玉柴发动机轻量化 “瘦身”生产两不误

 

“瘦身”是很多爱美女性的追求，这是人所共知的。但你有没有听过，一个冷冰冰的发动机，它也在努力地“瘦身”呢？想必很多人对此都不甚了解，或许根本就没有听闻过。

 

发动机也爱美吗？这是毋庸置疑的，发动机的外观、造型、结构都会考虑客户对于美观的严苛要求。但这里要说的发动机“瘦身”跟追求美丽不是一码事，毕竟发动机不是靠美丽的外表来吸引用户，眼球经济在发动机行业行不通。

 

“我瘦我骄傲，我为国家省布料。”这是清瘦的人的一句玩笑话，但透射出一个道理，节省原材料、成本很重要。对玉柴来说，发动机的“瘦身”能有效地减少原材料的消耗，降低企业生产成本；对忠于玉柴产品的用户来说，发动机“瘦身”了，整车的油耗会降低，运营成本就会减少，赚的钱就更多了。同时，发动机轻量化还是节能、环保的一项重要手段。

 

这个道理很好懂，但是发动机“瘦身”谈何容易。据相关专家说，相对整车降重来讲，发动机轻量化要求更高，实施起来更加困难。

 

玉柴技师协会、科技协会会长陈金源接受采访时介绍，发动机轻量化是一个复杂的系统工程，它涉及到人才、设计、制造、工艺、材料等多个方面。

 

不仅如此，发动机零件众多，特别是排放升级，发动机增加了一些必要的外附件，每增加一个部件，都在增加着发动机的自重。因此，可以说，玉柴发动机的“瘦身”事关玉柴、玉柴的供应商、客户三方核心利益。

 

让结构更优

 

从结构上来对发动机“整形”是一件很难的事，因为任何的改动都是牵一发而动全身的。尽管如此，为了实现轻量化、增强产品竞争力这个目的，必要的结构优化还是在研发人员的努力下实现了。

 

玉柴工程研究院副院长谭达辉说，从结构优化入手，YC6L气缸盖的减重比较典型。我们通过优化设计，减少气缸盖的接触面，从而减少机械加工面积，实现了减重效果。

 

“对于每一处细小的改动，我们都要做充分的CAE计算、分析，确保其性能稳定。”谭达辉强调。

 

从玉柴工程研究院相关技术人员那里获悉，发动机轻量化是玉柴持续的追求。今年玉柴将通过去掉YC6L的气缸体加强板来实现降重，其减重效果高达23.4公斤左右。安全性、稳定性是发动机轻量化必须考虑的因素。“我们正在对其做台架耐久实验和振动试验。”该技术人员补充到。

 

在保证铸件性能的基础上，对铸件结构进行小型化、薄壁化、中空化等设计，去除冗余部分，也是实现发动机轻量化的有效途径。

 

为节约成本，铸造厂今年也将铸件降重列为重点工作。铸二车间砂芯减重效果明显，采取优化铸造工艺等方法，D30机体铸件比原重减少了2公斤。别小看这两公斤铁水，按照该工厂年度的生产大纲，因铸件减重而节约的成本还是相当可观的。

 

“高强度超薄机体水套高端技术”是陈金源和他的制造技术团队取得的最新成果。应用这项新技术，在制造技术部可以做出2毫米超薄型水套砂芯，且铸出的机体毛坯内壁光滑、无粘砂、无烧结，其技术水平直追奔驰、宝马。

 

陈金源对此十分自信，他说，这项技术的成功，为玉柴超薄高强度水套制造技术提供了一个崭新的平台，更重要的是历练出了一个追求高端技术的优秀团队。

 

发动机结构轻量化手段还有零部件模块化设计、外附件轻量化，对某些部件进行有限元分析，采用拓扑结构优化等等，玉柴在这条路上的探索还会继续。

 

应用新材料

 

新材料应用也是减轻发动机自重的一个重要途径。目前，在这块最为突出的就是高强度材料的应用和一些轻质合金材料的应用。

 

蠕墨铸铁就是一种高强度的材料，它的机械物理性能和铸造工艺性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间，很适合制造强度要求较高及要求承受热循环负荷的零件，如气缸体、气缸盖等。

 

减轻单个零部件的重量也是减轻发动机总重量的有效途径，而机体作为发动机中最大的核心零部件，占总重量的四分之一，玉柴发动机的“瘦身”当然要从它下手。

 

陈金源说：“从2013年1月开始，在玉柴股份副总经理梁清延的布置下，制造技术部就主动开展了4种机型机体的轻量化工艺试验，其中我们在做的D2500机体降重就是用蠕墨铸铁替代原来的灰铸铁，达到了高强度、薄壁化目的，每个铸件可降重25公斤。”

 

按目前的进度，D2500减重版机体模具已完成，进入试模验证阶段，预计9月份就可以小批量生产，年底能形成大批产能力，为4D机型升级国4打下了良好的基础。根据测算，减重可实现降本金额可观。陈金源表示，他们正在努力，争取实现更高的降成本目标。

 

对于发动机轻量化，陈金源有他自己的理解。他说：“我们总的要求是高强度轻量化，追求‘两降一保’。‘两降’就是要降重、降成本，‘一保’即是保质量。”

 

诚然，发动机轻量化不是跟风，更不是抠抠搜搜、偷工减料，没有质量作保证，产品根本没市场，到头来只是搬起石头砸自己的脚。

 

在玉柴，蠕墨铸铁只是新材料应用的冰山一角。铸铁虽然刚度较好，成本也低，但是它自身的比重大也制约了这种材料在发动机轻量化领域的应用。相较而言，铝合金、镁合金等轻质材料未来则有更大的应用空间。

 

2011年，制造技术部试验车间建立，它所肩负的其中一项任务就是铝合金新材料应用的试验。前不久，玉柴股份董事长晏平到制造技术部试验车间考察，陈金源向晏平展示了一项技术成果，应用自主开发的高强度铝合金材料，并进行缸盖结构优化，成功开发的高强韧轻量化某V型机铝合金缸盖。这个铝合金缸盖成品重量为15.6公斤，跟原来的铸铁缸盖相比，降重17.7公斤，降幅达53.2%，铝合金缸盖毛坯经过30次冷热循环冲击试验无裂纹，抗拉强度达到HT250水平，能满足发动机需要。目前，该铝合金缸盖已进入试验、验证阶段。

 

从目前国内外发动机轻量化的成功案例来看，新材料的应用效果是最明显的。新材料和新铸造工艺的掌握，玉柴发动机“瘦身”又向前迈出一大步。

 

“瘦身”生产两不误

 

虽然发动机轻量化是大趋势，但发动机生产企业也不会不考虑盈利而去盲目地推行轻量化工作。

 

选择哪款机型进行轻量化处理，这需要经过严密的论证和风险评估。一方面，企业要考虑轻量化带来的收益，另一方面轻量化本身也需要研发设计、制造技术、工艺、工厂等多个相关部门的讨论、验证。

 

铸造厂技术科科长陈宏兴说，如果我们接到任务，要对某个铸件进行轻量化处理，那么我们首先要做的工作就是对这个铸件进行解剖，这个过程有点像医生给病人动手术。解剖就是为了看清结构，看看哪些地方有改进的空间。理论的改进空间还需经过风险评估、验证。这个过程没问题了，我们才能试制，然后对试制的铸件进行解剖、分析、改进，直到达到满意的减重效果。先做30多台铸件，没问题了，然后才能几百台的小批量生产。

 

当然，这个因发动机轻量化而涉及的铸件修改如果经常性的出现在工厂生产中，势必会影响正常的生产活动。

 

“这个问题已经可以解决了！”陈金源告诉笔者，玉柴的无模快速制造技术正好可以克服这个难关。利用无模快速制造技术，不用开模具，就能制造出我们想要的铸件来，既省成本，又省时间，这项技术特别有利于新品试制，不会妨碍工厂正常的生产。目前，该技术在国内已处于领先水平。

 

“瘦身”生产两不误，这使得玉柴发动机的轻量化之路走得更为舒坦。

 

YC6L、YC6MK、YC6J、YC4D等发动机的轻量化之路已经开启。对玉柴来说，路漫漫其修远兮，发动机轻量化之路需要探索的东西还很多。这只是一个旅途的开始，为了增强玉柴发动机的竞争力，未来还有更多轻量化的玉柴机器走向市场。