[00718987]汽车发动机制造精度控制的“两微米”工程

课题来源与背景：乘用车用发动机是上汽通用五菱的核心业务，为未来竞争需要，迫切需要在关键的精密制造技术方面形成可持续创新能力。以美国密西根大学领头的机械精密制造技术研究（俗称2微米工程）正在美兴起，上汽通用五菱以此为参照与上海交通大学紧密合作，依托公司制造研发实践进行本土化两微米工程，旨在建立发动机全流程精密检测、评价和控制的新一代制造系统。通过政产学研合作，预期该项目：1）可提高制造精度1个数量级，实现发动机整体制造水平的跨越式提升；2）提升产品性能可靠性、并对产品性能提高、经验推广应用具有较大贡献。通过国际国内合作，引进发动机精密制造工程(2微米工程)先进思想以及微米级三维形貌在线检测等先进技术，针对乘用发动机制造特点解决多源检测数据融合、制造精度与产品性能关系等关键问题，自主开发相关软硬件装备，形成具有上汽通用五菱特色的乘用车用发动机“两微米”精密制造技术体系。技术原理及性能指标：平面度测量设备：由于加工表面的形貌影响的最终功能，因此，要全面理解表面形貌和功能特性,只有实现表面形貌的三维测量。高清晰测量技术，可以对零件三维形貌的进行整体检测，生成反映零件表面形貌的三维高清晰点云数据。圆度测量设备：使用CCD摄像机获取特征区域图像，经图像处理及数据拟合后获取相应检测特征参数，实现轴类零件几何特征尺寸、形状度的精密检测。冷试性能检测数据软件：通过数学方法和贝叶斯网络，开发相应软件，为工厂冷试控制提供依据以及提高返修效率。性能指标：发动机制造一致性的提升2套设备（平面度测量、圆度测量）：测量点从传统测量的5797点提升到613759点；测量时间缩短到1分钟；数据直观可视高密度三维图像；编程时间从一天缩短至半小时。1套软件（数据处理分析）和1套知识库（案例诊断知识库）：要求能够有效判断较长时期内生产状态是否发生变化，从而为冷试控制限的调整提供依据；并且能够在提供接受的不合格率的情况下计算排气冷试参数的上下控制限。探索并建立了基于贝叶斯网络的排气系统故障诊断模型，并以软件实现。2套方法（系统偏差建模、刀具夹具工艺）应用珩磨新工艺，基于缸孔珩磨轨迹重构原理，对珩磨参数进行优化，结果表明：采用该新型珩磨头进行珩磨，可使缸孔圆度误差降低18.95%，圆柱度误差降低8.19%，缸孔的腰鼓形状误差减少50%，有效提高了珩磨加工质量。技术的创造性与先进性：项目总体考核指标围绕发动机制造及开发，开展发动机精密制造工程（两微米工程）的产学研合作，以美国汽车工业为参照对象，充分发挥合作双方在制造质量控制理论、精密制造和检测技术，引进外方微米级三维形貌在线检测等先进技术，自主开发相关软硬件装备与技术规范，形成具有中国特色的发动机“两微米”精密制造技术体系，在中国主要轿车发动机研制中应用，显著提高批量制造精度、降低废品率，降低制造能耗、提高发动机关键技术性能，整体技术水平达到国际先进，部分关键技术达到国际领先。提高过程控制能力：关键几何特征检测精度从离线、单点转变为在线、扫描，控制能力提高到±1μm以内；改善发动机性能一致性：显著减少制造误差提高配合精度，提高油耗、功率等性能的一致性和可靠性；延长加工刀具寿命：通过制造过程在线检测与控制，优化装夹工具和刀具参数，显著延长刀具寿命；缩短新产品投放时间：数字化工艺设计与三维高分辨率加工形貌测量能显著减少新产品投产测试时间；降低资金投入和运营成本：降低废品率、刀具和能耗等制造成本，合理配置国产/进口机床降低投资运营成本。技术的成熟程度，适用范围和安全性：以微米级形貌在线测量为基础，2μm工程交叉集成了发动机、精密制造与测量、过程统计控制等多学科领域，得到了国内外科研院所和企业的广泛关注。旨在针对发动机自主开发的重大需求，探索微米级尺度下零件制造精度与产品使用性能之间映射规律的基础科学问题，掌握公差设计、工艺装备、精密测量、质量控制、生产线布局等核心技术，构建“高精度、高效率、低成本”为特色的新一代发动机精密制造技术体系与方法，促进中国汽车发动机及相关零部件产业的节能减排、绿色制造与可持续发展。应用情况及存在的问题：激光检测设备和曲轴几何特征光学精密检测设备还不能用于在线检测，下一步则打算研究其在线检测的可能性，以及进一步提高检测系统测量精度、提升检测软件性能和增加检测功能。发动机冷试性能检测数据软件将故障诊断系统集成到冷试工作站现场，为一线故障返修提供支持。FMEA软件已经成功应用于分析和诊断，以后需要进一步升级和优化。偏差累积建模方法还需要对缸体线进行偏差传递建模，以及完善并实施发动机3C件测量系统优化方案。