为一流发动机,提供一流产品

访东风活塞轴瓦有限公司副总工程师兼制造技术部部长赵敏先生

作者:孙 彬 点击数:30 发布时间:2016-10-13
为了顺应发动机特别是高端发动机的技术发展趋势,为公司在先进活塞制造技术和高性能柴油发动机研究方面进行必要的技术储备,东风活塞轴瓦有限公司开展了全钢活塞及制造技术的研究开发工作。
为一流发动机,提供一流产品

为了顺应发动机特别是高端发动机的技术发展趋势,为公司在先进活塞制造技术和高性能柴油发动机研究方面进行必要的技术储备,东风活塞轴瓦有限公司开展了全钢活塞及制造技术的研究开发工作。历经近7年的潜心研究,东风活塞轴瓦有限公司的全钢活塞及制造技术研究开发已取得圆满成功,且整个开发完全立足于自主研发,所有关键技术均具有完全自主知识产权,开发过程获得国家专利5项。目前,其开发的东风X7发动机全钢活塞已SOP进入量产阶段,DCi11国Ⅴ、DCi11天然气和Q13等发动机全钢活塞也即将面市。


赵敏先生

AI:首先,请您介绍一下东风活塞轴瓦有限公司(简称“东风轴瓦”)的企业概况。

赵敏先生:东风轴瓦是东风汽车有限公司零部件事业部直属子公司,主要生产经营汽车发动机活塞、活塞环和铝铸件,现有生产能力活塞300万只、活塞环1500万片和铝铸件3000t,主要为东风康明斯系列柴油机(L系列、D系列、C系列和B系列),东风商用车Dci11发动机、EQ4H发动机、DCI11天然气系列发动机、EQ天然气系列发动机和X7发动机等机型提供配套,配套市场和售后备件市场前景广阔。

多年来,东风轴瓦始终坚持“求真务实、争创一流”的企业精神,秉承“以人为本、文明有序、求实创新、和谐发展”的经营理念,始终把“为一流发动机,提供一流产品”作为企业的发展使命。公司重视技术进步,先后从德国MAHLE和GOETZE公司引进全套的活塞、活塞环产品设计、性能试验、制造技术和检测技术,并从德国、意大利、美国、瑞士和日本等国引进一批关键的工艺设备和检测仪器。在通过GB/T19001质量体系认证的基础上,公司于2000年通过了ISO/TS16949以及QS9000质量体系的国际认证,成为亚洲第一家通过ISO/TS16949、QS9000质量体系双认证的企业。同时,公司坚持把先进的精益管理模式和ERP管理思想运用到产品开发、采购、制造和销售等各个环节,不断提高管理的科学性和工作的有效性,致力于提高客户的满意度。

AI:请谈谈发动机活塞技术的发展现状,开展全钢活塞关键制造技术研发的重大意义是什么?

赵敏先生:活塞是汽车发动机的“心脏”,承受交变的机械负荷和热负荷,是发动机中工作条件最恶劣的关键零部件之一。活塞的功用是承受气体压力,传递动力驱使曲轴旋转,让汽车行驶起来。为了适应低排放、高升功率及高爆压技术的发展要求,发动机对活塞材料和结构不断提出新的挑战,传统的铝活塞材料因强度特别是高温强度较低,难以满足其持续发展要求。为此,国外知名活塞公司纷纷研发对应的新型高强度活塞。图1所示为世界活塞技术发展趋势。

如表1所示,欧Ⅲ以前排放要求的发动机活塞材料是以传统的铝硅合金为主,其优点是重量轻、动载荷小、耐磨性好、导热性优良、铸造性能和切削性能良好,且生产效率高、成本低。对于发动机有特殊功能要求的活塞,需辅以加设防胀钢片、镶嵌高镍奥氏体耐磨圈、内冷油道、销孔镶嵌铜套和局部镶嵌陶瓷纤维等,并进行镀锡、磷化、阳极氧化和微弧氧化等适当的表面处理。

要达到欧Ⅲ、欧Ⅳ排放要求,发动机的设计普遍最大爆缸压力提升至16MPa以上。随着技术的进步,国内外设计的先进发动机都已经达到18MPa以上,重型柴油机及部分现代车用轻型柴油机的最大爆发压力更是达到了20MPa以上,国外的重型柴油机最大爆发压力甚至超过23MPa,活塞的温度最高可达400℃。东风公司近年来开发的高性能发动机主要参数如表2所示。在此情况下,原有的铝合金材料作为选材的活塞设计安全系数大大降低,从而在没有新型铝合金材料可以采用的情况下延伸出了钢顶铝裙的铰接式活塞。为了应对更高的设计要求,目前世界活塞技术正朝向全钢活塞大面积应用的趋势发展,业内领先的活塞制造商已开发出并采用了全钢质活塞。

AI:东风轴瓦于2006年开始着手行业领先的全钢活塞及制造技术的研究,目前取得了哪些成绩?

赵敏先生:为了顺应发动机特别是高端发动机的技术发展趋势,为公司在先进活塞制造技术和高性能柴油发动机研究方面进行必要的技术储备,我们开展了全钢活塞制造技术的研究工作。这不仅是公司可持续发展所必须坚持的技术发展战略,同时也是东风X7发动机的同步开发项目。

历经近7年的潜心研究,通过与集团兄弟单位以及国内知名设备生产商技术团队的通力合作,我公司的全钢活塞及制造技术研究开发已取得圆满成功,且整个开发完全立足于自主研发,所有关键技术均具有完全自主知识产权,开发过程获得国家专利5项。目前,我公司开发的东风X7发动机全钢活塞已SOP进入量产阶段,DCi11国Ⅴ、DCi11天然气和Q13等发动机全钢活塞也即将面市。在此,我可以自豪地说,东风轴瓦的全钢活塞制造技术达到世界先进水平,在国内处于领先地位。

AI:请介绍一下全钢活塞的结构特点及制造工艺?针对其工艺难点,东风轴瓦是如何解决的?

赵敏先生:钢质活塞有着自身的优点和缺点,为扬长避短,充分发挥其材料优势 ,经历了一系列的结构发展。从图2的钢活塞结构发展趋势中可以看到,全钢活塞的结构一直在优化和发展中,目前比较领先的是承压能力更强的整体全钢活塞。

全钢活塞的主要优点是:强度高,具有更高的承载能力;热膨胀量较小,噪声更低;抗磨损能力强,使用寿命大于160万km。其缺点是:密度大,重量较铝合金材料约增加15%;机加工难度大;热传导率小,这是活塞冷却的关键。

整体全钢活塞头部和裙部毛坯采用分开成型,工艺相对简单,分开成型的活塞头和裙分别完成油道加工及其他半精加工后,再通过焊接等方式将活塞头和裙组合为一体并形成密闭式冷却油道。其主要优点是毛坯成型相对简单,毛坯及成品壁厚可以最薄化,有利于克服钢活塞重量难以控制的问题;加工相对简单,传统的活塞加工线提升单机刚性后基本可以满足生产要求。

我公司一直积极跟踪活塞行业技术发展趋势,通过竞拆和对标分析,我们确定了工艺方案及流程,如图3所示。其主要工艺难点是:毛坯锻压成型、摩擦焊接成型、焊缝无损检测、外圆及销孔型线CNC精加工。

针对全钢活塞制造的工艺难点,我公司从以下两方面着手展开技术攻关:一是全钢活塞关键制造工艺开发,主要包括毛坯锻压成型技术、摩擦焊接工艺及焊缝无损检测工艺开发、钢活塞加工技术开发;二是关键装备技术开发,包括专用大吨位高精度摩擦焊机、自定心防变形焊接夹具、焊缝专用检测仪、高刚性高精度外圆加工高频直线电机以及自定心高精度销孔曲线检测仪的开发。

通过以上制造工艺难点的逐个攻破,东风轴瓦完成了整套全钢活塞及制造技术研究开发。

AI:全球能源危机和环境问题的日益严峻,作为生产企业,东风轴瓦在效率提升和绿色环保方面做了哪些努力?

赵敏先生:我认为,提高生产效率主要分两个阶段:首先在新产品规划时,建设新的生产阵地,要秉承自动化的理念,对新生产阵地的规划方案进行反复的论证,结合产品工艺特点,通过生产岛、L型、品字型或U型等生产线布置的合理运用,减少无效劳动时间,以提高生产效率。其次,在生产过程中要不断地通过工艺优化,班组一元管理及现场5s管理等提高工人素养等提高生产效率。

“安全、节能、环保”主题一直是我公司遵循的生产理念。在日常工作中,东风轴瓦采取的主要措施要:

1.从源头抓起,新购设备、工装等从技术交流开始秉承“安全、节能、环保”理念,坚持有安全隐患的不要,能耗高的不要及不符合国家环保要求的不要。

2.加强现场安全巡视,特别注重环保问题的显现,主要针对设备设施漏油及随意丢弃废油抹布、手套等危险废物监督整改到位。

3.不定期开展“安全环保月”活动,悬挂强化“红线”意识,促进安全发展、可持续发展”主题横幅,开展特种设备安全专项整治活动。

4.加强现场环境监测,认真执行年度环境监测计划,对废水、废气和噪声实施全过程监控。

2015年,我公司顺利通过北京中联认证中心环境/职业健康安全管理体系再认证的现场审核。