天津市 300409
摘要：近年来，随着内燃机工业的发展，热效率高和经济性好的柴油机被广泛应用于工程机械、农用机械、船舶、汽车及机车等行业。作为动力机械的主动力源，柴油机在周期性的运行过程中，承受非常恶劣的周期性交变载荷，从而容易诱发柴油机产生比较剧烈的振动。本文对柴油机装配过程质量控制进行分析，以供参考。
关键词：柴油机；装配；质量控制
引言
我公司立式四缸柴油机的机体毛坯采用卧浇工艺，大缸芯采用碱性酚醛树脂砂制芯，砂芯重量沉，尺寸大。为降低制芯难度、简化芯盒结构，之前采用分体制芯工艺，即先对半片单独制芯，然后在下芯前将两个半片砂芯组装成一个整体大缸芯。
1概述
针对模态分析及模态测试的研究成果已经被广泛运用于工程机械设备及其零部件的振动控制中，且对机械设备进行模态分析，能得到所研究结构的模态固有属性(固有频率、振型及阻尼比)。为了使得该结构的固有频率能避开激励频率，通常可以通过避免共振，来有效控制结构的振动。而通过振型的分析，能有效发现结构的振动薄弱位置，继而可以对其结构进行优化设计，以减小其相对振动的产生。相关的工程实践也有效验证了上述理论研究结果。针对某四缸柴油机机体出现的振动问题，对所研究的机体结构进行了有限元模态及实验模态测试，有效地预测了机体结构的振动薄弱位置;某地铁齿轮箱进行了自由模态分析，并实现了仿真结果与测试结果的对标，从而更为实际地检验了该型齿轮箱设计的合理性;经过对某拖拉机驾驶室进行了自由模态分析，发现驾驶室低阶频率在发动机激励频率范围内，易引起共振，影响了拖拉机的舒适性。
2整体制芯工艺
2.1整体制芯工装
大型柴油机机体大缸芯的制芯都会依据工艺设计选择分体制芯或整体制芯工艺。在工艺条件允许的情况下，为保证产品尺寸精度，还是要优先选择整体制芯工艺。整体制芯工艺需要大型的砂芯制芯设备，价格昂贵；标准金属芯盒也存在重量大、结构复杂和价格高的问题。因此，开发适合的制芯工艺装备以满足整体制芯的要求是个不错的选择。大缸芯整体制芯工装的开发可以满足整体制芯的工艺要求，同时节省了大型制芯设备和芯盒工装的投入。但是工装的使用也存在好多不足：（1）芯盒结构复杂，制作费用相比其他手工芯盒高；（2）芯盒维修相对不便，拆卸难度大；（3）由于直线导轨在填砂过程中裸露在外，合模过程中辊道易磨损；（4）芯盒高度太大，芯盒填砂与芯砂紧实相对困难；（5）芯骨在落砂过程中容易损坏，回收率不高，使用成本高。
2.2芯骨
整体制芯工艺需要使用芯骨，芯骨使用的是外径70mm、内径50mm的钢管，贯穿整个砂芯。芯骨的作用除了加强砂芯的强度外，还有以下用途：（1）钢管上钻有小孔，用于浇注时收集芯砂的气体从砂芯的两端排出；（2）在大缸芯的上涂料工序，使用了专用的夹具加紧大缸芯两端芯骨的圆孔，可以对砂芯进行翻转刷涂料；（3）在组芯工序，使用下芯夹具对大缸芯进行下芯时，需要芯骨兼有下芯夹具对大缸芯的定位作用。在制芯填砂前需要对芯骨在工装中进行精确的定位。芯骨在工装中使用定位销进行定位。由于钢管内径是毛坯面，形状不太规则，因此需要将芯骨两端的内径加工一定深度。芯骨在使用过程中根据变形情况整修，进行回收再利用。
3柴油机装配仿真应用
3.1装配动作设置与仿真过程
关于装配动作的设置与仿真过程，是在建立装配线工艺布局模型的基础上，按照不同的装配工艺要求完成不同工序的动作操作。具体的动作类型包括了人工动作、工装动作等，动作的过程主要包括了运动顺序的调整和运动位置的变化，另外还包括运动的实践指标与速度指标的变化。
3.2基于CAD的整机三维数据模型导入
首先，在CAD软件中建立柴油机零部件模型，装配虚拟仿真前需要将整机、系统及零部件的CAD模型导入VDP软件中，运用虚拟显示系统以及CAD异构系统完成通信并实现CAD数据的导入和整合。确保模型文件从CAD环境数据实现到虚拟环境数据的导入。
3.3虚拟环境交互装配模式的顺序评估与优化
沉浸式的虚拟现实环境具有直观性强的典型特征，在具体的装配操作环节，需要逐个按照顺序完成零部件的装配操作，并分析不同装配操作的难度和使用性能。实现分析结果与装配顺序的合理规划和结合，以求取得最佳的装配顺序。避免产品出现错装和漏装的现象。
3.4装配过程人机工效分析
通过对人体模型工厂化定制，人体模型快速定义和人体模型物理学动作姿态等人机工程开展研究，评价并优化现场操作人员装配过程的可视化、可达性和舒适性，针对柴油机装配过程中涉及的人机因素（如装配所需时间、装配操作的舒适程度和安全性），以虚拟环境下人体模型模拟操作为依据，验证并分析装配空间、工具和装配行为对操作人员强度的影响，从而涉及出最优装配工位，为实际操作提供指导。
4典型零件的质量问题
发动机的进气系统、排气系统、冷却系统、润滑系统、燃料系统，一般由管道、橡胶圈、垫片等零件，依靠螺栓力矩夹紧，形成一个完整的密封系统。在发动机装配过程中，由于零件砂眼、夹渣、平面划伤、密封件装配不到位、清洁度差、螺栓力矩衰减等问题，极易造成漏水、漏油、漏气。
5基于FMEA的过程控制应用
5.1外形相似件
视觉防错是利用零件形状、标识等明显特征，利用高清摄像头进行识别和控制，可以大大提高生产效率和控制质量。如活塞装配机利用活塞环形状、上下表面、表面色标等不同识别零件的状态，将这些典型特征录入活塞环装配机中，实物与设备进行自动比对，当出现方向不一致时，设备利用声光报警防错提示操作者人员。二维码批次管理，主要适用于外围件价值较高零件和内腔关键零件。一般在零件表面打刻二维码（图号、批次、厂家代码），通过扫描仪识别二维码，与MES质量系统中的订单配置对比识别，若出现错装、漏装问题，进行提示报警，本工序无法流转，总成无法下线。
5.2旋转件
对于关键旋转件，如曲轴采用综合测量仪检测曲轴回转力矩和轴向间隙，工位设备报警提示，测量数据采集至MES质量信息系统。当出现摩擦力矩和间隙过大或过小，都说明装配质量问题，如漏装曲轴瓦、曲轴瓦装配不到位、摩擦副掉入异物、止推片漏装、止推片错装等。对于一般旋转件，如齿轮轴利用百分表检测间隙，手动旋转有无卡滞，并在后续工序按照一定的比例检验。
6基于MES质量系统和SPC统计控制
SPC(统计过程控制)是一种借助数理统计方法的过程控制工具。它对生产过程进行分析评价，根据反馈信息及时发现系统性因素出现的征兆，并采取措施消除其影响，使过程维持在仅受随机性因素影响的受控状态，以达到控制质量的目的。本文将SPC与MES系统融合，将MES系统大量离散数据分析，利用SPC（统计过程控制)跟踪和分析，识别特殊过程变差，是质量控制的重要环节。对装配过程连续性和离散型数据，分别采用Xbar-R和P图控制。
结束语
模态试验的目的主要是为了验证有限元模型的准确性，并以该模型作为后续减振优化分析的基础;利用模态试验的结果为有限元模态分析提供对标，并不断修正有限元模型，使其与实际整机结构相一致。
参考文献
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