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AI: 首先請您談?wù)劙l(fā)動機產(chǎn)品的發(fā)展方向，人們對發(fā)動機的動力性、燃油經(jīng)濟性要求的提高，給發(fā)動機產(chǎn)品帶來了什么影響?

張書橋先生：未來車用發(fā)動機的發(fā)展方向是高燃效、低能耗和低排放，渦輪增壓、缸內(nèi)直噴以及可變正時等技術(shù)將得到越來越廣泛的使用。為此，發(fā)動機結(jié)構(gòu)、部件選材、制造工藝和生產(chǎn)管理等方面都發(fā)生了一系列的變化：缸體采用鋁合金材質(zhì);油底殼頂部材料改用鋁合金，中間為聚氨脂材料的蜂窩內(nèi)芯，底部為薄鋼板;曲軸平衡扇板數(shù)量減少，主軸頸直徑減小，曲軸長度變短;連桿小頭孔無襯套，取消了含鉛的襯套，以活塞銷上的DLC涂層替代;采用平衡軸，減緩發(fā)動機整車振動;采用可變氣門結(jié)構(gòu);采用缸蓋集成排氣冷卻水路;采用電子節(jié)溫器水泵總成等。

采用3缸、4缸的小排量渦輪增壓發(fā)動機將成為未來的發(fā)展趨勢。大眾汽車的EA211系列發(fā)動機在三缸、四缸發(fā)動機上采用氣缸關(guān)閉系統(tǒng)，能夠兼顧動力性能和燃油效率。此外，EA211發(fā)動機的曲軸輕量化十分顯著，扇板數(shù)量從傳統(tǒng)的8片減少到4片;減小扇板的寬度，并進行形狀優(yōu)化;縮小主軸頸的尺寸;在每個連桿軸頸上加鉆了去重孔。

裝配式凸輪軸將取代傳統(tǒng)的一體式凸輪軸，廣泛地應(yīng)用于汽車發(fā)動機。裝配式凸輪軸突破了傳統(tǒng)一體式凸輪軸設(shè)計與制造理念的局限，將空心軸體、凸輪、軸頸以及端頭凸緣、內(nèi)凸輪和齒輪等零部件分別進行材料優(yōu)化匹配、分體精密加工，然后通過某種連接方法裝配到中空軸體上形成完整的凸輪軸，裝配后只需進行精加工工序。凸輪采用碳鋼或粉末燒結(jié)材料，軸體則采用空心無縫鋼管。與傳統(tǒng)凸輪軸相比，裝配式凸輪軸具有重量輕、加工成本低及材料利用合理等優(yōu)點。

AI: 發(fā)動機技術(shù)的發(fā)展，給其制造技術(shù)帶來什么影響?

張書橋先生：多品種、輕量化的產(chǎn)品戰(zhàn)略推動了發(fā)動機制造技術(shù)的發(fā)展。發(fā)動機的制造以規(guī)格化、標(biāo)準(zhǔn)化和自動化為基礎(chǔ)的同時，還被賦予了柔性化、定制化、可視化、可追溯、低碳化和綠色等新特性。

縱觀幾代汽車發(fā)動機生產(chǎn)線的工藝規(guī)劃特點，可以清楚地看到，為了順應(yīng)當(dāng)今多品種、輕量化的產(chǎn)品戰(zhàn)略，發(fā)動機制造技術(shù)發(fā)展出現(xiàn)了以下趨勢：高柔性的加工手段已漸漸占據(jù)主流地位，如對于箱體類零部件，廣泛采用加工中心，而對于軸類零件，則越來越多地應(yīng)用先進的CBN砂輪跟蹤磨削技術(shù);采用的加工工藝更加節(jié)能和環(huán)保，如微量潤滑切削獲得了更多的應(yīng)用;現(xiàn)場質(zhì)量控制技術(shù)日趨完善，不但零件二維碼追溯系統(tǒng)的應(yīng)用越來越普遍，質(zhì)量信息聯(lián)網(wǎng)實時監(jiān)控以及先進的零件數(shù)據(jù)載體、電子芯片技術(shù)也在一些主流企業(yè)得到應(yīng)用。

近年來，在發(fā)動機制造領(lǐng)域，呈現(xiàn)出如下新動向: 鋁合金缸體的表面采用缸體噴涂技術(shù)，如Heller公司開發(fā)出的CBC涂層工藝，進一步地減少了活塞和發(fā)動機氣缸之間的摩擦;在此工藝基礎(chǔ)上，MAG公司推出了專用加工中心進行鏜削來代替珩磨，從而取代傳統(tǒng)的價格昂貴的珩磨機;為了實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)，在缸蓋的加工中采用零點夾具系統(tǒng);將3D打印技術(shù)應(yīng)用在刀具制造領(lǐng)域，如MAPAL公司用3D打印來生產(chǎn)液壓刀柄，既能減輕重量，又能提高強度;長期致力于車削加工的Boehringer，目前正在研發(fā)以車代磨，曲軸的干式加工有望在不久的將來得到突破。

AI: 請以曲軸制造工藝的演變?yōu)槔�，介紹一下機加工生產(chǎn)線在柔性自動化方面的發(fā)展變化。

張書橋先生：大眾汽車在中國投產(chǎn)的EA888、EA111和EA211發(fā)動機，呈現(xiàn)了當(dāng)今曲軸制造技術(shù)的發(fā)展趨勢。在此，我以曲軸制造工藝的演變?yōu)槔齺斫榻B機加工生產(chǎn)線在柔性自動化方面的發(fā)展變化。

從EA827曲軸到EA113曲軸，再到EA888曲軸，比較這三代時間跨度達三十年的曲軸加工工藝路線發(fā)展變化，可以看出曲軸加工工藝在高效、柔性和自動化程度方面的進步。

與EA827曲軸相比，EA113曲軸生產(chǎn)線主要發(fā)生了兩方面的變化：一是自動化程度提高，從單機操作變?yōu)楣ば蛑�間由機械手輸送系統(tǒng)連接;一是軸頸粗加工由內(nèi)銑變?yōu)檐嚒�車�(yán)�加工，車—車�(yán)�工藝能夠使得軸頸徑向跳動尺寸控制在0.10 mm以內(nèi)，從而降低了后道磨削工序的加工余量。

EA888曲軸生產(chǎn)線的工藝路線變化與前面兩者相比則進步了很多，主要有以下特點：采用幾何中心孔取代質(zhì)量中心孔，工序節(jié)拍縮短，但對毛坯尺寸精度的要求提高;連桿頸采用外銑，工序柔性程度提高，不同升程曲軸換型時間與車—車?yán)�工藝相比可以縮短90%以上;斜油孔采用麻花鉆加MQL工藝取代單刃鉆加油冷卻工藝，設(shè)備投資和占地面積大大降低;曲軸表面熱處理用余溫回火取代回火爐工藝，設(shè)備投資和占地面積大大降低;曲軸軸頸采用CBN砂輪跟蹤磨削取代傳統(tǒng)的剛玉砂輪加偏心卡盤工藝，工序柔性程度提高;不用升程曲軸生產(chǎn)換型時間縮短，砂輪修正損失時間極大降低，砂輪耐用度可以提高5～10倍;曲軸兩端加工使用加工中心取代程控加工，采用高速切削提高加工效率，簡化加工設(shè)備。

如上所述，EA888曲軸生產(chǎn)線采用較新的工藝方法，使得曲軸生產(chǎn)線能夠采用較少的生產(chǎn)工序?qū)崿F(xiàn)柔性高效生產(chǎn)，目前曲軸生產(chǎn)線的單線節(jié)拍能夠達到60 s，設(shè)備有效工時利用率達到85%。

AI: 作為行業(yè)專家，請對近年來曲軸生產(chǎn)中出現(xiàn)的新工藝進行點評。

張書橋先生：在此，我重點對以下幾項新工藝進行點評。

1. 幾何中心孔

曲軸鉆幾何中心孔從加工工藝本身來看并不算新工藝，但用幾何中心孔工藝取代質(zhì)量中心孔工藝卻是一種新趨勢。與曲軸質(zhì)量中心孔工藝相比，幾何中心孔工藝節(jié)拍快、設(shè)備簡單且工序少。幾何中心孔工藝可以和曲軸兩端面銑削結(jié)合在同一臺設(shè)備中，一次工件裝卡就能同時完成銑削端面和鉆中心孔，使得加工工序減少。質(zhì)量中心孔工藝則需將銑削兩端面和鉆質(zhì)量中心孔分成兩道工序，而且鉆質(zhì)量中心孔工序由于在鉆孔前必須先對工件進行動平衡測量并作徑向補償，工序加工節(jié)拍長。由于定位和夾緊的特殊性，鉆質(zhì)量中心孔的工序能力也較低。

采用幾何中心孔工藝則對毛坯的一致性要求較高。無論是采用幾何中心孔還是質(zhì)量中心孔，都要保證曲軸終平衡有較高的一次平衡率，在軸頸粗加工結(jié)束后進行不平衡量反饋，及時通過鉆中心孔修正由于毛坯批次變化或加工設(shè)備變化產(chǎn)生的不平衡量誤差都是很必要的。

2. 連桿頸外銑

連桿頸外銑工藝實現(xiàn)了曲軸連桿頸粗加工的柔性化。采用連桿頸車—車?yán)�工藝時，四缸曲軸需要兩道車—車?yán)�工序來完成連桿頸的粗加工，而外銑工藝則可以用一道工序來完成，并且兩者的節(jié)拍時間相當(dāng)。外銑工藝還可以極大地縮短不同升程曲軸之間生產(chǎn)的換型時間，與車—車?yán)�工藝相比，單工序換型時間可以縮短90%。

3. 曲軸余溫回火

一般曲軸經(jīng)過中頻感應(yīng)表面淬火后需要再經(jīng)過回火爐來完成整個熱處理過程，而EA888曲軸表面感應(yīng)淬火后采用余溫回火的熱處理方式。與回火爐工藝相比，采用余溫回火的好處就是節(jié)約設(shè)備投資和設(shè)備占地面積。余溫回火工藝有局限性，通常用于鋼件曲軸生產(chǎn)工藝，如果是鑄件曲軸，為保證熱處理質(zhì)量，還是采用回火爐工藝。

與余溫回火對應(yīng)的是感應(yīng)回火，兩者的差別在于：采用余溫回火工藝時，工件在一次感應(yīng)加熱后一直處于降溫冷卻狀態(tài);而采用感應(yīng)回火工藝，工件有二次加熱的過程。

4. 軸頸跟蹤磨削

如果說連桿頸外銑解決了曲軸粗加工階段的柔性生產(chǎn)問題，那么曲軸軸頸跟蹤磨削則解決了曲軸精加工階段的柔性生產(chǎn)問題。采用軸頸跟蹤磨削后，全部連桿頸甚至主軸頸磨削可以在一臺磨床上完成。不同升程的曲軸生產(chǎn)換型僅需要切換對應(yīng)的磨削程序即可。

軸頸跟蹤磨削工藝在刀具方面一般同時采用CBN砂輪，一方面CBN砂輪比剛玉砂輪能更好地滿足往復(fù)磨削的剛度要求，另一方面CBN砂輪具有良好的刀具耐用度優(yōu)勢，結(jié)合跟蹤磨削，能更加突出設(shè)備在生產(chǎn)效率方面的優(yōu)勢。

AI: 請結(jié)合實際介紹一下上汽大眾曲軸生產(chǎn)線上的設(shè)備使用情況。

張書橋先生：上汽大眾發(fā)動機廠是一個現(xiàn)代化的工廠，生產(chǎn)現(xiàn)場采用了大量的先進設(shè)備。

1. Boehringer加工設(shè)備

在EA888曲軸生產(chǎn)線中，使用Boehringer機床完成法蘭、主軸頸、連桿頸和軸端的粗加工。從實際使用情況來看，該設(shè)備能夠滿足現(xiàn)代曲軸生產(chǎn)線高效柔性化的生產(chǎn)要求，并且在設(shè)備自動控制和反饋方面也考慮得比較周到，譬如法蘭卡盤、中心架和尾架都配備模擬位移量監(jiān)控功能，能夠確保加工時工件的裝夾精度。

Boehringer機床加工曲軸(尤其是鋼曲軸加工)時存在著一個的切削難題，即車-車?yán)�曲軸凸緣和主軸頸時的切屑纏繞問題。一般該工序需要兩次裝卡法蘭外圓(先裝卡第一檔主軸頸毛坯外圓，再裝卡精車后的法蘭外圓)。精車法蘭外圓時如果斷屑不好，就很容易造成第二次裝卡時卡爪面上卡有切屑，使得工件加工尺寸超差。解決這個問題需要從三方面著手：夾具旁邊設(shè)置合適的吹屑管;選擇合適的刀具斷屑槽和切削參數(shù);卡盤、托架等的布置要有利于排屑。

2. Alfing淬火設(shè)備

Alfing公司為曲軸生產(chǎn)線提供專業(yè)的熱處理設(shè)備，包括曲軸中頻感應(yīng)淬火機和回火設(shè)備。鋼曲軸熱處理工序現(xiàn)在一般將曲軸淬火和回火集成在一個加工工位上，采用余溫回火的方式。為了節(jié)約設(shè)備投資和設(shè)備占地面積，Alfing公司有的淬火機甚至集成了淬火前的預(yù)清洗工位(使用淬火液進行噴淋式清洗)。集成預(yù)清洗工位的淬火機在實際使用過程中會存在工件表面清洗不干凈，導(dǎo)致淬火時設(shè)備頻繁報警的問題。因為感應(yīng)淬火時，感應(yīng)器與工件軸頸的間隙一般只有0.8 mm，如果前道工序的切屑沒有清洗干凈，很容易造成淬火時感應(yīng)器“接地”報警。所以，曲軸淬火前的專門預(yù)清洗工位不能被省略掉。

曲軸熱處理工序集成淬火和回火以后，生產(chǎn)流程被縮短，這會產(chǎn)生工件熱處理后余溫溫度與后道工序切削加工尺寸受工件熱脹冷縮的問題。所以，在驗收熱處理設(shè)備時，除了保證工件淬火質(zhì)量，還要規(guī)定工件流出時的溫度，一般要求小于40 ℃。

3. Landis磨削設(shè)備

Landis磨床使用CBN砂輪和跟蹤磨削技術(shù)以后，使得曲軸生產(chǎn)線在精加工階段突破了柔性自動化生產(chǎn)的瓶頸。使用剛玉砂輪時，砂輪修正頻次為10～15件/次，CBN砂輪的修正頻次可以達到400件/次。砂輪耐用度增加以后，磨床的設(shè)備有效工時利用率得到提高，但也會產(chǎn)生一些新問題。譬如，對于軸頸表面有成形要求的磨削工藝，砂輪耐用度提高以后，能否在一個砂輪修正周期內(nèi)保持允許的成形磨削要求需要重新做出評價。

AI: 對于大多生產(chǎn)企業(yè)來講，通過加強管理、調(diào)整工業(yè)參數(shù)等措施，讓現(xiàn)有生產(chǎn)線的“瓶頸產(chǎn)能”也能得到不斷突破。對此，能否談?wù)勀鷤�人的一些體會與建議?

張書橋先生：我認(rèn)為突破“瓶頸產(chǎn)能”和規(guī)劃能力不足主要有兩個途徑，一是技術(shù)提升，二是加強管理。從技術(shù)層面講，需要對工藝、刀具、夾具和切削液等進行綜合分析，包括新產(chǎn)品、新技術(shù)和新工藝的應(yīng)用。對現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝進行優(yōu)化，例如：曲軸生產(chǎn)線兩端面工序規(guī)劃的節(jié)拍是62 s，而此工序的機床節(jié)拍為66 s。在此，可以進行的工藝優(yōu)化是，將兩端面加工中心孔的部分放在前一工序的機床上，重新設(shè)計新刀具，前一工序的機床節(jié)拍由38 s增至45 s，而兩端面工序的工藝節(jié)拍節(jié)省了2 s。從管理層面，可通過分析整個工藝鏈，比如從生產(chǎn)的不均勻找到突破口，通過物流的方法解決產(chǎn)能的不足。

在汽車制造業(yè)，我們不能固守一成不變的生產(chǎn)方式。為此，只有苦練基本功，不斷學(xué)習(xí)新的技術(shù)，遇事要善于開動腦筋，才能不被社會所淘汰。