10分でわかる：シリンダーヘッドの工程、治具、および生産ライン技術

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転載：エンジンの主要な部品の一つがシリンダーヘッドであり、部品自体は小さいものの、構造が複雑で壁厚が薄く不均一であり、加工すべき箇所も多い。特に複数の平面や穴列があるため、加工が非常に困難である。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20190122/ebc0d937a77e43a6821f1c710171ad1d.jpegエンジンのシリンダーヘッド加工技術に関する分析# |5 Y/ s- S+ p+ Q6 V シリンダーヘッドの部品にある各加工面のうち、平面の加工精度は比較的容易に保証できるが、高い精度が求められる支持穴の加工精度や、穴同士、穴と平面との間の相対的な位置精度は保証しにくい。シリンダーヘッド部品の技術的要求は、主に以下のようにまとめられる。1.主要な平面の形状精度と表面粗さ　シリンダーヘッドの主要な平面は組立ての基準となり、また多くの場合、加工時の位置決め基準ともなるため、高い平面度と低い粗さ値が求められる。そうでなければ、シリンダーヘッドの加工時の位置決め精度に直接影響を及ぼし、さらにシリンダーヘッドとエンジンベースの組み立て時の接触剛性や相対位置精度にも悪影響を与える。一般的なシリンダーヘッドの主要な平面の平面度は0.1～0.03mmで、表面粗さはRa2.5～0.63μmです。また、各主要な平面が組立基準面に対して持つ垂直度は0.1/300.2です。穴の精度、表面粗さ、および主要な穴や平面同士の位置精度については、一般的なシリンダーヘッドの穴の寸法精度はIT6であり、円形度や円筒度の公差は穴径の公差の半分を超えません。表面粗さの値はRa0.63～0.32μmです。その他の寸法精度はIT7～IT6で、表面粗さはRa2.5～0.63μmです。各穴間の穴間隔の公差は0.12～0.05mmで、平行度の公差は穴間隔の公差よりも小さくなければならず、一般的に全長において0.1～0.04mmとする。同一軸上の主要平面間および主要平面同士の垂直度公差は0.1～0.04mmです。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20190122/8066bac75f4d46148f455d8985a32ed3.jpeg▲エンジンのシリンダーヘッドの各表面に対する加工要件と加工方法、およびシリンダーヘッド用の専用治具の事例。部品の加工品質を確保するためには、専用治具を設計する必要があります。ここでは、いくつかの異なる加工状況を例に挙げます：①精度要求：±0.01mm　使用する工作機械：横型マシニングセンター　ピン穴による位置決めhttp://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20190122/a9b0b96644ff44eaa3462a3112403c8f.jpeg②精度要求：±0.01mm　使用する工作機械：横型マシニングセンター　ピン穴による位置決め、二段階式治具http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20190122/dafe477142874b8e9b0ab7c860f9ae43.jpg③精度要求：±0.01mm　使用する工作機械：二軸式横型マシニングセンター　ピン穴による位置決め、二段階式治具http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20190122/7f871b6846084519bbfff26ec3533393.jpg④精度要求：±0.01mm　使用する工作機械：横型マシニングセンター　ピン穴による位置決め、多種多様な製品に対応可能http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20190122/5e276381f9ce4b67b75663a3901c9491.jpg⑤製品の説明と特徴：精度要求：±0.01mm　使用する工作機械：二軸式横型マシニングセンター　ピン穴による位置決め、四段階式治具http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20190122/1567d5fabac24c7a8c37d19932cc82e2.jpgシリンダーヘッドの生産ラインにおける技術の活用と事例1 L8 Z6 J7 I% E) \' q" T 現在、自動車のエンジンにおけるシリンダーヘッド、シリンダーブロック、トランスミッションケース、クラッチハウジングなどの部品の加工においては、高速マシニングセンターを搭載したフレキシブルな生産ラインが、従来の自動化ラインに取って代わっています。高速マシニングセンターは、自動車のエンジン部品の加工において最も重要な装置となっています。企業は全体の生産ラインを視野に入れ、各工程が柔軟性を重視する将来のトレンドに合致していなければなりません。ここでは、さまざまな生産環境で活用される4つの共線技術について簡単に紹介します。1.ロット交換生産で、製品の外形はほぼ同一：現場で最もよく用いられる方法は治具の共有であり、加工対象部品にはピン穴を設けて避けるか、迅速なピン交換構造の治具を使用するか、または型変更時にピンやチャックなどを交換する。この生産ラインの利点は、設備の停止時間が短縮され、交換コストも低いことである。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20190122/a21e063d86ba4d0f89542e586b7c38d4.jpg2.製品のタイプ変更サイクルが長い：迅速交換用チャック迅速交換用チャックは製品の外形に特別な要求をしないが、特定の機種専用のチャックであり、欠点としてはチャックが重く、交換が困難であること、またタイプ変更サイクルが短い製品に切り替える場合は経済的ではない。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20190122/9aa4740ee91448d2b5057ff440278b07.jpeg3.製品の混合生産：トレイの交換による対応この生産ラインは柔軟性が高く、製品の混合生産に適している。トレイを交換するだけで同じラインでの生産が可能となり、生産ラインの能力を効率的に活用できる。ただし、初期投資が高いという欠点がある。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20190122/6ce88b85f5de46c280dbcab3ccac97cd.jpg4.型替え頻度が高い：ゼロポイントクランプはドイツ車でよく用いられるソリューションで、エンジンの機種が変更されても、同じゼロポイント位置決め穴を設計するだけで加工機上での製品の共線化が実現できるため、治具の交換を必要とせず、生産ラインの柔軟性を高く保つことができる；同じゼロ点位置決め穴を設計できない場合でも、中継板を使用することで共線生産を実現できる。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20190122/343c835ed26f4c73a90c38ed7cfc0b65.jpeg生産ラインの事例：チェリー・ジャガー・ランドローバーのこの生産ラインでは、機械加工から組立までの全工程に最新のトレイ加工技術が導入されており、さまざまな製品の混流生産における迅速な切り替えを効率的に行うことができます。http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20190122/eae050f7840f4649a42fca54d3f1c69a.jpg▲トレイが同梱されている http://5b0988e595225.cdn.sohucs.com/images/20190122/1c2936ad96384682b24155185188f98e.jpg▲自動化された生産現場 現在、我が国において真の意味で柔軟な生産能力を持つ製造企業はそれほど多くありません。例えばエンジンヘッドの製品を見ても、性能への要求が高まるにつれて、製造工程に対する要求も極めて厳しくなっています。工程の詳細な分析から、使用する設備の選定、さらには生産ラインの設計に至るまで、高度な信頼性と柔軟性が求められます。