发动机制造

发动机制造（精选十篇）

发动机制造 篇1

发动机气缸罩盖的正常工作温度范围为-30~150℃, 要求制造发动机气缸罩盖所使用的材料在这个温度范围内能保持较高的强度和刚度, 同时化学稳定性好 (尤其耐油性极佳) , 而且材料应属于自熄性材料。经过对多种材料进行性能测试和对比, PA66+GF35材料的性能指标 (表1) 能够满足上述要求。因此, 目前国内外一般均采用PA66+GF35材料制造发动机气缸罩盖。

2 发动机气缸罩盖的模具设计

2.1 模具浇注系统的设计

模具设计方案一旦确定后通常是不能进行修改的, 但通过改变浇口位置、浇口数量、浇口尺寸大小和浇道大小 (浇道的长度和宽度) , 可以在一定程度上弥补模具设计方案的不足, 从而改善产品质量。因此, 根据发动机气缸罩盖的外形和所用材料的性能来设计合理的发动机气缸罩盖模具浇注系统是保证发动机气缸罩盖质量的重要措施之一。

大型零件的模具设计一般都采用多个浇口。但是, 当两股或多股熔体相遇时, 将会在制品中形成熔接痕。这不但影响制品的外观质量, 而且因在熔接痕处容易产生应力集中而削弱制品的机械强度, 对PA66+GF35这种多相材料而言, 上述不良影响更为明显, 熔接痕影响区的强度只能达到10%~90%的原始强度。从图1可以看出不同浇口设计方案形成熔接痕的过程。经分析, 图1b所示的并排位置浇口是理想的发动机气缸罩盖的浇口设计方案。

浇口位置的设计是否合理直接影响熔体在模具型腔内的填充和保压补料过程的进行, 即影响着熔体填充流动过程的平衡、流动过程中的材料取向和保压过程中的材料补偿。熔体充填不平衡时, 会在流动过程中产生较大的正应力和剪应力, 而且充填结束后熔体在型腔中的密度、压力和温度的分布也不均匀。因此, 浇口位置的选择将直接影响发动机气缸罩盖残余应力的大小和分布, 从而直接影响发动机气缸罩盖成型、脱模后的变形量。从发动机气缸罩盖的模流分析变形图 (图2) 看, 图2a发动机气缸罩盖模流分析的变形范围为-1.368~2.063 mm, 而图2b发动机气缸罩盖模流分析的变形范围为-1.470~0.922 5 mm。可见, 采用图2b所示的浇口位置的变形明显好于图2a所示的浇口位置的变形。

2.2 模具冷却系统设计

在注塑成型过程中, 通过合理的冷却系统对模具温度进行有效的调节是十分必要的。由于冷却时间占成型周期的80%左右, 因此注塑模具冷却系统设计方案的优劣不但对制品的精度、变形性、耐应力开裂性和表面质量等有较大的影响, 而且还直接关系到发动机气缸罩盖的生产效率。在设计注塑模具冷却系统时要注意以下几点。

a.模具水路一定要单进、单出, 不能循环, 因为单组独立水路可以更好地调节模具的局部温度。

b.将水道的运水直径设计为14~15 mm, 点冷水路直径是与其相连的直通水路直径的1.45倍 (20 mm) 左右较为合适。

c.水路距制品壁不能太远, 否则起不到很好的冷却作用;但也不能太近, 一般不小于水路直径的2倍左右, 否则由于塑料熔体对冷却过于敏感, 导致发动机气缸罩盖内、外壁处高分子的松弛程度不同, 从而容易引起制品出现开裂和变形等缺陷。图3是发动机气缸罩盖的冷却水道设计方案。

2.3 模具设计反变形补偿

像发动机气缸罩盖这样大且结构复杂的零件, 在其模具加工中做反变形补偿是非常有必要的。要根据发动机气缸罩盖的模流分析和所用材料的一些可行性流动分析报告来对模具做反变形补偿, 在做反变形补偿时一定要满足发动机气缸罩盖2D图纸的公差尺寸要求。通过评估对模流进行分析得出的变形量, 并结合实际工作经验得到一个安全可靠的补偿量。初期补偿一般取总变形量的70%~75%左右, 剩下的变形量需要在模具的各方面功能比较稳定后再来做加料补偿。

2.4 发动机气缸罩盖设计的其他事项

a.发动机气缸罩盖与发动机缸体之间的装配孔位多, 在分型时对于所有的装配孔位都要安排多做1套备用的面镶镶件, 在模具加工时要将备用的镶件配好, 上面孔的料位先不加工, 等试模后由发动机气缸罩盖产品测数结果确定孔位要移偏的数值是多少, 据此直接修改模具的3D数据后再加工, 会大大节省改模、试模的时间。

b.将发动机气缸罩盖的材料厚度控制在2.5~3.0 mm最为合适。料厚太薄会导致发动机气缸罩盖的强度和刚度不足, 脱模后受力时容易发生翘曲变形;注塑成型时流动阻力大, 甚至会因此出现缺料和冷隔等缺陷。料太厚又浪费材料, 增加生产周期, 也容易产生气泡、凹陷和翘曲等缺陷, 同时还增加了生产成本。

3 发动机气缸罩盖的注塑工艺

发动机气缸罩盖使用的PA66+GF35复合材料的特殊性体现在以下几方面。

a.PA66+GF35材料的吸水性很强, 在使用前必须做循环干燥处理。

b.模具温度影响PA66+GF35材料的结晶度, 而结晶度直接关系到发动机气缸罩盖的物理特性。因此, 在注塑成型制品的过程中必须使模具保持在恒定的温度。

c.PA66+GF35的流动性差、熔融温度高, 因此, 在注塑成型发动机气缸罩盖产品的过程中, 其加热温度和注射压力都要高。

鉴于PA66+GF35材料上述的一些特殊性, 该材料对注塑工艺有很高的要求。具体的注塑工艺参数指标见表2~表6。

高涵道比涡扇发动机的关键制造技术 篇2

高涵道比涡扇发动机的关键制造技术

高涵道比涡扇发动机具有安全性、经济性和环保性,寿命长,外廓尺寸大,机动过载小等特点,是欧美国家的干线客机所采用的`动力装置,也是我国自主研制大型飞机的关键之一,其中材料和工艺方面的关键技术又是制造高涵道比涡扇发动机的重中之重.

作 者：徐志刚 Xu Zhigang 作者单位：北京航空工程技术研究中心刊 名：航空制造技术 ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY年，卷(期)：2009“”(2)分类号：V2关键词：

研究发动机柔性制造策略及工艺 篇3

关键词：发动机；柔性制造；策略；工艺

中图分类号： TH165 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）10-177-2

0 引言

汽车发动机的工艺改进和探索，可以让汽车的生产和使用进入一个新的阶段，并且极大减少汽车在生产过程中出现的问题，用较为先进的办法给生产和开发提供更多的空间，以此促进汽车生产效率的提升。

1 发动机柔性制造的工艺现状

伴随着机械制造业的大跨步前进，我国的产品在创新和深化探索方面有了突出的发展，在市场中，对于汽车产品的要求也呈现出更多的样式。发动机的机器加工和生产制造之间一定要适应市场需求的而变化，在柔性系统生产方面具备一定的高技能。以往的柔性生产，一般是建立在一个平台之上，工件的大小和定位的点保持不变，只是对个别的工件进行尺寸的研究，发生较小的变化。常用的办法是在让缸孔的直径以及曲轴的轴拐尺寸发生改变，这样才能有效的让排量发生变化。但是此种方式的局限是只能在比较小的范围内进行，因此与市场需求之间还有很大的距离。传统的方式较为单一，逐渐会为多平台的混线生产方式所代替。某企业在发动机生产过程中使用的就是这种多平台的3C件，共线生产模式，但是这种方式的生产在汽车的爬坡过程中存在诸多的问题，只有对问题进行具体性的分析才能够不断改进生产方式，让柔性制造发挥更好的作用[1]。

2 关于柔性制造的策略分析

为了能够让发动机生产制造適应国内外市场的需要，因此发动机生产也需要在发动机制造的需要方面满足各大需求，每一种类型的汽车所采用的策略是不相同的，因此本文主要对其中几种进行分析和研究：

首先，不同地点之间的3C零件总成的配送，然后由主机厂来装配发动机。这种方式的优势是投资的成本比较低，尤其是在一个公司中选择异地配送的方式，不仅仅降低了投资，而且还能够有效地对现有机的加工产能进行发挥。但是这种方式也存在一定的弊端，主要是零件在加工、运输以及包装盒防锈的过程中一定要保持一定的清洁度，否则加工件的质量一旦出现问题就难于进行生产和使用。当前某公司的轿车配备的事型号为GEN3型的发动机，但是因为此公司所能够发挥的加工能力是有限的，并且采购整机的成本还比较高，这样他们选择在国外采购加工零件，然后在主机厂装配发动机，节约了很大的成本。图1为GEN3型发动机。

其次，异地配送发动机总成，在整车厂进行装车。此种方式也是一种投资低的方式，但是每一台的成本就会在无形当中逐渐增加。如果一个企业按照每年所需要的30万元计算，并且每一台的成本按照150元计算，那么每年在这方面所花费的就是4500万元，这仅仅是在运输过程中的花费。在整车要求不高的情况下，完全可以采取这种形式，能够最大限度的满足不同品种之间平台发动机的需求。在当前阶段中，很多主流的汽车公司都采用这种方式。常见的由某公司的GSV发动机[2]。图2为GSV发动机曲轴。

3 关于柔性制造工艺的具体分析

3.1 加工工艺

发动机在生产和加工过程中，柔性生产最大的目标就是可以不更换任何一种硬件，只要在每一次换型以后，加工所用的首件是合格的就可以。因此要真正的实现加工的柔性生产或者是共线生产加工，一定要对毛坯工件进行研究，大小尺寸必须完全相同，定位的工具和定位的方式也需要按照新的设计来确定，如果要想满足不同切换件之间的差异性就需要设计师和工程师在设计发动机的过程中使用柔性的生产制造工艺，保障两种加工件在机床上的孔位或者基准点定位以及夹紧点之间的设计具有一致性。若是两种产品的定位和销孔的位置不同，在运行以后需要使用更换定位销的方式让两个不同的发动机实现柔性的生产[3]。

3.2 基准转换的减少，在方案允许全线的情况下使用同一个基准

在加工定位过程中，基准不一致可能产生的问题是公差积累尺寸存在问题。三坐标的基准若是同样的，那么要尽最大努力把吃讯和基准测量之间保持在同一个标准上，这样做的方式是为了避免不同尺寸转换之间可能存在的误差问题，并且也比较容易发现生产过程中的问题产生的原因，进而更加有效地解决问题。例如，在缸体C14，在OP30工序加工完成以后，孔位位置确定，那么后来的工序就可以全部的使用定位孔进行相应顺序的加工[4]。

3.3 装配工艺的运用

装配工艺是发动机柔性生产过程中不可或缺的一个步骤，那么要想让发动机的装配更加顺利就应该考虑到发动机的柔性和能够拓展的空间。发动机装配主要分成内部装配、外部装配以及分装的工艺，在自动化设备中会存在自动的打号机器，多个轴的拧紧机器以及气门间隙的专用装备等等。要根据市场的不同形式变化，对发动机的装线进行更多柔性的施加，并且最大限度的拓展发动机制造的空间。例如，发动机在托盘方面的设计，发动机专用的柔性设计以及工艺布局方面的规划等等，最后用冷试的方式对发动机的装配进行测试。

4 结束语

综上所述，本文对柔性制造策略在发动机生产方面的实现进行了分析和研究，并且也选择了举例的方式对发动机的柔性生产进行阐述，从不同的角度和不同的方面研究出

最佳的生产方式。另外，发动机在工艺布局方面还需要不断创新，对托盘等进行创新的设计，磨合实验台的装置等方面。

参 考 文 献

[1] 胡玉梅，胡冽，王述建，等.考虑车身柔性的发动机悬置参数分析与优化[J].汽车工程，2011，33（6）：507-511.

[2] 段继豪，史耀耀，张军锋，等.航空发动机叶片柔性抛光技术[J].航空学报，2012，33（3）：573-578.

[3] 房长兴，罗和平，高志永，等.发动机缸体加工工艺研究[J].机械设计与制造，2013，3（3）：262-264.

发动机制造精度与性能关系研究 篇4

提高发动机性能一致性,控制发动机关键尺寸的制造精度的一致性是一个重要方面。发动机制造精度的差异对压缩比有很大影响,压缩比又会影响发动机的动力性、经济性和可靠性[1]。但是在现代工程中,发动机的公差设计往往都是凭借经验,生产线也是根据图样要求进行工艺选择和开发,没有把产品设计和工艺设计很好地联系起来,导致部分尺寸加工精度要求过高而合格率降低,对性能至关重要的尺寸精度却没有得到应有的保证,发动机性能一致性差。因此,有必要研究影响压缩比的关键尺寸,计算由制造精度的差异引起的发动机压缩比变化,进而预测性能的变化。

不同型号的发动机,由于结构设计上的差异,影响压缩比的关键尺寸略微不同。本文以某一款发动机A为例,推导了其压缩比与零件尺寸的具体关系,分析了关键尺寸对压缩比的敏感性及实际的压缩比缸间差异,另外,用BOOST软件建立了仿真模型,得到了压缩比缸间差异与性能的关系,在仿真基础上建立了Kriging预测模型。从而实现了从尺寸到性能的直接预测。

1 压缩比与尺寸的关系推导

压缩比表示内燃机气缸中空气或者可燃混合气在压缩过程中被压缩的程度,是由内燃机的结构尺寸决定的[1]。气缸总容积包括燃烧室容积和气缸工作容积,而压缩比就是气缸总容积和燃烧室容积之比。下面以某一款发动机A为例推导压缩比与零件尺寸的具体关系,并分析关键尺寸的敏感性,以指导实际加工。

压缩比计算公式为:

undefined(1)

式中:Vh—气缸工作容积;

Vc—燃烧室容积;

V1—低于缸体顶面容积(缸体上表面到上止点活塞顶面所形成的柱状空间);

V2—缸盖燃烧室容积;

V3—活塞与缸孔配缸间隙容积;

V4—缸垫孔容积;

V5—活塞燃烧室容积。

各容积分别计算如下:

1) 低于缸体顶面容积V1

计算公式为:

undefined(2)

式中:d—气缸直径;

hm—缸体上表面到上止点活塞顶面距离;

hc—缸体上表面到曲轴孔中心的距离;

rc—曲轴回转半径;

hr—连杆中心距;

hp—活塞压缩高。

2) 缸盖燃烧室容积V2

由于缸盖燃烧室是铸造加工,目前工程上缸盖燃烧室容积都是通过滴定法或光学测量法获得。

3) 活塞与缸孔配缸间隙容积V3

此部分容积为相应的缸孔容积与活塞所占容积之差,计算公式为:undefined

式中:l—活塞第一道气环槽上环岸到顶面的距离;

d1—相应气环槽外径;

d2—活塞顶面圆直径 。

4) 缸垫孔容积V4

计算公式为:undefined

式中:dn—缸垫内孔径;

hn—缸垫厚度。

5) 活塞燃烧室容积V5

活塞同缸盖一样,也为铸造件,其燃烧室容积测量方法亦相同。

气缸工作容积计算公式为:

undefined(5)

式中:d—气缸直径;

rc—曲轴回转半径。

将式(2)～(5)代入式(1)得压缩比公式:

undefined(6)

至此,压缩比与各关键尺寸的数学关系已经确定。

2 关键尺寸敏感性分析

为了控制生产线上发动机压缩比的一致性,需要分析各个关键尺寸对压缩比的敏感性,以便结合实际的制造品质来确定需要改进的生产工序。根据式(6),对发动机A各主要尺寸进行敏感性分析,如表1所示。通过该表可以看到,以下7个参数的变化都使压缩比相对于原机压缩比变化超过1%,在生产中需要结合制造成本重点控制。

3 压缩比缸间差异分析

多缸汽油机气缸间的工作状况之间的差异称为缸间差异。产生汽油机缸间差异的原因有结构设计、制造误差、使用和循环变动等[2]。缸间差异对发动机性能有很大影响[3]。本文从制造误差的角度研究由制造精度的差异引起的压缩比缸间差异。通过对发动机A的关键尺寸的实际生产数据分析,计算得到各缸压缩比实际的波动如表2。

由表2可以看到,在实际生产条件下,各缸压缩比均值最大相差了0.091 6,这必然会引起发动机性能的波动。

4 压缩比与性能关系仿真分析及建模

4.1 发动机性能仿真分析

利用AVL中的BOOST软件建立仿真模型,根据发动机A的台架试验数据,调准模型,使其误差控制在3%以内。根据对发动机A压缩比缸间差异的实际分析,取整个波动范围内的压缩比数值共61组,根据建立的BOOST仿真模型模拟计算得到相应的性能数据(外特性)。

取压缩比10.1为例,其性能(功率、扭矩、燃油消耗率)随发动机转速的变化如图1所示(有数据标记部分为BOOST仿真结果,无标记部分为台架试验结果):

根据仿真结果,分别取额定转速功率,最小燃油消耗率,最大扭矩,可以得到它们与压缩比之间的关系。通过图2、图3、图4可以看到,随着压缩比的提高,发动机功率和扭矩都呈上升趋势,而燃油消耗率呈下降趋势。这说明在一定范围内提高压缩比可以改善燃烧状况[4],提高动力性和经济性。

4.2Kriging方法建模及预测

为了更直观地反映尺寸精度对性能的影响,从而给生产线的尺寸工艺调整提供优化理论依据,需要建立了从尺寸到性能的模型。首先需要建立从压缩比到性能的模型。工程优化中用到的模型一般是多项式响应面模型[5],人工神经网络模型[6]和Kriging模型[7]。Kriging方法是一种最优无偏估计的方法,对近似线性关系具有很好的拟合效果[8],另外,Kriging 模型的参数只需要根据设计样本进行一次计算即可确定[9]。从图2至图4可以看到,压缩比与性能呈近似线性关系,故采用Kriging方法建模。

利用Matlab dace工具箱,选择一阶线性回归函数和高斯关联函数,取49组BOOST仿真数据建立压缩比与性能之间的关联模型。模型输入为压缩比,输出为功率、扭矩、燃油消耗率。取剩余的12组数据来验证模型的准确性。本文仅以压缩比与功率之间的关系示例,如图5所示,Kriging模型预测功率与BOOST仿真功率基本吻合,预测误差较小,预测均方差见图6。

根据公式(6),对表1中的7个尺寸,在各自公差范围内取值,其余尺寸取设计基准值,计算得到压缩比值,再根据压缩比-性能Kriging 模型得到功率、扭矩、燃油消耗率的值。以表1中的7个关键尺寸为输入,以功率、扭矩、燃油消耗率为输出,建立从尺寸到性能的Kriging模型。由于模型为7维输入,不便用图表示,本文仅以一组尺寸数据作为随机输入,得到性能数据,与BOOST仿真数据作对比,以功率示例,结果如表3所示,尺寸-性能Kriging模型的预测功率与BOOST软件仿真功率相差了0.16%,可见

Kriging 模型的精确性。至此,从尺寸到性能的建模工作已经完成,可以作为工程上产品工艺优化的近似模型。

5 结论

以上论述了一种发动机制造精度与性能关系研究方法。该方法结合了产品设计与工艺设计,通过研究制造精度的差异引起的性能差异,建立了从尺寸到性能的Kriging预测模型,并得出以下结论:

1) 根据尺寸与压缩比关系可知,对压缩比有较大影响的尺寸有7个,主要有曲轴回转半径,活塞压缩高,连杆中心距等,对于每个尺寸,公差范围内的变化引起的发动机压缩比变化均超过1%。

2) 由于制造精度的差异引起的发动机压缩比缸间差异十分显著。对于发动机A可达到0.091 6,在性能上反映为功率最大波动4.3%,扭矩最大波动3.6%,燃油消耗率最大波动2.6%,因此必须对关键尺寸的制造精度进行控制。

3) 结合式(6)与BOOST软件仿真结果,建立了从尺寸到性能的Kriging预测模型,直观地反映了尺寸对性能的影响, 具有较高的精度,可以作为工程产品工艺优化的近似模型,节省了成本,提高了效率。

摘要：发动机制造精度的差异会影响发动机压缩比,而压缩比对发动机性能有很大影响。基于发动机零部件的实际配合关系,进行了关键尺寸对压缩比的敏感性分析,推测出由实际制造精度引起的压缩比缸间差异,进而用AVL发动机仿真软件模拟分析了压缩比对性能的影响,建立了从尺寸到性能的Kriging模型,为发动机从制造精度到性能的预测提供了理论分析方法,并为实际制造的尺寸精度控制提供指导。

关键词：压缩比,缸间差异,发动机性能,尺寸精度控制

参考文献

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[2]李兴虎,徐向阳,小栗康文,等.多缸汽油机气缸压力的缸间差异研究[J].内燃机学报,2004,22(2):142-149.

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[4]胡乐明.发动机性能参数分析及优化[J].中国高新技术业,2010,(13):40-42.

[5]兰文博,罗小云,郑安波.导弹多学科设计优化中响应面方法研究[J].计算技术与自动化,2009,28(3):111-114.

[6]SHEN Hong,WAN Jianru,ZHANG Zhichao,LIU Yingpei,LIGuangye.Elevator Group-Control Policy Based on Neural Net-work Optimized by Genetic Algorithm.Trans.Tianjin Univ.2009,15:245-248.

[7]曹鸿均,段宝岩.基于Kriging模型的后优化近似研究[J].机械设计与研究,2004,20(5):10-13.

[8]曾怀恩,黄声享.基于Kriging方法的空间数据插值研究[J].测绘工程,2007,16(5):5-8.

[9]黄章俊,王成恩.基于Kriging模型的涡轮盘优化设计方法[J].计算机集成制造系统,2010,16(5):905-910.

发动机制造 篇5

摘要：:航空发动机零件材料昂贵，难加工，精度要求高。数控机床的应用可以大幅提高产品质量，加大市场竞争力。研究了数控机床在航空发动机制造上的应用现状及存在的问题，并对未来发展方向作出展望。

关键词：:航空发动机;数控机床;智能工厂

作为飞机的心脏，航空发动机在国防建设中占有着极其重要的地位。由于航空发动机需要满足高性能、高可靠性、易维护、成本低、寿命长、清洁环保等多方面要求，航空发动机的结构也变得十分复杂，对加工过程的要求越来越高。例如，发动机叶片具有复杂的弯扭掠形状，涡轮叶片还需做成中空，并在叶片表面打孔以达到冷却效果，为达到航空发动机气动性能要求，叶片的加工精度要求非常高;航空发动机转速可达到万转以上，盘轴承受着巨大的离心力，对发动机的可靠性起着至关重要的作用，航空发动机盘轴件多采用钛合金、高温合金材料，难加工且尺寸精度要求高，若是整体叶盘，对数控技术的要求将更高。航空发动机零件难加工，高精度，零件种类多且复杂。在工业4.0的大背景下，加大数控机床在航空发动机制造上的应用任重而道远。

1数控机床应用现状

1.1数控机床特点

在第四次工业革命的大背景下，中国制造业正由传统工厂转型为现代化智能工厂，首先进行的就是将传统机床升级为数控机床。数控机床的采用使得生产线效率大大提升，产品精度得到改善，产品质量愈加稳定，大大提高了产品的市场竞争力。数控机床的优势具体有以下四点。

1)高精度。普通数控机床加工精度在微米级，一些超精密数控机床甚至可以达到纳米级，用来加工对精度要求较高的航空发动机零件，可以达到较高的产品合格率。

2)多道工序连续加工。由于航空发动机零件十分复杂，往往需要多道工序连续加工。在传统生产线上，一台普通机床仅能完成一道工序，每一步还需经过严格审查，人工重新找准定位，工序周转时间较长。但在数控机床上，只需定位一次，不同的工序仅更换刀具即可。

3)允许大切削量。数控机床是封闭式的，轴的转速高，移动速度快。航空发动机机匣件尺寸大，切削量大，用数控机床加工可以大大提高生产效率。

4)产品质量稳定。只要程序不变，设备硬件设施不变，数控机床加工出的零件就几乎没有变化。数控机床的操作不存在人为误差，只要设备调试完成，就可以保证一定的产品合格率。

1.2高端数控机床依赖进口

第四次工业革命来临之际，我国数控机床发展迅速，但与国外发达国家相比，依然存在很大差距。具体体现在以下三个方面。1)可靠性、加工精度较低。航空发动机零件所使用的材料价格高，难加工，同时精度要求高，进口机床故障率低，能够获得更高的经济效益。2)国产机床关键功能原部件仍依赖进口。数控系统是数控机床的“大脑”，刀库、主轴单元更是直接决定数控机床整体性能的核心部件。然而这些核心原部件仍需进口，再由国产加工中心进行整机组装。3)产品结构不合理。产学研相结合的技术创新体系尚未形成，本土企业缺乏创新人才，使得目前市场上国产机床品种比较单一，无法满足制造业大国的市场需求，大量数控机床需要从国外进口。

2存在的问题

虽然数控机床具有无可比拟的优势，但由于其复杂性，也产生了一系列问题，具体体现在以下三个方面。1)成本高。初期投入成本高，使用期间维护费用、人力资源成本相比于传统机床也大幅增加。2)对操作人员技术要求高。对于传统机床，操作人员只需掌握基础的机械加工知识。而数控机床的前期准备工作较为复杂，操作人员需要进行程序编制，同时数控机床自身结构比较复杂，对维护人员的要求也比较高。3)在某些零件上无法体现优势。航空发动机零件多而复杂，各部件对于精度的要求也不一致。对于一些精度要求不高、工序步骤少的零件，可在传统机床上快速找准定位，经验丰富的技术人员甚至可以达到数控机床的`加工精度，而在数控机床上，还需要进行复杂的前期程序编制工作。于是在航空发动机的生产线上，采用数控机床与普通机床搭配工作的方式，优势互补，提高生产效率。

3未来展望

国内数控机床市场需求巨大，却大多数需要依赖进口。国家现大力支持创新创业，数控机床行业更应把握良机，建立具有自主研发能力的民族企业，满足日益增长的市场需求。数控机床未来发展主要表现为高精度、高速度、高可靠性、高柔性和智能化、网络化、复合化、绿色化。我国数控机床正向高精尖方向迈进，具体体现在以下三个方向。1)智能诊断。数控机床融合了电子、机械、材料等多个学科，易发生故障，故障诊断过程会花费大量人力物力，且诊断耗时长，效率低。国内外正大力开展智能故障诊断方面研究，已经取得一系列成果，诊断系统将由集中式向分布式、网络化方向发展。2)绿色环保。随着GDP的稳步增长，中国经济向着又好又快的方向发展，绿色环保的概念深入人心。可选择绿色环保材料作为数控机床零件材料，发展模块化数控机床，使得废弃材料得以回收利用。3)基于物联网的“无人工厂”。近年来物联网技术开发与应用十分火热，物联网实现了物体之间的通信，这种高效的信息交换大大提高了生产效率。机械手的引进能够解放人力劳动，促进产业整合升级，打造一个现代化、网络化的“无人工厂”。

4结语

文章以航空发动机为载体，对数控机床的特点和发展现状加以分析。针对其成本高、功能不完善等劣势，提出智能化、绿色化的未来展望，力求早日打破数控机床依赖进口的现状，响应国家“两机重大专项”，助力航空发动机事业。

参考文献:

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[3]辛晓叶，罗春红，刘月红，等.数控机床与普通机床性能比较分析[J].新技术新工艺，(7):91-93.

低温差斯特林发动机的研究与制造 篇6

关键词：清洁能源 低温差 斯特林循环 斯特林发动机

中图分类号：TK46 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）6（c）-0114-02

21世纪我们面临着资源困乏，环境污染严重的社会现状。随着全球能源危机的发展与环境的恶化，人们清楚地认识到开发利用新能源的重要性。该文介绍了一种外部燃烧（加热）的封闭式活塞发动机，其优点有噪音低、效率高、污染小、维修方便和燃料来源广等。该发动机可以作为一种高效的、清洁的动力机应用在多个领域中，并且在环境保护、节能减排方面有着重要的意义。斯特林发动机的燃料来源广、对燃料的适应性强，不仅可以使用天然气、石油、煤等作为能源，还可以使用化学能、原子能、太阳能以及燃烧秸秆、木材等农林废弃物时产生的热能。另外，斯特林发动机具有很高的热效率，理论上来说，斯特林循环效率和同等状态下的卡诺效率相等。

该课题就是计并制造一种外燃式低温差条件下工作的斯特林发动机，利用太阳能或者其他废热来驱动斯特林发动机，再给其配上发电装置实现电力的输出，目前制造出来的原型机功率最大可以达到2W，可以实现为手机等移动设备充电。

1 设计及原理

1.1 斯特林循环

斯特林发动机包括冷腔（压缩腔）、冷却器、热腔（膨胀腔）、回热器、加热器5部分。冷腔和冷却器是循环的低温部分，一般称为冷区。热腔和加热器是循环的高温部分，称为热区。斯特林循环的工作流程为：首先把工质密封在闭合回路中，随后通过活塞运动使回路进行流动。理想的循环是回热器中的等容冷却过程、膨胀腔中的等温膨胀过程、回热器中的等容加热过程、压缩腔中的等温压缩过程。（见图1、图2）

由此可见，热气机的理想循环是由两个定温过程和两个定容过程组成。斯特林循环也是概括性卡诺循环的一种，其热效率

1.2 动力输出装置

此部分是用来收集斯特林发动机所输出的动力，在本项目中采用发电装置来收集动力。在斯特林发动机后面安装一个发电机，用斯特林发动机带动发电机发电。发电机发出的电可通过万用表测量或者通过灯泡来显示，也可以收集储藏起来。

2 仪器设计与实现

本课题设计一种γ型的单杠斯特林发动机。利用caxa画出设计图，设计和制作的各部分零件图纸。（见图3、图4、图5）

3 制作过程中遇到的问题与解决办法

设计过程中一些零件的精度不明确，通过与加工厂的技术部门商量和讨论最终解决了各部件的精度问题，重点解决了活塞腔的问题。

原型机启动时间比较长，在车去热源的时候很快就停下来，经过分析和查找资料确定是热腔和冷腔活塞之间的换气通道太小，换气流量达不到要求，经过改善后，启动时间由原来的5 min缩短为3 min，撤去热源后机器可以持续的运转直至停止。

实验热源不好模拟，经过实际调研发电厂废热温度自制一个小型锅炉达到实验的目的，温度差大概300℃。

4 斯特林发动机的特点及应用

斯特林发动机是一种外燃机，与传统的内燃机进行比较，有以下几个优点。

（1）燃料来源广。该发动机可以适应多种燃料，在实验中项目组采用了天然气，乙炔，石油，酒精四中燃料进行实验，其中乙炔效果最好，石油次之，但是四中燃料皆可以使机器实现连续工作。

（2）与内燃机相比，具有较高的热效率。理想的斯特林循环包括由2个等容过程、2个等温过程，理论上来说，循环效率和同等状态下的卡诺效率一样。由实验知，该发动机的有效效率为30%，最高可以达到36%。

（3）排气污染小。实验时都是在外界大气中直接燃烧，空气流量足够，燃烧充分，排放的CO、HC等有害气体几乎很少，远远少于内燃机排放的有害气体。

（4）运转稳、噪音小。斯特林发动机不含有气阀机构，工质在汽缸内的压力变化与正弦类似，而且没有排气波和爆震波，因而该发动机运转稳，噪音小。在实验中裸机工作时在其周围1 m处的噪音低于50 dB。

（5）结构简单，维修方便。斯特林发动机的结构简单，实验制作的斯特林发动机主要由三大部件：密封的汽缸，高温端活塞和冷端活塞，且气密性良好，运行过程中不易出现气密性故障，在目前进行的几十次实验过程中机器性能良好，至今未出现不良故障和现象。

5 仪器的发展展望

近年来，世界上的很多领域都在开展斯特林发动机的研究，特别是能源危机的出现，让越来越多的国家开始重视斯特林发动机，从而推动了斯特林发动机的发展。

根据上文所述的斯特林发动机的优势，同时结合新技术、新材料的出现，斯特林发动机一定会取代内燃机而成为21世纪新的动力来源。虽然我国对于斯特林发动机的研究较晚，但是我国的研制水平和研制力发展很快，以及引起了国际上的关注。

权威人士认为我国将在斯特林发动机的研究中起着重要的作用。如果在太阳能热发电中应用斯特林发动机，可以促进把太阳能发展成为可持续发展的绿色能源的利用。由于斯特林发动机的应用广泛，因此可以大幅度的提高我国能源利用的效率，在保护环境、节能减排方面有着重要的意义，从而为我国更快、更好的发展经济提供动力。

参考文献

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[3]钱国柱，周增新，严善庆.热气机原理与设计[M].北京：国防工业出版社，1987.

汽车发动机活塞制造技术的发展趋势 篇7

目前,汽车发动机活塞正朝着高强度、高耐磨、高精密、低膨胀、轻量化、结构复合组合化的方向发展,并且制造工艺技术发展迅猛。为了满足汽车发动机性能的要求,铝活塞在结构设计上分单一铝合金整体式、复合组合式结构。单一铝合金整体式即单体铝活塞;复合组合式有镶钢片、镶钢筒、镶耐磨铸铁圈、内冷油道、燃烧室喉口增强、铰接组合活塞等结构。在活塞各部位的设计中,头部有平顶、有燃烧室式,其中燃烧室为浅平式(如浅盆式、马蹄形、双涡流式等)、球形、W形、ω形等;环槽有矩形槽、梯形槽、直角梯形槽等;裙部有单椭圆、双椭圆、中凸变椭圆、不对称中凸变椭圆等;销孔有圆柱孔、异形孔、镶铜套式;异形孔有喇叭口形、锥形、椭圆形、椭圆锥形等;表面处理分镀锡、裙部石墨化、顶面硬质阳极氧化等。发达国家在设计中广泛应用CAD、CAE技术。

铝活塞材料有亚共晶Al-Si-CuMg合金、共晶Al-Si-Cu-Mg合金、共晶Al-Si-Cu-Ni-Mg合金、共晶Al-SiCu-Mg-RE合金、过共晶Al-Si-Cu-NiMg合金、Al-Cu-Mg合金、陶瓷纤维增强复合材料铝合金及各类不同组分不同配比的合金等。材料的变质处理方式主要有Na、Sr、RE、P等。活塞的成形方式有金属型重力铸造、低压铸造、挤压铸造、锻造等。对于现代高性能汽车发动机铝活塞,采用金属型重力铸造成形的质量足以满足性能的要求,高性能铝活塞的发展方向是采用共晶Al-Si-Cu-Ni-Mg合金、P变质处理、镶耐磨铸铁圈、内冷油道、ω形燃烧室、顶面硬质阳极氧化处理、中凸变椭圆裙部、裙部石墨化处理、异形孔等项技术。

以上各项技术的优点在于,镶耐磨铸铁圈大大提高了活塞环槽的耐磨性,提高了环槽的密封性能,可使活塞环槽的寿命提高3倍以上。内冷油道技术大幅度提高活塞顶部的热负荷能力,降低活塞从第一环槽到裙部的工作温度50~80℃,有效地防止了活塞环槽和环岸处的积炭,增强了密封性能,可显著提高发动机输出功率。异形销孔技术提高了活塞销孔的承载能力,使得发动机输出功率提高30%以上。活塞表面石墨化处理后,避免了活塞本体与气缸套之间的金属摩擦,石墨作为固体润滑剂,可显著降低摩擦功,改善发动机的初期磨合。活塞顶部硬质阳极氧化处理,提高了活塞顶部耐热温度,增强了活塞顶部的绝热能力,有效防止了活塞顶部的热疲劳开裂,可使燃烧室工作温度提高30~50℃,有利于燃气的充分燃烧,可显著降低发动机尾气排放。产品及铸造CAE分析结果见图1;各种类型铝活塞见图2。

2发动机活塞制造技术的发展趋势

汽车铝活塞主要的生产工艺流程是铝合金配料熔化→铝液变质精炼→铝液质量检验→铸造毛坯→毛坯质量检验→毛坯热处理→材料质量检验→产品机械加工→尺寸检验→产品表面处理→外观及最终检验→包装。

(1)熔化设备及技术

大批量生产时,国内外企业活塞铝合金熔化常用的熔化设备,按炉型分有塔式炉、感应炉、倾转式反射炉、固定式反射炉;按能源形式分为柴油、天然气、煤制气、电能。塔式炉热效率高、熔化速度快、能耗低、烧损少;感应炉热效率高、熔化速度快、合金成分均匀、生产环境好;倾转式反射炉可以配料也可以做保温炉使用,使用安全、维护方便;固定式反射炉可以配料也可以做保温炉使用,使用和维护简便,但是反射炉热效率低。燃油热值高、熔化效率高、使用维护方便,燃气生产环境好、清洁、使用维护方便;煤制气经济实惠,电能容易控制、生产环境好。上述设备以燃油或燃气的塔式快速熔化炉为佳,同时配以铝屑熔化室使用则更加方便,是主选设备;如需配制合金料,则感应炉和倾转炉较为实用。熔化设备的关键在于节能和炉温的控制,由于设备体积较大,需要现场制造,故以国产设备为宜,施工维护便利。为了确保材料性能并控制铝合金的杂质含量、特别是Fe含量(≤0.6%),炉衬必须采用非金属材料制作,配料时选用较高牌号的纯铝、金属硅等原材料,考虑到材料的遗传性,回炉料以及切屑等二次铝合金对于改善材料性能是有好处的,因此必须应用,但是回炉料等材料的添加比例要严格控制。

欧洲部分先进的企业和国内少数厂家已直接采购生产用液态铝合金,并将液态铝合金直接运送到生产现场。采用液态铝合金直接铸造铝活塞这种工艺方式,大大减少了原材料熔化时的烧损及二次熔化时能源的消耗。优质初级铝合金和材料多元合金化的强化技术、耐热金属元素(如Ni、Cu等)的添加以及合金元素配比的优化技术等,对于提高材料的性能十分有利,是铝活塞材料制造技术新的发展方向。

(2)精炼设备及变质技术

目前,铝液的精炼方法有气体法和熔剂法,处理方式有气体或气体+液体熔剂管式人工通入法、固体熔剂或泡沫吸收液体熔剂钟罩压入法、精炼机处理等。铝液精炼的设备,按形式分为固定式、移动式、吊装式、简易通管式;按精炼介质分为单一气体、双路复合气体、气体加粉状熔剂等。固定式的设备运行平稳、可靠、精炼效果好;移动式的则使用灵活、方便,吊装式的使用方便;简易通管式的使用简单。为了提高精炼效果,避免对环境的污染,先进的方法是采用集中精炼处理的方式,以双路复合气体的固定式精炼除气机的使用效果最好,是主选设备。该精炼设备的关键在于控制系统的技术水平和设备的可靠性,进口和国产设备均可。

与传统的化学熔剂法进行变质、细化处理不同,当今新的技术是以采用Al-P、Cu-P、Al-Ti-B合金型处理方式为佳,不使用有环境污染和有害杂质含量高的熔剂,合金型处理技术简便、无污染、效果好,已成为变质细化处理的发展方向。

(3)铝液检验设备及技术

传统的检验是采用化学方法进行成分检验,试样法进行气泡检验,断口法进行变质细化效果检验,这些方法检验速度慢,对经验要求高,判别误差大。采用光谱仪、热分析和密度当量仪进行成分、精炼、细化、变质效果的炉前分析,不但检验快捷,而且准确、直观,可比性强,避免了人为判别的误差。特别是热分析和密度当量分析,目前发达国家应用较多,国内也有应用,是当今铝液快速分析技术发展的新趋势。此类仪器以进口为佳。

(4)铸造设备及技术

铝活塞的成形方式有金属型重力铸造、低压铸造、挤压铸造、锻造等,由于金属型重力铸造的模具简单、操作方便、制造成本低,并且金属型重力铸造铝活塞的质量完全可以满足绝大多数各类汽车发动机对铝活塞在性能和使用等方面的要求,因此金属型重力铸造仍然是铝活塞最主要的成形方法。金属型重力铸造的生产方式有手工操作和机械化自动生产单元,国内企业绝大多数还是采用手工操作(至少90%),只有少部分企业实现了机械化操作。而在欧美发达国家早已实现了铸造机械化,为了减轻工人的劳动强度、提高产品质量和生产效率,铸造的机械化和自动化是铝活塞铸造行业发展的方向。

铝活塞圆柱形的外形决定了它适合于垂直分型,铸造工艺方法有上抽芯工艺、下抽芯工艺、侧抽芯工艺。从工艺角度而言下抽芯工艺最先进,并且有利于镶钢片、镶钢筒、镶耐磨铸铁圈、内冷油道等铝活塞的生产。为了操作方便,手工操作基本上是上抽芯工艺;机械化操作适合于各种铸造工艺方法,其中以下抽芯工艺为主;侧抽芯工艺复杂,除个别产品外应用的很少。根据产品的结构形式,适用的铸造机的类型有单工位、双工位、四工位、多工位(曾经出现过六工位、八工位);目前以下抽芯单工位、双工位铸造机为主,四工位铸造机是今后的发展方向,而多工位铸造机由于设备复杂、操作不方便,不适宜大规模推广。

(5)热处理设备及技术

对于共晶Al-Si-Cu-Mg合金、共晶Al-Si-Cu-Ni-Mg合金、共晶AlSi-Cu-Mg-Re合金、过共晶Al-SiC u-N i-M g合金铝活塞,为了提高产品的力学性能和体积稳定性,常用的热处理工艺为固熔+时效处理(T6、T7处理)或铸淬+时效处理,而亚共晶Al-Si-Cu-Mg合金、Al-Cu-Mg合金铝活塞只需进行时效处理(T1处理),工艺要求炉温均匀性≤±5℃。由于铝活塞是在至少300℃高温下工作的零件,因此常温下的力学性能指标不是人们追求的目标,高温力学性能和体积稳定性是重要的性能指标。高温力学性能要由材料成分和变质精炼来保证,而好的体积稳定性和加工性能的改善要靠热处理来获得,热处理的时效温度适当高一些是必须的。对于现代铝活塞300℃高温下抗拉强度Rm≥90 MPa已是起码的要求,对于高性能欧Ⅱ、欧Ⅲ发动机铝活塞则要求300℃高温下抗拉强度Rm≥110MPa,甚至更高;要求体积稳定性≤0.025%D,加工要求硬度均匀,且硬度范围在95~125HBS。在材料方面欧洲早已开发出了此类材料,国内个别企业也开发出了可满足要求的材料。

热处理设备按炉型分为周期炉、连续炉,按能源形式分为天然气、煤制气、电能。活塞在炉内的放置采用料架。连续热处理炉按传动方式又分辊棒式、吊筐式、推盘式以及多层炉。其中,连续热处理炉的生产节拍一致、稳定,炉温均匀性好(±3℃),所以产品质量好,产品的硬度均匀(同炉产品间硬度范围95~105HBS)、体积稳定性好(普通活塞可达≤0.02%D),且生产效率高、节能,是大批量生产的主选设备。而燃气辊棒式连续热处理炉是该类设备的发展方向,发达国家应用较多。国内企业绝大多数还是采用周期炉,目前只有少数企业采用了连续热处理炉。对于小批量的间歇式生产,为了生产的灵活性,使用周期炉则比较经济。由于连续热处理炉的生产量大,因此设备的可靠性和控制水平十分重要,为了工艺的可追溯性,要配备炉内温度记录仪,并定期进行校准。为方便操作,提高车间面积利用率,T6、T7处理用的热处理生产线以U型布置为佳。由于连续热处理炉的体积较大,需要现场制造,以国产为宜,施工维护便利。

(6)机械加工设备及技术

铝活塞属于精密机械加工件,在加工方面为了确保加工质量,机械加工时分粗加工和精加工,其中精车环槽、精车裙部外圆、精镗销孔是最重要的精密加工工序。在机械加工技术方面,国内行业大批量应用的粗加工设备是单工序、单机、单工位、卧式普通机床;精加工设备是单工序、单机、单工位、卧式精密车床和静压镗床;裙部变椭圆的加工技术主要采用立体靠模仿形加工。立体靠模仿形加工技术有仿形比1∶1串联式、2∶1并联式。常规的生产工艺流程工序多(多的可超过20个工序)、生产流程长、加工误差大、生产效率低。发达国家由于装备制造业发达,相比之下国内在加工方面的差距较大。为了提高生产效率、减少生产工序、缩短生产流程、提高产品质量,生产设备主轴转速的提高(≥5 000 r/min),控制技术的数控化和自动化,粗加工工序的组合化,精加工工序的精密化,双工位机床等高速、高精、高效加工技术是当今行业发展的方向。当前又出现了可重构技术,新的趋势是采用电主轴的高速立式双工位CNC机床和自动线,目前国内只有少数企业开始应用。加工设备进口或国产均可,进口设备的自动化程度和可靠性更好一些。

为了提高生产效率、减少生产工序、缩短生产流程、提高产品质量,组合加工技术是发展方向。铝活塞主要的组合加工技术有:粗镗销孔、卡簧槽、销孔内到角、销孔外到角组合机床;粗车外圆、粗车环槽、粗车顶部组合机床;精车环槽、半精车外圆组合机床等组合加工技术。通过技术改进,加工工序由16~20个工序减少到6~8个工序,加工生产流程缩短1倍以上,产品质量和生产效率得到了提高。新加工技术的应用明显地提高了制造精度,铝活塞精密加工技术可达到的主要精度指标:裙部外圆尺寸公差≤±5µm、裙部外圆轮廓度≤5µm、在任意12mm长度上外圆轮廓度≤2.5µm;销孔尺寸公差≤±2µm、销孔圆柱度≤2µm、异形销孔角度5'~20′、销孔表面粗糙度Ra为0.4µm;环槽侧面平面度≤0.01 mm、环槽侧面波纹度≤0.01 mm、在任意25 mm周长上环槽侧面波纹度≤5µm、环槽侧面表面粗糙度Ra为0.8µm。产品质量的提高,对于确保并提高产品的使用性能起到了积极的作用。

(7)表面处理

根据产品使用功能的要求,铝活塞广泛应用的表面处理技术有镀锡、裙部石墨化、顶面硬质阳极氧化等,生产方式有手工操作和机械化自动生产系统。从提高产品质量和生产效率、减轻劳动强度、环保、节能等方面来讲,生产的机械化和自动化,以及整个生产过程的系统集成化和生产流程的连续化,是当今表面处理生产技术发展的方向。表面处理生产系统要从产品前处理过程及后续处理的生产、环保等各个环节和过程综合考虑,特别是纯水制备和废水、废气处理等环节要处理好。目前,国内表面处理生产机械化应用率不太高,主要还是手工操作的生产方式,系统集成的水平有待进一步提高。

镀锡技术由于污染严重,正在被石墨化表面处理技术所替代,石墨化表面处理技术也由喷涂石墨向质量更稳定、石墨层更牢固且厚度均匀一致、效果更好、生产效率更高的表面印刷石墨技术转变。印刷石墨设备的关键在于重复精度和丝网印刷板的质量,以进口为好。

(8)质量检测技术

由于活塞的精度要求较高,因此对质量检测设备的要求也就比较高,同时活塞是大批量生产,所以现场质量检测和控制的高效率,才能适应大批量生产的需要。目前,国内企业绝大多数还是采用现场质量巡检控制,总检集中分项目人工检测的方式检测产品质量并进行分组,只有少部分企业采用自动检测机集中高效地检测产品质量并进行自动分组和标识,而发达国家则基本上实现了自动检测。现场SPC技术的推广应用结合自动检测机检验,是当今现场质量控制和产品质量检验的发展方向。

汽车发动机再制造行业运作模式初探 篇8

关键词：发动机,再制造,运作模式,规模效应

作为现代汽车产业的重要组成部分,发达国家在重视新车研发的同时也重视在汽车及其零部件再制造行业中挖掘经济和社会效益,并形成了规模较大、运作模式较成熟的汽车再制造产业体系。然而我国由于某些政策的限制、技术以及相关观念落后等原因,至今未能形成一条完整的再制造产业链,再制造呈现“散兵游勇”的形式,缺乏在行业内有绝对影响力的汽车再制造企业。

1 发动机再制造的三种基本的运作模式

1.1 原始制造商(Original Equipment Manufacturer,OEM)再制造模式

原始制造商负责再制造的一个重要原因是越来越多的国家开始推行“生产者责任延伸制”。这种制度规定了生产者对其生产的产品在使用期结束后负有回收、再生、废弃处理等责任。通常情况下,出于制度的压力原始制造商在产品设计之初就要充分考虑到产品的可再制造性,产品结构的设计要有利于未来废旧产品的再制造。

1.2 独立再制造商(Independent Remanufacturer,IR)再制造模式

独立再制造商是指独立于OEM自行运作的专业再制造企业。这意味着它不经过OEM的批准就可以对任何品牌的发动机进行再制造,被再制造出来的发动机可以贴上自己公司的商标进行销售而不构成对原始制造商商标的侵权。所以,要使这种再制造运作模式得以顺利发展不仅需要一个开放自由的市场,更需要政府相关政策的扶持。

1.3 零散小型再制造商(Scattered and Small Remanufacturer,SSR)再制造模式

这种模式的运作主体主要包括各级汽车经销商、汽车维修厂、小型零部件再制造商等。此种模式的过程也较前两种简单,一般分为两种形式,一种是客户把报废汽车发动机或零部件自行送至这些再制造点,并经过协商约定好交机日期,待交机时,由再制造商负责装机调试,直至完成整个交易过程。另外一种则是以以旧换新的方式进行,顾客用旧机与再制造新品相互交换,再制造商和客户根据新旧机价值差异的实际情况,协商做出明确的差价额,由客户负责补齐差价。

2 三种发动机再制造运作模式的比较

2.1 产品价格比较

(1)参数设定及模型假设说明。设p为再制造发动机的市场零售价格;c1为原始制造商以废旧发动机为毛坯进行再制造每台发动机再制造的平均成本;c2为独立再制造商以废旧发动机为毛坯进行再制造每台发动机再制造的平均成本;c3为零散小型再制造商以废旧发动机为毛坯进行再制造每台发动机再制造的平均成本;D 3p3为市场对再制造发动机的需求;b为消费者对再制造发动机的需求弹性;a为市场容量;ε为废旧发动机的回收积极系数;pi为原始制造商或独立再制造商从一级回收点(经销商或修理厂等)回购单位旧机的平均价格;pj为一级回收点从顾客处回购单位旧机的平均价格;pr为原始制造商回收废旧发动机每单位所需要的物流费用;pk为独立再制造商回收废旧发动机每单位所需要的物流费用;Cε2为回收积极成本;C为固定成本投入。π代表各发动机再制造运作主体所获得的利润,上标为M的为原始制造商再制造利润,上标为I的为独立再制造商再制造利润,上标为S的为零散小型再制造商再制造利润。另外,由专业化利益及规模报酬相关原理可知c1>c2、c3>c2;市场对再制造发动机的需求为D 3p3=a-bp;市场对废旧发动机的供给为I 3p3=ε3a-bp3;同样由于专业化利益因素的影响将导致pr>pk;

模型假设1:原始制造商、独立再制造商、零散小型再制造商制造出来的再制造发动机的质量无差异,在同等价位下消费者无特殊偏好。

模型假设2:本模型仅是针对单个原始制造商、独立再制造商、零散小型再制造商进行发动机再制造时会有的利润情况进行讨论。

模型假设3:回收的发动机要充分运用于各运作主体的再制造活动。

模型假设4:消费者对再制造发动机有充分的认识,对再制造发动机的需求仅受其价格的影响。

(2)模型的求解。当发动机再制造运作主体为原始制造商时,原始制造商从事再制造活动的收益部分主要来自于向经销商或特约维修厂批发的再制造发动机。而成本则由回购回收旧发动机所产生的费用以及回收积极成本组成。原始制造商利润最大化表达式如下:

(1)式表达了原始制造商从事发动机再制造时能获得的利润,对p求导,并令∂πM/∂p=0即:∂πM/∂p=a-2bp+bc1+εb(pi+pr)=0得P*M=a+bc1+bε(pi+pr)/2b。

当发动机再制造运作主体为独立再制造商时,其利润最大化表达式如下:

(2)式表达了独立再制造商从事发动机再制造时能获得的利润,对p求导,并令∂πI/∂p=0即:∂πI/∂p=a-2bp+bc2+εb(pi+pk)=0得P*I=a+bc2+bε(pi+pk)/2b。

当发动机再制造运作主体为零散小型再制造商时,由于零散小型再制造商一般是指距离顾客较近的各级经销商、汽车维修厂等,所以废旧发动机一般由客户自己送至再制造商处,因此这些小型再制造商可省去回收的物流费用,其利润最大化表达式如下:

(3)式表达了零散小型再制造商从事发动机再制造时能获得的利润,对p求导,并令∂πS/∂p=0即:a-2bp+bc3+bεpj=0得P*S=a+bc3+bεpj/2b。

(3)比较分析。由c1>c2,pr>pk,P*M-P*I=(c1-c2)b+bε(pr-pk)/2b>0可知P*M>P*I,这意味着在同等市场条件及生产的再制造发动机同等的质量下,独立再制造商和原始制造商都以利润最大化为决策目标时,独立再制造商可以制定更低的市场价格进行产品的销售。由此可知基于独立再制造商运作模式的发动机再制造要比原始制造商负责发动机再制造模式有更大的市场竞争优势。

再来比较P*I与P*S的大小,c3>c2,pi>pj,P*I-P*S=(c2-c3)b+bε(pi+pk-pj)/2b。

当c3-c2>ε(pi+pk-pj)时,P*I-P*S<0,即零散小型再制造商相对于独立再制造商更有价格优势。

当c3-c2=ε(pi+pk-pj)时,P*I-P*S=0,即零散小型再制造商与独立再制造商所再制造的发动机市场价格相当。

当c3-c2<ε(pi+pk-pj)时,P*I-P*S>0,即独立再制造商相对于零散小型再制造商更有价格优势。

2.2 规模效应比较

规模效应又称规模经济,是指在一定时期内通过扩大生产或者经营规模可以降低平均成本,从而提高企业的利润水平。也就是说,在一定规模范围内随着生产规模的扩大企业能以较低的售价出售数量更多的产品。

通过对三种发动机再制造运作模式的特征分析我们可知,原始制造商再制造模式一般仅局限于对本厂生产的系列发动机进行再制造,所以再制造的品牌比较单一,产品的回收数量一般也较少,这些特征就限制了这种模式的生产规模。而对于第三种零散小型再制造商再制造模式来说,由于其本身的性质就具有“小”、“散”等特点,因此它天然的只能是小规模生产。独立再制造商的再制造活动由于不需要原始制造商授权就可以对任何品牌的有再制造价值的发动机进行专业的批量再制造,再加上它的废旧机的回收网络可以很广,因此这种模式比较容易形成规模化生产。

2.3 市场需求比较

而对于生产的再制造发动机类型,OEM再制造模式一般只负责对本厂生产或者同品牌其它厂生产的汽车发动机进行再制造,因此这种模式所生产的发动机种类较少。零散小型再制造商由于规模和技术的限制,所以也仅能对特定的几种品牌的发动机进行再制造。而独立再制造商的再制造活动由于不需要原始制造商授权,所以它可以对任何品牌的有再制造价值的发动机进行专业的批量再制造,因此它生产的产品种类多,能更好的满足客户的多样化需求。

3 结 论

通过以上定量的价格分析及定性的综合比较,不难发现独立再制造商运作模式比较符合当前发动机再制造产业发展需要。

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[4]王佳,黎宇科.美国汽车产品再制造产业浅析[J].汽车工程师,2012(2):19-21.

浅析装甲装备发动机再制造应用前景 篇9

1 再制造工程概述

1.1 再制造工程的内涵

所谓的再制造工程就是指根据产品的生命名周期为主要指导, 为了资源能够优质、高效的运用和节能减排的目标, 通过先进的生产技术对废弃产品进行修复、升级和再改造的一系列技术措施和管理措施。

从在制造的基本内涵可以看出, 在制造是一种批量化和产业化的生产工艺, 以环境保护为主要目标, 通过对废弃产品的再利用从而达到环境保护和可持续发展的目标的实现。另一方面, 由于是再制造, 显然其生产的过程在产品制造的过程之后, 但是其对产品的再修复和升级利用过程的生产工艺很明显就优于生产技术和工艺。例如, 再制造过程中各种新材料的一用, 应用先进的方法对产品的功能进行升级, 使得产品能够更加适应时代快速发展对产品质量和性能要求的提高。

1.2 发动机再制造工程的内涵

所谓的发动机再制造工程是一般传统的发动机生产和维修有着较大的区别, 所谓的发动机再制造工程就是对已经不能再进行投入使用的发动机按照新的标准进行再次的加工和装配使其最终成为质量和各种性能都能够达标的全新发动机。

再制造理论和工程技术的出现为坦克等装甲设备发动机的维修带来了一次革命性的飞跃, 由于其以产品生命周期为产品设计和生产的主要指导原则, 使得装甲设备发动机能够以优质、高效的方式进行生产和维修。除此之外, 再制造过程技术能够通过先进的质量评价体系使得坦克发动机的维修产生了新的动力。通过先进的加工、检测表面工程等相关技术使得新产品在成本、节能以及材料的使用上都有了明显的改善。

2 装甲装备发动机再制造的可行性分析

2.1 基本分析

由于当前我军装备发动机大部分仍然采用的是已经过了50多年的发展时间的苏联的相关技术, 在这么长的时间内国际上各种新技术和新材料已经有了很大的发展, 其中主要的典型代表就是上世纪80年代出现的表面工程技术, 这种技术能够通过采用新工艺使得发动机零部件的表面在耐磨性、防腐蚀性等多种性能有了很大的提升, 为以后的相关技术的发展打下了坚实的基础。就当前而言世界范围内民用发动机的寿命最大已经突破了10000小时的大关, 这种突破正式由于新材料和新技术的有效应用。目前我国在发动机性能提升方面已经广泛采取了润滑油纳米自修复添加剂技术为装甲发动的再造工程提供了相当大的技术保障, 通过对庄家发动机技术短板的提升来延长其寿命。

2.2 技术路线可行性分析

装甲装备发动机再制造的总体技术路线就是对发动机零部件的表面进行强化以及内摩擦程度的改善和润滑度的改善使得发动在制造技术能够得到最大限度应用与发挥。

在总体方案方面, 采用系统论的分析方法将发动机的零部件根据不同的标准进行分类, 通过对每一类零部件的磨损状态、寿命的预测进行有效的分析和评价后再根据新的标准实施再制造工程。

3 装甲装备发动机再制造应用前景

当前, 我军用装备车辆主要由坦克、装甲车, 这些装备车辆为我军在现代化战争中提高部队整体的机动性和灵活性发挥着重要的作用, 然而这些装备车辆最为关键的零部件就是发动机。由于当前我军有着数万台发动机已经处于退役期, 基本上都需要进行维修, 而且现代化战争对于发动机的要求已经相当严格。要求发动机能够在高温和高原的环境下性能良好, 而且以较少的经费投入来最大化的提升发动机的各种性能。

因此, 在这种形式之下, 应用再制造工程技术能够使得发动机的性能显著的提升, 而且能够做到不浪费军费开支, 为我军在现代化战争中以装备车辆的灵活和机动性为主要优势, 从而提升战争对我军的有利局面。因此, 在装甲装备发动机再制造研究方面, 以不同发动机的不同特点为基础对再制造方案的具体措施进行研究, 使得在不同的生产工艺条件下能够快速的生产出性能良好的甲装备发动, 以满足现代化战争对发动的具体要求, 其应用的范围和应用的前景相当广阔, 具有较大的军事和社会效益。鉴于此, 当前我军只有在对坦克等装甲装备进行大修的前提条件下, 将再制造的工程的相关理论和实践技术进行大量的引进和广泛的应用, 才能够保障装甲装备发动机维修的质量, 而且还能够具备为整车再制造工程技术的应用提供一定的实际应用经验。

4 结语

综上所述, 装甲装备发动机再制造工程技术能够有效的延长发动机的使用寿命和零部件的各种性能, 在现代化战争的条件下在我军中有着广阔的应用前景。

参考文献

[1]梁志杰, 蔡志海, 张平.基于可持续发展的军用装甲装备发动机再制造及其关键技术[N].第八届全国表面工程学术会议暨第三届青年表面工程学术论坛, 2010.

[2]梁志杰, 蔡志海.装甲装备发动机再制造研究现状及其应用前景[J].装甲兵工程学院学报, 2007 (05) .

[3]梁志杰, 徐滨士, 张平, 王海军, 谭俊, 韩树, 蔡志海[J].中国表面工程, 2006 (05) .

[4]王元良, 陈辉, 周友龙, 等.汽车结构及零件的再制造工程[J].电焊机, 2004 (24)

汽车发动机零部件再制造模式研究 篇10

与废旧发动机修理或直接报废相比, 发动机再制造的优点有: (1) 发动机的质量得到保证。再制造发动机的性能要达到甚至超过其新发动机的质量; (2) 节约资源, 保护环境。汽车再制造市场一方面还未完全成熟, 一方面潜力巨大, 探讨汽车发动机零部件再制造模式以便市场的形成及稳定非常必要。

1 汽车零部件再制造的三种基本模式

1.1 原始制造商 (Original Equipment Manufacturer, OEM) 再制造模式

在再制造市场的初期, 再制造会面临很多困难, 如报废汽车即再制造的毛坯回收困难、再制造汽车市场认可度不高等, 此时, 再制造业的发展就需要政府和原始制造商一起努力, 秉持“生产者责任延伸制”, 并且出于企业形象的考虑, 多数原始制造商会积极投入到再制造生产中。

1.2 独立再制造商 (Independent Remanufacturer, IR) 再制造模式

当汽车再制造行业逐步发展, 进入到成熟期时, 再制造会产生十分可观的盈利性, 这时, 就会有独立的再制造商进入到再制造行业。这时, 再制造就不需要依靠原始制造商, 可以逐步脱离出来, 形成再制造独有的制造模式。

1.3 零散小型再制造商 (Scattered and Small Remanufacturer, SSR) 再制造模式

当汽车再制造行业发展到后期逐步稳定后, 就会有一些小规模的生产作坊进入, 这些零散的小型再制造商规模小, 再制造产品质量较差, 但价格便宜, 这样的经营模式会吸引一部分消费者。

三种再制造模式对比如表1。

2 发动机零部件再制造技术

再制造工程所需要的技术种类非常广泛, 各种表面技术和复合表面技术主要用来修复和强化废旧零件的失效表面, 是实施再制造的主要技术, 其中表面工程技术尤其是纳米表面工程技术是发动机零部件再制造的重要技术手段, 应用纳米电刷镀技术、热喷涂技术等先进表面技术将保证发动机零部件再制造的品质[1]。

2.1 纳米电镀技术

由于纳米材料具有优异的力学性能, 可用于制造超硬、高强、高韧超塑性材料和高性能陶瓷和高韧、高硬涂层, 不仅能够获得质量优良的原材料, 而且可以采用表面工程技术对零部件进行维修或再制造, 获得高性能的零件或备品备件。以纳米金刚石和纳米陶瓷为代表的纳米硬粉, 具有很高的硬度和较好耐高温能力, 在镀层应用可以较大幅度改善电镀镀层的机械性能。通过将纳米材料与高效的电镀刷技术结合, 并采用镍包覆法对纳米粉表面进行处理, 可有效地提高纳米粉在镍基复合镀层中的共沉积量, 显著的改善纳米粉在镀层中的均匀程度, 解决纳米粉在复合镀层中难以均匀分散这一关键问题。

2.2 高速电弧喷涂技术

采用高速电弧喷涂技术能够制备耐磨涂层、防腐涂层、防滑涂层等各种性能的涂层, 可以应用于磨损零件的修复和强化。

新型高速电弧喷涂与普通电弧喷涂相比, 粒子速度显著提高、雾化效果明显改善;涂层的结合强度显著提高, 涂层的孔隙率和表面粗糙度低。高速电弧喷涂具有优质、高效、低成本的特点, 在汽车发动机再制造中具有广阔的应用前景。目前采用高速电弧喷涂复合涂层, 恢复汽车发动机曲轴的轴径尺寸, 并且提高摩擦表面硬度和耐磨性, 使其性能得到提高。

2.3 划伤快速填补技术

划伤快速填补技术是利用微区脉冲点焊设备和专用材料, 对零部件的损伤部位进行快速修复的技术。该技术通过高能电脉冲产生高温, 使补材在经过预处理的待修表面上熔化, 实现二者的微区焊接。采用该技术对零件的均匀磨损、沟槽和特形表面棱边损伤等进行快速修复, 恢复零件的尺寸和形状精度。

2.4 纳米固体润滑干膜技术

表面减摩技术的应用, 能够提高汽车装备中的机械设备运行可靠性, 延长使用寿命, 减少维修次数。固体润滑干膜技术是一种新型减摩技术, 能够在高温、高负荷、超低温、超高真空、强氧化还原和强辐射等环境条件下有效润滑。

纳米固体润滑技术通过在固体润滑干膜中添加润滑和抗磨作用的纳米粒子, 改善固体润滑干膜的润滑、耐磨损性能, 能够在常规油脂不宜使用的特殊环境下实现有效润滑, 并且没有油脂润滑所存在的污染及漏油等问题。[2]

3 汽车发动机零部件再制造模式选择及应用

3.1 发动机缸体的再制造

3.1.1 发动机缸体再制造工艺流程

发动机缸体再制造流程如图1, 发动机再制造流程包括清洗、水压测试、焊接、焊缝休整等, 其中应用到的再制造技术为划伤快速填补技术, 因为此技术对实现微焊接、恢复零件的尺寸和形状精度都有很好的效果。

3.1.2 发动机缸体再制造模式

通过图1可知, 发动机缸体的失效形式为磨损或变形失效, 主要的再制造工艺有焊接、激光淬火等, 很少需要更换零件, 此时, 在不涉及企业核心技术的情况下, 可以选择制造商授权由独立再制造商再制造的模式。这样, 不仅可以保证发动机缸体再制造质量, 节约再制造成本, 还可以扩大再制造生产规模, 加速再制造行业的发展及壮大。

3.2 发动机缸盖再制造

3.2.1 发动机缸盖再制造工艺流程

发动机缸盖再制造流程如图2, 其中, 水检为了检查其密封性, 防止漏水隐患;碗形塞、铜套、气门导管等零件都需要更换;而修气门则是需要研磨气门, 恢复气门圈座密封性;接下来装配、洗磨平面, 恢复表面缺陷。高速电弧喷涂技术在修气门中得到应用, 因为其技术对磨损零件的恢复和强化有着较好的效果。

3.2.2 发动机缸盖再制造模式

通过图2可知, 发动机缸盖的失效形式多为老化或者断裂失效, 再制造的主要工艺为更换其失效零件, 如更换碗形塞、铜套、气门导管等。此时进行再制造, 不仅需要成熟的再制造技术, 同时需要制造商制造缸盖是各零件的技术及参数, 也就是说, 发动机缸盖的再制造必须以制造商为主体。这种情况下, 可以选择原始制造商再制造模式, 或者原始制造商供应需更换零件, 独立再制造商再制造模式。原始制造商可根据自身情况, 选择合理有效的再制造模式。

3.3 发动机曲轴再制造

3.3.1 发动机曲轴再制造工艺流程

发动机曲轴再制造流程如图3, 轴连杆密封轴颈, 是将轻度受损的曲轴修理后使其可再次装机使用;检测、测量、校直, 是在一定程度上检测曲轴有无暗伤, 消除其隐患;探伤是彻底清洁油道死角;清洗油道是为了提高表面硬度和光洁度;氮化、精磨、抛光及之后程序, 都是为了延长曲轴的使用寿命。而采用高速电弧喷涂复合涂层, 恢复汽车发动机曲轴的轴径尺寸, 提高了摩擦表面硬度和耐磨性, 使其性能得到提高。

3.3.2 发动机曲轴再制造模式

发动机曲轴中主要失效的零件为轴颈, 而轴颈的失效形式为腐蚀磨损失效, 其主要再制造工艺为氮化、精磨、抛光等。此时, 与发动机缸体再制造模式的选择相同, 在不涉及企业核心技术的情况下, 发动机曲轴也可选择制造商授权由独立再制造商进行再制造的模式。制造商进行再制造授权, 首先可以保证再制造产品的质量;其次, 有利于再制造行业规范的形成。与零散小型再制造商相比, 经过制造商授权的独立再制造商提供的产品具有可靠的销售渠道和过硬的再制造质量。

4 模式分析

由以上结论可以得出, 当汽车发动机再制造行业得到后, 汽车发动机再制造模式的发展模式为由原始制造商授权, 独立再制造商进行再制造的模式。表2为新模式下再制造1万台发动机与一般模式再制造1万台发动机成本的比较。

综上, 新模式再制造发动机的成本仅为一般模式再制造发动机成本的43%。

5 结束语

通过对汽车零部件再制造模式对比分析以及再制造技术、流程的分析研究, 得出适合各汽车零部件的再制造模式, 从而可知, 汽车再制造的核心是技术的研发及改进, 制造商在不涉及其核心技术的情况下选择将发动机各零部件承包给独立再制造商再制造并进行技术授权, 是最经济的做法。如果某一零部件制造技术是该制造商的技术, 那么此零部件的再制造技术也是该制造商的核心技术, 在基于技术保护的情况下, 制造商必须自己承担其再制造。

参考文献

[1]刘羽.汽车发动机再制造工艺及修复技术初探[J].常州工学院学报, 2008, 21 (6) :11-14.

[2]刘石, 刘谦.汽车发动机零件再制造技术[J].装备维修技术, 2005 (2) :48-50.