2022

應(yīng)對未來汽車零部件制造行業(yè)變化的精密加工技術(shù)

京都工藝?yán)w維大學(xué)

太田 稔

　　對于汽車產(chǎn)業(yè)來說，如何應(yīng)對地球環(huán)境問題和新的網(wǎng)絡(luò)社會是當(dāng)前的緊迫課題。今后的汽車產(chǎn)業(yè)也被稱為CASE(Connected、Autonomous、Shared&Service、Electric)時(shí)代?，F(xiàn)在正處于汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)生巨大變化的時(shí)期，人們追求 “抓住”、“復(fù)蘇”、“創(chuàng)造” 變化。本文以汽車動力傳動部件為中心，闡述了筆者對應(yīng)對零部件變化的加工技術(shù)現(xiàn)狀的想法。

　　首先，文中對汽車動力總成部件的加工技術(shù)進(jìn)行了展望，接著對因電動化而產(chǎn)生變化的汽車零部件的加工需求和與之對應(yīng)的加工技術(shù)進(jìn)行了說明。并且通過介紹磨削加工技術(shù)來作為對應(yīng)零部件制造行業(yè)變化的具體示例。

　　一、汽車動力總成部件加工技術(shù)的展望

　　作為今后汽車動力發(fā)展的路線，內(nèi)燃機(jī)時(shí)代什么時(shí)候結(jié)束，EV的發(fā)展前景，業(yè)界已經(jīng)出現(xiàn)各種各樣的預(yù)測。這里，通過比較近期的汽車銷售數(shù)據(jù)來進(jìn)行預(yù)測。

　　首先，圖1為彭博(Bloomberg NEF )新聞2020年發(fā)布的數(shù)據(jù)，從圖中可以看出，預(yù)計(jì)到2040年，EV汽車(含F(xiàn)CV)占全球新車銷量的比重將提高至60%，內(nèi)燃機(jī)減少到40%，EV會急速發(fā)展。另外，在日本國內(nèi)的其他報(bào)告中，也提及到汽車動力多樣化的預(yù)測，預(yù)計(jì)Society 5.0社會，混合動力車的占比約為35%，內(nèi)燃機(jī)約為50%。不管怎么說，EV的迅速發(fā)展是很明顯的。為了應(yīng)對這樣的狀況，制造技術(shù)·加工技術(shù)戰(zhàn)略成為重要的課題。圖 2中展示了與不斷變化的汽車產(chǎn)業(yè)相對應(yīng)制造技術(shù)的應(yīng)有狀態(tài)。對于至今為止制造汽車零部件的企業(yè)來說，由于零部件的 “變化”、“附加”、“進(jìn)化” 等原因，制造技術(shù)的對應(yīng)方法會有很大的變化。

　　根據(jù)動力傳動技術(shù)的變化，可以更快捷地捕捉到加工需求，明確對應(yīng)的加工技術(shù)。因此，我們從日本汽車工程學(xué)會的技術(shù)路線圖2018中提取了技術(shù)關(guān)鍵詞，對與之相對應(yīng)的加工技術(shù)進(jìn)行了整理。本章針對當(dāng)前比較主流的 “內(nèi)燃機(jī)+變速器系統(tǒng)” 的技術(shù)課題和相應(yīng)的加工技術(shù)進(jìn)行了說明。內(nèi)燃機(jī)為了追求更高的熱效率，需要在燃燒系統(tǒng)的革新和熱管理技術(shù)的開發(fā)上下功夫。在進(jìn)一步輕量化的同時(shí)，需要與燃料的多樣化相對應(yīng)的技術(shù)。表 1示出了與這些技術(shù)對應(yīng)的加工需求和加工技術(shù)的示例。

　　另外，在變速器方面，提高效率、減輕重量甚至使用馬達(dá)系統(tǒng)成為主要課題。表2顯示了對應(yīng)動力傳遞機(jī)制變化的加工技術(shù)的示例。從這些加工需求和加工技術(shù)的示例來看，可以被稱為現(xiàn)狀的 “延長線”。也就是說，對于 “進(jìn)化” 部件的對應(yīng)，現(xiàn)有廠商來說可以進(jìn)行一定程度的優(yōu)勢戰(zhàn)。這些廠商需要制定相應(yīng)的戰(zhàn)略，在優(yōu)勢戰(zhàn)期間，針對零部件的 “改變” 進(jìn)行投資和前期準(zhǔn)備工作?，F(xiàn)在的主要問題是看那個(gè) “期間” 有多久。

　　二、因電動化而變化的汽車零部件的加工需求及其對應(yīng)的加工技術(shù)

　　在日本汽車工程學(xué)會的技術(shù)路線圖中，作為未來的新型動力領(lǐng)域，馬達(dá)、電力電子、蓄電(二次電池)、燃料電池、無線供電等技術(shù)都成為一個(gè)個(gè)的課題被列舉出來。從這些課題中提取技術(shù)關(guān)鍵詞，結(jié)合加工需求和加工技術(shù)的示例進(jìn)行了討論。此外，還提取了電機(jī)、逆變器、二次電池、燃料電池等制造過程中所必需的精密加工技術(shù)，作為重要的加工技術(shù)進(jìn)行了研討。

　　表3所示為對應(yīng)于電動系統(tǒng)的主要元件的加工技術(shù)的示例。電動系統(tǒng)的主要部件不需要像內(nèi)燃機(jī)、變速器等部件需要復(fù)雜的形狀和多個(gè)加工工序。結(jié)構(gòu)相對簡單，加工工序也比較簡單。另一方面，材料的功能和零件的可靠性成為非常關(guān)鍵的問題和特征。如果將加工需求融入加工技術(shù)中，作為關(guān)鍵詞其實(shí)并沒有太大的區(qū)別，但是加工技術(shù)的內(nèi)容是大不相同的。

　　三、零部件變化相關(guān)的磨削加工技術(shù)的示例

　　我們可以從電動系統(tǒng)的制造過程中產(chǎn)生思考并進(jìn)行磨削加工技術(shù)的展望。舉例來說，可以整理出馬達(dá)、逆變器和二次電池的制造過程與磨削加工需求之間的關(guān)系。

　　如圖3，展示了逆變器的制造過程和磨削加工需求。從該圖可以看出，SiC的研磨、固定砂粒研磨、模具的超精密磨削等技術(shù)是主要的磨削加工需求。要求的是與內(nèi)燃機(jī)和變速器系統(tǒng)的磨削加工完全不同的磨削加工技術(shù)。

　　此外，表4還顯示了除馬達(dá)和二次電池等EV要素的制造過程和磨削加工需求外，作為EV主要要素和磨削加工基盤技術(shù)矩陣整理的結(jié)果。在圖中，還展示了在EV汽車中十分重要的輕量化技術(shù)，為了應(yīng)對作為加工對象的零部件的變化和多樣化，磨削加工基盤技術(shù)貫穿其中，展示了為了對應(yīng)部件變化的磨削技術(shù)對應(yīng)方法的示例。

　　在從內(nèi)燃機(jī)+變速器系統(tǒng)向電動系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的過程中，考慮到加工技術(shù)的對應(yīng)，我認(rèn)為將上述基礎(chǔ)技術(shù)為支柱的想法是值得參考的。圖 4顯示了筆者所參與的磨削加工技術(shù)的示例，以超磨削粒輪的磨削加工為主干，展示出與對象部件的變化對應(yīng)的技術(shù)開發(fā)的進(jìn)化過程。從發(fā)動機(jī)和變速器的高能率磨削技術(shù)發(fā)展為鏡面磨削技術(shù)，用于對應(yīng)零部件的變化，使之進(jìn)化為鉆石和 SiC的高速磨削·高速固定磨砂粒研磨。在預(yù)測對象部件變化的前提下，以基礎(chǔ)技術(shù)為核心的技術(shù)戰(zhàn)略是很重要的。

　　圖4顯示了筆者所參與的磨削加工技術(shù)的示例，以超磨削粒輪的磨削加工為主干，展示出與對象部件的變化對應(yīng)的技術(shù)開發(fā)的進(jìn)化過程。從發(fā)動機(jī)和變速器的高能率磨削技術(shù)發(fā)展為鏡面磨削技術(shù)，用于對應(yīng)零部件的變化，使之進(jìn)化為鉆石和 SiC的高速磨削·高速固定磨砂粒研磨。在預(yù)測對象部件變化的前提下，以基礎(chǔ)技術(shù)為核心的技術(shù)戰(zhàn)略是很重要的。

　　雖然很難預(yù)測內(nèi)燃機(jī)+變速器系統(tǒng)能維持到什么程度，電動系統(tǒng)能顯示出多大的能量，但目前確實(shí)已經(jīng)到了將兩種加工需求混合在一起的多樣化時(shí)代。作為對應(yīng)多樣化的加工需求和生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)化的一個(gè)解決方案，可以考慮活用超砥粒輪。如圖5中，展示了與EV相對應(yīng)的磨削加工技術(shù)的示例。隨著市場對EV汽車需求的擴(kuò)大，企業(yè)為了提高競爭力，需要以掌握有競爭力的技術(shù)為目標(biāo)，進(jìn)行明確的、具有高目標(biāo)的應(yīng)用技術(shù)的開發(fā)，活用融合了IoT和AI的ICT磨削加工技術(shù)。讓我們一起期待不拘泥于以往概念的新構(gòu)思的磨削加工技術(shù)的出現(xiàn)。