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技术优势助力效率提升 瓦尔特助力联合动力破解成本之冰

2016年02月19日 09:51中国机床商务网点击:951

  【中国机床商务网 名企在线】提到中国的独立发动机制造商,业界第一个就会想到玉柴。
  
  这不仅仅是因其销量多年雄据行业前三甲,更在于,玉柴多年来心无旁骛地在内燃机领域精耕细作,集所有精力于产品的升级与创新;玉柴发动机在性能、可靠性、性价比等方面,拥有着独特的竞争优势。
  
  芜湖玉柴联合动力股份有限公司(以下简称联合动力)是由玉柴、中集、奇瑞三家于2009年成立的合资企业,成立之初企业的定位就是要集合三方的技术优势,市场资源以及品牌影响力,在重卡中高端内燃机领域取得一席之地。
  
  高举高打
  
  联合动力诞生之时,正值重卡市场处于最巅峰时刻,市场容量超百万台。在重卡领域,大排量和大功率已是行业趋势。为了有别于玉柴现有的产品,联合动力以K系列抢占高端市场。因此联合动力的产能规划、设备配置都是一流的,用联合动力总经理助理陈贻云的话来说,工厂是在用别人家的检测设备来在做生产制造。
  
  目前玉柴联合动力出厂试验判定合格的技术数据量为58个参数,而国内外一般仅设定6个参数。其发动机出厂试验的负载情况完全与整车状态相同,如转向系统、冷却系统、制动系统、瞬态加速响应、机械效率、一致性频谱分析。2015年,联合动力再次蝉联第八届中国国际卡车节油冠军,这已是公司连续三年获此殊荣。
  
  但好景不长,自2011年市场急剧萎缩,跌至80万辆级,2015年更被业内称之为“滑铁卢”式下滑,已跌破60万辆。“我们确实做出了精品,但却生不逢时。在当前形势下,用户更看重价格、性价比。”陈贻云坦诚,“联合动力面临的最大问题是:如何在残酷的竞争中生存?如何在保质的前提下降低成本,实现好而不贵。”
  
  针对于此,联合动力给出了应对之策:首先在销售策略上避免单一强调联合动力品牌,品牌影响力直接关系到产品价位;其次在采购体系上并入玉柴大体系,摊薄成本;最后就是在要内部“挖潜”上下功夫,优化现有的生产环节。如果说前两者是战略上的变革,那么后者则是联合动力内部所有流程的再梳理,关系到工厂内所有的环节,可谓是个大工程。
  
  有力保障
  
  联合动力制造部机加总师黄登华介绍,公司主导产品YC6K系列发动机,以世界最新发动机为基础自主开发,集成了当今世界最新技术成果,拥有30多项技术发明专利。独创性引入精确燃烧和电子控制技术,实现更少油耗和更低排放;发动机逆向横流冷却技术和高强度材料的成功创新运用,大幅度提高了发动机使用寿命,排放可满足欧Ⅵ标准,其最低油耗、额定点油耗比世界先进水平低5%~8%。
  
  卓越的性能来自于材料以及加工手段的保障。6K产品的主要结构件比如缸体、缸盖等主要结构件采用了高强度蠕墨铸铁材料,组织是介于灰口铸铁与球墨铸铁之间的中间状态,所以强度和韧性也介于两者之间,同时具备球墨铸铁的耐用性与灰口铸铁的耐热性。蠕墨铸铁其高温强度、热疲劳性能和刚度却比灰铸铁高接近一倍。因此,采用蠕墨铸铁可制造出重量更轻、壁厚更薄、燃料能效比更高的发动机。一台装配好的蠕墨铸铁发动机的重量比传统发动机重量减少15%。
  
  黄登华进一步介绍说,联合动力的6K产品具有独特的高效逆向冷却技术,当冷却液从缸盖流入缸体冷时,流速快、冷却时间短,使得喷油器安装区域温度较传统柴油机降低约15度,发动机要承受高达220帕的爆发压力,这对发动机可靠性提出了严苛的要求。
  
  此外由于6K系列产品采用集成式整体缸盖,气缸盖集成进气管,发动机结构更加紧凑,这对进气管部位的加工提出了更高的要求。
  
  联台动力的生产线以绿色制造和零缺陷为根本目的,其主要关键件全部与国际知名品牌合作,如起动机、电机、高压喷射系统与德国博世合作;活塞部件与德国马勒、美国辉门合作;缸内制动与美国皆可博合作;转向与ZF、刀具与瓦尔特合作。这些先进的制造和检测装备,辅以智能化的质量控制系统,使每道工序每个产品特性准确一致,确保了发动机的高品质。目前联合动力产品平均故障间隔里程是10万km,远远高于国内其他品牌。
  
  要保障产品的高品质,上述这些都不是联合动力压缩成本的入手点,为此公司高层希望制造部能在加工过程中进行优化,以提高生产的效率。
  
  成本“坚冰”
  
  发动机制造业一个明显的走向就是采用高速加工技术来提高效率,缩短交货时间,降低生产成本。
  
  发动机是汽车的核心零部件,结构复杂且制造水平高,尤其是发动机上曲轴孔、凸轮轴孔、座圈底孔、燃烧室面等关键部分及关键工序精度要求高。而缸体又是发动机的主要基础件,缸体的许多平面和孔均是其他零件的装配基准,其质量直接影响到发动机的装配精度和可靠性以及使用性能,所以对缸体的加工要求非常高,加工难度大。这些对刀具材料以及刀具结构、几何参数等都提出了新的、更高的要求。
  
  黄登华介绍说,联合动力在2011年投产之时采用的所有进口刀具均为德国瓦尔特的产品,原因无他,玉柴总部重机厂所有的刀具也是由瓦尔特总包提供的,而重机厂对瓦尔特的评价非常不错。
  
  但毕竟两者的产品有差距,比如由于联合动力采用高强度蠕墨铸铁材料,在给发动机零件带来一系列优异性能的同时,也给刀具加工带来了极大挑战。
  
  如蠕墨铸铁加工过程中,产生的切削热积聚在工件中,加剧刀具磨损;且零件容易与刀具切削刃发生粘结作用;其强度较高,因此一般要比灰铁加工高30%左右的切削功率。由于上述原因,用于切削蠕墨铸铁的刀具寿命通常只有切削灰铸铁刀具寿命的一半,或者更低。
  
  此外利用常规工艺加工蠕墨铸铁时,必须采用较低的切削速度,因此可能需要花费比切削灰铸铁几乎长三倍的加工时间。
  
  如何延长刀具的寿命周期。黄登华在合作伙伴瓦尔特工程师的推荐下采用了瓦尔特-蒂泰克斯X.treme和XD系列产品,主要型号有A6994TFP-10,A6785TFP-10,A6585TFT-4;A6885TFP-8以及非标定制的3A6685C82480700。
  
  瓦尔特-蒂泰克斯XD钻头的直径范围是3~16mm,即使钻孔深度达到70倍径也无需退刀。有TFT和XPL两种刀具头涂层。刀身抛光的排屑槽有效保证了加工过程中的可靠排屑,从而确保了加工质量,新的整体硬质合金钻头可以结合乳剂和油使用,为加工蠕墨铸铁材料应用提供有效的解决方案。
  
  为了满足现代机床的效率要求,XD钻头拥有4个刃带,确保了最高质量的钻孔,并且与单刃枪钻相比生产效率提高达10倍。且由于在钻孔时无需退刀,该钻头可在钻深较大时确保钻孔工艺的可靠性和加工生产效率。黄登华说,瓦尔特铰孔铰刀的速度效率非常不错,进给速度达到40~50m/min依旧还能平稳加工,而其他刀具速度只能达到30以下。
  
  据统计,用瓦尔特一把铰刀能加工90个工件,每个工件上面有3个孔,深为800mm,因此一把刀的寿命在联合动力的使用寿命是270个孔加工。
  
  “一把刀可以加工90件,效率远超行业内平均水平。”黄登华强调,这个数据是他们经过长时间摸索,不断排查,最后确认的数据。“最难得的是瓦尔特刀具产品的一致性非常好。不至于一只做很多台,下一只做了几台就断掉了,让我们用着很放心。”效率、质量,稳定性是内燃机加工企业选择刀具的三大因素,而这些恰恰是瓦尔特技术的竞争优势所在。
  
  在联合动力内部还有断刀监测手段,主要是增加引孔刀断刀保护功能,防止引孔加工异常导致深孔加工造型的破坏。
  
  让黄登华更惊喜的是,在精镗缸体加工环槽过程中,他们自创了一种新的加工方式。
  
  具体来说就是加工过程中,一般采用两把刀具——较短的引导刀和较长的精加工刀具,也可用复合刀具加工轴承端面,刀具的展开可通过离心力、冷却液压力或机械机构来完成。但传统加工方式是通过离心力扩张来展开刀具进行加工,除了增加库外抓刀的工序外,也会因为张力导致加工变形。
  
  瓦尔特建议他们采用带有冷却液压力的刀具,如此既不用设置库外抓刀,也避免机械张力的产生。“我们打听到确实有过这项技术的应用,于是也就开始了尝试。”
  
  不过首战并未告捷。初次使用是,因为没有采用导条,直接悬臂,一展开刀,没有支撑难以固定。后来做了改进,增加导条,但由于是靠水做推动力,又产生了密封问题,仍旧不合格。
  
  在多次的论证试验后,现在瓦尔特的这项技术在联合动力已经获得了成功,加工槽宽是可以保证导条间控制在0.015到0.025mm之间,且CPK指可达1.33以上,非常稳定。
  
  任重道远
  
  为降低生产成本,联合动力始终坚持着两条原则:一是降低刀具单件消耗成本;二是降低辅助材料单件消耗成本。先进高效刀具的应用,有效提高了生产效率,减少了机床的非工作时间。同时,先进刀具所带来的创新工艺也将高速机床的效率发挥到了极致。
  
  现代发动机的生产对机床装备提出了诸多新要求,如高速、高精、高柔性、高可靠性及成套化等,并采用新型高效刀具逐渐替代传统刀具。新型高效刀具意味着更高的硬度和耐磨性、更高的强度和韧性、良好的稳定性和热硬性以及较小的化学亲和力,能将昂贵的数控机床和加工中心的高效加工能力最大化。
  
  陈贻云说,联合动力在整合内部流程的过程中,也在开拓细分市场的应用。因为6K产品的技术领先特性,其或许会更适应小众专业化的市场领域。
  
  此外,联合动力也在进一步拓展产品品种,适应环保要求,开发天然气大排量发动机。在他看来,企业本身有天然发动机的资源,而且近年来也正是天然气重卡大踏步发展的黄金时代,2014年、2015年整个市场的产量甚至突破了5万辆。其中2014年,联合卡车年销量首次超过7000辆,天然气产品占比达到39.1%。
  
  如此看来,在天然气卡车细分市场上占到了一席之地,并形成自己的差异化优势将会是联合动力下一步的动作。陈贻云希望,包括瓦尔特在内的战略合作伙伴能在企业转型期间同心协力,迎接新的挑战。
  

 
  联合动力制造部机加总师黄登华介绍说,联合动力的6K产品具有独特的高效逆向冷却技术,当冷却液从缸盖流入缸体冷时,发动机要承受高达220帕的爆发压力,这对发动机可靠性提出了严苛的要求。
  

 
  缸体是发动机的主要基础件,缸体的许多平面和孔均是其他零件的装配基准,其质量直接影响到发动机的装配精度和可靠性以及使用性能,所以对缸体的加工要求非常高,加工难度大。
  

 
  在合作伙伴瓦尔特工程师的推荐下,黄登华总师采用了瓦尔特-蒂泰克斯XD系列产品。
  
 
 
  6K系列发动机采用集成式整体缸盖,气缸盖集成进气管,发动机结构更加紧凑,这对进气管部位的加工提出了更高的要求。
  

 
  联合动力在2011年投产之时所有进口刀具都采用的是德国瓦尔特的产品,原因无他,因为玉柴总部重机厂所有的刀具也是由瓦尔特总包的,而重机厂对瓦尔特的评价非常不错。
(来源:机经网)

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