【《热处理生产精益改善现状研究的文献综述》3200字】

热处理生产精益改善现状研究的文献综述国内汽车行业从80年代开始逐步进入快速发展通道以来，对于规模化的变速箱齿轴件渗碳热处理生产，其使用设备也经历了三个阶段的发展。80年代对于齿轴件渗碳的热处理主要使用井式渗碳炉。它的结构是：炉身是圆筒形的深井，零件由专用吊车垂直装入炉内加热，适用于较为大型齿轴类零件。一般使用煤气和燃油作为加热燃料，通常安置在生产车间地平面以下。井式渗碳炉的炉温均匀性较差，对于日益轻量化的的小型汽车变速箱齿轴件而言，渗碳后的硬度、硬化层等指标均匀性较差[42]。图1.12井式渗碳炉Fig.1.12Pit-TypeCarburizingFurnace90年代开始，热处理行业开始逐步用箱式多用炉替代井式渗碳炉，其优点是运用目标值控制系统使得渗碳气氛控制更精密，炉温均匀性较好，产品质量稳定性较井式炉显著提升。且运用硅酸铝纤维作为耐火保温材料，可减少热损失，提高热效率。箱式多用炉生产线的主辅机台数可随产品种类和产量灵活配置，满足多品种小批量的生产特点。另外，根据实际生产的需要，设备生产厂家开发了许多新型结构的炉型，对于变速箱齿轴件的适用性和质量稳定性都较井式渗碳炉更有优势[43]。但是，无论是井式渗碳炉还是箱式多用炉，其渗碳原理都是在高温下，通过在保护气氛中通入渗碳介质，裂解出碳原子吸附在零件表面，并逐步向零件中心扩散的方式，完成零件的表面硬化，整个过程需要经历较长的升温及保温时间，生产效率较低。为解决这一问题，国内从近20年时间里，对于变速箱齿轴件的热处理渗碳开始逐步引入国外的低压渗碳炉，并开始国产化。低压渗碳炉的整个渗碳过程都是在50mbar左右的负压状态下进行，炉内长通氮气作为保护气体，通过真空泵维持炉内的压力，并通过乙炔或丙烷的通入裂解出碳原子进行对炉内零件的渗碳。一方面，由于其炉内无氧气成分，能保证零件的表面无内氧化组织，以达到比传统渗碳方式更佳的零件质量；另一方面，在负压的状态下，零件吸附碳原子的速率以及碳原子在零件内的扩散速率更快，整个渗碳过程可比传统渗碳方式缩短30%，大大提升了渗碳工艺的加工速度[44]。图1.13箱式多用炉Fig.1.13Box-typeMultipurposeFurnace低压渗碳工艺设备炉壳为双层冷壁，没有火帘门，也无烟气及油蒸汽排放，改善了生产现场的作业环境，并可在空调环境中运行，具备了与机加工生产线连接的条件[45]。在生产运行成本方面，由于低压渗碳设备可实现快速升降温，在生产柔性方面较传统可控气氛设备具有优势。按相同产品相同产量且满足产品技术指标要求的情况下，低压渗碳设备较传统可控气氛设备在生产运行成本上能下降23%[46]。图1.14可个性化定制的柔性低压渗碳产线Fig.1.14CustomizedflexibleLowPressureCarburizingLine因此，在规模化、精益化的生产模式下，低压渗碳炉被越来越多的国内汽车制造企业所应用，并根据自身产品的特点，定制成具有一定自动化功能的生产线[47]。热处理作为制造业中的重要一环，在国内，其在精益生产方面的运用与探索相对缺乏。国内大部分企业的热处理生产管理模式相对粗放，同时其工序特性及操作方式相较于装配线、机加工存在也较大差异。因此在热处理行业中简单地复制照搬某些精益生产方式将可能会导致南辕北辙的效果[48]。从工艺特性上来看，热处理工序的质量指标主要体现在所加工产品的材料冶金组织性能与热变形畸变控制两方面，因此当前企业对于热处理工序精益化的关注点主要为：热处理设备稳定性及工艺过程控制能力；热处理加工过程化学反应的计算机精确模拟技术。如陈昌麒等人，在对铝合金材料热处理的固溶过程、冷却过程、时效过程进行了多组试验，通过试验结果修正了计算机模拟程序，获得了更符合实际的模拟结果，但当前铝合金材料热处理的计算机模拟涉及到数据库及复杂交互作用的因素，离工业应用还有一定距离[49]。长期从事热处理研究的中国工程院院士潘健生教授在对我国热处理发展战略的探讨中明确指出：我国热处理行业在与国际对标中还处于较为落后的局面，且其在制造业中的又具有战略意义，需要给予更多支持和重视；践行热处理的精益生产，扭转粗放生产的状态；加强多学科的热处理应用研究和发展数字化、智能化热处理过程控制技术。一是深入的热处理工艺研究；二是精心设计制造热处理设备；三是建立严格的维护保养制度；四是严格认真的操作；五是全流程质量控制与管理[50]。随着精益思想在热处理行业不断渗透，越来越多的热处理企业尝试运用精益生产工具对生产模式进行改善。例如在物料及工艺信息追溯和排产方面，林柏宇等针对热处理工艺追溯难和排产安排不合理的问题，提出了基于物料网的热处理智能制造执行系统的构建及应用方式，该系统包含系统设置、收发管理、品质管理、生产管理、设备管理及在线监控6个功能块，如图1.15所示，为生产控制，精益生产，节能减排，质量改善等方面的提升奠定信息化基础[51]。在欧洲，数字化管理系统也在不断被开发及应用，各种系统被设计运用于渗碳和相关处理，包括订单处理、生产计划和监督、质量保证和设备维护计划，以及工艺循环的选择、调节和优化，以提升产品质量和生产效率[52]。渗碳热处理一般采用模型软件进行过程模拟。当前，热处理精益化改善受到质量指标及成本竞争的推动，其工艺过程建模的作用已从设计和分析阶段扩展到过程优化和控制。渗碳模拟软件应用场景愈加宽泛，包括精益和稳定的产品设计、工艺优化和质量问题的解决。热处理畸变控制的稳定性决定了产品后续加工的流程及成本，因此渗碳过程模拟将材料热处理转变过程及其预测显微组织、残余应力、热处理畸变作为研究对象。通过原材料化学成分及热处理工艺过程参数的数据录入分析，来达到减少渗碳畸变的目标[53]。图1.15MES系统功能设计Fig.1.15FunctiondesignofMESsystem在热处理工艺优化方面，张传开等运用6sigma改进方法，通过因果图和FMEA分析[54]，确定了齿轮在热处理时发生畸变的关键影响因子，并在改善时使用全因子实验设计方式对A公司热处理渗碳淬火工艺进行优化，在保证质量的前提下，达到了提高生产的效率，降低制造成本，提升客户满意度的目的[55]。精益生产对于热处理而言是一种不断优化、改进的管理理念。大批量生产原则为热处理做出了历史贡献，而在当前工业智能制造及客户需求多元化的发展洪流中，热处理行业更需要加快设备技术的更新换代及生产模式的创新实践。参考文献徐建.某型汽车变速器传动系统的建模与分析[D].东北大学,2014.过学讯,吴涛.汽车自动变速器在中国的发展现状及前景[J].汽车工程学报,1999(6):7-10胡昌新.铁碳相图的发展和展望[J].材料工程,1991(1):4-8JYang,JIGoldstein.TheformationoftheWidmanstattenstructureinmeteorites[J].Meteoritics&PlanetaryScience,2005,40(2):239-253THockey,VTrimble,TRWilliams.TheBiographicalEncyclopediaofAstronomers[M].SpringerNewYork,2007.萧功伟.金属同素异构转变的相关系分析方法[J].科学通报,1992,37(24):2281-2284BCRay,RKPrusty,DNayak.Iron–CarbonPhaseDiagram[M].PhaseTransformationsandHeatTreatmentsofSteels.2020.ARahmel,HJGrabke,WSteinkusch.Carburization—IntroductorySurvey[J].Materials&Corrosion,2015,49(4):221-225RGorockiewicz,Aapiński.Structureofthecarbonlayerdepositedonthesteelsurfaceafterlowpressurecarburizing[J].Vacuum,2010,85(3):429-433IVZabyelin,IMKomelin,IABarannik.OnSpecificFeaturesofOperatingCruciblelessSalt-BathFurnaces[J].MaterialsScienceForum,2005,488-489:89-94张仁琪.世界汽车工业[M].中国经济出版社,2001.大野耐一,谢克俭,李颖秋.丰田生产方式[M].中国铁道出版社,2006.张辅群.福特主义、丰田方式和温特尔主义之比较研究[J].现代财经--天津财经大学学报,2006.李向阳.丰田改变世界[M].北京大学出版社,2007.陈燮阳,乔惠英.后起之秀——丰田汽车公司[J].汽车工程学报,2001(2):56-59胡朝峰,过学迅,汪斌.汽车变速器技术的发展与展望[J].汽车工程学报,2005(5):15-18孙立琴,丛明,赵强,等.汽车发动机和变速箱自动化装配技术[J].组合机床与自动化加工技术,2009(03):59-62.付闯闯,王德权,宋野,等.DCT250变速箱装配线物料拉动系统的研发[J].组合机床与自动化加工技术,2018(4):182-184AMeise,BLangenbeck,SReiblein.Gearboxassemblywithgearboxmeansforspeedoverlap[J].2008.JamesWomack,DanielJones,DanielRoos.改变世界的机器[M].机械工业出版社,2015.JamesWomack.精益思想[M].机械工业出版社,2008.周圣伟,葛一亮.精益生产方式下的工作团队——基于激励理论的分析[J].现代企业,2004(07):56-57董文海.丰田:应对危机的高手[J].企业管理,2009(05):43-46李必强.一种改变世界的生产方式[J].中国新时代,2006(12):112马力.从日本微型车的发展看税收经济杠杆作用——日本80年代微型汽车市场回顾[J].汽车与配件,1994(09):32-33林丽华.精益生产理论在供