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柔性化生产加速渗透汽车制造业

发布时间:2020-05-22 07:53:46 编辑:笔名
1967年,英国莫林斯(MOLINS)公司首次提出了“柔性化制造”的概念。经过40余年的发展,这个概念与时俱进,不断完善,应用范畴也随之日渐宽广。从技术层面上看,它是以数控技术为核心,将计算机技术、信息技术、检测技术、品质控制技术与生产管理技术相结合的一种先进制造技术。从实际应用上来说,它解决了长期以来多品种小批量加工自动化的难题,也更能适应产品不断更新换代的需求。

普遍意义上来说,汽车行业的柔性化大多体现在其生产线的先进程度,同一个生产平台可以同时生产多种不同类型的零部件,进而灵活地匹配丰富多样的客户订单,达到缩短产品交货期、提高顾客满意度的目的,同时并强化了产品的品质管理,降低原料库存,良好地平衡人力与工时。这一理念具体贯彻到各企业中,则又出现千变万化的灵活应用。

交钥匙工程:柔性化渗透入整套方案

奇瑞汽车有限公司第二发动机厂的曲轴精加工线是由德国勇克(JUNKER)机床总承包的交钥匙工程。勇克承包了9道加工工序,其中4道主要工序为磨削曲轴主轴颈外圆;曲轴连杆轴颈与止推轴颈;带凸缘法兰端;轴颈端。奇瑞第二发动机厂曲轴精加工线线长蒋仁杰在接受笔者采访时介绍道,设备开动后的好处非常明显,大幅缩短了交货期,产量提升也相当明显,而这正是归功于整条生产线的工艺成熟、柔性化程度高。

该生产线上配有自动上下料系统,在单个加工工序之间集成了随机抽样检测装置,总的磨削节拍时间稳定为59秒,每道JUNKER机床的磨削工序通过一次装夹完成。

据蒋先生介绍,单班产量可达260个,日产800-900件。其柔性程度很高,可共线生产1. L、1.6L、1.9L、2.0L、2. L多种型号产品,互相之间的切换也颇为简单快捷,换型周期短。他举例道:“以JUCRANK5000曲轴连杆线磨床为例,它采用了随动技术,通过对CNC程序调整实现对不同缸数、中心距的曲轴的灵活加工;使用CBN砂轮切割加工的线速度可达120m/min。”而且,该设备的嫁动率值高,经统计计算其OEE(Overall Equipment Effectiveness,设备综合效率)值可达86%以上,而一般国内市场上同类设备的水平约在75-80%之间。

蒋先生同时还强调:“设备厂家有丰富的生产实践经验,可为设备配以化的刀具和辅具,很好地提高了刀具的切削寿命,从而稳定产品品质,将工废率控制在0. %以下,大幅降低了生产成本。”从出产的产品品质上看,全线设备Cmk(machine capability index,设备能力指数)大于1. ,个别甚至能达到1.6。

全自动化制造缩短节拍时间

无独有偶,上海大众也购买了勇克带有两个工位的JUFLEX 000机床。加工任务是使用CBN砂轮整体磨削轿车凸轮轴的轴颈、平面、气门凸轮和部分泵凸轮。

上海大众汽车动力总成有限公司凸轮轴线工段长向笔者介绍道:“加工过程通过一个内置机械手和两个外置的上下料传送带来实现全自动化。”他描述道,这个设备的好处在于,将加工任务合理并节拍同步地拆分为两个模块或者称为两个加工工位,换句话说,就是在同步的时间段内,两个机床模块可以完全独立地执行2个加工任务。由此,在缩短节拍的同时,也实现了双主轴箱的同时运行。使用JUFLEX加工一个工件的时间约为2分钟。按照大众汽车动力总成每天 班的进度来计算,一天能加工1500根凸轮轴。

作为一个柔性化生产线,JUNKER的机床设置了6种型号的凸轮轴生产程序。“相互之间的程序切换非常简单,只要在机器操作面板输入加工参数,系统便可自动调整砂轮架的角度和高度。这样,所有型号的凸轮轴都可以被磨削,而不需要改变夹具等方面的细节设置。”丁先生说道。

柔性化生产线助力开拓国际市场

国内另一自主汽车领军品牌——吉利汽车也正在不断加大柔性化生产的投入。“吉利希望将来能把2/ 的产品出口到国外,这一目标对我们的产品品质提出了更高要求。”吉利控股集团上海华普发动机有限公司的总工程师朱超说:“我们准备从两方面手,一是提高产品的加工效率,二是把发动机向‘安全、环保、节能’的方向推进。”

上述表态是朱先生在8月14日于上海举办的第三届汽车及零部件制造技术论坛上作出的,他同时向与会者详细介绍了华普对柔性生产线相关设备的特定需求。以其正在设计的、具完全独立知识产权的产品JL6VG 5型高端发动机为例,预计需投产两条高性能、品质稳定可靠的柔性化机加工线—气缸体、气缸盖机加工线各一条。它们的材料是气缸体高压铸造铝合金(埋铸合金铸铁缸套);气缸盖铸造铝合金。预计生产节拍为6分钟/件,设备采用中外结合,价格为进口的1/ ~1/2。

此外,朱高工强调,线上自动检测装置的配备也相当必要且重要。比如,国外缸体的生产加工自动化程度高,多有主动测量装置,因而能确保较高的总体加工精度,其尺寸及形位参数在加工时就能予以保证。他表示,吉利希望能够自主研发一批具备高精度的线上自动检测装置和系统,价格为国外引进设备的1/ ~1/2。通过使其与加工制造过程有机融合,对加工过程及产品性能指针实施实时检测与监控,提高生产效率、保证产品品质,实现“零废品制造”。

刀具对于柔性化制造的意义:“如虎添翼”

对汽车业来说,其主要零部件分为底盘、制动系、行驶系三大类。作为汽车“心脏”的发动机,其生产制造要求相当严格。具体来讲,考验刀具加工品质的“重中之重”为缸体、缸盖、曲轴三大件。为了配合柔性化生产线的加工,刀具企业从未放缓过与时俱进的步伐。

在8月1 日的上海金属切削研讨会上,山高刀具(上海)有限公司机床刀具业务经理王抒扬介绍了面向汽车发动机用户、山高提供刀具的多种技术特色及实战经验。他以凸轮轴孔铰刀、阀座刀具和缸孔粗精复合镗刀为重点,介绍了刀具在发动机缸体缸盖制造中是如何应对用户的苛刻要求的。

山高在凸轮轴加工方面比较成熟的工艺是先用缸盖球头铣刀粗铣,和轴瓦装配后导引铰和精铰来完成精加工。在凸轮轴铰刀的设计上,使用了更耐磨的金属陶瓷做导向条,刀片的压装和调整则是山高经典的BIFIX结构。

铰刀的前端,几乎所有厂家都会做成两刃的,为镗铰形式,前一个刀片还起到导向定位的作用。市面上常见的是刀片对称分布,这虽然减少了刀具的切削行程,但切削力的均布容易引起震刀。在多刃枪铰的设计上,山高有更为合理的方案——针对常见的两刃可调刀片式,采取了4-6齿焊接PCD可换头式。

又比如,有些刀具制造商通过人手工的精调来实现刀具精度,这就不太可能保证两刃精度的完全一致,加工出来的孔在表面粗糙度抑或同轴度方面都不算上佳。而由于山高的枪铰相对齿数较多,更能加快节拍,可换头能够经受重复多次的修磨,同时,成本也会小于那些使用PCD刀片式的铰刀加工方式。

再来看阀座刀具在工作中是如何解决加工难题的。导管阀座孔系的加工分为压套前(底孔)和压套后的加工两部分,压套前的加工材质为铸造铝合金。为避免产生刀的痕迹,一刀过是理想的加工方法。在速度高时,加工时的动平衡成为刀具的重要衡量指针。材质较软的铝合金作为刀体,保证了极高的切削速度和高转速。

山高在导管阀座底孔的加工方面有颇为成熟的工艺,也即,一个孔系两把刀来完成,一般缸盖分进、排气两组孔系,对应的压套前加工刀具就是四把。每个孔系对应的刀具为一把复合粗镗刀、一把复合多刃的精铰刀。镗刀对导管底孔是仅镗一小段,给精铰留做导引用,精铰刀前端分两组切削刃—定位导向精镗铰。这相对于竞争对手来说,不仅加工效率高,刀具耐用度也更强,加工一个底孔耗时约5-6秒(而竞争对手往往需8-10秒,如采用复合精镗来加工底孔,则耗时将更长)。

导管阀座孔系压套后的加工方面,目前成熟的工艺都分为粗、精两次加工,粗加工也叫导引加工,导管孔切削8-10mm,给精加工做引导用。精加工为复合铰刀,控制和保证尺寸。

山高在导管阀座孔的铰刀设计方面颇有特色:导管孔的导引铰和精铰全采用PCD(硬质合金杆上焊接PCD)切削,与刀体的连接采用热胀连接。阀座角度的加工全采用CBN刀片来切削,所有刀片均装在可调精密刀夹上进行调整,导引铰把座圈孔起密封作用的角度留量,其余角度加工到尺寸,精加工铰刀只加工起密封作用的角度,精铰刀倒角部分设计为双刃,保证切削的平衡性。济南治疗白斑病费用
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