（机械工程专业论文）压铸铝合金缸体机加生产线工艺研究及实践.pdf

重庆大学硕士学位论文 英文摘要 abs t ract 自日、 d i e c as t i n g a l u m i n u m c y l i n d e r b l o c k i s a p p l i e d a b r o a d i n t h e a u t o m o b i l e i n d u s t r y o f d e v e l o p e d c o u n t ry , f o r it s w e i g h i s l i g h t a n d it s a c c u r a c y i s h i g h , b u t it s a p p l i c a t i o n i s s e l d o m i n t h e d o m e s t i c a u t o m o b i l e i n d u s t r y . i n o r d e r t o t r a c k t h e d e v e l o p m e n t o f a d v a n c e d t e c h n o l o g y a n d b o o s t it s a p p l i c a t i o n d o m e s t i c a l ly , it s n e c e s s a r y t o s t u d y i t s m a c h i n in g p r o c e s s . t h e s t u d y o f t h e m a c h i n i n g p r o c e s s o f d i e c a s t i n g a l u m i n u m c y l i n d e r b l o c k i s b a s e d o n t h e c h a n a p r o j e c t w h i c h c o m e s f r o m n a t i o n s n i n t h - f i v e - p l a n . o n t h e b a s i s o f d e e p s t u d y i n g o n t h e f e a t u r e s o f t h e t y p i c a l l a r g e b a t c h p r o d u c t io n l i n e , s u c h a s t r a n s f e r l i n e , fl e x i b l e m a n u f a c t u r i n g s y s t e m a n d s e m i - a u t o p r o d u c t i o n l in e , t h e c o n c e p t o f o n e - s t e p d e s i g n a n d t w o - s t e p e x e c u t i o n o f t h e p r o d u c t i o n l i n e i s d e s i g n e d , a c c o r d i n g t o t h e p r i n c i p l e o f e c o n o m y , p r o d u c t iv it y a n d fl e x i b i l i t y . t h e e c o n o m y o f t h e d e s i g n c o n c e p t i s a l s o a n a l y z e d i n t h i s p a p e r . t h e c o n c e p t o f s e m i - a u t o p r o d u c t i o n l i n e t h a t i s c o m p o s e d o f s t a n d - a l o n e m a c h i n e i s f i x e d t o fi t f o r e x e c u t i o n s t e p b y s t e p . mo r e o v e r , t h e r u n n i n g m a n a g e m e n t o f t h e l i n e i s a l s o s t u d i e d , i n t h e c a s e o f w o r k s h o p s t r u c t u r e , g o o d s fl o w , q u a l i t y c o n t r o l , t o o l m a n a g e m e n t , c o o la n t a n d c h i p t r e a t m e n t . t h e r e a s o n a b l e l a y o u t o f w o r k s h o p a n d g o o d s fl o w i s c o n f i r m e d . t h e t o o l m a n a g e m e n t a n d th e q u a l i t y c o n t r o l a r e a l s o d i s c o u r s e d i n t h i s p a p e r . a ft e r g e n e r a l s t u d y in g o f d e s i g n c o n c e p t , o n t h e b a s i s o f t h e f e a t u r e s o f t h e c h a n a s d i e c a s t i n g a l u m i n u m c y l i n d e r b l o c k , t h e m a c h i n i n g p r o c e s s i s d e s i g n e d i n d e t a i l , e s p e c i a l ly , t h e im p r e g n a t i o n w h i c h i s c o n c e r n e d w i t h d i e c a s t i n g i s d i s s e c t e d . s o m e m a c h i n i n g c e n t e r i s a d o p t e d t o f it f o r m o d i f i c a t i o n o f p r o d u c t d e s i g n ; m o r e d o m e s t i c s p e c i a l p u r p o s e m a c h i n e s a r e a d o p t e d t o d e c r e a s e t h e c o s t . t h e s t u d y i n g a l w a y s i n s i s t s o n e c o n o m y , a n d m a i n l y f o c u s e s o n d e c r e a s i n g t h e c o s t o f t h e p r o d u c t io n l i n e a n d t h e c o s t o f m a n a g e m e n t , o n t h e b a s i s o f q u a l i t y . t h e p r o c e s s s t u d y i n g c o n f i r m s t h e c o n c e p t o f o n e - s t e p d e s i g n a n d t w o - s t e p e x e c u t i o n t h a t f it s f o r d o m e s t i c s t a t u s . t h e m o r e c o m p a c t u t y p e l a y o u t o f t h e l i n e t h a t i s m o r e s u i t a b l e f o r o p e r a t i o n s i s d e s i g n e d . a n d t h e e c o n o m i c a l s e m i - a u t o l i n e t h a t i s c o m p o s e d o f s t a n d - a l o n e m a c h i n e i s f i x e d . i n t h e e n d , t h e m a c h i n i n g p r o c e s s d e s i g n o f t h e d i e c a s t i n g a l u m i n u m c y l i n d e r 重庆大学硕士学位论文英文摘要 b l o c k h a s b e e n f i n i s h e d ; t h e t e c h n i c a l p r e p a r a t i o n h a s b e e n d o n e f o r b u i l d o f t h e l i n e . 口 盆， 岛 k e y w o r d s : m a c h i n i n g p r o c e s s , l a r g e b a t c h , c y l i n d e r b l o c k ,d i e c a s t i n g , i m p r e g n a t i o n -、 重庆大学硕士学位论文 1绪论 1绪论 1 . 1 课题的来源及意义 长安汽车有限责任公司是 1 9 9 5年初由原国营江陵机器厂和国营长安 机器厂强强联合组建的公司。从 1 9 8 6年开始，随着国家 “ 军转民”政策 的制定和实施，两厂从日 本铃木公司引进微型汽车制造技术和f 系列发动 机制造技术，国营长安机器厂生产长安牌微型货车和箱式面包车，国营江 陵机器厂生产与之配套的江陵牌发动机。 国营江陵机器厂在 8 7年完成了“ 七五” f系列发动机生产线建设， 建成了设计能 力为年产3 .6 万台j l 4 6 2 q发动机缸体的 机械加工半自 动生 产线，后经改造，增加了粗加工段的铣加工设备，并更换了曲 轴孔、缸孔 的精加工设备，使年生产发动机缸体能力提高到 7万台。 “ 七五”生产线 采用 “ u”型布置 ( 见图 1 . 1 ) 。操作者通道宽度太宽 ( 2 . 5 m) ，不适于 1 人多机操作，所以，采用一人一机操作;全线采用国产专用组合机床，组 合式床身，由于设备床身之间通过销子定位、螺钉连接，床身受切削力和 重力影响， 相对位置容易发生变化， 使设备精度变化大， 加工质量不稳定; 生产线的铣加工采用千式加工，设备无防护，粉尘污染大，生产环境差， 不便于生产现场的整洁文明生产;生产线的攻丝采用矿物油，污染大、生 产成本高。生产线节拍不同步，最快的设备加工节拍为 0 .5分， 最慢的设 备加工节拍为3 分，使生产线设备不能充分发挥作用;生产线传输滚道未 连通，工件需落地存放，无自 动排屑装置，采用人工除渣，工人劳动强度 大，泄漏检测采用工件沉水目 测检测，容易产生误判，生产线采用通用清 洗机，工件的清洁度差。 “ 七五”生产线是公司自 行建设的第一条箱式零 件的批量流水生产线，由 于对大批量生产和流水生产线的 特点没有足够的 认识， 建设经验不足， 投资力度不够， 使生产线产量低， 工艺水平较落后。 二 日 “ ，一口 写 图1 . 1“ 七五” 缸体机加生产线平面布置图 重庆大学硕士学位论文 1绪论 到了九十年代，随着社会的进步和经济的发展，市场对汽车的需求量 越来越大， 对汽车的质量要求也越来越高， 同时， 市场竞争也进一步加剧， 长安公司的生产能力和加工质量远远满足不了需要，在此情况下，公司在 总结 “ 七五”生产线经验教训的基础上，于9 2 - - 9 7 年进行了“ 八五”f系 列发动机生产线建设，建成了年产纲领为 1 2 万台缸体的机械加工生产线， 生产线全部采用专用组合机床，生产线可轮番生产 j l 3 6 8 q . j l 4 6 2 q . 儿 4 6 5 q缸体， 在单 机半自 动生 产线 上， 通过 数控系统 和预留 主 轴， 解决 了 缸孔中心距不同、工件长短不同的问题，实现了同一系列缸体的三个品 种的轮番加工。 生产线采用“ u ” 型布置( 见图1 .2 ) : 生产线占 地为长1 0 4 m , 宽 l l m ， 操作者通道宽 1 .5 m， 设备间间距 0 . 8 m ，生 产线间间距 3 m。设 备间采用手动滚道连接，以方便人工传输工件;生产线采用湿式加工，设 备设置专门的防护，减少了工房的污染，采用合成切削液，以降低生产成 本，且便于污水处理;机床采用整体式铸造床身，增强了设备几何精度的 稳定性，精加工工序采用8 台进口设备，保证了加工质量。采用了专用国 产清洗机， 使产品的清洁度比原来有较大提高。泄漏检测采用干式压差式 检测方式， 检测更准确，生产节拍更高，劳动强度降低。但由于设备较多 采用了 双面 对置加工方式， 使设备的宽 度较大， 不便采用人多 机操作， 所以，采用了一人双机操作。考虑到采用了较多可靠性差的国产设备，为 了在设备故障时不影响生产，生产线设置了五个储料库，储备工件数量为 6 0件价左右，这使得生产线的工件周转数量增多。生产线采用机床内校 刀，占用了大量生产时间，降低了生产效率。 图1 . 2 “ 八五”缸体机加生产线平面布置图 长安公司现已有二十年生产汽车的历史，已具备年产 1 9万台发动机 的能力。随着时间的推移，公司原有的产品技术日渐落后:国内生产发动 机和汽车的厂家众多，一汽大众的奥迪、捷达、二汽的神龙富康市场的日 趋成熟，上海通用的别克、赛欧新型车的推出，天津丰田夏利 2 0 0 0的面 世，沈阳三菱生产线和烟台大宇发动机生产线的投产，以及国内 众多厂家 加入到微型车生产行业，使市场竞争进一步加剧;即将加入世界贸易组织 对中国汽车市场的冲击;低水平的市场竞争等因素使公司的效益不断降 .口. 重庆大学硕士学位论文 绪论 低;原有的生产线设备老化 司的经营难以为继。因此， 的技术和低成本赢得市场， ，使产品质量和产量均受到影响，这些都使公 必须引进、开发技术含量高的新产品，以先进 以规模经济和经济规模创造更大的效益，才能 使长安公司在激烈的市场竞争中立于不败之地，为此，长安公司引进了铃 木 默 髯 d 翌 cog fu jr 4 a jli l-q 建 设 是 国 家 “ 九 五 ” ” 目 ， 也 是 长 “ 公 司 “ “ 五 ” 重点项目， g系列发动机压铸铝合金缸体机加生产线建设是其中的一个子 项目 。 g系列发动机主要包括j l 4 7 2 q , j l 4 7 4 q两种型号 ( 四 个品 种: 化 油器、电喷)发动机，主要装备长安公司的 “ 长安之星”面包车和 “ 羚羊” 微型轿车。 现在 g系列发动机主要零部件为引进件，由于运输成本和高额关税， 使发动机成本居高不下， “ 长安之星”以其先进的性能、漂亮的外观而深 受用户喜爱，但私人用户对其 8万元左右的售价却难以接受，这直接影响 了 “ 长安之星”的销售。在此情况下，中国兵器工业部和长安公司制定了 g系列发动机国 产化计划，并将其纳入国家 “ 九五” 规划，以降低生产成 本，提高市场占有量，获得较好的经济效益。所以，g系列发动机生产线 的建设是非常必要的。由于g系列发动机缸体是采用特殊的压铸铝合金材 料，在国内 汽车行业中很少采用， 对其工艺方案进行研究，以 制定出 合理 的工艺方案也是非常必要的。g系列压铸铝合金缸体的工艺研究和建设直 接关系到长安公司的发展。1 9 9 5 年长安公司开始了 新的技术改造工作， “ 长 安奥托轿车 1 5 万辆整车、发动机及技术中心技术改造项目”于 1 9 9 7年得 到国 家经贸 委、国 家计委的 批准 ( 国 经贸改【 1 9 9 7 8 3 9 号) 。 从研究意义上讲，国内发动机厂家的缸体一般为重力铸造的合金铸铁 缸体， 但由于合金铸铁缸体重量大，不能适应微型汽车发展的技术要求， 在国外已逐渐被淘汰，现在，国外的微型汽车缸体的发展趋势是采用压铸 铝合金缸体，以减轻发动机重量。由于铸造工艺不同，机加工艺也有所不 同，压铸铝合金缸体的机加工艺有其自身的特点。根据调查，国内汽车用 发动机上还没有采用过压铸铝合金缸体，所以，对压铸铝合金缸体的机加 工艺研究是非常有意义的，有利于总结经验，使压铸铝合金缸体在国内微 车 行 业中 推广。 另一 方面， 对长安 公司 近二十年的 缸体 机加生 产的 经 验进 行总结，以利于长安公司的发展也是非常必要的。 从国外汽车的发展史可以 看出，汽车产业是一个国家的支柱产业，汽 车是高技术、多学科综合应用的产品， 汽车产业发展了， 就可以带动机械、 电子、 化工等工业的发展。我国的汽车工业尚处于初期发展阶段， 在产品 设计技术和制造技术等方面与世界汽车工业发达国家还有很大差距，我国 几乎没有汽车的自主设计开发能力，设计技术主要是靠引进，我国的机床 重庆大 学硕士学位论文 i绪论 制造业也很落后，设备精度差，可操作性差、元件故障率高，难以适应专 业化、大批量生产的要求。另一方面，我国还面临加入世界贸易组织后国 为了发展国家的民族汽车 外汽车对国内汽车产业和汽车市场的巨大冲击。为了发展国w 9 7 ma x a i 1 - 工业，为了制造出适合中国国情的经济型轿车以圆国人的轿车梦，我们必 须不断研究、学习国外的先进技术，总结经验教训， 加速汽车工业的发展， 才能带动国家经济、技术的发展，才能增强国家的综合实力，也才能使长 安公司逐步发展。g系列发动机技术改造项目关系到长安公司的生存与发 展，g系列发动机缸体生产线的建设必须综合考虑工艺方案和生产线的可 靠性、经济性和先进性，必须综合考虑如何利用较少的投资进行建设、降 低生产成本，还需考虑工艺方案如何适应同一系列发动机缸体的轮番加工 需要。 本课题的研究成功，必将为发动机缸体机加生产线建设的成功打下 坚实的基础，提高发动机的整体制造水平，降低生产成本，同时也为国内 同行业的发动机生产提供一种现实的参考。 1 .2 国内外现状综述 为了 进行该项目 的建设，我先后考察了国内的天津内 燃机厂、二汽的 襄樊和十堰发动机制造厂、 上海大众第一发动机制造厂、 二汽专用设备厂、 大连机床厂、大连组合机床研究所、大连渤海机床厂、 常州机床厂、琢州 清洗机厂等， 还参观、考察了:日 本铃木公司发动机制造厂、日 本日 平富 山工厂 ( 切削专用机床和加工中心) 、日 本富士晰磨机工厂 ( 币磨机) 、日 本市川制作所 ( 平面磨床) 、日 本鬼头株式会社 ( 清洗机、 泄漏检测机等) 、 日本丰和株式会社 ( 切削机床和加工中心) 、德国奔驰汽车制造厂 ( b e n z ) 、德国欧宝汽车制造厂 ( o p e l ) 、德国大众汽车制造厂 ( v o l k s w a g e n) .德国许乐惠乐公司 ( h u l l e r 生产具有明显的节奏性，各工序的生产节拍基本一 致;工艺过程是封闭的，设备按工艺顺序排列成链式;工件如流水般在工 序间流转，生产具有高度的连续性;加工自 动完成。由于刚性自 动线具有 很高的连续性、平行性、比例性、节奏性，所以它具有提高设备专业化、 重庆大学硕士学位论文 2生产线的模式研究 提高生产率、增加产量、降低成本、提高自 动化等一系列优越性，因而在 大批量生产中至今仍被广泛应用。欧美发动机生产厂和中国的一汽奥迪、 上海大众、二汽富康等主要采用此种模式。由于采用工件自 动传输，工人 数量少、劳动强度低，便于解决整洁文明生产。虽然生产线建设的投资强 度是单机自 动线的2 倍左右， 但由于生产批量大， 在满负荷生产的情况下， 经济性最好。0 1 1 10 2 1 刚性自 动生产线的不足之处是生产线结构不紧凑，占 地面积较大，工 房面积利用不充分;设备较复杂不便于维修，对维修工人素质要求高; 柔 性差，一般只能适应同一品种、同一系列的产品的加工，很难实现生产产 品的改变;难于实现分期投入;一次性投入大，风险大。 2 .2 单机半自动生产线 单机 ( s t a n d a lo n e m a c h i n e ) 半自 动生产线是手动传输工件的 半自 动生 产线. 这种生产线由专机组成，工件采用人工传输，单机自 动循环加工， 单机自 动冷却，切屑单机自 动处理，具有自 动流水生产线的部分特点。 这种生产线主要适用于中小批量生产 ( 年产 1 21 8万) 。生产节拍一般为 1 .21 .7 5分 / 件，对于中小批量的加工这种生产线是比较经济的组织形式。 它强调 “ 少、小、精、美” ，即设备数量、工人少，设备占地小，加工质 量精，现场管理方便，它强调人在生产中的重要作用。生产线采用结构 紧凑的 “ u ”型布置，整体为矩形，生产线占地小，节省了工房面积，减 低了工房建设成本。生产线的毛坯上线和成品下线在同一地点，便于工 件的运输， 物流通畅，降 低运输成本。 u形中间为操作者通道 ( 通道宽 为 1 .2 - 1 .5 m ) ， 一个工人在操作通道内 走“ 口” 字 形，负责操作正面和背 面的 4 - -6台机床，实现了一人多机操作，减少了工人数量，工人操作路 径、物流路径最短。由于采用单机半自 动加工，减少了刚性生产线的自 动传输、自 动监控和自 动检测系统，使设备复杂系数降低，取而代之的 是人工传输、人工检测，通过科学的管理和质量控制体系来保证产品质 量。单机半自动生产线便于采用价格较低的国产设备，能充分利用国内 廉价劳动力，使生产成本降低。投资强度较小、投资风险小是其最大优 势。由于投资少，风险小，所以，在中小批量生产时，经济性较好。可 采用部分加工中心使其具有一定柔性，生产线可分期投入。由于单机半 自动生产线的这一系列优点，所以，仍为许多发动机厂家所采用，特别 是发展中国家，资金实力不雄厚的公司和利润不高的微型汽车行业的厂 家。这种生产组织模式虽然在技术先进性上比不过刚性自 动生产线，但 是，在五六十年代，在技术、资金、市场实力均比不过欧美的日 本汽车 重庆大学硕士学位论文 2生产线的 模式研究 制造商正式通过这种生产组织模式，努力降低生产线建设成本和生产成 本，充分发挥管理组织优势，充分重视人在生产中的重要作用，制造出 了质优价廉的汽车产品，逐步成为汽车制造的强国。日本部分发动机厂 家和天津内燃机厂、东安发动机厂等主要采用此种模式。 该生产模式的不足之处是产量较低，自 动化程度较低，人工传输易导 致工件碰伤。由 于采用手动传输， 所以， 工件重量一般不宜超过 3 0 k g , 体积不宜太大。 2 .3 柔性制造系统 柔性制造系统 ( f l e x i b l e m a n u f a c t u r i n g c e l l , f l e x i b l e m a n u f a c t u r i n g s y s t e m ) 的 加 工设 备 主要由 加 工中 心组 成，以 实 现不同 品 种的 工 件能 在生 产线上加工。单机由计算机 ( c n c )控制，并将加工中心联网，通过中 央计算机集中控制， 对工件流、 刀具流、 信息流进行集中自动控制、 管理、 调度，以实现机床加工能力的合理配置，充分利用设备，实现动态管理， 实现整体最优，柔性制造技术强调工件流、刀具流自 动化基础上的动态化 管理，强调加工品种多样性。10 3 1 柔性制造系统以其高度的柔性、能适应用户不断变化的要求、迅速 灵活地适应市场的需要而逐步引起人们的重视，并在市场竞争中不断发展 起来。随着柔性制造技术的不断开发、应用，柔性制造工艺也不断发展成 熟起来。 柔性制造系统的载体是加工中心，要研究柔性制造系统，必须先从 分析柔性制造技术和加工中心的发展入手。 2 .3 . 1 柔性制造技术的发展 随着数控技术的发展和日 趋成熟，在 7 0 年代诞生了加工中心，但当 时的加工中心加工效率极低，制造成本高，无法用于 大批量生产，最初， 人们以几台加工中心为主，加工几种不同的零件或将同一件工件的很多加 工工序合并到一台或几台加工中心上加工，加工中心之间并没有直接联 系。加工对象主要是模具、机床母机等加工时间长、加工数量少的工件。 为了 提高 效 率， 人 们又 设 计了 柔 性 制 造 单 元( f le x ib le m a n u f a c t u r in g c e ll ) ，它的主要特点是制造单元由一个柔性加工头，几个回转工作台组 成，使一个工件在一台柔性制造单元上通过几次装夹 ( s e t u p )就可完 成加工，从而节省了设备台数，降低了成本。 10 4 1 8 0 年代末，德国f r i t z wa r n e r公司开发了用于批量生产的传统 的 柔 性制造系统 ( f l e x i b l e m a n u f a c t u r i n g s y s t e m )。 该系统采用几台 加z 重庆大学硕士学位论文 2生产线的模式研究 最经济的生产手段。在工件有大的变动或对加工有高度的柔性要求 的情况下，常采用的加工方式是柔性制造系统。 i9 对大批量生产的发动机零件，如汽车的缸体、缸盖、变速箱壳体等 箱式零件，由于是专业化程度较高的零件，由于工艺性特殊，为了 保证质量，一般采用加工中心和专用设备组成的综合生产线，它不 只是强调柔性制造，而且强调产品质量。高速加工中心主要适于螺 纹孔等浅孔的加工、小平面铣削等。由于加工中心采用刚性主轴， 一般没有导向支承，所以，不适于油孔、凸轮轴孔、曲轴孔等深长 孔的加工。由于高速加工中心运动部件质量较轻，系统刚性较差， 所以，不适于缸孔等精度要求高的大孔的精加工，一般也不适合加 工余量较大的粗铣的强力切削。国外的缸体柔性生产线一般分为三 段:第一段为粗加工，当加工余量较大时，采用以刚性较好的专用 大功率铣床为主进行加工，当加工余量较小时， 采用以高速加工中 心为主进行加工;第二段为孔系加工和半精加工，采用加工中心进 行加工，以增强生产线柔性:第三段为精加工，采用专用设备进行 加工，以 保证加工精度。 加工中心的刚性和高速加工性能之间是有一定矛盾的。高速加工中 心为了提高加速度， 必然会尽量减轻主轴、滑台等运动部件的质量， 一般采用龙门式结构，这使得主轴系统的刚性降低，所以，就加工 对象的材料而言，高速加工中心主要适用于加工铝件等软金属，而 加工铸铁件等硬金属材料的性能就差一些，这主要是受切削力和刀 具使用寿命的影响， 使高速加工中心的应用受到一定限制。 运用于 重 力 切削 的 加 工 中 心， 一 般采 用中 速的 加 工中 心， 转 速 在 8 0 0 0 r p m 左右， 主轴系统一般仍采用传统的立柱式结构。 就加工对象的结构和形状而言， 加工中心更适于加工进气支管等异 形件 ( 因为结构复杂、品种多、孔面的加工量少，所以， 使用加工 中心使生产线柔性好，且可减少装夹次数和设备数量，效率高。)、 缸盖 ( 因为发动机技术的发展主要集中在缸盖的变化上，如2 气门、 a气门、电喷技术等，所以，现代发动机技术的发展要求缸盖生产 线具有较强的柔性)、摩托车零件 ( 因为摩托车零件体积小，品种 多，加工量少，若采用加工中心，效率高、柔性好、设备数量少， 经济性一般比自 动线好)、大型卡车零件 ( 因为大型卡车的产量小， 体积大，自 动线的加工效率不高，且工位数量多，设备数量多，占 地面积大， 若采用加工中心， 效率常常比自 动线高， 且设备数量少， 具有柔性， 经济性也好)。而对于孔系数量多、孔的规格多的零件， 由于需要频繁换刀， 辅助时间消耗多，加工中心的加工效率比 专机 重庆大学硕士学位论文 2生产线的模式研究 低，一般不适于加工中心加工。t3 s 1 9 1 产品的设计要符合柔性加工的特点。不同的生产线模式对产品的工 艺要求也不尽相同，这也要求产品设计作出相应的调整。如采用组 合机床加工螺纹孔时，由于同一个动力头上的主轴间距受结构尺寸 的限制，有一个最小主轴间距值，所以，产品设计调整时，尽量考 虑各个螺纹孔间的距离不小于最小主轴间距，否则，就需要两个动 力头分别进行加工，经济性差:如采用加工中心加工螺纹孔，则产 品设计调整时，没有必要考虑孔间距问题，而应尽量减少螺纹孔的 规格 ( 孔径及深度， 、数量，因为多一种规格的螺纹孔就需要多一 次换刀，换刀次数太多，必然降低加工中心的加工效率，也是不经 济的。加工中心对刀具直径一般有限制，所以，产品的各面不宜设 计成大平面，而应采用加强筋，以提高铣削效率。采用刚性自 动线 就必须考虑工件的传输基准问题等。14 0 1 柔性加工还需进一步提高加工效率，降低辅助时间 ( 加工中心的加 工定位、移动等时间约占总时间的 5 0 %，换刀、夹具回转等辅助时 间约占5 0 %) ，加工中心的加工节拍以2 - 3 分钟2 件为宜，节拍太短， 则辅助时间所占比例较大，节拍太长，则使加工中心的刀位数量增 加，刀库加大， 使换刀时间增长， 成本增大。 四 自 动线与专用机床的加工批量大，但加工的零件品种少，而普通的 数控机床和柔性加工线加工的零件品种多，适应性强，但加工批量 较小。运用柔性制造技术设计生产线时，在大批量与多品种生产间 存在一定的矛盾，相互不能同时满足。图 2 .9给出了几种加工设备 的生产批量与加工零件的品种数的关系。 t ff u t+ 剔 生产柔性 生产辜 柔性线 柔 性 单 孔机床 卜零件品种效 】 或 z a1 0 0 8 0 0 图2 . 9 儿种生产线的使用范围 重庆大学硕士学位论文 2生产线的模式研究 2 . 4 小结 刚性自 动线主要由专机组成，产量最高，柔性差，一般为一次性投入， 适于大批量、单一品种生产 ( 年纲 1 53 0万) ，自动化程度高，一般采用 集中冷却、工件自 动传输。自 动线在大批量生产时，经济性最好。 单机半自动线可由专机组成，单机自动冷却，工件人工传输，适用于 中等批量生产 ( 年纲 1 01 8万) ， 兼有柔性线和自 动线的优点， 投资少、 见效快，经济性较好，可分期投入，该生产模式可采用部分加工中心使其 具有一定 柔性， 采用部分国产专机使其造价降 低。 该种生产模式由 于采用 人工传输，所以，应注意工件碰伤问题。 但随着技术的进步和社会发展，刚性自 动线和单机半自 动线的不足之 处也逐步显现出来，由于设备高度专业化，加工品种单一，对产品的变化 和市场的快速变化缺乏适应力，一旦产品没有市场，就很难收回投资，所 以，风险较大; 一旦设备发生故障，就有可能导致全线停产，带来较大的 损失:生产率的调整幅度不可能很大，技术改造困难较大等等。 柔性制造系统由加工中心组成，强调制造过程的柔性和高效率，适 应于多品种、中小批量的生产，主要应用于箱式零件的加工。加工中心以 其高柔性、能迅速适应市场的需要、可分多期投入、投资风险小而受到人 们的重视。但加工中心单轴加工效率比刚性自 动线的差。 综上所述，自动线和柔性线各有优缺点，各有不同的适用范围，所 以，在现代加工技术中， 刚性自 动线、单机半自 动线和柔性线3 种生产模 式均在大量采用。 就技术而言， 柔性制造技术是未来制造技术发展的方向， 随着科学技术的不断发展，柔性制造技术必将在未来的生产中发挥越来越 大的作用。就经济性而言， 还需根据不同的要求和实际情况 ( 产量、设备 价格、柔性要求等) 对生产线模式进行选择确定。就加工质量而言， 还需 根据对专机和加工中心的特点进行选择确定， 现代的发动机制造技术一般 采用专机加加工中心的综合方式。 重庆大学硕士学位论文 3生产线的设计原则及分析 3生产线的设计原则及分析 3 . 1 生产线的设计原则 3 . 1 . 1 经济效益原则 从理论上讲，企业从事生产活动的最终目的是为了获取效益， 这也是 企业建立和存在的必要前提。从企业的经济效益上讲，就是要获得更大的 利润，企业利润的构成为: 企业的利润二 销售价格一 生产销售成本一 各种税费 从中可以看出，在销售价格一定的情况下，各种税费标准是国家政策 制定的，企业是不可控的，要提高企业的经济效益，获得更大的利润，就 必须降低生产成本。而生产成本的构成为: 生产成本= 不变成本十 可变成本 不变成本主要由设备折旧费、原材料消耗费等构成，可变成本主要由 工人工资等构成。所以，为了降低生产成本， 获得较高的利润，在工艺方 案设计和设备选型中， 必须贯彻经济效益原则，降低设备投资，降低设备 折旧费 用，降低原材料消耗，而且在工艺方案设计中还需同步考虑降低生 产的运行成本和人工费用。 从现实情况讲，长安公司是微型汽车和发动机生产厂家，经营理念是 造百姓买得起的汽车，而国民 现阶段经济承受能力有限，要实现公司的经 营理念，就必须生产经济实用型汽车;另一方面，g系列发动机是微型汽 车用发 动机，微型汽车的售价低， 利润少， 这也要求注意控制生产线建设 成本，如果生产线建设成本过高， 使产品生产成本增大，产品就会没有市 场，企业利润会减少，导致生产形不成规模，生产成本进一步上升， 企业 利润进一步减少的恶性循环中，最终导致企业破产，所以，生产线建设必 须讲求经济效益原则. 此次生产线建设追求的目 标是在保证产品图设计精度的前提下， 尽量 采用经济合理的工艺方案:尽量多采用国产设备，减少设备投资，以降低 生产线建设成本;生产线布置紧凑，尽量减小生产线占 地面积:追求设备 的可靠性和高的设备开动率，确保达到生产线的设计纲领和降低废品损 失，并在生产节拍一定的情况下，使产量最大化，降低单位产品成本，提 高效益。追求一人多机管理，减少工人数量;采用刚性主轴，减少材料消 耗: 采用机外校刀方式，降低废品率，缩短换刀时间， 提高生产效率，降 低 生 产 运 行 成 本 。 0 5 110 6 1 重庆大学硕士学位论文 3生产线的设计原则及分析 3 . 1 .2 批量原则 产品从投放市场到退出市场的寿命周期， 一般分为四个阶段: 起步期、 发展期、成熟期和衰落期。 起步期一般为1 - 2 年时间，主要进行产品宣传 和市场培育;发展期一般为2 - 3 年时间，主要完善售后服务体系和扩大市 场;成熟期一般为 1 0 - 1 5 年时间。从我国的实际情况和经验来看，汽车产 品的起步期的市场年需求量一般在3 - 6 万件， 发展期年需求量一般在6 - 1 0 万件，成熟期年需求量一般在1 2 - 1 5 万件。 从以上的分析和实际经验来看，如果 g系列发动机缸体生产线产量 一次建成1 2 - 1 5 万的 年产量，由于市场需求有限， 会出现产销不平衡的状 况， 在生产线建成后的5 年左右的时间内， 会造成设备能力闲置， 投入大， 产出小，使资金回收期延长，企业会背上承重的利息、设备折旧等经济负 担，经济性很差。 如果 g系列发动机缸体生产线的产量能分阶段满足产品寿命周期的 不同阶段的不同市场需求量，则可减少前期的设备投入和资金投入，投入 少，见效快，设备能力无闲置。因为汽车制造是一个系统，如果各个零部 件的生产线的产量均分阶段满足产品寿命周期的不同阶段的不同 市场需求 量， 则可节省大量的前期设备投入和资金投入， 经济效果非常明显， 所以， 此次工艺方案确定了生产线总体工艺方案一次规划，资金、设备分两期投 入，滚动发展的原则。 长安公司现通过引进零部件组装的方式， 己经达到年产2 万多台( 辆) 发动机和汽车的能力。 一年多以后， 生产线建成时， 预测市场需求量为4 - 6 万台， 所以，此次工艺方案确定的一期年产量为6 万台。由 于国家汽车产 业政策不配套，国民经济实力有限等原因，中国的私人购车市场需求量有 限，根据国内 各个发动机厂家的实际生产能力和长安公司的市场预测，g 系列发动机二期年产量确定为 1 2 - 1 5 万台。 3 . 1 . 3 适度柔性原则 从产品的寿命周期来讲，由于g系列发动机是日 本9 0 年代末的产品， 技术高、性能好、市场前景广阔，产品寿命长， 至少在1 0 年以 上。 从产品的的设计变化程度来讲，新技术主要对缸盖的设计变化影响 较大，而对于缸体主要是连接螺纹孔的数量和位置的变化;排量变化时， 只是缸数和缸径的变化，缸孔中心距一般不发生变化，这些变化专用设备 就能适应， 所以，发动机新技术的应用对缸体的影响较小， 缸体本身对柔 性加工的要求不高，采用以国产专机和进口 精加工专用设备为主，以 经济 型加工中心为辅的单机半自 动线是合理的。 汽车发动机主要新技术的应用 重庆大学硕士学位论文 3生产线的设计原则及分析 情况见表 3 . 1 。 表 3 . 1 序号变化项目 发动机品种变化情况表 一 一 厂 一变化内 容 排量 燃料 燃料供给 空气供给 多气门 减轻重量 ( 汽油机) ( 柴油机) 改善工况的性能 缸 数、 缸 径、 冲 程 _ a 默 w 13.m r , 自 然 吸 气 、 增 压_ 三 气 石 丁 西葡丁.亏气门 铝合金、取消中间轴 可变气门运动的配气机构 从设备精度和可靠性来讲，由 于国产加工中心精度较差， 可靠性差， 加工效率低，不能适应大批量生产的要求，国内主要的发动机生产厂家用 于批量生产的加工中心一般多采用进口 加工中心，所以，加工中心不选用 国产设备，而是采用进口 加工中心。 目 前， 国内、 国外加工中心的生产厂家较多， 主要技术参数参见表3 .2 ( 国内加工中心参数用汉川机床厂的 t h 6 4 1 0 0卧式加工中心作参考，国 外加工中心用日 本的新消铁工所 ( n i i g a t a )的 s p n 5 0 ,德国 d e c k e l ma h o公司的d mc 6 0 h和德国h u l l e r - h i l l e公司的 s p e c h t加工中 心作参考)。 表3 .2国外、国内 加工中心主要参数比较表 主要参数国外国内 工作台 面 ( m m x m m ) 5 0 0 x 5 0 01 0 0 0 x 1 0 0 0 主 轴 转 速( rp m )1 0 - 1 5 0 0 0 2 8 3 1 5 0 进 给 速 度( m m / m in ) i1 - 4 0 0 0 0 1 0 - 2 0 0 0 快速移动速度 ( m / m i n ) 4 01 0 定位精度 ( m m ) 0 . 0 0 5 士0 . 0 1 重复定位精度 m m) 0 . 0 0 3 士0 . 0 0 8 b 轴回转精度 0 . 0 0 1 06 托盘交换时间 ( s e e ) 6 刀 一 刀 换 刀 时 间( s e e ) 1 .4 切 削 一 切 削 换 刀 时 间( s e e ) i3 .8 刀 库 容 量( 支)1可 选 可选 从经济性来讲， 进口 加工中心成本较高， 过多采用进口 加工中 心不利 于降低生产线建设成本。生产线工艺方案设计中选用了少量加工中心，以 储备对缸体6 个面进行加工的能力，以 适应未来产品设计在缸体6 个面上 的局部变化。所以，此次工艺方案设计中对柔性的要求是:适应 g 系列 四缸机压铸铝合金缸体的轮番生产。g系列发动机缸体两个品种的结构尺 寸变化不大，主要是缸孔直径的变化和缸孔越程槽直径的变化，即使将来 产品设计变更，主要结构尺寸也不会变化，只是螺纹孔的数量的增减和位 置变化，产品本身对柔性要求不高，所以，g系列发动机缸体机加生产线 只需采用几台加工中心就能满足要求。 同国外的三段式柔性生产线 ( 即粗加工用专机、孔系和半精加工用加 工中心、精加工用专机)相比，主要是第二段采用了以国产专机为主，虽 然柔性降低了，但降低了建线成本。 3 . 1 .4 加工模式的确定 缸体机加生产线的加工模式主要有柔性线、刚性自动线和单机半自 动 线等几种。加工模式的选择是与生产线的产量与工艺设计原则密切相关 的: 刚性自 动线与产品的结构特点结合紧密、 加工精度高、 自 动化程度高， 投资强度大，必须以 大批量生产 ( 年产 巧 万件以 上)为前提，才有经济 性，且刚性自 动线难于实现分期投入。而 g系列缸体生产线确定的工艺 原则为分期建设，一期年产量为 6万件，二期年产量为 1 2万件，属于中 小批量加工，所以，就经济性而言，不适合采用刚性自 动线。 加工中心组成的柔性生产线的特点是适于中等批量生产、且可分期投 入、分期建设，柔性好，符合工艺方案设计确定的批量性原则，但由于加 工中心须采用进口 设备， 如果采用柔性方案， 生产线的设备基本为全进口， 使生产线建设成本高，不符合工艺方案设计的经济性原则。 单机半自 动生产线的特点是适于中等批量生产，且可分期投入、分期 实施，且粗加工和半精加工专用设备可以采用价格便宜的国产设备，生产 线投资省，见效快，符合工艺方案设计确定的经济性原则和批量原则。 虽然在满足生产线工艺要求的情况下，单机半自 动生产线的生产模式 经济性好， 但考虑到工艺方案设计中的适度柔性要求，所以，采用了 部分 加工中心。 综上所述，g系列发动机缸体机加生产线的生产模式确定为:以国产 专用设备和进口精加工专用设备为主、以部分进口 加工中心为辅组成的单 机半自 动刚柔结合的生产线。 3 .2 经济性分析 生产的最终目 的是获得经济利益，企业只有获得了效益才能更好的 发展，也才能为社会创造更大的财富。如果企业不能获得利润，则成了无 重庆大学硕士学位论文 3生产线的设计原则及分析 本之木，无源之水， 充分考虑经济效益。 也就失去了存在的意义，所以，企业的生产活动必须 g系列发动机缸体机加生产线建设也不例外，在进行 工艺方案研究时，必须对经济效益进行分析。 3 . 2 . 1 关于建设规模问题 改革开放 加 多年来，我国的汽车工业积累了很多经验，但也有不少 教训， 例如在这段时期中我国新建了一批轿车生产厂，如一汽大众、神龙