Новые технологические решения по автомобилям семейства ВАЗ-2110
Журнал "Автомобильная промышленность",2004 год,№4Д-р техн. наук А.К.ТИХОНОВ, Н.М.ГОЛОВКО, А.С.НАЛЕЖДИН
АВТОВАЗ
Подготовка массового производства принципиально новых для ВАЗа и вообще для отечественного автомобилестроения моделей семейства ВАЗ-2110 проходила в сложнейший период экономических преобразований в стране. Достаточно сказать, что она завершилась в 1996 г. То есть в годы, когда ВАЗ, не имея по многим причинам, в том числе экономическим, реальных возможностей остановить, как это делают западные фирмы, действующее производство, отправить основную массу персонала в длительный оплачиваемый отпуск, демонтировать устаревшее оборудование, установить и запустить принципиально новые технологические линии, вынужден был принять беспрецедентное решение: встроить практически целый завод по выпуску 220 тыс. автомобилей нового семейства в структуру действующего предприятия, сохранив производственную программу этого предприятия.
Обеспечить такое совмещение, как и ожидалось, оказалось делом непростым. Ведь автомобиль ВАЗ-2110 собирают из 4065 деталей, 2194 из которых — оригинальные. Кроме двигателя с современной электронной системой распределенного впрыскивания топлива на автомобиле применен ряд других, необычных для отечественного автомобилестроения, технических новинок. Это — оцинкованный стальной лист для кузовных деталей, новая система грунтования кузова, улучшающая экологические условия процесса и позволяющая использовать широкую гамму цветов металлизированных эмалей, новая технология вклейки стекол, обеспечившая выполнение международных норм по безопасности автомобилей, и многое другое.
Например, чтобы удовлетворить возросшие экологические требования к автомобилю и его производству, многие детали, ранее выполнявшиеся из сталей, теперь пришлось делать из легких сплавов или пластмасс, сокращать использование фтористых углеводородов в производственных процессах и полностью отказаться от использования асбеста. Тем не менее решение было единственно верным. ВАЗ, продолжая выпуск автомобилей предыдущих семейств и во многом благодаря ему, сумел ввести в эксплуатацию новые, с современным технологическим оборудованием, корпуса прессового производства, механосборки, производства пластмассовых изделий; в трех корпусах металлургического производства установить и освоить новое технологическое оборудование для выпуска оригинальной конструкции головки блока цилиндров, ресивера, выпускной трубы. В итоге сейчас под производство автомобилей семейства ВАЗ-2110 задействовано свыше 430 тыс. м2 производственных площадей; прошли модернизацию сотни единиц действующего и 5051 ед. нового оборудования, в том числе 3345 ед. — отечественного; спроектировано и изготовлено 23233 ед. специального оснащения (калибры, штампы, инструменты и др.). Все это обеспечило массовый, 220 тыс. шт. в год, выпуск современного, конкурентоспособного автомобиля ВАЗ-2110 и таких его модификаций, как ВАЗ-2111 и ВАЗ-2112.
Таковы общие решения и результаты их реализации. Они состояли, естественно, из более частных решений, осуществленных в конкретных производствах.
Так, в механосборочном производстве решено несколько принципиально новых задач. Прежде всего — задача упрочнения и повышения износостойкости кулачков распределительных валов двигателей: впервые в России применен способ электродугового поверхностного переплава неплавящимся электродом всей поверхности кулачков (отбел); в технологический поток изготовления этих валов внедрена технология плавки, модифицирования и литья заготовок из чугуна не с шаровидной, а вермикулярной формой графита. В результате значительно увеличен ресурс двигателя и улучшены эксплуатационные характеристики автомобиля. Одновременно снизился расход дорогостоящих лигатур, применяемых для получения высокопрочных чугунов, а следовательно, и затраты на изготовление литых заготовок распределительных валов.
Очень интересны также нововведения в технологические процессы изготовления заготовок деталей шарниров равных угловых скоростей. Вместо ранее применявшейся технологии, при которой заготовки обоймы внутреннего шарнира для автомобилей семейства ВАЗ-2108 изготовляли методом полугорячей штамповки на однопозиционном гидравлическом прессе и требовались дополнительные операции по выполнению внутреннего отверстия, в настоящее время заготовки обойм и наружного, и внутреннего шарниров делают с помощью четырехпозиционного автоматического механического пресса, позволяющего выполнять такие отверстия с небольшим припуском, т. е. ограничиться одной дополнительной операцией шлифования. Благодаря этому трудоемкость получения заготовок снизилась в 3 раза, расход металла — на 12 %.
Изменения произошли и в технологии изготовления заготовок корпуса внутреннего шарнира равных угловых скоростей. Если в случае автомобилей семейства ВАЗ-2108 такие заготовки получали на основе метода холодного выдавливания на однопозиционном прессе, что требовало нескольких промежуточных операций отжига и фосфатирования, то теперь — методом комбинированной (полугорячая штамповка плюс холодная калибровка) штамповки на автоматическом пятипозиционном прессе. Итог: трудоемкость изготовления заготовок снизилась в 2 раза (вместо 3,5 мин — 1,7 мин на комплект); исключены промежуточные химические и термические операции, что заметно улучшило экологические показатели производства.
При разработке и реализации проекта ВАЗ-2110 выполнена коренная реконструкция механосборочного производства. Причем ряд работ, особенно связанных с совершенствованием технологии изготовления деталей и узлов силовых агрегатов и шасси автомобилей, по своему характеру уникальны.
В числе таких работ — мероприятия по повышению гибкости производства и методов обработки. Основное содержание этих мероприятий — увеличение удельного веса оборудования с числовым программным управлением в технологических потоках механообработки деталей, сварки подузлов и узлов. В настоящее время в системе производства автомобилей семейства ВАЗ-2110 доля станков с ЧПУ составляет 43 %, в том числе в токарной обработке — 31, зубообработке — 30, шлифовании — 100, сварке — 13 % (программируемые роботы в технологических процессах производства рычагов задней подвески и поперечины подвески двигателя). Внедрена программируемая правка валов двигателя и трансмиссии.
Уникальны и многие другие, внедренные в механическое производство нововведения. Например, разработанные специалистами научно-производственной лаборатории ВАЗа и Тольяттинского политехнического института 140 ед. автоматических средств активного контроля размеров на операциях шлифования, выполняемых на оборудовании, которое поставлено станкостроительными заводами России и других стран СНГ; 32 ед. микропроцессорных систем (мод. ИСЛ9231) послеоперационного контроля размерных параметров поршня, коленчатого вала двигателей ВАЗ-2110 и ВАЗ-2112, шестерни реечного рулевого механизма, обоймы наружного шарнира привода передних колес, вторичного вала коробки передач, позволяющих операторам-контролерам не только выполнять традиционные функции, но и проводить статистический анализ качества обработки.
Второй пример — повышение уровня автоматизации технологических потоков с помощью автоматического межоперационного транспорта (гравитационного, приводного с фрикционными роликами, цепного, шагового и др.), разработанного и изготовленного в механосборочном производстве ВАЗа.
Достаточно сказать, что 69 % технологического обрабатывающего оборудования, задействованного при изготовлении автомобилей семейства ВАЗ-2110, уже связаны между собой именно автоматическим межоперационным транспортом.
Общий фон прогрессивных изменений складывается, естественно, из изменений частных. Наглядный пример технологий изготовления шестерен коробки передач: зубья данных шестерен окончательно обрабатываются не после, а до термообработки. Причем с коррекцией их параметров с учетом последующей деформации при термообработке. Обработка ведется в несколько этапов.
Первый этап — получение базовых поверхностей (отверстие и торец) под зубообработку. В случае коробок передач автомобилей семейства ВАЗ-2101 на нем предусматривалось, что в ходе предварительной токарной обработки выполняется протягивание базового отверстия с допуском 20 мк, а затем на его базе — чистовая подрезка торца с биением 30 мк. В случае коробки передач семейства автомобилей ВАЗ-2110 после предварительной токарной обработки — шлифование за одну установку базового отверстия с допуском 20 и биением торца 15 мк. Кроме того, открытые венцы предварительно обрабатываются зубофрезерованием на неразжимных оправках по две детали, обработка ведется одно—трехзаходными фрезами класса А; закрытые венцы — зубодолблением долбяками класса А, с базированием в самоцентрирующих клиноплунжерных патронах типа "Тоблер" по одной детали; охлаждение в обоих случаях — маслом.
Второй этап — финишная обработка зуба. Проводится диагональным или врезным шевингованием с припуском по толщине зуба 80 мк и использованием базовых поверхностей предварительной зубообработки на неразжимных оправках шеверами, разработанными на ВАЗе. Класс ее качества — 6—7; охлаждение — маслом.
Третий этап — термическая обработка шестерен. Для шестерен, изготовленных из стали 20ХГНМ, — это нитроцементация на глубину 0,6 ± 0,1 мм и закалка в масле в одном агрегате на твердость более 58 НКС. Чтобы исключить забоины зуба, транспортировку и термообработку выполняют в одной и той же хромоникелевой таре, т. е. без перекладки.
Четвертый этап — получение конструкторских баз шестерни после термообработки. Обеспечивается за одну установку шлифованием отверстия с допуском 20 и биением торца 25—30 мк. Выполняется в самоцентрирующем мембранном патроне с базой по окончательно выполненному зубчатому венцу.
Для того чтобы получить стабильное качество обработки, специальная группа наладчиков шевинговального оборудования ежедневно контролирует отдельные образцы изделий на предмет определения величины их деформации при термической обработке с учетом партии металла, из которого выполнены эти образцы, и вносит в программу изготовления сырой детали соответствующие поправки (переточка шеверов и подналадка шевинговальных станков). Кроме того, 100 % готовых шестерен проверяют на контрольных полуавтоматах методом двухпрофильного зацепления с эталонной шестерней. Некондиционные по зубчатому зацеплению шестерни дополнительно проверяют на шум и стук на шумоконтрольных стендах, забоины зачищают бормашинами. Наконец, собранные коробки передач проходят 100 %-й контроль на шум при комплексном испытании на стендах.
Примерно та же картина и с рейкой рулевого механизма автомобиля. В связи с тем что зубчатая часть рейки у автомобиля ВАЗ-2110 имеет переменный по длине шаг, который обеспечить традиционными способами невозможно, ее получают холодной штамповкой методом обкатки на специальном гидравлическом прессе (мод. Т630) фирмы "Шмид". Для этого заготовку сначала подвергают сфероидизирующему отжигу, затем — холодной пластической деформации между матрицей и пуансоном, причем пуансон выполняет качательные движения, как бы "раскатывая" деталь по матрице. Благодаря чему появляется возможность за одну операцию получать деталь более высокой готовности.
Следующая операция — индукционная закалка зубьев рейки на глубине до 2,5 мм. Она повышает конструктивные прочность и износостойкость зубьев, выполненных из углеродистой стали 50.
Качество зубчатого профиля проверяют на специальном приборе фирмы "Цанрадфабрик" методом двухпрофильного зацепления с эталонной шестерней.
Еще одно из частных решений — процесс плазменно-порошковой наплавки выпускных клапанов двигателей. Дело в том, что двигатели автомобилей рассматриваемого семейства — с более высокой, чем у семейства ВАЗ-2101, степенью сжатия и, следовательно, повышенной температурой в камере сгорания. Чтобы обеспечить им нормальный ресурс, их клапаны пришлось наплавлять сплавом на основе кобальта, а не хромоникелевым сплавом ЭП616А, как делалось на двигателях семейства ВАЗ-2101. Такой переход потребовал проведения специальных исследований, создания на их основе специализированного автоматического оборудования. И надо сказать, эта задача была решена: найден ряд оригинальных решений, защищенных четырьмя патентами РФ. Технология плазменно-порошковой наплавки рассчитана на всю программу сборки 16-клапанных двигателей ВАЗ-2112. Полученный опыт используется при разработке новых моделей двигателей ВАЗ и может быть рекомендован к применению другими двигателестроительными заводами России.
Несомненный интерес представляет и такое решение, как автоматический комплекс дуговой сварки рычагов задней подвески с сопряжением свариваемых деталей под усилием, что обеспечило зазор в их соединении, равный 0,3—0,5 мм, и соответственно гарантированную циклическую долговечность сварного соединения свыше 150 тыс. циклов.
С целью повышения качества сопряжении шатуна и поршня с поршневым пальцем, поршня с блоком цилиндров, синхронизации с ними групп шатуна по массе и в связи с возросшим объемом селективной сборки шатунно-поршневой группы ДВС специалисты ВАЗа разработали технологию автоматизированной сборки ШПГ. Повышен уровень автоматизации сборочных работ на двигателях: сейчас эти работы выполняются на автоматизированных спутниковых линиях, в составе которых 54 % позиций — автоматические и 18 % — полуавтоматические. За счет достигнутой гибкости один и тот же автоматизированный комплекс обеспечивает сборку как восьми-, так и 16-клапанной головок блока цилиндров и общую сборку двигателей. В новом комплексе автоматизированы нанесение жидкой прокладки в соединении головки цилиндров и корпуса подшипников распределительного вала, клапанной крышки головки цилиндров, подача, ориентация и размерное завинчивание шпилек, установка и крепление маховика к коленчатому валу; внедрена программируемая затяжка болтов крепления головки цилиндров к блоку в зависимости от типа собираемого двигателя; задействовано автоматическое завинчивание свечей зажигания и болтов крепления кронштейнов подвески и генератора; контролируется с помощью лазера установка тарелки и сухарей клапана. Контролируется на линии сборки двигателя также величина момента проворачивания коленчатого вала после установки шатунно-поршневой группы.
По разработанной механосборочным производством технологии реализован проект комплекса автоматического испытания двигателей. Он включает шесть стендов холодного испытания и 20 стендов — горячего. И те и другие испытания выполняются под нагрузкой, с контролем крутящего момента, мощности, расхода топлива и картерных газов, диагностированием компонентов электронной системы управления впрыскиванием топлива и статистическим анализом данных. Результат — снижение возврата дефектных двигателей. Так, если в 1995 г. он составлял 0,11 %, в 1998 г. - 0,083 %, то в 2000 г. — лишь 0,043 %.
При подготовке к выпуску автомобилей семейства ВАЗ-2110 на производственных площадях Волжского автозавода (около 50 тыс. м2) создано новое отдельное производство пластмассовых изделий, оснащенное современным оборудованием и ориентированное на изготовление высококачественных крупных деталей интерьера и экстерьера — бамперов сборной конструкции, обивки салона и панелей приборов.
Бамперы изготовляются методом литья под давлением, оборудование — термопластавтоматы с усилием смыкания 31,4 тыс. кН (3,2 тыс. те), материал — ударопрочная морозостойкая композиция полипропилена. Бампер и балка жесткости соединяются вибросваркой с последующей поверхностной окраской.
Метод изготовления обивки дверей — термоформование из листа древеснонаполненного полипропилена с одновременным дублированием отечественными термоформуемыми облицовочными материалами (варианты "люкс" — искусственная кожа плюс бархат, "норма" — искусственная кожа плюс велюр, "стандарт" — искусственная кожа плюс "дентвид").
Панель приборов представляет собой крупногабаритую деталь, изготовленную методом литья под давлением (материал — АБС/ПК, оборудование — термопластавтоматы с усилием смыкания 29,4 тыс. кН, или 3 тыс. те) и накладка, состоящую из металлического каркаса, полиуретановой пены и декоративной пленки АБС/ПВХ.
Резко изменилось сборочно-кузовное производство, особенно комплекс сварки кузова. Он стал современным, оснащенным автоматическим оборудованием и гибким, т. е. позволяющим сваривать кузова всех моделей и модификаций семейства ВАЗ-2110, запускаемых в технологическую цепь в произвольном порядке (система "пих"). Надо сказать, и сам кузов сейчас более приспособлен к автоматической сварке: в базовой его модели всего 370 штампованных деталей, сваренных в 4510 точках, тогда как на автомобиле ВАЗ-2106 было 536 таких деталей и 7296 точек. Отсюда и уровни автоматизации сварки: на ВАЗ-2106 — 42 %, на ВАЗ-2110 — 100 %. Соответственно снизились трудоемкость изготовления кузова ВАЗ-2110, по сравнению с трудоемкостью кузова ВАЗ-2106, — с 10 до 8 ч, затраты — на 654 руб. в расчете на один кузов.
Внедрены следующие новые технологии сборки и испытаний автомобилей. Так, неподвижные стекла автомобилей теперь не крепятся через резиновый уплотнитель, а приклеиваются к проемам с помощью специального клея. Все операции выполняют роботы.
Вклеенные стекла решили несколько задач: сократили трудоемкость операции, существенно повысили жесткость кузова, снизили коэффициент аэродинамического сопротивления автомобиля, обеспечили выполнение международных требований по удержанию лобового стекла в проеме кузова при лобовом столкновении на скорости 56 км/ч.
Для регулировки схождения передних колес и света фар, т. е. последних операций технологического процесса сборки автомобиля, специалистами ВАЗа разработана принципиально новая технология. Ее основа — лазерный стенд, который обеспечил идентификацию и прослеживаемость измерений, возможность управления качеством сборочных и регулировочных работ, улучшил условия труда и безопасности.
Технология послесборочного испытания автомобилей семейства ВАЗ-2110 — также новая, использующая современный диагностический роликовый стенд, который оборудован шумоизоляционной кабиной и системой автоматического пожаротушения. Стенд в автоматическом режиме проверяет функционирование электронного блока управления системой снижения токсичности, отработавших газов, тормоза (разброс усилий на колесах); имеет устройства для быстрого подключения к диагностическому разъему бортового блока управления. Исходную информацию (идентификационный номер автомобиля, номер шасси, личный номер, тип системы впрыскивания топлива, тип контроллера ЭСУД) в компьютер стенда можно вводить как вручную, так и автоматически (через устройство считывания штрихкодов). Предусмотрено документирование результатов испытаний.
Таким образом, не будет преувеличением сказать, что производство семейства автомобилей ВАЗ-2110 и организационно, и технологически стоит на уровне современных зарубежных аналогов. Другими словами, ВАЗ располагает главным из того, что необходимо для резкого повышения качества выпускаемой продукции и повышения ее конкурентоспособности как на внутреннем, так и внешнем рынках. Причем за счет не только цены, но и соотношения "цена—качество".
Рекомендуемый контент