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凸輪軸,曲軸制造業發展三大(Da)趨勢[Shi]

時間:2016-11-03 11:44   作者(Zhe):admin 點擊: 次
進人21世(Shi)紀以來,發動機制造業在産品(Pin)、制造工藝、刀具、生産管理(Li)方面(Mian)都進行[Hang]了一[Yi]系列變化,與過去(Qu)的發動機制造(Zao)企業有很[Hen]多不同。
 
 
   在[Zai]産品[Pin]方面輕量化的趨勢比較[Jiao]明顯[Xian],缸體[Ti]零件用鋁合金[Jin]替代鑄鐵。缸蓋(Gai)産品簡單化,不[Bu]采用以前的頂置凸輪軸[Zhou]的形式,使得缸蓋加[Jia]工更加容(Rong)易[Yi]。工藝上不斷優化,曲軸除了車一[Yi]車拉技術以外,還開發了新的[De]高速(Su)外銑工藝,使得更加柔性。凸輪軸(Zhou)采用套裝式的,而不是整[Zheng]體式,使得加工簡單,柔性[Xing]好。連杆的脹斷工[Gong]藝應用的企業越來越[Yue]多,而且成熟。
 
   高速化在[Zai]發動機企業也表現的比較明顯,大量采用塗層硬質合金刀[Dao]具PCD和CBN,且切削速度大大提高。HSK夾[Jia]頭使[Shi]用也較普遍。采用複合型加工工藝和刀(Dao)具、來節省設備[Bei]投資和減少加工時間。如采用(Yong)鑽銑螺[Luo]紋一把刀,完[Wan]成鑽(Zuan)孔、倒角[Jiao]、銑螺紋一次(Ci)成形的多功能刀具。總之,在産品[Pin]方面,在獲得滿意(Yi)的性能下(Xia),使得加工工藝(Yi)簡單,盡量在鑄造中解決一[Yi]些加工,使得在機(Ji)械加(Jia)工時,加工[Gong]餘量少。
 
   在工藝[Yi]技術[Shu]方面,采用新工[Gong]藝,使得刀具和設[She]備(Bei)适應高速化和柔[Rou]性化的需要。在生(Sheng)産組織和管理(Li)方面也有很多不同的(De)地方,企[Qi]業的結構簡單(Dan),很(Hen)多服務性的部門,如油(You)品、切[Qie]削液、刀具(Ju)和設備備件都由專業公(Gong)司來負責。人(Ren)員通過[Guo]小組[Zu]以及輪[Lun]崗的[De]方式來激勵。物流和設(She)備[Bei]管理[Li]方面也是重點,發動機制造企業TPM是很重要的(De)一環。在質量(Liang)方面,德國企(Qi)業非常重視(Shi)過程(Cheng)質量。
 
  産品方面
 
   (1)輕量化研究表明,一[Yi]輛轎車的質量若能減少10%,則其燃油(You)經濟性可提高3%~4%,同時汽車(Che)的排放也[Ye]會降低。為此,各國的汽車制造廠家為了使發動機輕(Qing)量化、高(Gao)速化(Hua)、高功[Gong]率化,并且(Qie)有較高(Gao)的耐久性,最好的辦法(Fa)是使用鋁缸[Gang]體[Ti]。它的優點:①鋁的[De]導熱性好,提高發動機的壓縮比,對提高功率(Lü)也十(Shi)分[Fen]有利。②缸體和缸蓋的膨脹率相同,減少熱應力,同時提[Ti]高缸體和缸蓋(Gai)結合面的剛性。③重量(Liang)輕。
   (2)缸蓋結構缸蓋的結構,一般是凸(Tu)輪軸軸承孔(Kong)一體的整體式鋁缸蓋,為了工藝加工[Gong]方便,将整體缸蓋一分為二或分成三(San)個部分[Fen]。凸輪軸不放置在缸蓋上,而裝(Zhuang)在罩殼内。
   (3)凸輪軸凸輪軸的作用就是控[Kong]制氣閥的開啟和關[Guan]閉。第一個變化(Hua)是,四氣門和[He]五氣門的凸[Tu]輪[Lun]軸為了去重,采用[Yong]輕量[Liang]化中空凸(Tu)輪[Lun]軸。第二個變化,按[An]常規而言[Yan],凸輪軸的毛坯[Pi]一般是一根鑄件或[Huo]鍛件,再進行粗加工、熱處(Chu)理,最後磨削而(Er)成。而新的凸輪軸制[Zhi]造方法,就是用了(Le)裝配式毛(Mao)坯件,将預制(Zhi)凸輪和相關部件裝配到一根[Gen]鋼管上,焊接固定其軸向和角(Jiao)向位置,增加了柔性、缺[Que]點是成本高。
   (4)平衡[Heng]軸體(Ausgleiehswellenmodul)在三缸機中(Zhong)為了減少震動,使(Shi)得發動機運行更加平穩,産品[Pin]中增(Zeng)加了一個(Ge)平衡軸體。目前(Qian),VW集團[Tuan]用于PoLo的1.2L四氣[Qi]門發動機裝有平衡軸體。由[You]于這個零件能明顯平衡發動[Dong]機震[Zhen]動,同時改善發動[Dong]機運轉,将來ZL的四[Si]缸(Gang)機配有平衡(Heng)軸(Zhou)體。

    工藝刀具方面[Mian]
 
(1)産品變化引起工[Gong]藝的變化有(You)缸套(Tao)的鋁缸(Gang)體,國外有的[De]工廠缸孔是先将表面有鋸齒形的缸(Gang)套放好,然後(Hou)進行澆鑄[Zhu],鑄鐵[Tie]部分離上平面2~4mm,為了有[You]利于缸(Gang)體上[Shang]平面加工。鑄(Zhu)鐵缸套[Tao]粗加(Jia)工在毛坯廠完[Wan]成,留lmm餘量。在工藝安排[Pai]時,缸孔、主[Zhu]軸承孔放在後面加工,而上、下平面,四個側面前面加[Jia]工完成。同以前的[De]工(Gong)藝安排不同,使[Shi]加工工藝較以(Yi)前簡(Jian)單。缸蓋[Gai]變成一(Yi)個長(Zhang)方體以後,使(Shi)得缸蓋加工比以前容(Rong)易。因為沒有凸[Tu]輪軸軸承孔的[De]加工,可以用專用[Yong]的簡易加工中心[Xin]機床,實現高速和柔(Rou)性變[Bian]化。用裝配式凸[Tu]輪軸以後,凸輪的熱處理、裝配[Pei]都在供貨廠家進行,提供半成(Cheng)品給制造廠[Chang]家,工藝如下:車主[Zhu]軸頸—主軸頸磨—粗、精磨凸輪—抛光—清洗。
(2)三個重[Zhong]要趨勢。國外的[De]發(Fa)動機廠[Chang]在三個重要領域表[Biao]現比較[Jiao]明顯,主[Zhu]要如下:
  一[Yi]是高速化。高速加工可以提高生産率,縮短交貨時間。要[Yao]實現高速加工,主要步驟(Zhou):①機床要能實(Shi)現(Xian)高速的主軸。②HSK液壓夾(Jia)頭[Tou],定位精度高,同時剛性(Xing)也較好。③大量采(Cai)用塗層硬質合金刀[Dao]具,金屬陶[Tao]瓷、陶瓷(Ci)、CBN、PCD刀[Dao]具。比(Bi)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(Fang)法、工[Gong]藝環節、節約成[Cheng]本、具有柔(Rou)性。例如,凸(Tu)輪[Lun]軸加工,德國[Guo]在匈牙利的柴油發[Fa]動機,過去在加工軸頸時(Shi),用車[Che]削加磨削,現(Xian)在(Zai)改用CBN刀具(Ju)一次(Ci)完成,達到要求的表面粗糙[Cao]度,不[Bu]要磨削,可減[Jian]少大量投資。三是幹式加工。優點是可以滿足(Zu)環保[Bao]的要求,降低[Di]總成本。例如[Ru]缸體[Ti]缸孔粗[Cu]加[Jia]工,采用陶[Tao]瓷刀片不加乳化液[Ye]。目前國外很重視[Shi]在幹式加工[Gong]采用噴霧——準幹式加工。
  
(3)柔(Rou)性化(Hua)發動機制造業(Ye)生産性柔性化(Hua)是走向之一,在[Zai]傳統的自動線局部[Bu]工位用CNC或加工(Gong)中[Zhong]心,來實現柔[Rou]性加(Jia)工的生産線叫柔性(Xing)自動線FTL,日本工[Gong]廠使(Shi)用較(Jiao)多,主要适合家族類的産品,從嚴格意(Yi)義上來說,這還是[Shi]自動線的設計概念(Nian)。
用專[Zhuan]用加工[Gong]中心構(Gou)成的[De]柔性制造系[Xi]統,主要用在缸蓋和缸體,從産量角度分析[Xi],可以達到,從傳[Chuan]統的(De)FMS系統起步産(Chan)量5萬件[Jian]/年到(Dao)傳統自動線[Xian]的(De)産量20萬件/年。假如要規劃一條全柔性[Xing]的适合(He)大[Da]批量生産的(De)柔性生産線(Xian),以适合采購的不[Bu]确定性(Xing),由于開發[Fa]新品種而不(Bu)斷更新設計,環保要求和生産要求等。在[Zai]柔性生産線考慮這些因(Yin)素可以使得年産量超過50萬件的投[Tou]資更合理,在今後10年可以節[Jie]省大概10~20億美元。
  由于缸體需要較少的工件裝夾次數[Shu],而多為鑄件。材料和(He)尺寸決定了采(Cai)用自動線更經濟。目前采用混合生[Sheng]産線成為一種新趨[Qu]勢。工藝上将大[Da]餘量[Liang]切削在傳[Chuan]統自動線上完[Wan]成,缸體前後端[Duan]面和側(Ce)面的加工,用柔性生産單元[Yuan]。
(4)高效率(Lü)從日(Ri)本汽車制造(Zao)業的情況來看,平均每五年切(Qie)削效率要提高[Gao]28%,其中切削速度(Du)平均提高19%,進給[Gei]量平均提高[Gao]8%,而最近幾年切削效率提(Ti)高的幅度在30%以上。目前制造(Zao)發動機主[Zhu]要零件的生産[Chan]節拍[Pai]已經縮短到了30~40s。比(Bi)十幾年前縮短了50%。例如(Ru)在(Zai)灰鑄鐵材料缸體的銑削加工,用高速加工(Gong)中心機(Ji)床,切削速度可達[Da]到700~1500m/min。刀(Dao)具采用CBN刀片(Pian)。(  auto1950 )在[Zai]缸體、缸蓋鋁合(He)金材料銑(Xi)削加[Jia]工時,廣泛采用PCD刀具,考慮到高速回轉時将會産生很大的離(Li)心力,故刀體采用高強[Qiang]度鋁合(He)金材料制作。凸(Tu)輪[Lun]軸和曲軸用CBN砂輪進行高速[Su]磨削。曲軸和凸輪軸的孔[Kong]加工,為了提高效率(Lü),采用内冷的硬[Ying]質合金鑽頭,代替過去的高速(Su)鋼鑽頭。攻螺紋也采[Cai]用硬質合金絲錐來提高(Gao)速度,甚至曲軸(Zhou)攻螺紋也[Ye]采用(Yong)無切削[Xue]絲錐。高速(Su)加(Jia)工中心有一(Yi)個趨勢[Shi]采用熱裝式工具系統。總之,在發動機制造業有(You)一個明顯的(De)走向[Xiang],采用高速加工提[Ti]高效率。
(5)脹[Zhang]斷工藝應用較普遍自從連(Lian)杆大頭孔[Kong]切斷[Duan]采用脹[Zhang]斷工藝以來,大部分工廠都(Dou)采用脹斷工藝。國内工廠應用[Yong]此項技術還存在些問(Wen)題,主要[Yao]是工廢率(Lü)和裝配時産生的連[Lian]杆爆口。而國外(Wai)工廠已很好掌握了此項工藝,它們[Men]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。
(6)在(Zai)曲軸車拉的基礎上結合采用高速外銑近幾[Ji]年,曲軸主軸頸(Jing)和連杆頸的加[Jia]工,一[Yi]般都是(Shi)采(Cai)用車拉工藝來完成。但(Dan)連杆頸(Jing)軸[Zhou]線不在一條中心線上,如三缸、六缸(Gang)發動機[Ji],加工就有[You]一些麻煩。目前,有(You)一種加[Jia]工工藝方(Fang)案為:主軸頸用車[Che]拉,連杆頸(Jing)用[Yong]高速[Su]外銑。這樣加工連杆頸時更好(Hao)柔性(Xing)。
(7)曲軸平衡機新的(De)改進是不平衡量(Liang)校正(Zheng)采用極坐标優化高速鑽[Zuan]削校正方法。過去用的是高速鋼,新的方法(Fa)是曲軸的鑽削采[Cai]用整體硬質合[He]金鑽頭。鑽頭心部有冷卻液孔(Kong)。這種鑽頭[Tou]能進(Jin)行大進給量鑽(Zuan)削。
(8)缸孔的激光珩磨(Mo)。近年來表面激光造(Zao)型珩(Heng)磨加工正在(Zai)漸[Jian]漸使用,為了同時達(Da)到(Dao)缸孔表面粗糙度和儲油性能,需要通[Tong]過特殊的加(Jia)工技術,也就是用[Yong]激光造型珩磨[Mo]才(Cai)能[Neng]達到加工[Gong]要求[Qiu],同時還不(Bu)會影響缸孔(Kong)表面的加工(Gong)質量。采用激光珩磨後,汽[Qi]車發動機(Ji)可以(Yi)降低油耗[Hao]量,降低排[Pai]放,減少磨損。另外,目(Mu)前柴油機廣泛用于轎車上,柴油發動機體積(Ji)小,功率大,缸[Gang]體鑄造時加人了TiC,為了[Le]将缸孔表面的(De)TiC沖掉,去除産生的毛刺,同(Tong)時達到表面儲油量,開發了高壓液體[Ti]珩磨,工藝為:粗珩+精珩(Heng)十(Shi)高壓液體衍(Yan)磨十抛光。
 (9)曲軸磨床凸(Tu)輪(Lun)軸采用CBN砂輪高速磨削,已經非常(Chang)普遍(Bian)。目前曲軸的(De)加工也漸漸開[Kai]始使用CBN砂輪加[Jia]工。一般來講,四缸曲(Qu)軸(Zhou)隻要是升程的變(Bian)化,工藝路線還是過(Guo)去的較好:主軸頸用多砂輪,連杆(Gan)頸分别用雙砂輪(Lun)。如果要加(Jia)工四缸、五缸和六缸曲軸,就要采用CBN單[Dan]砂輪或雙砂[Sha]輪磨曲軸(Zhou),這樣柔性好,而且砂輪每修(Xiu)整[Zheng]一次,可加工600~800件。
 
  組織機[Ji]構和生産管理
 
  (1)結構簡單發動機廠的(De)組織結構相比以前,特别(Bie)是在[Zai]海外的工廠,隻是一(Yi)個生産性(Xing)的工廠。服務性(Xing)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(Mei)國企業提出[Chu]的,開[Kai]始于16年前的美國通(Tong)用土星項目[Mu]。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(Ju),後來漸漸[Jian]完善發展成為一(Yi)個完整的(De)系[Xi]統,甚至在[Zai]新項目開始階段刀具管理就(Jiu)參與項目支持。90年代[Dai]後期在德國和歐洲推行,雖然應用較少,是一個有[You]潛力的管理模式,從範圍來說,将會(Hui)有越來越多的企業特别是汽[Qi]車工(Gong)業采用。目[Mu]前匈牙利[Li]的OPel工[Gong]廠,德國大衆在波蘭的工廠,美[Mei]國通用在上海工廠都在(Zai)進行刀具管(Guan)理。減少(Shao)了刃磨、倉庫管理、采購、技術管[Guan]理人員,使得機構簡單。
  (2)成本[Ben]中[Zhong]心汽車工業日趨激烈的競争(Zheng)中[Zhong],降低産品的[De]成本(Ben)已成為[Wei]各[Ge]汽車廠[Chang]競争的重要策略。把降低成本作為[Wei]一個硬指标來推(Tui)行,是全球汽(Qi)車工業[Ye]發展[Zhan]的趨勢。發動機廠也[Ye]不例外,把降低(Di)成(Cheng)本作為一個(Ge)重要[Yao]目标來(Lai)實[Shi]施。一般來說,各車間成(Cheng)立成本中心,主要指标是工廢、料廢、人員費用、刀具(Ju)輔料費用、設[She]備折舊等。
  (3)TPM和人員激[Ji]勵發[Fa]動機廠的設備都是比較(Jiao)複雜、精度高,有一定技術含量,新的(De)生産線規劃完成以後,重要的一項工(Gong)作(Zuo)是TPM。首先,提出具體的實施方案,每條線都(Dou)規定(Ding)了負責人,加強[Qiang]點檢和專業點檢。針對具體的機床提出合(He)适的解決方案。不[Bu]是做一些表面[Mian]文章,就是根據簡單清晰(Xi)的[De]思[Si]路,其次(Ci)是腳踏實地執行。使用一些合适的人員[Yuan],而不是高學[Xue]曆的員工,重點放(Fang)在崗位[Wei]上的[De]培訓。為了鼓勵員工,積極采用休假制度[Du],整個生産線一年[Nian]的休假計劃張貼(Tie)在生産(Chan)線。将維修、操作工等組成小組,為了解(Jie)決單調生産産生新的問(Wen)題,一段時間以後進(Jin)行崗[Gang]位輪換。
  (4)質量管理任何發動機廠都将[Jiang]質(Zhi)量置于公司戰(Zhan)略的核心地位[Wei],質量管理(Li)乃是發[Fa]展的最(Zui)為重要的“内功”之一[Yi]。質量方面[Mian]的讓(Rang)步絕非一種選擇,任何讓步都[Dou]可能威(Wei)脅企業[Ye]的生存,隻有那[Na]些緻力于(Yu)質量改善的(De)公(Gong)司,才(Cai)能成功,才能獲(Huo)利。發動機廠提[Ti]高質量的關鍵手段,确定(Ding)質量目标,最高[Gao]層的參與(Yu)。采用零次品生(Sheng)産作為核[He]心流程,加強質量過程控制。動(Dong)員全體員工參與,由[You]車間工人[Ren]自己解決問題,成立Qc小組來[Lai]改善質量。
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