變速器殼體的工藝研究及效率提升
2022-11-2 來源：陜西法士特齒輪有限責任公司 作者：李洛鋒
因市場原因，某變速器殼體初始設計產能較低，在汽車市場持續增長的情況下，其設計產能已顯不足。為了搶占市場先機，因追加投資周期長，從產品設計、工藝開發、生產制造等方面對生產線進行優化，提升該零件的生產效率。
一. 改進前的情況說明
法士特齒輪有限責任公司的一種殼體設計兼容了變速器殼體、離合器殼體的功能，該零件設計復雜，加工內容多，工序設置較長，導致存在以下問題 :
1）個別工序的加工內容較多，節拍過長，與其他設備不能平衡。
2）生產線存在搖臂鉆，影響操作人員的勞動力釋放。
3）人員數量與設備數量的配比不合理，影響產線的能力。
二. 原因分析
通過對產品的設計、工藝開發、生產加工等方面的分析，發現原有工藝存在較多問題，具體如下 :
1）不合理設計，增加工藝難度及加工節拍，影響產能。
2）工藝思路較為落后，存在手動操作設備，操作人員的有效時間不能釋放，影響其他設備的開動時間，降低整條生產線的設備利用率。
3）刀具的應用及加工參數的設置不夠合理。
三. 改進措施的研究與應用
1. 產品設計
針對圖樣中存在的設計問題，與設計者溝通，對產品圖樣的設計進行合理化改進，示例如下 :某孔孔徑要求 φA（H9），經查該孔無需如此精度，通過設計變更將尺寸改為自由公差，改進后效果見表 1。
表 1 某孔加工工藝改進
2. 工藝排布合理化
原工藝的工序冗長，部分工序使用搖臂鉆，操作者的勞動強度較大。
主要通過以下工作完成工藝精簡 :
（1）通過定制刀具實現工序縮減 锪孔工序由搖臂鉆加工合并至立式加工中心加工，提升了加工質量，降低了操作者的勞動強度，并實現工藝精簡。
（2）通過工藝改進減少工序該殼體需安裝一種鋼套，通過工藝試驗并設計安裝夾具，實現工序精簡，具體對比見表 2，夾具實物如圖 1 所示。
表 2 工序改進前后對比
圖 1 夾具
（3）角度頭的應用 斜面上的螺紋孔由搖臂鉆加工（見圖2）改為立式加工中心加工（見圖3）。
圖 2 搖臂鉆加工螺紋孔
圖 3 立式加工中心加工螺紋孔
（4）工藝調整壓縮工序 通過設計液壓夾具，調整加工內容，將兩序加工內容合并為一序，為瓶頸工序省出一臺立加，提升了該線產出，具體見表 3。
表 3 工藝調整改進
通過以上工藝排布的合理化改進，使該生產線的工序簡化，具體見表 4，且為瓶頸工序增加一臺設備，大幅提升了整線的加工效率。
表 4 生產線改進前后工序對比
3. 新刀具的應用
1）原工藝某孔使用國產鉆頭，進給為 250mm/min，使用進口鉆頭后，進給為 900mm/min，切削效率提升 3 倍多。
2）新概念銑刀的應用。某品牌銑刀改變了傳統銑削方式及理念，大幅提升加工效率 ; 較傳統刀具減少了刀片的使用數量，并大幅提升了刀片壽命，成本大幅降低。切削參數及加工時間見表 5。
表 5 更換刀具前后效果對比
4. 刀具數量優化
在機械加工過程中，每多一個動作，則切削效率會受到影響，為此，需從刀具數量方面進行優化。
1）原工藝對孔口倒角均使用倒角刀加工，使用復合刀具取消倒角刀，加工時間可優化約2min。
2）原圖樣要求油孔為 φC，將該孔與螺紋孔的底孔統一，則在加工時少使用一把刀具。
5. 程序優化
1）利用現有刀具進行試驗，確定其合理的切削參數區間，對現有鏜刀、鉆頭、絲錐等常規刀具進行優化（見圖 4）。
圖 4 刀具進給優化前后對比
2）對程序中的刀具行走路徑進行優化，并對刀具安全距離由原程序的 15mm 減少為3mm，有效減少刀具的無效運動距離。
3）原程序使用 G83 深孔循環加工某孔，通過更換刀具及調整機床切削液的壓力，使用鉆孔循環 G81 加工。
四. 改進的效果
1. 效率提升成果
通過以上改進，瓶頸工序的加工節拍（含加工和裝夾時間）由原工藝的 20min/ 件縮短至10min/ 件，將該生產線的產能由 1.8 萬件 / 年提升至 3.6 萬件 / 年，大幅提高了該線的生產能力。各個改進點對效率的貢獻比率如圖 5 所示。
圖 5 效率提升成果
2. 成本降低成果
該生產線整體投資為 800 余萬元，按照 10年折舊計算，平均每年折舊 80 萬元。
（1）設備折舊成本 改進前單件設備折舊 :80 萬元/1.8萬件=44.4元/件;改進后單件設備折舊:80萬元 /3.6 萬件 =22.2 元 / 件。單件設備折舊成本節約 :44.4 -22.2 =22.2 元 / 件。
（2）人員成本 改進前單件人工成本 :（8萬元/人×6 人）/1.8萬件 =33.3（元/件）; 改進后單件人工成本:（10萬元 /人×6 人）/3.6 萬 件=16.7（元/件）。單件人工成本節約 :33.3 -16.7=16.6（元 / 件）。
（3）刀具成本 根據刀具對比試驗，所得刀具成本節約 1.63 元 / 件。
單件成本節約22.2+16.6+1.63 =40.43（元/件）。
五. 結語
該變速器殼體生產線的工藝改進，有效地解決了設計產能不足的問題。既為公司節省了一筆可觀的投資，又及時搶占了市場高速增長的橋頭堡，為公司發展戰略夯實了基礎。
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