2022

應對未來汽車零部件制造行業(yè)變化的精密加工技術

京都工藝纖維大學

太田 稔

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

　　首先，文中對汽車動力總成部件的加工技術進行了展望，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的加工技術進行了說明。并且通過介紹磨削加工技術來作為對應零部件制造行業(yè)變化的具體示例。

　　一、汽車動力總成部件加工技術的展望

　　作為今后汽車動力發(fā)展的路線，內(nèi)燃機時代什么時候結束，EV的發(fā)展前景，業(yè)界已經(jīng)出現(xiàn)各種各樣的預測。這里，通過比較近期的汽車銷售數(shù)據(jù)來進行預測。

　　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，預計到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)燃機減少到40%，EV會急速發(fā)展。另外，在日本國內(nèi)的其他報告中，也提及到汽車動力多樣化的預測，預計Society 5.0社會，混合動力車的占比約為35%，內(nèi)燃機約為50%。不管怎么說，EV的迅速發(fā)展是很明顯的。為了應對這樣的狀況，制造技術·加工技術戰(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)相對應制造技術的應有狀態(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”、“進化” 等原因，制造技術的對應方法會有很大的變化。

　　根據(jù)動力傳動技術的變化，可以更快捷地捕捉到加工需求，明確對應的加工技術。因此，我們從日本汽車工程學會的技術路線圖2018中提取了技術關鍵詞，對與之相對應的加工技術進行了整理。本章針對當前比較主流的 “內(nèi)燃機+變速器系統(tǒng)” 的技術課題和相應的加工技術進行了說明。內(nèi)燃機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的開發(fā)上下功夫。在進一步輕量化的同時，需要與燃料的多樣化相對應的技術。表 1示出了與這些技術對應的加工需求和加工技術的示例。

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

　　在日本汽車工程學會的技術路線圖中，作為未來的新型動力領域，馬達、電力電子、蓄電(二次電池)、燃料電池、無線供電等技術都成為一個個的課題被列舉出來。從這些課題中提取技術關鍵詞，結合加工需求和加工技術的示例進行了討論。此外，還提取了電機、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，作為重要的加工技術進行了研討。

　　表3所示為對應于電動系統(tǒng)的主要元件的加工技術的示例。電動系統(tǒng)的主要部件不需要像內(nèi)燃機、變速器等部件需要復雜的形狀和多個加工工序。結構相對簡單，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鍵的問題和特征。如果將加工需求融入加工技術中，作為關鍵詞其實并沒有太大的區(qū)別，但是加工技術的內(nèi)容是大不相同的。

　　三、零部件變化相關的磨削加工技術的示例

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

　　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是主要的磨削加工需求。要求的是與內(nèi)燃機和變速器系統(tǒng)的磨削加工完全不同的磨削加工技術。

　　此外，表4還顯示了除馬達和二次電池等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矩陣整理的結果。在圖中，還展示了在EV汽車中十分重要的輕量化技術，為了應對作為加工對象的零部件的變化和多樣化，磨削加工基盤技術貫穿其中，展示了為了對應部件變化的磨削技術對應方法的示例。

　　在從內(nèi)燃機+變速器系統(tǒng)向電動系統(tǒng)轉變的過程中，考慮到加工技術的對應，我認為將上述基礎技術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的技術開發(fā)的進化過程。從發(fā)動機和變速器的高能率磨削技術發(fā)展為鏡面磨削技術，用于對應零部件的變化，使之進化為鉆石和 SiC的高速磨削·高速固定磨砂粒研磨。在預測對象部件變化的前提下，以基礎技術為核心的技術戰(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的技術開發(fā)的進化過程。從發(fā)動機和變速器的高能率磨削技術發(fā)展為鏡面磨削技術，用于對應零部件的變化，使之進化為鉆石和 SiC的高速磨削·高速固定磨砂粒研磨。在預測對象部件變化的前提下，以基礎技術為核心的技術戰(zhàn)略是很重要的。

　　雖然很難預測內(nèi)燃機+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，但目前確實已經(jīng)到了將兩種加工需求混合在一起的多樣化時代。作為對應多樣化的加工需求和生產(chǎn)系統(tǒng)進化的一個解決方案，可以考慮活用超砥粒輪。如圖5中，展示了與EV相對應的磨削加工技術的示例。隨著市場對EV汽車需求的擴大，企業(yè)為了提高競爭力，需要以掌握有競爭力的技術為目標，進行明確的、具有高目標的應用技術的開發(fā)，活用融合了IoT和AI的ICT磨削加工技術。讓我們一起期待不拘泥于以往概念的新構思的磨削加工技術的出現(xiàn)。