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发动机生产线的合理规划 |
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作者：长城动力事业部 王建国 来源：AI汽车制造业 |
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“提高品质，降低成本”为汽车企业在未来的竞争中提供了基本保证。对于汽车动力总成制造企业来讲，合理规划生产是非常重要的，因为，合理的选择可以进一步提高生产系统的使用价值，提高生产效率，让生产流程更加合理化，为企业节约大量的开支。
对于发动机制造所采用的生产装备来讲，其投资费用和寿命的计算并非是件简单的事情：首先，企业要考虑在前期投入大量的资金购置生产设备；其次，在后期的使用过程中还要考虑加工过程中的使用成本和维护费用。为了适应未来的生产需求，规划发动机生产线时还要考虑，所选择的生产设备能否满足未来生产需求的变化。如何合理进行投资建设生产线，成为当前每个发动机生产厂慎重研究的课题。
课题的提出
长城汽车股份有限公司独立研发的发动机，需要建设新的生产线来满足新产品的加工和装配任务。
生产的机型为G01～G06三缸、四缸两个汽油机系列，排量0.8L～1.5L。其结构特点是：全铝材质，采用了DOHC、塑料进气管、电子节气门、直喷及增压等技术，排放标准为欧IV、欧V。规划的生产线将承担0.8L、1.0L、1.1L、1.3L和1.5L共5款发动机的加工、装配和热试等任务，生产纲领为年产能10万台。
生产系统的选择
考虑到未来机型的拓展，我们决定选用柔性生产系统。目前，国外流行的由高速加工中心组成的柔性生产线主要有两种形式，一种是由桁架机械手输送工件组成的全自动生产系统；一种是以每台单机为单元，由简单的物料系统组成流水线，每台机床由人工或由机器人来上下料。第一种方法由于采用了桁架机械手进行工件输送，可以大大简化作为柔性线的基本单元——高速加工中心的结构，从而降低每台单元的制造成本，且增加的桁架机械手的费用完全可由机床制造节省下来的费用平衡。因此，第一种方案的最终造价对于我们来讲，是完全可以接受的。
基于多方面的考虑，我们做出了如下选择：缸体、缸盖生产线由高速加工中心（缸体还有珩磨机）及辅助设备组成，以此来完成机械加工、清洗、轴承盖的装配、气密性试验、检测和分组等任务；曲轴生产线采用柔性加工方式进行多品种的共线生产，全部采用机械手自动上下料，实现了生产线的全自动生产。
机型拓展思路
1. 设备选型
高速加工中心具有的基本特性是：高主轴转速、高进给速度（含快移动速度）、高加（减）速度、微米级的加工精度、高的静（动）态刚度以及轻量化的移动部件。为了合理论证选购设备的合理性，我们从以下几方面进行了考虑：不同速度和加速度时间的比较；电主轴启动及停止时间；移动距离与时间的关系。对多方面的数据进行综合分析后，我们得出结论：针对我们的产品，采用德国进口的加工中心，并大量使用PCD刀片，可以减少设备台数、降低投资额度，保证可靠的加工质量。
从表1、表2中可知，德国设备在高速加工中具有很明显的优势。当加工余量较大（3mm左右）时，可以直接进行稳定的精加工，并实现很好的加工质量。
2. 珩磨机的选择
（1）缸孔加工方案的确认：缸体的缸筒为合金铸铁镶嵌埋铸件，按照图纸设计尺寸缸孔不分组（4-φ750+0.01）及表面质量参数、平台网纹要求，选择平台网纹的珩磨机能够满足要求。
（2）主轴承孔铰珩加工的确认：由于产品的主轴承盖是铸铁材料，与缸体的材料不同，针对两种材料的加工，我们展开了充分论证，见表3。
经综合性分析我们认为：主轴承孔（双金属切削）的精加工采用铰珩的方式更加可靠，且圆度、直线度和表面粗糙度在大批量生产中易于保证；珩磨机采用可涨舒技术，可以保证铰珩在全长范围内与孔表面紧密接触，因此通过珩磨加工，可以使缸孔、曲轴孔的加工精度显著改善。
曲轴线上的机械手
3. 刀具的选择
当确定好机床设备后，我们就要着手进行刀具的选择。为充分发挥加工中心性能和效率，适应当前发动机生产线的高速、高效的优势，优先选用以下刀具品牌，MAPAL、KENNAMETAL、SANDVIK、WIDIA、Valenite、OSG、GUHRING及KOMET，并且优先采用机夹不重磨刀具、硬质合金钻头和内冷钻头及立方氮化硼（CBN）等新型材料的刀具。
4. 刀片的选择
以生产7万件缸盖为例，大量使用PCD刀片比少量使用PCD刀片单件成本更低，所以使用PCD刀具可以降低单件生产成本。PCD刀片的价格一般比硬质合金高8～10倍，而实际使用中其寿命比硬质合金长约10～50倍。
5.辅助设备的选用
为了降低成本，降低劳动强度，保证产品质量，我们从以下几方面对辅助设备进行了规划：
（1） 缸体生产线的线首和线尾采用人工借助于悬挂起重机从机动辊道上装卸工件；
（2） 缸盖生产线采用人工从机动辊道上装卸工件（铝缸盖重量轻，符合人体负重要求）；
（3） 加工中心配置双交换工作台，采用门架气动平衡吊往夹具上装卸工件，工序间运输采用机动摩擦辊道；
（4） 主轴承盖装配后，轴承盖装配采用电动双头拧紧机，采用扭矩控制术；
（5） 专用设备完成堵盖压装、气密试验和检测分组等工序内容；堵盖压装、气密试验和检测分组等设备间运输采用机动摩擦辊道，自动运行；
（6） 生产线设置工序间检测，配备检测工件所需的气电量仪、线性量具和相应的在线检验台，以加强产品的质量控制。
成果展示
本着保证 “高品质的产品，低成本的投资”这一经营理念，以使我们的产品有竞争力的精益思想，缸体、缸盖这两条生产线设备主要有德国HELLER公司的高速加工中心组成，缸体还有NAGEL的珩磨自动线、意大利MARPOSS的最终测量机以及国内知名厂家生产的辅机设备组成。其柔性加工方式可以满足多品种的共线生产需要。整条线均采用了机动辊道自动传输，各生产线设置了工序间在线检测功能，配备了气电量仪及在线检测台，所有的气电和电子类量仪均具备了SPC统计功能。
曲轴生产线采用柔性加工方式进行多品种的共线生产，全部采用机械手自动上下料，实现了全自动生产。粗加工采用德国BOEHRINGER公司的高速随动外铣和车拉床，精加工采用德国JUNKER公司的磨削精度圆度在2mm以内、圆柱度在3mm以内、连杆颈平行度能够达到8mm左右的随动磨床。此外，生产线上还有德国Schenk公司的动平衡机、意大利Marposs的综合测量机等先进检测设备，保证了曲轴的生产精度要求。
为充分发挥HELLER加工中心的性能和效率、适应当前发动机生产线的高速、高效的优势，我们选择KENNAMETAL作为第一刀具配套商。加工设备优先采用机夹不重磨刀具、硬质合金钻头和内冷钻头、立方氮化硼（CBN）等新型材料的刀具；采用锥度为 1∶10的HSK刀柄，其与主轴的双面接触点保证了定位精度与连接刚性；采用热涨式工具系统其均匀夹紧力使同心度＜3mm，更适合高速加工。为使刀具的切削性能发挥到最大，所有加工中心刀具均采用中心内冷结构；缸体、缸盖铝合金材料的铣削加工广泛采用PCD刀具，保证了加工精度与表面质量，切削速度选择2500m/min；考虑到高速回转时将会产生很大的离心力，刀体采用高强度铝合金与钢质双金属材料制作。KENNAMETAL的TX型超细硬质合金刀具，特别薄的尖端有最好的定心作用，可同时完成钻和铰两道工序，加工精度可达7级。
目前，这几条生产线已进行小批量验证，从加工质量和稳定性来看，均满足规划要求；从投资的经济性来讲，也得到了长城汽车股份有限公司和市场的广泛认可。(end)
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(12/6/2008) |
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