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豐田相繼向工廠導(dǎo)入了多項革新性制造技術(shù)。該公司以2008年發(fā)生的雷曼危機(jī)為契機(jī)，以降低成本和提高質(zhì)量為目標(biāo)，快速開發(fā)了多項制造技術(shù)。

為了縮短車身焊接工序的周期而開發(fā)的技術(shù)是“激光螺旋焊接”（LSW：LaserScrewWelding）（圖1）。豐田為田原工廠、堤工廠、元町工廠、豐田九州工廠導(dǎo)入了該技術(shù)，并從“雷克薩斯IS”開始推廣。

圖1 激光焊接技術(shù)“激光螺旋焊接”

焊接速度高達(dá)每焊點0.3～1.0秒，可縮短工序周期。提高了焊接質(zhì)量以投入實用。

目前，車身焊接的主流技術(shù)是點焊。方法是用電極夾著鋼板，然后通入電流，利用此時產(chǎn)生的熱量（電阻熱）來熔化并接合鋼板。這種工藝存在的課題是所需時間長，焊接速度為每個焊點2.0～2.5秒。為了縮短焊接時間和工序周期，豐田采用了激光焊接法。

激光焊接法的焊接速度高達(dá)每個焊點0.3～1.0秒，比點焊快兩倍以上。這是因為從一個焊點到下一個焊點的移動速度很快。激光焊接是利用透鏡聚光產(chǎn)生的熱量來熔融并焊接鋼板的方法。通過控制透鏡，可使激光快速移動至焊點，因此能夠?qū)崿F(xiàn)高速焊接。

普通的激光焊接存在質(zhì)量不穩(wěn)定的問題，比如鋼板的焊縫容易燒穿或者出現(xiàn)孔洞，但豐田克服了這一難題。不過，該公司并未公開技術(shù)詳情。

新的激光焊接機(jī)與點焊機(jī)一樣，安裝在工業(yè)用機(jī)器臂的頂端來使用。不過，由于每臺機(jī)器人的焊接打點數(shù)更多，因此需要的機(jī)器人數(shù)量更少。最終，成功利用激光螺旋焊接縮短了焊接工序的周期。

鋼材和鋁合金均采用激光焊

為了讓新開發(fā)的激光焊接技術(shù)不僅能用于鋼材，還能用于鋁合金，豐田正在努力推進(jìn)開發(fā)。如果兩種材料能夠使用相同的焊接機(jī)，就能節(jié)省一條焊接生產(chǎn)線。而且，由于能夠高速焊接，因此還能構(gòu)建前所未有的小型焊接生產(chǎn)線。由此便有望使設(shè)備投資額降至1/2以下。目前，豐田使用點焊方式來焊接鋼材，使用摩擦攪拌焊接方式來焊接鋁合金。由于工藝不同，因此必須設(shè)置不同的焊接設(shè)備。

不過，激光焊接也存在課題，那就是鋁合金容易斷裂。在焊接之后進(jìn)行冷卻凝固時，鋁合金的收縮幅度大于鋼材，因此無法在與鋼材相同的焊接條件下，使用激光焊接方式來焊接鋁合金。豐田通過改進(jìn)溫度控制，抑制了鋁合金斷裂。據(jù)介紹，目前這項技術(shù)已有眉目，應(yīng)用于車身的時間已經(jīng)不遠(yuǎn)了。

CFRP面板的成型

面向碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料制成的前發(fā)動機(jī)罩及車頂?shù)龋�豐田開發(fā)了可縮短周期時間的成型法。在射出樹脂時，通過在模具稍微打開而不是完全閉合的狀態(tài)下射出，以縮短加工時間。“雷克薩斯RCF CarbonPackage”采用新成型法之后，每塊前發(fā)動機(jī)罩的周期時間縮短到了10分鐘左右（圖2）。而2010年上市的“雷克薩斯LFA”的前發(fā)動機(jī)罩的周期時間則長達(dá)1小時左右。另外，采用新成型法后，可將沖壓機(jī)由合模力為3000tf（約29.4MN）的機(jī)型改為1000tf（約9.8MN）的小型產(chǎn)品，因此還可降低設(shè)備投資額。

圖2 “雷克薩斯RCF Carbon Package”

前發(fā)動機(jī)罩和車頂以CFRP成型。每塊前發(fā)動機(jī)罩的周期時間為10分鐘左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于以前的約1小時。

外側(cè)使用樹脂傳遞成型技術(shù)（RTM，ResinTransferMolding）。具體方法是，先切割碳纖維基材，將其放入加熱至90～150℃的模具中，在模具溫度為150℃的狀態(tài)下直接注入樹脂，然后讓樹脂凝固，等其凝固之后再將模具溫度由150℃降至20℃，進(jìn)行脫模冷卻。

內(nèi)側(cè)則使用片材沖壓成型技術(shù)。將長度不同的碳纖維（長纖維）和樹脂片材放入模具，將模具溫度提高至150℃，一邊讓樹脂融化一邊進(jìn)行沖壓，使熔融樹脂流遍模具的所有區(qū)域。然后，待樹脂凝固后，將溫度由150℃降至20℃，進(jìn)行脫模冷卻。內(nèi)側(cè)的部件數(shù)量也由7個減少到了4個。

電加熱火印的單件生產(chǎn)

豐田的電加熱火印（Hot Stamp）技術(shù)利用可兼顧鋼板成型性和高強(qiáng)度的火印方式，實現(xiàn)了逐個制造部件的“單件生產(chǎn)”（圖3）。先對鋼板加熱，使其變軟之后再進(jìn)行沖壓成型，然后利用與模具接觸所產(chǎn)生的冷卻效果并淬火，由此加工部件。由此可制造出尺寸精度出色的輕量化部件。

圖3 采用電加熱火印技術(shù)對鋼板加熱

利用鋼板通入電流后產(chǎn)生的焦耳熱，逐一為鋼板加熱。使加熱變軟的鋼板成型后，在模具內(nèi)冷卻并進(jìn)行淬火，以提高拉伸強(qiáng)度。

這項技術(shù)的特點是使用電加熱器來加熱鋼板。利用鋼板通入直流電后產(chǎn)生的焦耳熱，逐一加熱鋼板。這樣可將加熱時間縮短到了10～20秒（不到原來的1/20），從而實現(xiàn)了小型生產(chǎn)線。具體來說，用電加熱器將拉伸強(qiáng)度為590MPa的鋼板加熱至約900℃，并進(jìn)行沖壓成型，然后在模具內(nèi)冷卻，使強(qiáng)度提高至1470MPa。設(shè)備長度為2m，只有原來的火印設(shè)備的1/10。該技術(shù)可使設(shè)備投資額減少30％。

以前的火印技術(shù)使用氣爐來加熱鋼板，每次處理5～20塊鋼板。加熱爐長度為20m，加熱時間長達(dá)4～6分鐘。

小型涂裝生產(chǎn)線

小型涂裝生產(chǎn)線是使噴涂寬度（噴束圖形）可變而實現(xiàn)的。正如區(qū)分使用粗筆和細(xì)筆來涂色的“線條畫”一樣，首先用較細(xì)的噴束圖形細(xì)密地涂裝邊緣部分，然后以較粗的噴束圖形高效涂覆中間部分。該技術(shù)可將涂裝機(jī)器人的數(shù)量由原來的四臺減少到兩臺。以前的涂裝生產(chǎn)線使用的都是不能調(diào)整寬度的噴束圖形，涂裝較小的位置時，會導(dǎo)致很多涂料無法附著到工件上。

為了使新涂裝生產(chǎn)線更小，豐田還開發(fā)出了一種小型裝置，使用旋流的離心力來回收未附著到工件上的涂料。這項技術(shù)使工序周期比原來縮短了20％，設(shè)備體積縮小了40％。設(shè)備投資額也減少了40％。該公司計劃從2015年夏季開始在生產(chǎn)“普銳斯”的堤工廠使用新的涂裝生產(chǎn)線。

逐一生產(chǎn)儀表板蒙皮

使儀表板實現(xiàn)單件生產(chǎn)的是SimpleSlim搪塑成型機(jī)。儀表板蒙皮采用粉末搪塑成型技術(shù)來制造。該技術(shù)是在加熱后的模具中放入粉末狀樹脂，在熱的作用下使薄薄的一層樹脂凝固。這樣冷卻之后，就能獲得蒙皮狀成型品（儀表板蒙皮）。

以前的粉末搪塑成型機(jī)使用正面設(shè)有加熱區(qū)、左邊設(shè)有成型區(qū)、右邊設(shè)有冷卻區(qū)的大型設(shè)備，將很多儀表板蒙皮集中在一起進(jìn)行一次生產(chǎn)。而新的粉末搪塑成型機(jī)在一個地方進(jìn)行加熱、成型和冷卻，并對儀表板蒙皮逐一成型。

具體方法是，在對模具加熱的同時，使其與原料罐一同旋轉(zhuǎn)來成型。加熱時使用紅外線加熱器，并在必要時只加熱相關(guān)位置。這樣可使成型溫度比原來降低20℃。冷卻采用進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)模具并從后方噴水的方法，實現(xiàn)了均勻的高速冷卻。

新的粉末搪塑成型機(jī)的安裝面積為5m×9m，與原來的10m×12m相比縮小了62％。設(shè)備投資額減少了30％，儀表板蒙皮的成本降低了21％。

由于能夠逐一更換模具，因此還能混流生產(chǎn)。先由機(jī)器人取出模具，然后由作業(yè)人員將成型好的儀表板蒙皮從模具中剝離出來。機(jī)器人則利用這一時間，將其他模具放入設(shè)備。這種包含裝夾時間在內(nèi)的周期時間為240秒。豐田計劃2015年夏季為高岡工廠導(dǎo)入這種新型成型機(jī)。