應對未來汽車零部件制造行業變化的精密加工技術

京都工藝纖維大學

太田 稔

　　對于汽車產業來說，如何應對地球環境問題和新的網絡社會是當前的緊迫課題。今后的汽車產業也被稱為CASE(Connected、Autonomous、Shared&Service、Electric)時代。現在正處于汽車產業發生巨大變化的時期，人們追求 “抓住”、“復蘇”、“創造” 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展的路線，內燃機時代什么時候結束，EV的發展前景，業界已經出現各種各樣的預測。這里，通過比較近期的汽車銷售數據來進行預測。

　　首先，圖1為彭博(Bloomberg NEF )新聞2020年發布的數據，從圖中可以看出，預計到2040年，EV汽車(含FCV)占全球新車銷量的比重將提高至60%，內燃機減少到40%，EV會急速發展。另外，在日本國內的其他報告中，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%，內燃機約為50%。不管怎么說，EV的迅速發展是很明顯的。為了應對這樣的狀況，制造技術·加工技術戰略成為重要的課題。圖 2中展示了與不斷變化的汽車產業相對應制造技術的應有狀態。對于至今為止制造汽車零部件的企業來說，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 “內燃機+變速器系統” 的技術課題和相應的加工技術進行了說明。內燃機為了追求更高的熱效率，需要在燃燒系統的革新和熱管理技術的開發上下功夫。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，可以被稱為現狀的 “延長線”。也就是說，對于 “進化” 部件的對應，現有廠商來說可以進行一定程度的優勢戰。這些廠商需要制定相應的戰略，在優勢戰期間，針對零部件的 “改變” 進行投資和前期準備工作。現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的主要元件的加工技術的示例。電動系統的主要部件不需要像內燃機、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別，但是加工技術的內容是大不相同的。

　　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的制造過程中產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。要求的是與內燃機和變速器系統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。

　　在從內燃機+變速器系統向電動系統轉變的過程中，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的進化過程。從發動機和變速器的高能率磨削技術發展為鏡面磨削技術，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的進化過程。從發動機和變速器的高能率磨削技術發展為鏡面磨削技術，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略是很重要的。

　　雖然很難預測內燃機+變速器系統能維持到什么程度，電動系統能顯示出多大的能量，但目前確實已經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系統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，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。