文／周建虎 · 同济大学机械与能源工程学院，浙江吉利动力总成研究院
卜王辉 · 同济大学机械与能源工程学院
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本文以某公司的1.8T 发动机曲轴链轮为研究对象，通过结构分析和成本分析，最终开发出一套以冷锻工艺为主的低成本曲轴链轮工艺，替代原型机的插齿工艺，实现技术达标和成本降低20%的目标。
曲轴链轮结构和成本分析曲轴链轮结构分析
某公司的1.8T 涡轮增压发动机是借鉴德国EAXXX 原型机进行逆向开发的，该曲轴链轮如图1所示，属于一端凸台，另外一端三排圆柱齿的异形结构。由于齿面不贯穿，无法采用滚齿法加工。结合图纸要求表面硬度最小为57HRC，而传统的粉末冶金曲轴链轮硬度只能达到30～45HRC，无法采用粉末冶金工艺。综合零件的结构和硬度要求，推断德国原型机的曲轴链轮采用插齿工艺生产。
图1 曲轴链轮
曲轴链轮成本分析
根据上述的曲轴链轮结构分析，原型机曲轴链轮采用插齿工艺生产，梳理德国原型机的曲轴链轮初始生产工艺如图2 所示。
图2 初始生产工艺
再根据制造业的生产成本经验值，对原型机曲轴链轮的成本进行分析，如表1 所示，成本中占比前三的项目分别是插齿、材料费用、管理费和利润。
曲轴链轮降本目标分解
从表1 可以看出德国原型机曲轴链轮的成本价格为25.7 元，而该1.8T 项目的成本目标是较原型机降低20%，即20.56 元。表1 中成本排名前三项分别是插齿、材料、管理费和利润，合计占比达61.56%，其中管理费和利润这个项目一般是产品单价的12%，且随着产品单价的降低而降低，所以降本重点是降材料和插齿费用。由此我们想到引入冷锻工艺，根据金属材料的塑性变形原理，在金属再结晶温度下，利用模具压制成形齿面，省去齿面加工工序，同时可以节约材料。
表1 曲轴链轮成本构成
根据成本降低20%后的目标价格20.56 元，结合冷锻工艺的实际经验成本，降本目标分解如下：
⑴材料费：冷挤压所用材料为插齿工艺所用材料的65%，冷挤压材料费用为7.35×65%=4.77元。
⑵管理费和利润：按照产品单价的12%，所以目标为20.56×12%=2.46 元。
⑶插齿降低费用：由于引入冷锻成形齿面，插齿费为0，但增加了模具压机分摊费用、材料前处理费用。基于其他工序费用不变的前提，为满足20.56元的目标价格，齿面加工费用需要控制到20.56-2.46-4.77-9.48=3.85 元。
建立冷锻工艺曲轴链轮的初始成本目标结构如表2 所示。
表2 冷锻工艺曲轴链轮的初始成本目标结构
