汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)新趨勢(shì)

 

 

　　在產(chǎn)品方面輕量化的趨勢(shì)比較明顯，缸體零件用鋁合金替代鑄鐵。缸蓋產(chǎn)品簡(jiǎn)單化，不采用以前的頂置凸輪軸的形式，使得缸蓋加工更加容易。工藝上不斷優(yōu)化，曲 軸除了車一車?yán)夹g(shù)以外，還開(kāi)發(fā)了新的高速外銑工藝，使得更加柔性。凸輪軸采用套裝式的，而不是整體式，使得加工簡(jiǎn)單，柔性好。連桿的脹斷工藝應(yīng)用的企業(yè) 越來(lái)越多，而且成熟。

 

　　高速化在發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)也表現(xiàn)的比較明顯，大量采用涂層硬質(zhì)合金刀具PCD和CBN，且切削速度大大提高。HSK夾頭使用也較普遍。采用復(fù)合型加工工藝和刀 具、來(lái)節(jié)省設(shè)備投資和減少加工時(shí)間。如采用鉆銑螺紋一把刀，完成鉆孔、倒角、銑螺紋一次成形的多功能刀具?？傊?，在產(chǎn)品方面，在獲得滿意的性能下，使得加 工工藝簡(jiǎn)單，盡量在鑄造中解決一些加工，使得在機(jī)械加工時(shí)，加工余量少。

 

　　在工藝技術(shù)方面，采用新工藝，使得刀具和設(shè)備適應(yīng)高速化和柔性化的需要。在生產(chǎn)組織和管理方面也有很多不同的地方，企業(yè)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，很多服務(wù)性的部門，如 油品、切削液、刀具和設(shè)備備件都由專業(yè)公司來(lái)負(fù)責(zé)。人員通過(guò)小組以及輪崗的方式來(lái)激勵(lì)。物流和設(shè)備管理方面也是重點(diǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)TPM是很重要的一 環(huán)。在質(zhì)量方面，德國(guó)企業(yè)非常重視過(guò)程質(zhì)量。

 

 

　?。?）輕量化研究表明，一輛轎車的質(zhì)量若能減少10%，則其燃油經(jīng)濟(jì)性可提高3%～4%，同時(shí)汽車的排放也會(huì)降低。為此，各國(guó)的汽車制造廠家為了使發(fā)動(dòng)機(jī) 輕量化、高速化、高功率化，并且有較高的耐久性，最好的辦法是使用鋁缸體。它的優(yōu)點(diǎn)：①鋁的導(dǎo)熱性好，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，對(duì)提高功率也十分有利。②缸體 和缸蓋的膨脹率相同，減少熱應(yīng)力，同時(shí)提高缸體和缸蓋結(jié)合面的剛性。③重量輕。

 

　?。?）缸蓋結(jié)構(gòu)缸蓋的結(jié)構(gòu)，一般是凸輪軸軸承孔一體的整體式鋁缸蓋，為了工藝加工方便，將整體缸蓋一分為二或分成三個(gè)部分。凸輪軸不放置在缸蓋上，而裝在罩殼內(nèi)。

 

　　（3）凸輪軸凸輪軸的作用就是控制氣閥的開(kāi)啟和關(guān)閉。第一個(gè)變化是，四氣門和五氣門的凸輪軸為了去重，采用輕量化中空凸輪軸。第二個(gè)變化，按常規(guī)而言，凸 輪軸的毛坯一般是一根鑄件或鍛件，再進(jìn)行粗加工、熱處理，最后磨削而成。而新的凸輪軸制造方法，就是用了裝配式毛坯件，將預(yù)制凸輪和相關(guān)部件裝配到一根鋼 管上，焊接固定其軸向和角向位置，增加了柔性、缺點(diǎn)是成本高。

 

　?。?）平衡軸體(Ausgleiehswellenmodul)在三缸機(jī)中為了減少震動(dòng)，使得發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行更加平穩(wěn)，產(chǎn)品中增加了一個(gè)平衡軸體。目前，VW 集團(tuán)用于PoLo的1.2L四氣門發(fā)動(dòng)機(jī)裝有平衡軸體。由于這個(gè)零件能明顯平衡發(fā)動(dòng)機(jī)震動(dòng)，同時(shí)改善發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，將來(lái)ZL的四缸機(jī)配有平衡軸體。

 

　　（1）產(chǎn)品變化引起工藝的變化有缸套的鋁缸體，國(guó)外有的工廠缸孔是先將表面有鋸齒形的缸套放好，然后進(jìn)行澆鑄，鑄鐵部分離上平面2～4mm，為了有利于缸 體上平面加工。鑄鐵缸套粗加工在毛坯廠完成，留lmm余量。在工藝安排時(shí)，缸孔、主軸承孔放在后面加工，而上、下平面，四個(gè)側(cè)面前面加工完成。同以前的工 藝安排不同，使加工工藝較以前簡(jiǎn)單。缸蓋變成一個(gè)長(zhǎng)方體以后，使得缸蓋加工比以前容易。因?yàn)闆](méi)有凸輪軸軸承孔的加工，可以用專用的簡(jiǎn)易加工中心機(jī)床，實(shí)現(xiàn) 高速和柔性變化。用裝配式凸輪軸以后，凸輪的熱處理、裝配都在供貨廠家進(jìn)行，提供半成品給制造廠家，工藝如下：車主軸頸—主軸頸磨—粗、精磨凸輪—拋光— 清洗。

 

　?。?）三個(gè)重要趨勢(shì)。國(guó)外的發(fā)動(dòng)機(jī)廠在三個(gè)重要領(lǐng)域表現(xiàn)比較明顯，主要如下:

 

　　一是高速化。高速加工可以提高生產(chǎn)率，縮短交貨時(shí)間。要實(shí)現(xiàn)高速加工，主要步驟:①機(jī)床要能實(shí)現(xiàn)高速的主軸。②HSK液壓夾頭，定位精度高，同時(shí)剛性 也較好。③大量采用涂層硬質(zhì)合金刀具，金屬陶瓷、陶瓷、CBN、PCD刀具。比如，在缸蓋線上大量采用高速加工中心二是硬質(zhì)件加工?？梢院?jiǎn)化工藝方法、工 藝環(huán)節(jié)、節(jié)約成本、具有柔性。例如，凸輪軸加工，德國(guó)在匈牙利的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，過(guò)去在加工軸頸時(shí)，用車削加磨削，現(xiàn)在改用CBN刀具一次完成，達(dá)到要求的表 面粗糙度，不要磨削，可減少大量投資。三是干式加工。優(yōu)點(diǎn)是可以滿足環(huán)保的要求，降低總成本。例如缸體缸孔粗加工，采用陶瓷刀片不加乳化液。目前國(guó)外很重 視在干式加工采用噴霧——準(zhǔn)干式加工。

 

　　（3）柔性化發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)生產(chǎn)性柔性化是走向之一，在傳統(tǒng)的自動(dòng)線局部工位用CNC或加工中心，來(lái)實(shí)現(xiàn)柔性加工的生產(chǎn)線叫柔性自動(dòng)線FTL，日本工廠使用較多，主要適合家族類的產(chǎn)品，從嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)，這還是自動(dòng)線的設(shè)計(jì)概念。

 

　　用專用加工中心構(gòu)成的柔性制造系統(tǒng)，主要用在缸蓋和缸體，從產(chǎn)量角度分析，可以達(dá)到，從傳統(tǒng)的FMS系統(tǒng)起步產(chǎn)量5萬(wàn)件/年到傳統(tǒng)自動(dòng)線的產(chǎn)量20萬(wàn)件 /年。假如要規(guī)劃一條全柔性的適合大批量生產(chǎn)的柔性生產(chǎn)線，以適合采購(gòu)的不確定性，由于開(kāi)發(fā)新品種而不斷更新設(shè)計(jì)，環(huán)保要求和生產(chǎn)要求等。在柔性生產(chǎn)線考 慮這些因素可以使得年產(chǎn)量超過(guò)50萬(wàn)件的投資更合理，在今后10年可以節(jié)省大概10～20億美元。

 

　　由于缸體需要較少的工件裝夾次數(shù)，而多為鑄件。材料和尺寸決定了采用自動(dòng)線更經(jīng)濟(jì)。目前采用混合生產(chǎn)線成為一種新趨勢(shì)。工藝上將大余量切削在傳統(tǒng)自動(dòng)線上完成，缸體前后端面和側(cè)面的加工，用柔性生產(chǎn)單元。

 

　?。?）高效率從日本汽車制造業(yè)的情況來(lái)看，平均每五年切削效率要提高28%，其中切削速度平均提高19%，進(jìn)給量平均提高8%，而最近幾年切削效率提 高的幅度在30%以上。目前制造發(fā)動(dòng)機(jī)主要零件的生產(chǎn)節(jié)拍已經(jīng)縮短到了30～40s。比十幾年前縮短了50%。例如在灰鑄鐵材料缸體的銑削加工，用高速加 工中心機(jī)床，切削速度可達(dá)到700～1500m/min。刀具采用CBN刀片。（ auto1950 ）在缸體、缸蓋鋁合金材料銑削加工時(shí)，廣泛采用PCD刀具，考慮到高速回轉(zhuǎn)時(shí)將會(huì)產(chǎn)生很大的離心力，故刀體采用高強(qiáng)度鋁合金材料制作。凸輪軸和曲軸用 CBN砂輪進(jìn)行高速磨削。曲軸和凸輪軸的孔加工，為了提高效率，采用內(nèi)冷的硬質(zhì)合金鉆頭，代替過(guò)去的高速鋼鉆頭。攻螺紋也采用硬質(zhì)合金絲錐來(lái)提高速度，甚 至曲軸攻螺紋也采用無(wú)切削絲錐。高速加工中心有一個(gè)趨勢(shì)采用熱裝式工具系統(tǒng)?？傊?，在發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)有一個(gè)明顯的走向，采用高速加工提高效率。

 

　?。?）脹斷工藝應(yīng)用較普遍自從連桿大頭孔切斷采用脹斷工藝以來(lái)，大部分工廠都采用脹斷工藝。國(guó)內(nèi)工廠應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)還存在些問(wèn)題，主要是工廢率和裝配時(shí) 產(chǎn)生的連桿爆口。而國(guó)外工廠已很好掌握了此項(xiàng)工藝，它們的工廢率0.8%，裝配的爆口幾乎為零。問(wèn)題是脹斷時(shí)支承塊的間隙控制。

 

　　（6）在曲軸車?yán)幕A(chǔ)上結(jié)合采用高速外銑近幾年，曲軸主軸頸和連桿頸的加工，一般都是采用車?yán)に噥?lái)完成。但連桿頸軸線不在一條中心線上，如三 缸、六缸發(fā)動(dòng)機(jī)，加工就有一些麻煩。目前，有一種加工工藝方案為：主軸頸用車?yán)?，連桿頸用高速外銑。這樣加工連桿頸時(shí)更好柔性。

 

　?。?）曲軸平衡機(jī)新的改進(jìn)是不平衡量校正采用極坐標(biāo)優(yōu)化高速鉆削校正方法。過(guò)去用的是高速鋼，新的方法是曲軸的鉆削采用整體硬質(zhì)合金鉆頭。鉆頭心部有冷卻液孔。這種鉆頭能進(jìn)行大進(jìn)給量鉆削。

 

　?。?）缸孔的激光珩磨。近年來(lái)表面激光造型珩磨加工正在漸漸使用，為了同時(shí)達(dá)到缸孔表面粗糙度和儲(chǔ)油性能，需 要通過(guò)特殊的加工技術(shù)，也就是用激光造型珩磨才能達(dá)到加工要求，同時(shí)還不會(huì)影響缸孔表面的加工質(zhì)量。采用激光珩磨后，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)可以降低油耗量，降低排 放，減少磨損。另外，目前柴油機(jī)廣泛用于轎車上，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)體積小，功率大，缸體鑄造時(shí)加人了TiC，為了將缸孔表面的TiC沖掉，去除產(chǎn)生的毛刺，同時(shí) 達(dá)到表面儲(chǔ)油量，開(kāi)發(fā)了高壓液體珩磨，工藝為:粗珩 精珩十高壓液體衍磨十拋光。

 

　　(9)曲軸磨床凸輪軸采用CBN砂輪高速磨削，已經(jīng)非常普遍。目前曲軸的加工也漸漸開(kāi)始使用CBN砂輪加工。一般來(lái)講，四缸曲軸只要是升程的變化，工 藝路線還是過(guò)去的較好:主軸頸用多砂輪，連桿頸分別用雙砂輪。如果要加工四缸、五缸和六缸曲軸，就要采用CBN單砂輪或雙砂輪磨曲軸，這樣柔性好，而且砂 輪每修整一次，可加工600～800件。

 

 

　?。?）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單發(fā)動(dòng)機(jī)廠的組織結(jié)構(gòu)相比以前，特別是在海外的工廠，只是一個(gè)生產(chǎn)性的工廠。服務(wù)性的工作都交給專業(yè)部門負(fù)責(zé)。比如， 刀具管理(Tool-Management)是20世紀(jì)90年代在美國(guó)企業(yè)提出的，開(kāi)始于16年前的美國(guó)通用土星項(xiàng)目。當(dāng)時(shí)的刀具管理主要是物流，刀具比 較簡(jiǎn)單，沒(méi)有精加工刀具，后來(lái)漸漸完善發(fā)展成為一個(gè)完整的系統(tǒng)，甚至在新項(xiàng)目開(kāi)始階段刀具管理就參與項(xiàng)目支持。90年代后期在德國(guó)和歐洲推行，雖然應(yīng)用較 少，是一個(gè)有潛力的管理模式，從范圍來(lái)說(shuō)，將會(huì)有越來(lái)越多的企業(yè)特別是汽車工業(yè)采用。目前匈牙利的OPel工廠，德國(guó)大眾在波蘭的工廠，美國(guó)通用在上海工 廠都在進(jìn)行刀具管理。減少了刃磨、倉(cāng)庫(kù)管理、采購(gòu)、技術(shù)管理人員，使得機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單。

 

　　（2）成本中心汽車工業(yè)日趨激烈的競(jìng)爭(zhēng)中，降低產(chǎn)品的成本已成為各汽車廠競(jìng)爭(zhēng)的重要策略。把降低成本作為一個(gè)硬指標(biāo)來(lái)推行，是全球汽車工業(yè)發(fā)展的趨 勢(shì)。發(fā)動(dòng)機(jī)廠也不例外，把降低成本作為一個(gè)重要目標(biāo)來(lái)實(shí)施。一般來(lái)說(shuō)，各車間成立成本中心，主要指標(biāo)是工廢、料廢、人員費(fèi)用、刀具輔料費(fèi)用、設(shè)備折舊等。

 

　?。?）TPM和人員激勵(lì)發(fā)動(dòng)機(jī)廠的設(shè)備都是比較復(fù)雜、精度高，有一定技術(shù)含量，新的生產(chǎn)線規(guī)劃完成以后，重要的一項(xiàng)工作是TPM。首先，提出具體的實(shí) 施方案，每條線都規(guī)定了負(fù)責(zé)人，加強(qiáng)點(diǎn)檢和專業(yè)點(diǎn)檢。針對(duì)具體的機(jī)床提出合適的解決方案。不是做一些表面文章，就是根據(jù)簡(jiǎn)單清晰的思路，其次是腳踏實(shí)地執(zhí) 行。使用一些合適的人員，而不是高學(xué)歷的員工，重點(diǎn)放在崗位上的培訓(xùn)。為了鼓勵(lì)員工，積極采用休假制度，整個(gè)生產(chǎn)線一年的休假計(jì)劃張貼在生產(chǎn)線。將維修、 操作工等組成小組，為了解決單調(diào)生產(chǎn)產(chǎn)生新的問(wèn)題，一段時(shí)間以后進(jìn)行崗位輪換。

 

　?。?）質(zhì)量管理任何發(fā)動(dòng)機(jī)廠都將質(zhì)量置于公司戰(zhàn)略的核心地位，質(zhì)量管理乃是發(fā)展的最為重要的“內(nèi)功”之一。質(zhì)量方面的讓步絕非一種選擇，任何讓步都可 能威脅企業(yè)的生存，只有那些致力于質(zhì)量改善的公司，才能成功，才能獲利。發(fā)動(dòng)機(jī)廠提高質(zhì)量的關(guān)鍵手段，確定質(zhì)量目標(biāo)，最高層的參與。采用零次品生產(chǎn)作為核 心流程，加強(qiáng)質(zhì)量過(guò)程控制。動(dòng)員全體員工參與，由車間工人自己解決問(wèn)題，成立Qc小組來(lái)改善質(zhì)量。