丰田“精益生产”又出技术革新,雷克萨斯充当小白鼠

  • 发表于: 2015/06/05 15:53:19 来源:日经技术在线

以雷曼危机为契机,以降低成本和提高质量为目标,丰田相继向工厂导入了多项革新性制造技术。

丰田相继向工厂导入了多项革新性制造技术。该公司以2008年发生的雷曼危机为契机,以降低成本和提高质量为目标,快速开发了多项制造技术。

激光螺旋焊接

为了缩短车身焊接工序的周期而开发的技术是“激光螺旋焊接”(LSW:LaserScrewWelding)(图1)。丰田为田原工厂、堤工厂、元町工厂、丰田九州工厂导入了该技术,并从“雷克萨斯IS”开始推广。

 

                         图1 激光焊接技术“激光螺旋焊接”

                              焊接速度高达每焊点0.3~1.0秒,可缩短工序周期。提高了焊接质量以投入实用。

目前,车身焊接的主流技术是点焊。方法是用电极夹着钢板,然后通入电流,利用此时产生的热量(电阻热)来熔化并接合钢板。这种工艺存在的课题是所需时间长,焊接速度为每个焊点2.0~2.5秒。为了缩短焊接时间和工序周期,丰田采用了激光焊接法。

激光焊接法的焊接速度高达每个焊点0.3~1.0秒,比点焊快两倍以上。这是因为从一个焊点到下一个焊点的移动速度很快。激光焊接是利用透镜聚光产生的热量来熔融并焊接钢板的方法。通过控制透镜,可使激光快速移动至焊点,因此能够实现高速焊接。

普通的激光焊接存在质量不稳定的问题,比如钢板的焊缝容易烧穿或者出现孔洞,但丰田克服了这一难题。不过,该公司并未公开技术详情。

新的激光焊接机与点焊机一样,安装在工业用机器臂的顶端来使用。不过,由于每台机器人的焊接打点数更多,因此需要的机器人数量更少。最终,成功利用激光螺旋焊接缩短了焊接工序的周期。

为了让新开发的激光焊接技术不仅能用于钢材,还能用于铝合金,丰田正在努力推进开发。如果两种材料能够使用相同的焊接机,就能节省一条焊接生产线。而且,由于能够高速焊接,因此还能构建前所未有的小型焊接生产线。由此便有望使设备投资额降至1/2以下。目前,丰田使用点焊方式来焊接钢材,使用摩擦搅拌焊接方式来焊接铝合金。由于工艺不同,因此必须设置不同的焊接设备。

不过,激光焊接也存在课题,那就是铝合金容易断裂。在焊接之后进行冷却凝固时,铝合金的收缩幅度大于钢材,因此无法在与钢材相同的焊接条件下,使用激光焊接方式来焊接铝合金。丰田通过改进温度控制,抑制了铝合金断裂。据介绍,目前这项技术已有眉目,应用于车身的时间已经不远了。

CFRP面板的快速成型法

面向碳纤维增强树脂基复合材料制成的前发动机罩及车顶等,丰田开发了可缩短周期时间的成型法。在射出树脂时,通过在模具稍微打开而不是完全闭合的状态下射出,以缩短加工时间。“雷克萨斯RCF CarbonPackage”采用新成型法之后,每块前发动机罩的周期时间缩短到了10分钟左右(图2)。而2010年上市的“雷克萨斯LFA”的前发动机罩的周期时间则长达1小时左右。另外,采用新成型法后,可将冲压机由合模力为3000tf(约29.4MN)的机型改为1000tf(约9.8MN)的小型产品,因此还可降低设备投资额。


                             图2 “雷克萨斯RCF Carbon Package”

                             前发动机罩和车顶以CFRP成型。每块前发动机罩的周期时间为10分钟左右,远远低于以前的约1小时。外侧使用树脂传递成型技术(RTM,ResinTransferMolding)。具体方法是,先切割碳纤维基材,将其放入加热至90~150℃的模具中,在模具温度为150℃的状态下直接注入树脂,然后让树脂凝固,等其凝固之后再将模具温度由150℃降至20℃,进行脱模冷却。

内侧则使用片材冲压成型技术。将长度不同的碳纤维(长纤维)和树脂片材放入模具,将模具温度提高至150℃,一边让树脂融化一边进行冲压,使熔融树脂流遍模具的所有区域。然后,待树脂凝固后,将温度由150℃降至20℃,进行脱模冷却。内侧的部件数量也由7个减少到了4个。

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