隨著生產(chǎn)基地在全球的拓展，日本承擔(dān)的職能越來越多，包括通過研發(fā)維持技術(shù)優(yōu)勢等等。小松（KOMATSU）強(qiáng)化了位于日本主力工廠之一的大阪工廠廠區(qū)內(nèi)的生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)中心職能。借該中心新建實(shí)驗(yàn)樓之機(jī)，小松向新聞媒體公開了研發(fā)中心的概要和研究成果（圖1）。
圖1：小松生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)中心的實(shí)驗(yàn)樓
樓層全景。噴涂、焊接、切削加工等實(shí)驗(yàn)設(shè)備一字排開。
公開的成果包括［1］以舊部件再利用為目的電弧噴涂技術(shù)、［2］使用大電流的高效焊接技術(shù)、［3］活用3D打印機(jī)、［4］利用大屏幕立體顯示探討設(shè)計(jì)生產(chǎn)細(xì)節(jié)的VR室、［5］在切削加工等環(huán)節(jié)活用模擬等。
修復(fù)0.5～1mm左右的磨損
其中，用于舊部件再利用的電弧噴涂技術(shù)的作用是，將建筑機(jī)械因工作而磨損的部件修復(fù)到原來的尺寸，像新品一樣再次投入使用�？捎糜诎l(fā)動機(jī)組用金屬軸承、橋殼（內(nèi)置減速器和差動齒輪的部件）的軸承裝配部分等。該技術(shù)可修復(fù)0.5～1mm左右的磨損。
這種電弧噴涂技術(shù)是將鎳鋁合金和不銹鋼等噴涂在部件上、使磨損部位增厚的方法（圖2）。噴涂使用線狀材料，在2條線材之間加載高電壓，就會引發(fā)電弧放電。當(dāng)線材在電弧放電中熔化后，利用壓縮空氣將其吹送至工件，在工件表面形成覆膜（圖3）。首先噴涂與工件附著性強(qiáng)的打底材料，然后再噴涂能夠確保部件表面硬度的材料。
圖2：以舊部件再利用為目的尺寸修復(fù)技術(shù)
噴涂鎳鋁合金、不銹鋼等材料，形成0.5～1mm的較厚涂層。
噴涂鎳鋁合金、不銹鋼等材料，形成0.5～1mm的較厚涂層。
圖3：噴涂示意圖
噴涂的材料采用線材，通過放電使其熔化后，利用壓縮空氣噴涂。
噴涂的材料采用線材，通過放電使其熔化后，利用壓縮空氣噴涂。
為了達(dá)到實(shí)用水平，“對于使用什么材料、能夠延長多少壽命進(jìn)行評價(jià)的技術(shù)也同樣重要”（小松）。因此，該公司還開發(fā)出了對涂層的附著性、硬度、強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度（是否容易出現(xiàn)凹陷）等進(jìn)行評價(jià)的方法。
小松已開始開展對舊部件進(jìn)行再利用，作為“CR（Certified Remanufacturing）單元”進(jìn)行銷售的“再制造業(yè)務(wù)”，電弧噴涂技術(shù)的定位就是支撐該業(yè)務(wù)的技術(shù)。再生部件不僅可以重新利用原材料，與制造新品相比，還可以大幅減少二氧化碳排放量。對于客戶正在使用的建筑機(jī)械，通過將換下來的部件再利用，還能縮短檢修需要的停工時(shí)間。
利用3D打印機(jī)觀察內(nèi)部進(jìn)行試制
小松還公開了生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)中心利用3D打印機(jī)的情況。有代表性的例子是使用半透明樹脂，通過光固化快速成型的方式制作橋殼（圖4）。橋殼的實(shí)物是鑄件，內(nèi)部包含齒輪等機(jī)構(gòu)。如果變速箱油沒有充分浸潤，會出現(xiàn)燒結(jié)現(xiàn)象。因此，了解變速箱油的情況非常重要，但在過去，很難用肉眼對此進(jìn)行觀察。而使用3D打印機(jī)制作出半透明部件后，只要加入模擬變速箱油的液體，即可一邊改變機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)數(shù)，一邊觀察變速箱油的情況。
圖4：使用3D掃描儀和3D打印機(jī)制作的、橋殼的實(shí)物大小半透明模型
從外部可以觀察到工作時(shí)潤滑油在內(nèi)部的情況。
從外部可以觀察到工作時(shí)潤滑油在內(nèi)部的情況。
成型用數(shù)據(jù)是使用3D掃描儀（德國GOM公司的“ATOS”）掃描實(shí)物得到的。以掃描得到的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用3D Systems公司的3D打印機(jī)“iPro8000”，以100μm的積層厚度成型。
模擬使效率增至10倍
在切削加工等工藝中活用模擬技術(shù)獲得了加工效率增至10倍的效果。其中之一是對使用容易發(fā)生抖振（振動）的長刀具的銑削加工進(jìn)行模擬。
例如，大阪工廠在制造建筑機(jī)械時(shí)，有一道工序是使用直徑50mm、長345mm的長刀具對鋼材（SS400）進(jìn)行銑削加工。刀具在這樣的加工中容易發(fā)生抖振，過去只能由工人根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定加工的條件。要想通過慢慢加大、加快切削條件（工具轉(zhuǎn)數(shù)、進(jìn)給速度、切削量）的方式提高效率，就會發(fā)生抖振。
但模擬的結(jié)果顯示，當(dāng)切削速度為1.7倍、進(jìn)給速度為2.9倍、切削量為3倍時(shí)，刀具不會發(fā)生抖振。如此一來，切削1分鐘的去除量從11cm3/分鐘大幅增加到了111cm3/分鐘。
對于車床加工，小松通過模擬切屑情況等方式進(jìn)行調(diào)查，成功提高了效率。某個(gè)車床加工工序會產(chǎn)生連成長條的切屑，在加工后需要人工清除。在清除時(shí)，機(jī)器必須停下來，成了效率低下的一個(gè)原因。小松利用一個(gè)基于3D切削模擬軟件（美國Third Wave Systems公司的“AdvantEdge”的系統(tǒng)對此進(jìn)行了模擬，結(jié)果顯示，只要把刀具的進(jìn)給速度提高到過去的3倍左右，就能得到細(xì)碎的切屑*4。這樣就避免了手工清除切屑的麻煩。
除此之外，小松還介紹了對鑄鍛造進(jìn)行模擬的舉措。在鑄造方面利用計(jì)算機(jī)模擬來分析熔化金屬的夾砂、冷卻時(shí)的變形等。在鍛造方面則是為了減少毛刺，提高材料的成品率而進(jìn)行模擬。
1019次
