進人21世紀以[Yi]來,發動機制造業在(Zai)産品、制造工藝、刀(Dao)具、生産[Chan]管理方面都進行了一[Yi]系列變(Bian)化,與過去的發動機[Ji]制造企業[Ye]有[You]很多不同。
在産品方面輕量化的趨[Qu]勢比較明顯,缸體(Ti)零件用[Yong]鋁合金[Jin]替[Ti]代鑄鐵。缸蓋産品(Pin)簡單化,不(Bu)采用以前的[De]頂置凸輪軸[Zhou]的形(Xing)式,使得[De]缸蓋加工更[Geng]加容易。工藝上不斷優化,曲軸除了車(Che)一車拉[La]技術(Shu)以外,還開[Kai]發了新的高速(Su)外銑[Xi]工藝,使(Shi)得更加柔性(Xing)。凸輪軸采用套裝式(Shi)的,而不是整(Zheng)體(Ti)式,使得加工簡[Jian]單,柔性好[Hao]。連杆的脹斷工藝應用的企業越來越多[Duo],而(Er)且成熟。
高速化在(Zai)發動機企業也表現(Xian)的比較明顯,大(Da)量采用塗層硬[Ying]質(Zhi)合金刀具PCD和CBN,且切削速度大[Da]大提高。HSK夾頭使用也較普[Pu]遍。采[Cai]用複合(He)型[Xing]加工[Gong]工藝和刀具、來(Lai)節省設備投資[Zi]和減少加工時間。如[Ru]采用鑽銑螺紋一(Yi)把刀,完[Wan]成鑽孔、倒角、銑螺紋一次成[Cheng]形(Xing)的多功能刀具。總之,在産品方(Fang)面,在獲得滿意的性能下,使得加工工藝簡單,盡量在鑄造(Zao)中解決一些加工,使得在(Zai)機械加[Jia]工時,加工[Gong]餘量少。
在工藝技術(Shu)方面,采用新工藝,使得刀具和設備适應(Ying)高速化和柔性化的需要。在生産組[Zu]織和[He]管理方[Fang]面也有很多不同的地方,企業的結構[Gou]簡單,很多服務性的(De)部門(Men),如油品、切削液[Ye]、刀具和設備備[Bei]件都由專業公司來[Lai]負責。人員[Yuan]通過[Guo]小組以及輪崗的方式來[Lai]激勵。物流和設備管理[Li]方面也是重點,發動機制造企業TPM是很[Hen]重要的一環[Huan]。在質量方面,德國企業非常(Chang)重視過程(Cheng)質量[Liang]。
産品方(Fang)面
(1)輕量化研(Yan)究表明,一輛[Liang]轎(Jiao)車的質量(Liang)若能減少10%,則其燃油經濟[Ji]性可提高3%~4%,同時汽車的排(Pai)放也會降[Jiang]低。為(Wei)此,各國的汽車制造廠家為了使發[Fa]動機輕量[Liang]化、高速化、高功率化,并且有(You)較[Jiao]高的耐[Nai]久性,最好的[De]辦(Ban)法(Fa)是使(Shi)用鋁[Lü]缸體(Ti)。它的優點:①鋁的導熱(Re)性好,提高發(Fa)動機的壓縮[Suo]比,對提高功率也十[Shi]分有利。②缸體和[He]缸蓋的膨脹率[Lü]相同,減少熱應力,同時提[Ti]高缸體和缸蓋結合(He)面的[De]剛性。③重量輕。
(2)缸(Gang)蓋結構缸蓋的結[Jie]構(Gou),一般是凸輪軸(Zhou)軸承[Cheng]孔一體的整體式鋁缸蓋,為了[Le]工藝加工[Gong]方便[Bian],将整體缸蓋一分為二或分成三個(Ge)部(Bu)分。凸輪軸不[Bu]放置在缸[Gang]蓋上,而裝在罩殼内。
(3)凸輪軸凸[Tu]輪軸的作[Zuo]用就(Jiu)是控制[Zhi]氣[Qi]閥的開啟[Qi]和關閉。第(Di)一個變化是,四(Si)氣門和五(Wu)氣門的凸輪軸[Zhou]為了(Le)去重,采用輕量[Liang]化中空凸輪軸。第二(Er)個變化,按常規而言(Yan),凸輪軸的毛坯(Pi)一般是一根鑄[Zhu]件或鍛件,再進行粗(Cu)加工、熱處理,最後磨削而成。而[Er]新的凸輪軸制造方法[Fa],就是用了裝配式毛坯件,将預制凸輪[Lun]和相關部件裝配到一根鋼管上,焊接固定其軸向(Xiang)和角向位[Wei]置[Zhi],增加了柔性、缺點是(Shi)成本(Ben)高。
(4)平衡軸體[Ti](Ausgleiehswellenmodul)在三缸機中為了(Le)減(Jian)少震動,使得發(Fa)動機運行更加平穩,産品中[Zhong]增加了(Le)一個平衡[Heng]軸體。目[Mu]前,VW集團用于(Yu)PoLo的1.2L四氣門發動機裝有平(Ping)衡軸體。由于這個零件能明顯[Xian]平(Ping)衡(Heng)發動機震動,同時改善發(Fa)動機運轉,将來ZL的四缸機配有平衡軸體。
工藝刀具方面[Mian]
(1)産品變化(Hua)引起工藝的變化有缸套[Tao]的鋁缸體,國外(Wai)有的工廠(Chang)缸孔[Kong]是先将表面有(You)鋸齒形的缸套放好,然後進行[Hang]澆鑄,鑄鐵部[Bu]分離上平面2~4mm,為了(Le)有利[Li]于缸體上平面[Mian]加工。鑄鐵缸套粗加工在[Zai]毛坯廠完成,留(Liu)lmm餘量。在工藝安(An)排時[Shi],缸孔、主軸承孔(Kong)放在後面加工,而上、下平面,四個側面前面加(Jia)工完(Wan)成。同以前的工藝安排不[Bu]同,使加工工(Gong)藝較以前簡[Jian]單。缸蓋變成一個長方體[Ti]以後,使得缸[Gang]蓋加工[Gong]比以[Yi]前容易。因為(Wei)沒有凸輪軸軸承孔的[De]加工,可以用專用的[De]簡易加工中心機床[Chuang],實現高速和柔性變化。用裝配式凸輪軸以後,凸輪的[De]熱處理、裝配都在(Zai)供貨[Huo]廠家進行,提[Ti]供半成品給[Gei]制造(Zao)廠家,工(Gong)藝如下:車(Che)主軸頸—主軸頸磨—粗、精(Jing)磨凸[Tu]輪—抛光(Guang)—清[Qing]洗。
(2)三個重要趨(Qu)勢。國外的發動機(Ji)廠在三個重要領域表現比較明顯[Xian],主要如下:
一[Yi]是高(Gao)速化。高速加工可以提高生産[Chan]率,縮[Suo]短交貨時間。要實現(Xian)高速加工,主要(Yao)步驟:①機床[Chuang]要能實現高(Gao)速的主軸。②HSK液(Ye)壓夾頭,定位精度高,同時剛性(Xing)也較好。③大量采用塗層硬質合金刀[Dao]具,金(Jin)屬陶瓷、陶(Tao)瓷、CBN、PCD刀具。比如,在缸蓋線上大量[Liang]采用高速加(Jia)工中心二是硬質件加工。可(Ke)以簡(Jian)化工藝方法、工[Gong]藝環節、節約成[Cheng]本、具[Ju]有柔性。例如,凸輪軸[Zhou]加(Jia)工,德國在匈牙利的柴油發動機[Ji],過去在加工軸頸(Jing)時,用車削加[Jia]磨削,現在改[Gai]用[Yong]CBN刀具一[Yi]次(Ci)完成,達到要(Yao)求的表[Biao]面粗糙度,不要磨削,可減少大[Da]量投資。三是幹式加工。優點是可以滿足環保的要(Yao)求(Qiu),降低總成本。例如(Ru)缸體[Ti]缸孔粗加工[Gong],采用陶瓷刀片不(Bu)加乳化(Hua)液。目前國外很重視在幹式加工采用[Yong]噴霧——準幹[Gan]式(Shi)加工。
(3)柔性化(Hua)發動機制造業生[Sheng]産性柔[Rou]性化是走向之一,在傳統的自動線局部工位用CNC或加工[Gong]中心,來[Lai]實現柔性加工的生産線叫柔性自[Zi]動[Dong]線FTL,日本工廠使(Shi)用較多,主[Zhu]要适合家族[Zu]類的産品,從嚴格意義[Yi]上來說[Shuo],這還是自動[Dong]線的設計概念。
用專[Zhuan]用加工中心構成的(De)柔性制造系統[Tong],主[Zhu]要用在缸蓋和缸體,從産[Chan]量角度分析,可以[Yi]達到,從傳統的FMS系統起步産[Chan]量(Liang)5萬件/年到傳統[Tong]自動線的産[Chan]量(Liang)20萬件/年。假如要規劃一[Yi]條全柔性的适[Shi]合大批量(Liang)生産的[De]柔性(Xing)生産線,以适[Shi]合采購的不(Bu)确定[Ding]性,由于開發新品種[Zhong]而不斷更新(Xin)設計,環保要求和生産要求等。在柔性[Xing]生産線考慮[Lü]這些因[Yin]素可以使得年産量超過50萬件(Jian)的投資更合[He]理,在今後10年[Nian]可以節省大概10~20億美元。
由(You)于缸體需要(Yao)較少的[De]工件[Jian]裝夾次數,而多(Duo)為鑄件。材料和尺寸決(Jue)定了采(Cai)用自(Zi)動線[Xian]更經濟。目前采用混[Hun]合生産線成為一種[Zhong]新趨勢(Shi)。工藝上将大餘量[Liang]切削在傳統自[Zi]動線上完成,缸體前後端面和側面的加(Jia)工,用柔性生[Sheng]産單元(Yuan)。
(4)高效率從日本汽車制造業的情況來看,平均每五年切削效(Xiao)率要[Yao]提高28%,其中切削[Xue]速(Su)度平均[Jun]提高19%,進給量平均提高8%,而最[Zui]近(Jin)幾年切削效率提高的幅度在30%以[Yi]上。目前制造發(Fa)動機主要零(Ling)件的生産節拍已經縮短到了30~40s。比十幾年(Nian)前縮(Suo)短了50%。例如在灰(Hui)鑄[Zhu]鐵材料缸體的銑削加工,用(Yong)高速加工中心[Xin]機床,切(Qie)削速度[Du]可達到700~1500m/min。刀具采[Cai]用(Yong)CBN刀片。( auto1950 )在缸[Gang]體(Ti)、缸蓋鋁合金材(Cai)料銑削加工時[Shi],廣泛采用PCD刀具,考慮(Lü)到高速回轉時将會[Hui]産生很大的離心力(Li),故刀體采用高強度鋁[Lü]合金材(Cai)料制作。凸輪軸和[He]曲軸用CBN砂輪(Lun)進行高速磨削(Xue)。曲軸和(He)凸輪軸的孔加(Jia)工[Gong],為了提高效率,采用[Yong]内冷的硬質合(He)金鑽[Zuan]頭,代替[Ti]過去的高速鋼鑽(Zuan)頭。攻螺紋也采[Cai]用硬質合金絲錐來提高速度[Du],甚至曲軸攻螺紋也采用無切削絲錐。高速加工中[Zhong]心有一個[Ge]趨勢(Shi)采用(Yong)熱裝式工具系統。總之,在發動機制造業有一個明(Ming)顯的(De)走向[Xiang],采用高速加工提高(Gao)效率。
(5)脹斷工藝應用較普遍自從連杆[Gan]大頭孔[Kong]切斷采用[Yong]脹斷工藝以來,大部(Bu)分工[Gong]廠都采(Cai)用脹斷工藝[Yi]。國内(Nei)工廠應用此項(Xiang)技術還存在些問題(Ti),主要是工[Gong]廢率和裝配(Pei)時産生的連[Lian]杆爆口。而國外工廠已很[Hen]好掌握了此項工藝,它們的工廢率0.8%,裝配的爆口[Kou]幾乎為零。問題是脹斷[Duan]時支承塊的間(Jian)隙[Xi]控制。
(6)在曲軸(Zhou)車拉的基礎[Chu]上結(Jie)合采用[Yong]高速外銑近幾[Ji]年,曲軸主[Zhu]軸頸和連杆頸的加工,一般都是采用車拉工藝來完成(Cheng)。但連杆頸軸線不在一條中心(Xin)線上(Shang),如三缸、六[Liu]缸發動機,加工(Gong)就有一些麻煩(Fan)。目前,有[You]一種加工工藝方案為[Wei]:主軸頸用車拉(La),連杆頸用高速外銑。這樣加工連杆頸時更好柔性。
(7)曲軸[Zhou]平衡(Heng)機新的改進是[Shi]不平衡量校正(Zheng)采用極坐标優化高速鑽(Zuan)削校正方(Fang)法。過去用(Yong)的是高[Gao]速鋼,新的方法是曲軸(Zhou)的鑽削采用整體硬質合金鑽頭。鑽頭心部有冷[Leng]卻液孔。這種[Zhong]鑽頭能進[Jin]行大進給量鑽削。
(8)缸[Gang]孔的激[Ji]光珩磨。近年來表面激[Ji]光造型珩磨加工正在漸漸使用,為了同時達到缸(Gang)孔(Kong)表面粗糙度和儲油性能,需要通過特(Te)殊的加工技[Ji]術[Shu],也就[Jiu]是用激光[Guang]造型珩磨(Mo)才能[Neng]達到加工要求[Qiu],同時(Shi)還不會影(Ying)響缸(Gang)孔(Kong)表面的加工質量。采用激光珩磨後,汽[Qi]車發(Fa)動機可以降低油耗量,降低[Di]排放,減少磨[Mo]損。另外,目前柴油機廣[Guang]泛用于轎車上,柴油發動(Dong)機體積小,功率大,缸體鑄[Zhu]造(Zao)時加人了TiC,為了(Le)将缸孔表面的TiC沖掉(Diao),去除産生的毛刺,同時達(Da)到表面儲油量[Liang],開發了高壓液(Ye)體珩磨,工藝為:粗珩[Heng]+精珩十高壓[Ya]液體衍磨十抛光。
(9)曲軸磨(Mo)床[Chuang]凸輪軸采(Cai)用CBN砂輪高速磨削,已(Yi)經非常普遍。目前曲軸的加工也漸漸開始使用CBN砂輪加(Jia)工。一般來(Lai)講[Jiang],四缸曲[Qu]軸隻要是升程[Cheng]的變化,工藝路(Lu)線還是過去[Qu]的[De]較好:主軸頸用多砂輪,連杆頸(Jing)分别用雙[Shuang]砂輪。如果要加工四缸、五缸和六缸曲軸[Zhou],就要采用CBN單砂輪或雙砂輪磨曲軸,這樣柔性好,而且砂(Sha)輪[Lun]每修整一次(Ci),可加[Jia]工600~800件[Jian]。
組織[Zhi]機構和生産管理
(1)結構簡單發動機廠的組織[Zhi]結構相比(Bi)以前[Qian],特别是在[Zai]海外的工廠(Chang),隻是一[Yi]個生(Sheng)産性的工廠。服務性的工作都交給專業(Ye)部門負責。比如,刀具(Ju)管理(Tool-Management)是20世紀90年[Nian]代在美國企業提出的,開(Kai)始于(Yu)16年前的美國通用土星項目。當時的刀具管理主要是物[Wu]流,刀具比較簡[Jian]單,沒有精加工刀(Dao)具,後來[Lai]漸漸完善發展成為一個完整的系統,甚(Shen)至在新項目開始階(Jie)段刀具管理就[Jiu]參與[Yu]項目支[Zhi]持。90年代後期在德國和[He]歐洲推行,雖然(Ran)應用較少,是一個有潛力的管[Guan]理模式,從範圍來說[Shuo],将會有越(Yue)來(Lai)越多的企業[Ye]特别是汽車工[Gong]業采用。目前匈牙利的OPel工廠,德[De]國大衆在波蘭(Lan)的(De)工廠,美國通用在上海工廠[Chang]都在進行刀具管理。減[Jian]少了刃磨、倉庫管理、采購、技術(Shu)管理人員,使得機[Ji]構簡單。
(2)成本中心汽車工業[Ye]日趨激烈的(De)競争中,降低産品的成本已成為各汽[Qi]車廠競争的重要策略。把降低成本作[Zuo]為一個(Ge)硬(Ying)指标來推行,是[Shi]全球汽車工業[Ye]發[Fa]展的趨勢。發動機[Ji]廠[Chang]也不例(Li)外,把降(Jiang)低成本作[Zuo]為一個[Ge]重要目标[Biao]來實施。一般來說,各[Ge]車間[Jian]成立成本中心(Xin),主要指标是工廢、料(Liao)廢、人員費用、刀具輔料費[Fei]用、設備折舊等。
(3)TPM和人員激勵發動機廠的設備都是比較複雜(Za)、精(Jing)度高,有一定技術含量,新的生産線規劃完成以後,重[Zhong]要的[De]一(Yi)項工作是(Shi)TPM。首(Shou)先,提出具體的實施方案(An),每條線都規定了負[Fu]責人(Ren),加強點檢和專業[Ye]點檢。針[Zhen]對具體的機床提出合适(Shi)的解決方案。不是做(Zuo)一些(Xie)表面文章,就是[Shi]根據簡單清晰[Xi]的思路,其次是腳踏實地執行。使[Shi]用(Yong)一些合适(Shi)的人員(Yuan),而(Er)不是高學曆的[De]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,整個生産線一年的休[Xiu]假計劃張貼在生産線。将維修、操作工[Gong]等組成小組,為(Wei)了解決單(Dan)調生産産生(Sheng)新[Xin]的問題,一[Yi]段時間以後[Hou]進行崗[Gang]位輪[Lun]換。
(4)質量管理(Li)任[Ren]何發動機廠都将質量置(Zhi)于公司戰略的核心地位,質量管理乃是發展的最為重要的[De]“内功”之一。質(Zhi)量方面的讓步絕非一種選擇,任何讓步都[Dou]可能威脅企業的生[Sheng]存,隻有那些[Xie]緻力于質量[Liang]改善的公司(Si),才能成(Cheng)功,才能獲利。發動(Dong)機廠提高質(Zhi)量的(De)關鍵手段,确定質量目标,最高層的(De)參與。采用[Yong]零次品生産[Chan]作為核心流[Liu]程,加強質量過[Guo]程控制。動(Dong)員全體員工參與,由[You]車間工人自己解決問題[Ti],成立Qc小組來改善質[Zhi]量。