汽車發(fā)動機制造業(yè)新趨勢
時間：2020-10-5 關鍵詞：用樸精密 瀏覽量：12323
進人21世紀以來，發(fā)動機制造業(yè)在產品、制造工藝、刀具、生產管理方面都進行了一系列變化，與過去的發(fā)動機制造企業(yè)有很多不同。
在產品方面輕量化的趨勢比較明顯，缸體零件用鋁合金替代鑄鐵。缸蓋產品簡單化，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 軸除了車一車拉技術以外，還開發(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，使得加工簡單，柔性好。連桿的脹斷工藝應用的企業(yè) 越來越多，而且成熟。
高速化在發(fā)動機企業(yè)也表現的比較明顯，大量采用涂層硬質合金刀具PCD和CBN，且切削速度大大提高。HSK夾頭使用也較普遍。采用復合型加工工藝和刀 具、來節(jié)省設備投資和減少加工時間。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。總之，在產品方面，在獲得滿意的性能下，使得加 工工藝簡單，盡量在鑄造中解決一些加工，使得在機械加工時，加工余量少。
在工藝技術方面，采用新工藝，使得刀具和設備適應高速化和柔性化的需要。在生產組織和管理方面也有很多不同的地方，企業(yè)的結構簡單，很多服務性的部門，如 油品、切削液、刀具和設備備件都由專業(yè)公司來負責。人員通過小組以及輪崗的方式來激勵。物流和設備管理方面也是重點，發(fā)動機制造企業(yè)TPM是很重要的一 環(huán)。在質量方面，德國企業(yè)非常重視過程質量。
產品方面
?。?）輕量化研究表明，一輛轎車的質量若能減少10%，則其燃油經濟性可提高3%～4%，同時汽車的排放也會降低。為此，各國的汽車制造廠家為了使發(fā)動機 輕量化、高速化、高功率化，并且有較高的耐久性，較好的辦法是使用鋁缸體。它的優(yōu)點：①鋁的導熱性好，提高發(fā)動機的壓縮比，對提高功率也十分有利。②缸體 和缸蓋的膨脹率相同，減少熱應力，同時提高缸體和缸蓋結合面的剛性。③重量輕。
?。?）缸蓋結構缸蓋的結構，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部分。凸輪軸不放置在缸蓋上，而裝在罩殼內。
?。?）凸輪軸凸輪軸的作用就是控制氣閥的開啟和關閉。第一個變化是，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，將預制凸輪和相關部件裝配到一根鋼 管上，焊接固定其軸向和角向位置，增加了柔性、缺點是成本高。
?。?）平衡軸體(Ausgleiehswellenmodul)在三缸機中為了減少震動，使得發(fā)動機運行更加平穩(wěn)，產品中增加了一個平衡軸體。目前，VW 集團用于PoLo的1.2L四氣門發(fā)動機裝有平衡軸體。由于這個零件能明顯平衡發(fā)動機震動，同時改善發(fā)動機運轉，將來ZL的四缸機配有平衡軸體。
工藝刀具方面
?。?）產品變化引起工藝的變化有缸套的鋁缸體，國外有的工廠缸孔是先將表面有鋸齒形的缸套放好，然后進行澆鑄，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，缸孔、主軸承孔放在后面加工，而上、下平面，四個側面前面加工完成。同以前的工 藝安排不同，使加工工藝較以前簡單。缸蓋變成一個長方體以后，使得缸蓋加工比以前容易。因為沒有凸輪軸軸承孔的加工，可以用專用的簡易加工中心機床，實現 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。
?。?）三個重要趨勢。國外的發(fā)動機廠在三個重要領域表現比較明顯，主要如下:
一是高速化。高速加工可以提高生產率，縮短交貨時間。要實現高速加工，主要步驟:①機床要能實現高速的主軸。②HSK液壓夾頭，定位精度高，同時剛性 也較好。③大量采用涂層硬質合金刀具，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件加工?？梢院喕に嚪椒?、工 藝環(huán)節(jié)、節(jié)約成本、具有柔性。例如，凸輪軸加工，德國在匈牙利的柴油發(fā)動機，過去在加工軸頸時，用車削加磨削，現在改用CBN刀具一次完成，達到要求的表 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。目前國外很重 視在干式加工采用噴霧——準干式加工。
（3）柔性化發(fā)動機制造業(yè)生產性柔性化是走向之一，在傳統的自動線局部工位用CNC或加工中心，來實現柔性加工的生產線叫柔性自動線FTL，日本工廠使用較多，主要適合家族類的產品，從嚴格意義上來說，這還是自動線的設計概念。
用專用加工中心構成的柔性制造系統，主要用在缸蓋和缸體，從產量角度分析，可以達到，從傳統的FMS系統起步產量5萬件/年到傳統自動線的產量20萬件 /年。假如要規(guī)劃一條全柔性的適合大批量生產的柔性生產線，以適合采購的不確定性，由于開發(fā)新品種而不斷更新設計，環(huán)保要求和生產要求等。在柔性生產線考 慮這些因素可以使得年產量超過50萬件的投資更合理，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，而多為鑄件。材料和尺寸決定了采用自動線更經濟。目前采用混合生產線成為一種新趨勢。工藝上將大余量切削在傳統自動線上完成，缸體前后端面和側面的加工，用柔性生產單元。
?。?）高效率從日本汽車制造業(yè)的情況來看，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)動機主要零件的生產節(jié)拍已經縮短到了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 工中心機床，切削速度可達到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，廣泛采用PCD刀具，考慮到高速回轉時將會產生很大的離心力，故刀體采用高強度鋁合金材料制作。凸輪軸和曲軸用 CBN砂輪進行高速磨削。曲軸和凸輪軸的孔加工，為了提高效率，采用內冷的硬質合金鉆頭，代替過去的高速鋼鉆頭。攻螺紋也采用硬質合金絲錐來提高速度，甚 至曲軸攻螺紋也采用無切削絲錐。高速加工中心有一個趨勢采用熱裝式工具系統?？傊?，在發(fā)動機制造業(yè)有一個明顯的走向，采用高速加工提高效率。
?。?）脹斷工藝應用較普遍自從連桿大頭孔切斷采用脹斷工藝以來，大部分工廠都采用脹斷工藝。國內工廠應用此項技術還存在些問題，主要是工廢率和裝配時 產生的連桿爆口。而國外工廠已很好掌握了此項工藝，它們的工廢率0.8%，裝配的爆口幾乎為零。問題是脹斷時支承塊的間隙控制。
?。?）在曲軸車拉的基礎上結合采用高速外銑近幾年，曲軸主軸頸和連桿頸的加工，一般都是采用車拉工藝來完成。但連桿頸軸線不在一條中心線上，如三 缸、六缸發(fā)動機，加工就有一些麻煩。目前，有一種加工工藝方案為：主軸頸用車拉，連桿頸用高速外銑。這樣加工連桿頸時更好柔性。
?。?）曲軸平衡機新的改進是不平衡量校正采用極坐標優(yōu)化高速鉆削校正方法。過去用的是高速鋼，新的方法是曲軸的鉆削采用整體硬質合金鉆頭。鉆頭心部有冷卻液孔。這種鉆頭能進行大進給量鉆削。
?。?）缸孔的激光珩磨。近年來表面激光造型珩磨加工正在漸漸使用，為了同時達到缸孔表面粗糙度和儲油性能，需 要通過特殊的加工技術，也就是用激光造型珩磨才能達到加工要求，同時還不會影響缸孔表面的加工質量。采用激光珩磨后，汽車發(fā)動機可以降低油耗量，降低排 放，減少磨損。另外，目前柴油機廣泛用于轎車上，柴油發(fā)動機體積小，功率大，缸體鑄造時加人了TiC，為了將缸孔表面的TiC沖掉，去除產生的毛刺，同時 達到表面儲油量，開發(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，已經非常普遍。目前曲軸的加工也漸漸開始使用CBN砂輪加工。一般來講，四缸曲軸只要是升程的變化，工 藝路線還是過去的較好: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。
組織機構和生產管理
?。?）結構簡單發(fā)動機廠的組織結構相比以前，特別是在海外的工廠，只是一個生產性的工廠。服務性的工作都交給專業(yè)部門負責。比如， 刀具管理(Tool-Management)是20世紀90年代在美國企業(yè)提出的，開始于16年前的美國通用土星項目。當時的刀具管理主要是物流，刀具比 較簡單，沒有精加工刀具，后來漸漸完善發(fā)展成為一個完整的系統，甚至在新項目開始階段刀具管理就參與項目支持。90年代后期在德國和歐洲推行，雖然應用較 少，是一個有潛力的管理模式，從范圍來說，將會有越來越多的企業(yè)特別是汽車工業(yè)采用。目前匈牙利的OPel工廠，德國大眾在波蘭的工廠，美國通用在上海工廠都在進行刀具管理。減少了刃磨、倉庫管理、采購、技術管理人員，使得機構簡單。
（2）成本中心汽車工業(yè)日趨激烈的競爭中，降低產品的成本已成為各汽車廠競爭的重要策略。把降低成本作為一個硬指標來推行，是全球汽車工業(yè)發(fā)展的趨 勢。發(fā)動機廠也不例外，把降低成本作為一個重要目標來實施。一般來說，各車間成立成本中心，主要指標是工廢、料廢、人員費用、刀具輔料費用、設備折舊等。
（3）TPM和人員激勵發(fā)動機廠的設備都是比較復雜、精度高，有一定技術含量，新的生產線規(guī)劃完成以后，重要的一項工作是TPM。首先，提出具體的實 施方案，每條線都規(guī)定了負責人，加強點檢和專業(yè)點檢。針對具體的機床提出合適的解決方案。不是做一些表面文章，就是根據簡單清晰的思路，其次是腳踏實地執(zhí) 行。使用一些合適的人員，而不是高學歷的員工，重點放在崗位上的培訓。為了鼓勵員工，積極采用休假制度，整個生產線一年的休假計劃張貼在生產線。將維修、 操作工等組成小組，為了解決單調生產產生新的問題，一段時間以后進行崗位輪換。
?。?）質量管理任何發(fā)動機廠都將質量置于公司戰(zhàn)略的核心地位，質量管理乃是發(fā)展的較為重要的“內功”之一。質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，只有那些致力于質量改善的公司，才能成功，才能獲利。發(fā)動機廠提高質量的關鍵手段，確定質量目標。采用零次品生產作為核 心流程，加強質量過程控制。動員全體員工參與，由車間工人自己解決問題，成立Qc小組來改善質量。
