一汽-大众汽车有限公司发动机传动器规划科经理方殿平先生

由于刚性线和柔性线各有利弊，所以在确定生产线的工艺规划时，要综合考虑产品的市场需求、投资成本、产品更改的可能性等因素，进行合理选择。

1.6L 2V RSH发动机是一汽-大众汽车有限公司从2003年开始规划，2004年底投产的一款新型发动机。该发动机项目规划包括缸盖机加线、凸轮轴机加线、缸盖分装线和发动机装配线等。由于缸盖生产线投资大，细节规划工作量重，并且涉及到生产线工艺装备规划、辅助设施规划、毛坯国产化、质量保证、产品认可、生产组织等多个方面，需要各部门同步启动工作，相互配合，在此，本文着重对2V缸盖机加生产线的工艺规划进行介绍。     

生产线选型

工艺规划首先面对的是生产线选型问题，即：选用刚性生产线还是采用以加工中心为主体的带工件托盘（即随行夹具）的柔性生产线。目前，中国的汽车市场发育还不成熟，产品品种、产量需求都存在变数。一旦生产线选型失败，将会造成巨大的损失。

若采用刚性线，则前期一次性投入成本高，风险大；而采用柔性线则可以大大降低产品品种和产量需求变化带来的风险。柔性线很容易实现多品种的共线生产。如果需要增加的新产品与原有产品差异不是太大，就可以通过改造托盘、刀具以及数控程序等来满足生产要求。而且所需的改造费用较少，改造周期也较短。此外，为减少因产量需求变化造成的影响，可以将柔性生产线产能分为多个阶段实施。在生产初期可先实现较低的产能，之后通过增加设备的办法逐步提高产能，由于加工中心具有很强的可复制性，因此柔性线方案便于实施。如果市场需求降低或者产品取消，由于柔性线初期投资较少，损失也相对较少，大大降低了刚性线一次性投入的巨大风险。

但是，柔性线本身也存在着很多不足之处，因此，选型时还要根据产品品种、产能等的不同，进行合理选择。例如：柔性线托盘的维修和维护要求高；共线生产的品种不能太多，当超过2个品种时，生产的组织管理难度就会加大，很容易出现纰漏；产能不能太高，一般情况下，当缸盖年产量在30万件以内时，较宜采用柔性线，而当年产量在30万件以上时，刚性线更为经济；由于托盘自身制造精度（后期磨损）、不同托盘精度差异以及两次夹紧（工件与托盘、托盘与设备）等因素的存在，使得精加工的尺寸精度和稳定性不能保证。可以说，刚性线和柔性线各有利弊。

2V缸盖的特点是：

□ 市场需求很大，要求生产节拍短;

□ 市场需求也存在一定量的不确定性，因此生产线的规划分为两个阶段，第一阶段达到36万件，第二阶段使生产线达到最终规划产量；

□ 基材为铝合金，产品结构复杂，部分尺寸要求很高；

□ 在生产线的生命周期内，产品更改可能性小。

由于第二阶段存在不实施的可能，所以我们只进行第一阶段投资，但为第二阶段做预留，这样就降低了投资风险。

根据上述2V缸盖的特点，综合考虑刚性线和柔性线的投资成本、产能等因素，最终我们选择了刚性线方案。

工艺规划及设备选型

在确定采用刚性线方案后，初步制定如下生产线工艺流程：粗、半精加工→预清洗→试漏→导管、阀座压装→瓦盖装配→精加工→终清洗→钢球、堵盖压装及试漏。工艺种类分为清洗、试漏、压装、装配和机加五类。

1、清洗设备选型

清洗机的选型取决于两个要素——节拍和清洁度。受这两个要素限制，终清洗机比较昂贵。预清洗是一个过程工艺，目的是为“试漏”、“导管、阀座压装”、“瓦盖装配”这三道后续工序提供干净、干燥的工件。对预清洗机的清洁度要求可适当放宽，只要能保证后续工序顺利进行即可。我们根据实践经验，制定出了一个较理想的清洁度值，即缸盖的清洁度≤25mg，就能保证生产要求，因此也降低了设备投资。

2、试漏机选型

试漏机根据工件输送方式的不同，可分为步伐料道式和旋转台式。前一种方案已经被广泛采用，技术非常成熟，但是成本较高；后一种采用涡轮、杆驱动的5工位（1、5同一位置）转台（见图1），由机械手进行上下料，具有结构简单、成本低的特点，但是不如步伐料道式应用广泛。我们选择了后一种，即旋转台式试漏机。截至目前，设备运转稳定。

图1   试漏机

3、压装设备选型

压装方案选用带有“路径和压力检测”（见图2）的电动压装头，可以实时反馈各工位零件压装的质量状况。压装设备的其它系统，如工件输送系统、夹紧系统，均采用电动驱动，其优点是既节约了资金，又便于维修。而以往采用液压驱动时，系统经常出现漏压、压装不到位、压废（工件尺寸超差、压装件在压头上定位不准）等事故，却无法检测报警，致使不合格件流到下道工序中去。

图2   压力路径曲线

4、装配方案选

型国内有丰富的劳动力资源，所以瓦盖装配采用人工预拧紧螺栓和螺母的方案，设备简单，价格便宜。

上述4种工艺设备不考虑柔性，全部采用专用设备，生产节拍直接达到第二阶段的要求，而且不增加投资（相对第一阶段）。相对于专用设备而言，机加方案的规划十分复杂，产品质量和规划投资很难达到平衡。

5、机加选型设备类型

的选择取决于工艺节拍。一般情况下，若加工节拍时间超过生产线工艺节拍的加工内容，选用自动线（专机）比较合适。加工内容分为两类，一类是单个的孔、面，另一类是由多个坐标有规律、尺寸相同的孔、面组成的孔、面系。单个的孔、面节拍时间指自身的工艺循环过程时间，孔、面系节拍时间则是各孔、面加工节拍之和。例如，主油道孔为通孔，长度为398.5mm，加工时间远超出工艺节拍，采用深孔钻（专机）就比加工中心经济。

对于加工节拍时间与生产线工艺节拍相近的加工内容，设备类型选择比较复杂，应当整体考虑工艺编排。

目前，铝合金缸盖机加设备有两种：自动线（专机）和数控加工中心。在粗、半精加工阶段，尺寸精度要求相对较低，但加工余量大、加工工时长，自动线（专机）和数控加工中心都能满足所有的尺寸精度要求。根据上述原则，在粗、半精加工工序，把主油道孔、SLS主气道孔、缸盖与缸体联结螺栓孔等安排在自动线，整个工艺过程由1条自动线和10台双轴加工中心完成。加工中心选用德国GROB公司的BZ530和BZ535双轴加工中心，提高了加工效率。自动线节拍直接达到第二阶段要求，只需再增加两台加工中心即可实现第二阶段目标。这种混合型方案比较经济。

气门导管和阀座、凸轮轴孔在精加工工序完成。气门导管和气门阀座是缸盖加工精度要求最高的部位，加工难度大；凸轮轴孔由5段不连续轴承孔组成，精度要求高。自动线是非常成熟的工艺方案，产品质量容易保证，且稳定性好。精加工安排在自动线进行，节拍可以直接达到第二阶段目标。

生产工艺的优化

1、加工面的表面缺陷

在铝缸盖的大批量生产过程中，加工面的表面缺陷是一个普遍存在而又难以彻底解决的问题，这主要是由铝合金材料本身的物理特性决定的。大众集团针对工件表面的质量要求制定了详细而又严格的PV标准文件。不考虑毛坯铸造本身以及非正常加工（如刀具损坏）原因导致的表面缺陷，只针对生产线本身，结合5V生产线的实践经验以及理论分析，我们对加工面的表面缺陷进行了分类，并分析了其产生原因。针对这些产生原因，我们制定了相应的解决方案，并对供货商提出了一定要求（见表1）。

上述解决方案看似很合理，也容易实施，但是，在生产线的实际工艺布局过程中，方案1并不合理也不经济，方案2实施起来也比较复杂。

粗、半精加工工序，工件带有铝屑和乳化液，即使选用不锈钢辊子料道也无法避免划伤的产生，并且这种料道价格昂贵。综合考虑，在这一工艺流程内，放弃不锈钢辊子料道而采用便宜的链轮料道，方案1只在后续工艺过程采用。

2、优化加工尺寸

2V缸盖的构造特点是只能利用燃烧室面和排气面在料道上输送。这两个面是缸盖加工的定位面，通常是一次加工完成。而我们根据质量要求及实际生产经验，对尺寸进行了优化，将这两个面设计成分两次加工完成，在第一次加工完成后都保留0.5mm的余量，以便进行随后的第二次加工(精加工)。

燃烧室面和排气面加工工艺的优化（加之其它措施），彻底解决了这两个面的划伤问题。但是，精加工序相应（相对非优化方案）增加的两个工位，也意味着投资的增加。质量与投资，确实是很难平衡的两个要素。

3、去除铝屑

缸盖机加成品内的铝屑都是从粗加、半精加工工序带来的。这些铝屑较厚、较大，卡在缸盖水套内或加工孔内，即使经过清洗机清洗也很难去除。根据5V缸盖生产线的经验，我们制定了如下措施：

□  优化刀具、加工参数；

□ 防止铝屑进入水套内。在机加工序内，在合适工位利用乳化液冲洗水套（见图4），同时也能去除部分铝屑；

□ 在产生较大铝屑的工位，增加乳化液喷管，及时冲走铝屑，同时防止铝屑进入孔（腔）内（见图5）。

投产近一年来，在生产线终检下料工位没有发现铝屑，上述措施达到了目的。

总结

新技术、新工艺的实施可以降低投资，提高质量控制水平，如旋转台式试漏机和电动压装头的运用。但在汽车行业的大规模生产线规划中，应当避免同时采取大量的、未经广泛验证的新技术和新工艺。丰富的经验、成熟的技术和工艺、熟练的生产维修和技术管理人员以及成熟的管理模式是非常重要的，这一切都是为了降低投资风险，以期尽快获得预期的经济效益。

作者简介

方殿平，现任一汽-大众汽车有限公司发动机传动器规划科经理。 1992年调入一汽-大众汽车有限公司，从事一汽-大众建厂时EA113系列四缸20气门发动机的缸盖线、凸轮轴线的规划工作；1997年作为项目负责人，先后从事奥迪1.8L 增压发动机项目、柴油机项目、发动机增加产能项目、EA113 RSH发动机项目以及MQ250变速箱项目的规划管理工作；还参与并见证了一汽-大众发动机传动器厂创建的整个进程。方殿平先生在缸盖线的规划设计以及制造工艺上积累了丰富的经验，并对工艺规划有着深刻的认识。