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[ 来自:不详  阅读:   时间:2012.05.14 ]
“瞄准”汽车发动机制造

2012年3月16~17日,《CMJ中国机械与金属》编辑部携同吉利汽车动力总成有限公司在浙江宁波成功举办了“2012 CMJ国际汽车发动机制造技术研讨会”。吉利汽车、一汽集团、大众动力、上菲红、奇瑞汽车、上海通用、华晨汽车、东风汽车、东风商用车、东风本田、东风轻型发动机、江淮汽车、潍柴、江铃汽车、南汽名爵、长城汽车、上柴、扬柴、天润曲轴、机械工业第九设计研究院等众多汽车发动机制造企业及相关零部件生产厂的专家技术人员,以及肯纳飞硕、山崎马扎克、上海申克、阿特拉斯o科普柯、德倍思软件、浙江金石机器人、南京蓝帜、欧瑞康巴尔查斯、无锡迈日、伊维玛等国内外机床、刀具、测量、机器人等装备企业参加了此次会议。会议内容得到了参会者的充分肯定。会议期间,与会专家们参观了浙江吉利动力总成有限公司杭州湾工厂。

雅式出版有限公司副总经理唐咏雅和浙江吉利副总裁兼动力总成有限公司总经理王瑞平分别在会上致词。两位一致认为:2011年以来,中国汽车市场步入调整期,汽车产销增速明显放缓。受整车市场拖累,中国汽车发动机市场也处于低迷,近10余年来首次出现负增长。修炼内功、控制成本、提升产品质量、增强企业竞争力,已经成为汽车零部件企业的共识。但是各家企业采取的发展路线和策略大相径庭,各有千秋,互相交流、互相学习、取长补短,很有必要。通过“2012 CMJ国际汽车发动机制造技术研讨会”这个平台,发动机制造专家和相关的装备供应商可以更直接地交流和探讨发动机制造技术及工艺问题,有益于中国汽车发动机制造水平的提升。

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高品质的产品需要高水平的生产规划

目前中国汽车市场的竞争日趋激烈,国家第三阶段油耗限值以及国五标准等法规逐步实施。对此,浙江吉利副总裁兼动力总成有限公司总经理王瑞平指出,价格战已不再成为竞争的焦点,高品质高性能产品将在市场中占据主导地位。这就意味着新一轮的动力升级势在必行。因此,国内车企纷纷投入重金,研制新型动力,而高品质的产品需求也对新的生产线规划提出了更高的要求。

向少人化、自动化、信息化转变:作为民营车企成功代表之一的浙江吉利动力总成有限公司近年来遵循的是“紧跟世界发动机制造业步伐,向少人化、自动化、信息化转变”的规划思路。

10年前,在以高效率、低成本的企业经营发展战略指导下,吉利发动机工厂规划建设采用专机自动线、手动装配线,其高效生产的特点符合了吉利早期迅速发展的需求。但是设备柔性差、生产工艺水平较低,是制约产品质量提升的重要因素。自动力总成公司成立以来,有效地实现了资源整合,各新老基地分厂迅速发展,产销规模逐步提高。

据吉利动力总成公司副总经理羊奎介绍,在吉利战略转型的过程中,动力总成也紧跟世界发动机制造行业发展步伐,规划发展有了较大的转变。新建和在建的动力总成工厂生产线大量采用无人化、自动化、信息化的装备,由原来的人工操作向少人化、自动化转变,并运用在线检测、过程保证、全面防错等手段。工艺设备水平的提升带来了产品质量的迅速提高。

以位于杭州湾新区的慈溪发动机生产线为例,该线目前已建成发动机厂中投资额最大、规划起点最高、质量控制能力最强的现代化发动机制造工厂。机加线和装配线全采用自动设备,MES系统可以进行设备远程诊断、生产计划、信息显示、产品质量管理、零部件管理等;引进了进口冷试机,实现能耗低、效率高、自动化高、定量检测;质量保证手段升级,如采用照相检测技术、机械防错技术、光电感应技术、传感器控制技术。以及正在筹建的将生产集团目前最高端的涡轮增压、缸内直喷发动机的1.8T发动机厂,在自动化和信息化上将有较大的提升,包括:将在机加线上配备桁架机械手等等。

积极推进世界级先进制造:“WCM(世界级制造)”是菲亚特集团倡导的企业管理理念。它基于:全体质量控制(TQC),全体生产维护(TPM),全体工业设计(TIE),及时交付(JIT)。通过从上层直至车间基层人员的参与、系统化和有组织地持续改进,从而利用最少的投入得到最大化的收益。上汽菲亚特红岩动力总成有限公司(上菲红)副总经理杨汉琳概括之:世界级制造关注世界上最好公司使用的方法和取得的成就。

上菲红于2009年启动WCM项目,提出不仅要制造出高质量的产品,还要减少制造过程中的资源浪费,实现真正意义上的节能减排。杨汉琳说,在发动机与整车的匹配、供应链环节,同样有着提升节能减排的很大空间,发动机企业应该积极探索,从整个产业链角度思考节能减排。

在安全、成本展开、 集中改善、自主活动、专业维护、质量控制、物流和客户服务、先期设备管理、人力开发、环境十个方面,上菲红从:一旦问题出现,应采取正确的措施;根据已获得的经验、采取适当的行动以避免已知问题的重复(包括在相似情况中出现的相似问题);根据风险分析,采取适当的正确行动以防止具体问题的出现这三个层次,通过成本展开和质量问题分析矩阵确定主要损失类型和区域进行集中改善,努力消除生产中所有非增值活动包括非质量活动,达到零缺陷、零停机、停机管理、零浪费的目标。

精益化集成制造:东风本田的全铝发动机工厂项目,是从年产3万单机型起步,一次规划、分步实施,滚动发展,现已建成了具有24万能力、Spirior2.4L CRV2.4L和2.0L CIVIC1.8L 两个平台10款动力总成的高集成工厂生产。这条具有东风本田特色的连贯、柔性、高效、环保生产线,以最低成本挑战最高管理目标的思维方式,充分体现了“精益生产、绿色环保”的现代制造理念。

据该公司发动机制造部部长刘一平介绍,全铝发动机工厂项目的“精益生产”除了高效投资外,还突显在:人机平衡、柔性生产、连贯物流、源流追溯四个方面。例如:应用YNC 双向砖塔、EG 可换箱柔性模块专机,实现了多车型混合流动,新产品导入只需要追加多轴箱和夹具、刀具就可以实现,避免重复投资,保证高的加工效率,一次性投资最小化。

又如:缸体、缸盖生产线布局均采用“U”布置,投入点、产出在同一侧,布置紧凑,有效利用面积;各面孔系加工采用可换箱式柔性转塔专机和CNC组合自动线,保证了加工效率和柔性;粗加工、半精加工同机能精加工分段管理布置方式,有效利用资源配置。

采取连贯生产、物流路线最短化的一体化工厂布局,并建立高效、精确的品质追溯管理系统,缸体/缸盖毛坯高温二维码刻印技术,重要设备加工数据SPC自动监控实施,重要外作部品实现了流动履历电子化。

与此同时,工厂还创新开发设计新工艺、新方法,最大限度地利用国产装备:装配线单机设备主要采用国产设备27台,设备国产化率达到90%;对生产中产生的有害物,实现彻底的回收处理,建造无污染的绿色工场。

刘一平表示,东风本田汽车有限公司未来工厂扩充建设也会沿用这种模式建设。

具有高效率的柔性制造技术

高效与柔性是一个矛盾体的两个方面。过去,生产效率高的生产线往往刚性强、柔性差。而柔性好的生产线往往生产效率低,这主要是实现多轴多刀加工获得高生产效率,但对产品品种变化的适应能力差,产品变化致更换夹具、刀具所需时间长。随着制造技术和电子技术、切削技术等相关技术的发展,使柔性生产效率有了很大的提高,机械工业第九设计研究院副总工程师康来明在会上介绍了几种新的发展。例如:

介于高速加工中心和组合机床之间的新型机床结构和加工方式。这种机床和加工方式的特点是X、Y、Z三个移动轴全部或其中的两轴以及A轴集中在工件上,实现所谓的“工件找刀具”的加工方式。这种机床的优点是:加工过程中不需换刀,减少了换刀机构和换刀时间;可方便地实现多件的同时加工;机床框架左右、上下都可灵活地布置多轴头,实现工序集中和多工序加工;各轴的移动速度都在45m/min左右,加速度在0.5~0.6g(5~6m/sec2),使加工的辅助时间大为缩短。由于进给运动是在工件上,更有利复合刀具的采用,以减少轴的数量,如连杆大小头孔的镗削,就可由装在一根主轴上的两把镗刀分别完成。这种加工方式既有较高的生产效率又具有柔性,适合多品种的汽车发动机、底盘的杆类、壳体类零件的加工。

铸铁缸体主轴承孔的涨断。将体、盖铸在一体的铸铁缸体,在完成主轴承孔粗镗和主轴承螺栓孔加工后,置于主轴承孔涨断机床上定位、夹紧。机床一端的卧式激光切槽器在主轴承孔两侧逐档割出涨断槽,然后由置于机床另一端的涨断轴逐档涨断主轴承孔。涨断后插入主轴承螺栓,进行两次拧紧和气吹分离面,完成体、盖结合部分的加工和装配。工序少、效率高,尤其适合大排量柴油机缸体加工。

多轴数控联动、多刀、多工位、多切削方式的复合加工机床。如各种形式的车削中心、铣削中心等,在一次装夹中不但可进行车削、铣削,还可进行钻、铰、镗、铣槽、攻丝、磨削等多种加工,使其通过最少的定位装夹次数和最少的机床台数,完成零件的全部加工,缩短辅助时间,同时由于减少了定位夹紧误差,提高了加工精度;减少设备台数,节约了占地面积;当产量增加时,只要增加相同的设备,即可迅速扩大产能。

为了使柔性生产线进一步提高效率,目前缸体等复杂的壳体零件生产线有采用宽轴距的双轴加工中心,通过机械手上下料,同时装夹两个缸体,两根轴分别对两个缸体同时进行加工,生产效率提高1倍。双轴加工中心具有与单轴加工中心相同的性能参数。这种夹具形式的采用,大大缩短了由于更换品种而导致的更换夹具的时间。通过匹配板的使用进一步可实现不同品种零件的混流生产。

杜尔EcoCFlex清洗机技术将有效的清洗方法与六轴机器人的灵活性相结合,并完全整合成模块式工作单元。这个设计允许快速地过程最优化或过程调整,使工件更换简单快捷,同时在应用新类型工件时,调整工作量也大幅降低。机器人会在系统外面一个设置点将单个或有托盘的加工件运到多功能室清洁。一旦完成上下料、清洗、去毛刺、风干和可选的真空干燥所有的清洗工作就在相同的位置上进行。通过工件专门的程序机器人的运动还能够精确地进行特殊的清洁要求。与旧款机器相比,EcoCFlex的功能更多且清洗范围更大,而且其整体占地面积更小,有极高的柔性。

杜尔另一款EcoCTrans是一种全新的,功能强大的通过式清洗系统。采用模块化设计,组成部分基于已经验证的EcoCTrans传送技术,并智能整合了多种技术。尽管其结构紧凑,EcoCTrans也允许自行增加其他组件。持续的清洁过程结合浸没射流清洗和喷淋清洗处理,获得了最佳清洁效果或缩短作业周期。真空干燥机可以使工件100%干燥。自动反冲洗过滤系统(FAS )可冲走并排除残留物。柔性虽有所减小,但更多关注在高节拍方面。可以根据设计的变化而进行改造,根据工件的更新换代进行改造。

过程质量的监控更加完善和全面

中国汽车工程学会特聘专家暨检测专业委员会主任朱正德指出,在现代企业,尤其是在以批量生产为特征的汽车制造业,其产品和采用的工艺对检测具有导向作用,主要表现为:在线检测的智能化与检具的简约化,检测手段的柔性化,生产测量室作用的强化,以及通过不断提升检测水平。评定要求适应和满足产品、工艺的新需求等四个方面。

例如,一些主流汽车厂已在上述智能化、数字化检测工位的基础上实现了数据联网,并进一步拓展了工序过程的监控功能。另外,由于坐标测量机的通用化、柔性化程度远高于一般的多参数综合检具,因此它们更适应于多品种混线生产方式。因此,坐标测量机置于生产线旁以及生产测量室位于车间现场的渐成在一些主流发动机厂的趋势。

与此同时,为适应汽车制造业多变和快速发展的态势,检测技术也在不断提升。例如,光学量仪渐渐进入轴类零件主流在线检具的行列;激光造型工艺的实施推进了表面微观结构的三维测量进入实用阶段。

高速、高精和一些新颖制造技术越来越多地被用于生产实际,某些新面世的质量指标也被引入作为评定依据;对过程质量的监控更加完善和全面,包括SPC(统计过程控制)应用水平的提高;零件二维码系统在行业内的应用范围扩大,部分主流企业开始在全线实施零件数据载体、即电子芯片技术。企业还相继引进了先进的信息技术和系统,优化供应链的各个环节。

SPC技术的运用:运用SPC技术对发动机及其零部件的关键、重要质量特性进行连续的过程监控,可以对稳定发动机的制造质量可起到四两拨千斤的作用,因此,SPC在各发动机厂得到了广泛的应用。但也普遍存在SPC有效运行困难,无法连续监控过程质量动态,最终流于形式。南汽发动机厂在SPC实践过程中,提升全员质量意识的原则,坚定推进SPC的实施应用,结合现代信息技术、机械电测技术,走出一条具有自身特点的SPC应用模式。使得制造过程透明化,并可做到产品质量精确追溯。

南汽名爵动力总成质量部敖贵齐指出,SPC是一项繁琐而长期要开展的工作,需要通过管理层持续的关注来推进系统的有效运作。除了基础硬件必须具备与网络连通的能力,且数据输出的格式符合Q-DAS的要求;检具内置的SPC评价原则要与Q-DAS保持一致;数据存储管理部分要求有专用的存储器,且需要根据容量考虑数据的备份周期;各用户清楚地了解整个系统的架构、原理及作用,并熟练掌握q-STAT的应用等;所有流转的工件必须具备唯一的可自动识别标记是所有信息采集绑定的基础。

南汽名爵动力总成整个SPC系统自规划到有效应用共经历了一年多的时间,解决了很多具体问题,并取得了明显的效果,缸体、缸盖、曲轴、凸轮轴和连杆等5条机加工生产线共36项关键质量特性、310个检测值(区分了不同的测量截面、测量方向、动力头、夹具号),过程能力指数符合监控目标(质量指数≧1.33、控制图点子排列无异常)的个数从2011年4月份的不足50%到年底时已上升到100%。

专家认为:在信息化水平高度发达的今天,SPC不仅限于是一个质量控制的工具,它完全可以上升为一个质量管理系统,延伸扩展到其他的质量管理领域,这就需要管理者在决定运用这套系统前就要做好规划工作,明确目标,与设备、检具规划同步推进SPC。

科学、有序的QC小组活动:发动机的连杆涨断加工是近年发展起来的一种新技术。南京汽车集团有限公司在PDCA循环中,按照科学、有序的QC小组活动的步骤(现状调查、目标设定 、原因分析、要因确认、制定对策、对策实施、效果检查、制定巩固措施等),运用多种质量工具,通过解决“爆口过大”质量问题从而达到了预期设定的质量目标,解决了降低连杆涨断的废品率这个重要难题,降低了工段的质量成本和管理成本。该QC成果获得了“2011年全国优秀质量管理小组奖”。在解决问题的同时,锻炼和提高了QC小组成员的协调能力、组织能力及专业知识水平。

MES的应用:发动机装配线是一个比较复杂精密的顺序装配流水线工艺过程,根据 McKingsey&Co的研究,约总成本的8%是质量和保证成本。专家认为,MES是整合质量及生产管理解决方案。德倍思软件(上海)有限公司业务总监Mr. Arnd Slegers强调,应用优秀的MES系统可以实现:质量的提高和维护成本的降低,更少的规范,更低的质保和责任风险;成品和工艺资料的归档,等等。

德倍思的MES充分利用先进技术:基于IBM和Microsoft系统构架,灵活可靠;新的程序与原IT系统的集成可以在IBS的集成平台上完成,不仅减少了多余用户接口的数量以及不必要的软件开发,也省去了维护的费用;系统中统一的数据模型基于知名厂家的标准数据库,生产环境中新的系统轻易就可以被集成;另外,系统拥有一个综合、先进的紧急设备处理设置,一旦ERP和PPS系统崩溃,生产和追溯仍然能够继续。

IBS MES在戴姆勒重型发动机平台动力总成中的应用案,如:动力总成工厂布局分布了自动化控制检测点;检测控制工作台包括和自动数据采集检具及用户确认操作界面;配置过程控制工作台;IBS APS系统与动力总成装配过程的整合;IBS APS与底层设备的数据交换;检测计划采用自动CAD识别技术完成关键点转化;可视化的计量型和计数型特性检测数据自动采集;缺陷转化及自动生成处理流程。

找到适合企业现场零部件检测的解决方案:面对林林总总的现代化检测设备,如何选择最适合自己企业实际需要的呢?无锡富瑞德精密机械有限公司销售副总陈健民的经验是:没有最好的,只有最合适的!他认为,国外品牌汽车包括一些国内合资品牌,其历史较长,工艺相对成熟,检测方案比较完善。所以其在规划现场零件检测的时候都有自己标准,有自己的检具配备原则。比如,欧美系配备原则是:分工序检测;各工序配备工作台,同一工序量检具统一摆放、统一管理;IT8以上公差尺寸采用通止类量检具;IT8以下公差尺寸采用带表类、电子类或气电类等量检具;关键特性参数采用SPC过程统计分析;形位公差一般采用三坐标测量。日系配备原则是:分工序检测;各工序配备工作台,同一工序量检具统一摆放、统一管理;IT8以上公差尺寸采用通止类量检具;IT8以下公差尺寸采用带表类、电子类或气电类等量检具;关键特性参数一般不采用SPC过程统计分析;形位公差采用功能性、带表或电子的检具检测。

一些国内自主品牌,由于起步较晚,在规划检测方案时与国外品牌有一些差距。设备供应商应该与这些企业一起探索,逐步找到适合其企业自身的检测方案。

为客户提供高效的刀具方案

如何通过提高装备制造精度以及更先进的检测控制手段等方面,将汽车发动机的制造效率和质量提升到更高的国际化水准,使自主品牌企业能够参与到与外资品牌同台竞技中,将是中国发动机制造领域所面临的重大课题,同时也受到了刀具行业的高度关注。

发动机零件上的孔的精加工:RIR 和 RIQ是肯纳公司专为发动机零件上的孔的精加工开发的刀具产品。这两个系列产品精密、通用、易于安装调试,适于曲轴和凸轮轴孔加工、缸孔加工、气门导管孔和阀座的加工等整体解决方案。其中:RIR,刀片为轴向放置式,每片刀片两个切削刃角,背锥可调,两个调整螺钉,前角 0°/6°/12°,最小直径Φ8。RIQ,每片刀片四个切削刃角,背锥已设定好,只有一个调整螺钉,前角 0°/6°/12°,最小直径Φ16。RIQ 铰刀易于安装调试。针对不同的加工方式,如在加工中心或是专机线,以及不同类型的工件,该系列有:导条式铰刀,QuattroCut 铰刀,KST-铰刀连接头,带陶瓷刀片的高进给镗刀,冷却压力驱动镗刀杆等不同的解决方案。其中,冷却压力驱动镗刀杆有2 个渠道的冷却系统:将冷却液分别提供给刀片和进给,半精加工的冷却压力<10 Bar,精加工的冷却压力>20 Bar,磨损补偿:通过前端开槽的螺钉达到“闭环”调整,可以进行尺寸补偿,非常适用于乘用车发动机缸体的缸孔半精加工和精加工。

高灵活性面铣系统:由LMT公司开发的FEED-Jet高灵活性的面铣系统,拓展了一种全新的面铣理念,多齿数设计,坚韧可靠的切削刃,极大地提高了铣削效率。它通过极少的组成部件和精密的制造工艺,实现了简易、快速的换刀方式,达到u级(轴向调整范围 +/- 0.3 mm [1D axial])精度的高度差调整,避免了毛刺,实现了极佳的表面质量。应用范围如:通用铣削非铁性材质,特别适用于铝合金;精铣灰铸铁;半精加工。

领先的表面技术:欧瑞康巴尔查斯的表面技术广泛应用于发动机精密零部件,如活塞销、喷射系统、摇杆的耐磨涂层,提高了柴油及汽油发动机的喷射压力,减少凸轮轴、挺杆、活塞环、齿轮等的摩擦,让发动机使用更小的零部件,以减轻车的重量、降低燃料消耗、降低排放。尤其在共轨柴油喷射系统中的喷射器上的零部件包括活塞阀、提升阀、控制活塞、喷嘴,量产时都使用了提高性能的含碳涂层。而BALINIT(R) DLC 涂层过的喷嘴即使长期使用也能保持尺寸的稳定,从而保证整个系统的密封性。良好的滑动性又保障了柴油燃料的精确流动。BALINIT(R) C涂层过的活塞阀即使在极大的压力之下也看不出有任何的磨损。

机器人自动化生产是制造业转型升级的有效手段

单纯的设备性能的提高,为提高生产效率所带来的贡献是非常有限的,只有制造模式和管理模式的变革,才能让生产效率得到飞跃式的提高。因此,融合机器人的制造单元和自动线模式将是今后制造业发展的大趋势。工业机器人是现代制造业的基础设备,经验表明:使用工业机器人可以降低废品率和产品成本,提高了机床的利用率,降低了工人误操作带来的残次零件风险等,其带来的一系列效益也是十分明显的,例如减少人工用量、减少机床损耗、加快技术创新速度、提高企业竞争力等。早在2004年,浙江金石机器人制造有限公司(简称“金石机器人”)总经理刘金石就已敏锐地感觉到工业自动化将成为行业未来发展的一个趋势。

“金石机器人”产品主要是针对数控加工行业,为等加工母机配套无人自动化加工系统,有自动上下料机械手和机器人系统,零件在线监测系统、自动清洗系统、自动物流系统等,目前是国内最大的桁架机器人的生产厂家,开发和制造了国内首台吨位级重型桁架机器人、国内首条全自动重卡曲轴生产线、国内首创“标签式”的机器人语言系统。2011年1月15日,国内首台重型机械手在金石机器人杭州工厂下线,成为国内制造业的一个新突破。

金石机器人的优点在于能够将机器人的制造单元和机床加工需求完美地融合在一起,利用与机床配套的工业机器人,完成机床自动上下料等各种工序,在提高加工精度和效率的同时,更加安全可靠、节能环保。其最新推出的Dream系列属于重型机械手系列,最大规格的抓取能力有2.5吨,主体横梁采用钢梁结构,导轨采用矩形的重载导轨,传动采用齿轮齿条方式,模块化的设计,独立的控制方式,配备了紧急情况下的安全急停装置,适合于大型设备和重载的场合使用。去年展出的“串联式双头DRM100单元模块化中型机械手”拥有较强的稳定性和高精度,可在上完成自动上下料。轴?7的开发,大大扩展了关节机器人的工作区域、应用范畴,也延伸了桁架机器人自身的功能,增加了产品的灵活性。

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