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進人21世紀以來，發動機制造業在產品、制造工藝、刀具、生產管理方面都進行了一系列變化，與過去的發動機制造企業有很多不同。 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。工藝上不斷優化，曲軸除了車一車拉技術以外，還開發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越來越多，而且成熟。 高速化在發動機企業也表現的比較明顯，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，發動機制造企業TPM是很重要的一環。在質量方面，德國企業非常重視過程質量。 產品方面 (1)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動機輕量化、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。它的優點：①鋁的導熱性好，提高發動機的壓縮比，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。 (2)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。 (3)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。 (4)平衡軸體(Ausgleiehswellenmodul)在三缸機中為了減少震動，使得發動機運行更加平穩，產品中增加了一個平衡軸體。目前，VW集團用于PoLo的1.2L四氣門發動機裝有平衡軸體。由于這個零件能明顯平衡發動機震動，同時改善發動機運轉，將來ZL的四缸機配有平衡軸體。 工藝刀具方面 (1)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。 (2)三個重要趨勢。國外的發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。可以簡化工藝方法、工藝環節、節約成本、具有柔性。例如，凸輪軸加工，德國在匈牙利的柴油發動機，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。優點是可以滿足環保的要求，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)柔性化發動機制造業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，由于開發新品種而不斷更新設計，環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。 (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。目前制造發動機主要零件的生產節拍已經縮短到了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。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�，在發動機制造業有一個明顯的走向，采用高速加工提高效率。 (5)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。 上海大眾的連桿采用漲斷工藝，組裝后根本看不到縫隙 (6)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。 (7)曲軸平衡機新的改進是不平衡量校正采用極坐標優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。 (8)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 (1)結構簡單發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部門負責。比如，刀具管理(Tool-Management)是20世紀90年代在美國企業提出的，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特別是汽車工業采用。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，是全球汽車工業發展的趨勢。發動機廠也不例外，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，每條線都規定了負責人，加強點檢和專業點檢。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。 (4)質量管理任何發動機廠都將質量置于公司戰略的核心地位，質量管理乃是發展的最為重要的“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。發動機廠提高質量的關鍵手段，確定質量目標，最高層的參與。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。 |
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