1.6L 2V RSH發(fā)動機(jī)是一汽-大眾汽車有限公司從2003年開始規(guī)劃,2004年底投產(chǎn)的一款新型發(fā)動機(jī)。該發(fā)動機(jī)項(xiàng)目規(guī)劃包括缸蓋機(jī)加線、凸輪軸機(jī)加線、缸蓋分裝線和發(fā)動機(jī)裝配線等。由于缸蓋生產(chǎn)線投資大,細(xì)節(jié)規(guī)劃工作量重,并且涉及到生產(chǎn)線工藝裝備規(guī)劃、輔助設(shè)施規(guī)劃、毛坯國產(chǎn)化、質(zhì)量保證、產(chǎn)品認(rèn)可、生產(chǎn)組織等多個(gè)方面,需要各部門同步啟動工作,相互配合,在此,本文著重對2V缸蓋機(jī)加生產(chǎn)線的工藝規(guī)劃進(jìn)行介紹。
生產(chǎn)線選型
工藝規(guī)劃首先面對的是生產(chǎn)線選型問題,即:選用剛性生產(chǎn)線還是采用以加工中心為主體的帶工件托盤(即隨行夾具)的柔性生產(chǎn)線。目前,中國的汽車市場發(fā)育還不成熟,產(chǎn)品品種、產(chǎn)量需求都存在變數(shù)。一旦生產(chǎn)線選型失敗,將會造成巨大的損失。
若采用剛性線,則前期一次性投入成本高,風(fēng)險(xiǎn)大;而采用柔性線則可以大大降低產(chǎn)品品種和產(chǎn)量需求變化帶來的風(fēng)險(xiǎn)。柔性線很容易實(shí)現(xiàn)多品種的共線生產(chǎn)。如果需要增加的新產(chǎn)品與原有產(chǎn)品差異不是太大,就可以通過改造托盤、刀具以及數(shù)控程序等來滿足生產(chǎn)要求。而且所需的改造費(fèi)用較少,改造周期也較短。此外,為減少因產(chǎn)量需求變化造成的影響,可以將柔性生產(chǎn)線產(chǎn)能分為多個(gè)階段實(shí)施。在生產(chǎn)初期可先實(shí)現(xiàn)較低的產(chǎn)能,之后通過增加設(shè)備的辦法逐步提高產(chǎn)能,由于加工中心具有很強(qiáng)的可復(fù)制性,因此柔性線方案便于實(shí)施。如果市場需求降低或者產(chǎn)品取消,由于柔性線初期投資較少,損失也相對較少,大大降低了剛性線一次性投入的巨大風(fēng)險(xiǎn)。
但是,柔性線本身也存在著很多不足之處,因此,選型時(shí)還要根據(jù)產(chǎn)品品種、產(chǎn)能等的不同,進(jìn)行合理選擇。例如:柔性線托盤的維修和維護(hù)要求高;共線生產(chǎn)的品種不能太多,當(dāng)超過2個(gè)品種時(shí),生產(chǎn)的組織管理難度就會加大,很容易出現(xiàn)紕漏;產(chǎn)能不能太高,一般情況下,當(dāng)缸蓋年產(chǎn)量在30萬件以內(nèi)時(shí),較宜采用柔性線,而當(dāng)年產(chǎn)量在30萬件以上時(shí),剛性線更為經(jīng)濟(jì);由于托盤自身制造精度(后期磨損)、不同托盤精度差異以及兩次夾緊(工件與托盤、托盤與設(shè)備)等因素的存在,使得精加工的尺寸精度和穩(wěn)定性不能保證??梢哉f,剛性線和柔性線各有利弊。
2V鋁合金缸蓋的特點(diǎn)是:
□ 市場需求很大,要求生產(chǎn)節(jié)拍短;
□ 市場需求也存在一定量的不確定性,因此生產(chǎn)線的規(guī)劃分為兩個(gè)階段,第一階段達(dá)到36萬件,第二階段使生產(chǎn)線達(dá)到最終規(guī)劃產(chǎn)量;
□ 基材為鋁合金,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜,部分尺寸要求很高;
□ 在生產(chǎn)線的生命周期內(nèi),產(chǎn)品更改可能性小。

圖1 試漏機(jī)
由于第二階段存在不實(shí)施的可能,所以我們只進(jìn)行第一階段投資,但為第二階段做預(yù)留,這樣就降低了投資風(fēng)險(xiǎn)。
根據(jù)上述2V缸蓋的特點(diǎn),綜合考慮剛性線和柔性線的投資成本、產(chǎn)能等因素,最終我們選擇了剛性線方案。
工藝規(guī)劃及設(shè)備選型
在確定采用剛性線方案后,初步制定如下生產(chǎn)線工藝流程:粗、半精加工→預(yù)清洗→試漏→導(dǎo)管、閥座壓裝→瓦蓋裝配→精加工→終清洗→鋼球、堵蓋壓裝及試漏。工藝種類分為清洗、試漏、壓裝、裝配和機(jī)加五類。
1、清洗設(shè)備選型
清洗機(jī)的選型取決于兩個(gè)要素——節(jié)拍和清潔度。受這兩個(gè)要素限制,終清洗機(jī)比較昂貴。預(yù)清洗是一個(gè)過程工藝,目的是為“試漏”、“導(dǎo)管、閥座壓裝”、“瓦蓋裝配”這三道后續(xù)工序提供干凈、干燥的工件。對預(yù)清洗機(jī)的清潔度要求可適當(dāng)放寬,只要能保證后續(xù)工序順利進(jìn)行即可。我們根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),制定出了一個(gè)較理想的清潔度值,即缸蓋的清潔度≤25mg,就能保證生產(chǎn)要求,因此也降低了設(shè)備投資。
2、試漏機(jī)選型
試漏機(jī)根據(jù)工件輸送方式的不同,可分為步伐料道式和旋轉(zhuǎn)臺式。前一種方案已經(jīng)被廣泛采用,技術(shù)非常成熟,但是成本較高;后一種采用渦輪、桿驅(qū)動的5工位(1、5同一位置)轉(zhuǎn)臺(見圖1),由機(jī)械手進(jìn)行上下料,具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低的特點(diǎn),但是不如步伐料道式應(yīng)用廣泛。我們選擇了后一種,即旋轉(zhuǎn)臺式試漏機(jī)。截至目前,設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定。

圖1 試漏機(jī)
3、壓裝設(shè)備選型
壓裝方案選用帶有“路徑和壓力檢測”(見圖2)的電動壓裝頭,可以實(shí)時(shí)反饋各工位零件壓裝的質(zhì)量狀況。壓裝設(shè)備的其它系統(tǒng),如工件輸送系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng),均采用電動驅(qū)動,其優(yōu)點(diǎn)是既節(jié)約了資金,又便于維修。而以往采用液壓驅(qū)動時(shí),系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)漏壓、壓裝不到位、壓廢(工件尺寸超差、壓裝件在壓頭上定位不準(zhǔn))等事故,卻無法檢測報(bào)警,致使不合格件流到下道工序中去。

圖2 壓力路徑曲線
4、裝配方案選
型國內(nèi)有豐富的勞動力資源,所以瓦蓋裝配采用人工預(yù)擰緊螺栓和螺母的方案,設(shè)備簡單,價(jià)格便宜。
上述4種工藝設(shè)備不考慮柔性,全部采用專用設(shè)備,生產(chǎn)節(jié)拍直接達(dá)到第二階段的要求,而且不增加投資(相對第一階段)。相對于專用設(shè)備而言,機(jī)加方案的規(guī)劃十分復(fù)雜,產(chǎn)品質(zhì)量和規(guī)劃投資很難達(dá)到平衡。
5、機(jī)加選型設(shè)備類型
的選擇取決于工藝節(jié)拍。一般情況下,若加工節(jié)拍時(shí)間超過生產(chǎn)線工藝節(jié)拍的加工內(nèi)容,選用自動線(專機(jī))比較合適。加工內(nèi)容分為兩類,一類是單個(gè)的孔、面,另一類是由多個(gè)坐標(biāo)有規(guī)律、尺寸相同的孔、面組成的孔、面系。單個(gè)的孔、面節(jié)拍時(shí)間指自身的工藝循環(huán)過程時(shí)間,孔、面系節(jié)拍時(shí)間則是各孔、面加工節(jié)拍之和。例如,主油道孔為通孔,長度為398.5mm,加工時(shí)間遠(yuǎn)超出工藝節(jié)拍,采用深孔鉆(專機(jī))就比加工中心經(jīng)濟(jì)。
對于加工節(jié)拍時(shí)間與生產(chǎn)線工藝節(jié)拍相近的加工內(nèi)容,設(shè)備類型選擇比較復(fù)雜,應(yīng)當(dāng)整體考慮工藝編排。
目前,鋁合金缸蓋機(jī)加設(shè)備有兩種:自動線(專機(jī))和數(shù)控加工中心。在粗、半精加工階段,尺寸精度要求相對較低,但加工余量大、加工工時(shí)長,自動線(專機(jī))和數(shù)控加工中心都能滿足所有的尺寸精度要求。根據(jù)上述原則,在粗、半精加工工序,把主油道孔、SLS主氣道孔、缸蓋與缸體聯(lián)結(jié)螺栓孔等安排在自動線,整個(gè)工藝過程由1條自動線和10臺雙軸加工中心完成。加工中心選用德國GROB公司的BZ530和BZ535雙軸加工中心,提高了加工效率。自動線節(jié)拍直接達(dá)到第二階段要求,只需再增加兩臺加工中心即可實(shí)現(xiàn)第二階段目標(biāo)。這種混合型方案比較經(jīng)濟(jì)。
氣門導(dǎo)管和閥座、凸輪軸孔在精加工工序完成。氣門導(dǎo)管和氣門閥座是缸蓋加工精度要求最高的部位,加工難度大;凸輪軸孔由5段不連續(xù)軸承孔組成,精度要求高。自動線是非常成熟的工藝方案,產(chǎn)品質(zhì)量容易保證,且穩(wěn)定性好。精加工安排在自動線進(jìn)行,節(jié)拍可以直接達(dá)到第二階段目標(biāo)。
生產(chǎn)工藝的優(yōu)化
1、加工面的表面缺陷
在鋁缸蓋的大批量生產(chǎn)過程中,加工面的表面缺陷是一個(gè)普遍存在而又難以徹底解決的問題,這主要是由鋁合金材料本身的物理特性決定的。大眾集團(tuán)針對工件表面的質(zhì)量要求制定了詳細(xì)而又嚴(yán)格的PV標(biāo)準(zhǔn)文件。不考慮毛坯鑄造本身以及非正常加工(如刀具損壞)原因?qū)е碌谋砻嫒毕荩会槍ιa(chǎn)線本身,結(jié)合5V生產(chǎn)線的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及理論分析,我們對加工面的表面缺陷進(jìn)行了分類,并分析了其產(chǎn)生原因。針對這些產(chǎn)生原因,我們制定了相應(yīng)的解決方案,并對供貨商提出了一定要求(見表1)。

上述解決方案看似很合理,也容易實(shí)施,但是,在生產(chǎn)線的實(shí)際工藝布局過程中,方案1并不合理也不經(jīng)濟(jì),方案2實(shí)施起來也比較復(fù)雜。
粗、半精加工工序,工件帶有鋁屑和乳化液,即使選用不銹鋼輥?zhàn)恿系酪矡o法避免劃傷的產(chǎn)生,并且這種料道價(jià)格昂貴。綜合考慮,在這一工藝流程內(nèi),放棄不銹鋼輥?zhàn)恿系蓝捎帽阋说逆溳喠系溃桨?只在后續(xù)工藝過程采用。
2、優(yōu)化加工尺寸
2V缸蓋的構(gòu)造特點(diǎn)是只能利用燃燒室面和排氣面在料道上輸送。這兩個(gè)面是缸蓋加工的定位面,通常是一次加工完成。而我們根據(jù)質(zhì)量要求及實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),對尺寸進(jìn)行了優(yōu)化,將這兩個(gè)面設(shè)計(jì)成分兩次加工完成,在第一次加工完成后都保留0.5mm的余量,以便進(jìn)行隨后的第二次加工(精加工)。
燃燒室面和排氣面加工工藝的優(yōu)化(加之其它措施),徹底解決了這兩個(gè)面的劃傷問題。但是,精加工序相應(yīng)(相對非優(yōu)化方案)增加的兩個(gè)工位,也意味著投資的增加。質(zhì)量與投資,確實(shí)是很難平衡的兩個(gè)要素。
3、去除鋁屑
缸蓋機(jī)加成品內(nèi)的鋁屑都是從粗加、半精加工工序帶來的。這些鋁屑較厚、較大,卡在缸蓋水套內(nèi)或加工孔內(nèi),即使經(jīng)過清洗機(jī)清洗也很難去除。根據(jù)5V缸蓋生產(chǎn)線的經(jīng)驗(yàn),我們制定了如下措施:

□ 優(yōu)化刀具、加工參數(shù);
□ 防止鋁屑進(jìn)入水套內(nèi)。在機(jī)加工序內(nèi),在合適工位利用乳化液沖洗水套(見圖4),同時(shí)也能去除部分鋁屑;
□ 在產(chǎn)生較大鋁屑的工位,增加乳化液噴管,及時(shí)沖走鋁屑,同時(shí)防止鋁屑進(jìn)入孔(腔)內(nèi)(見圖5)。

投產(chǎn)近一年來,在生產(chǎn)線終檢下料工位沒有發(fā)現(xiàn)鋁屑,上述措施達(dá)到了目的。
總結(jié)
新技術(shù)、新工藝的實(shí)施可以降低投資,提高質(zhì)量控制水平,如旋轉(zhuǎn)臺式試漏機(jī)和電動壓裝頭的運(yùn)用。但在汽車行業(yè)的大規(guī)模生產(chǎn)線規(guī)劃中,應(yīng)當(dāng)避免同時(shí)采取大量的、未經(jīng)廣泛驗(yàn)證的新技術(shù)和新工藝。豐富的經(jīng)驗(yàn)、成熟的技術(shù)和工藝、熟練的生產(chǎn)維修和技術(shù)管理人員以及成熟的管理模式是非常重要的,這一切都是為了降低投資風(fēng)險(xiǎn),以期盡快獲得預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益。

一汽-大眾汽車有限公司發(fā)動機(jī)傳動器規(guī)劃科經(jīng)理方殿平先生

一汽-大眾汽車有限公司發(fā)動機(jī)傳動器規(guī)劃科經(jīng)理方殿平先生
由于剛性線和柔性線各有利弊,所以在確定生產(chǎn)線的工藝規(guī)劃時(shí),要綜合考慮產(chǎn)品的市場需求、投資成本、產(chǎn)品更改的可能性等因素,進(jìn)行合理選擇。
作者簡介
方殿平,現(xiàn)任一汽-大眾汽車有限公司發(fā)動機(jī)傳動器規(guī)劃科經(jīng)理。 1992年調(diào)入一汽-大眾汽車有限公司,從事一汽-大眾建廠時(shí)EA113系列四缸20氣門發(fā)動機(jī)的缸蓋線、凸輪軸線的規(guī)劃工作;1997年作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人,先后從事奧迪1.8L 增壓發(fā)動機(jī)項(xiàng)目、柴油機(jī)項(xiàng)目、發(fā)動機(jī)增加產(chǎn)能項(xiàng)目、EA113 RSH發(fā)動機(jī)項(xiàng)目以及MQ250變速箱項(xiàng)目的規(guī)劃管理工作;還參與并見證了一汽-大眾發(fā)動機(jī)傳動器廠創(chuàng)建的整個(gè)進(jìn)程。方殿平先生在缸蓋線的規(guī)劃設(shè)計(jì)以及制造工藝上積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),并對工藝規(guī)劃有著深刻的認(rèn)識。
缸蓋上還裝有進(jìn)、排氣門座,氣門導(dǎo)管孔,用于安裝進(jìn)、排氣門,還有進(jìn)氣通道和排氣通道等。汽油機(jī)的氣缸蓋上加工有安裝火花塞的孔,而柴油機(jī)的氣缸蓋上加工有安裝噴油器的孔。頂置凸輪軸式發(fā)動機(jī)的氣缸蓋上還加工有凸輪軸軸承孔,用以安裝凸輪軸。