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上海海洋大学2009级车辆设计及理论论文 先进制造技术在汽车生产中的应用上海海洋大学车辆设计及理论（论文）题 目：先进制造技术在汽车生产中的应用系 ：工程学院专 业：机械设计制造及其自动化班 级：09级机制2班学 生：学 号：0922202指导教师：王永鼎 职称：教授目 录摘要 2关键词 2前言 31 汽车排放污染物 41.1 我国汽车制造业现状 42 先进制造技术及其在汽车生产中的应用 42.1 锻造技术及其在汽车生产中的应用 42.2 铸造技术及其在汽车生产中的应用 62.3 冲压技术及其在汽车生产中的应用 7 2.3.1 冲压技术的类型7 2.3.2 冲压设备在汽车生产中的应用7 2.4 焊接技术及其在汽车生产中的应用 8 2.4.1 焊接方法在汽车零部件中的应用 9 2.4.2 汽车工业中焊接新技术的应用 103 结论 11 谢辞 12参考文献 13摘要及关键词摘要：论述了当今汽车制造业的现状及其发展趋势。粗略介绍了先进制造技术所包含的内容，介绍了冲压、焊接、锻造、铸造先进制造技术在汽车生产中的应用，其中重点介绍了冲压与焊接两种先进制造技术在汽车生产中的应用，补充介绍了与冲压技术有关的设备，并在其中阐述了各类先进制造技术在汽车生产中的应用趋势。对相关制造设备业的发展提出了建议。关键词：汽车生产；发展趋势；先进制造；技术应用 Abstract and keywordsAbstract: Discussed the situation and development trend of todays automotive industry. Roughly describes the content contained in the advanced manufacturing technology, introduces the stamping, welding, forging, casting, advanced manufacturing technology in automobile production, which focuses on the application of stamping and welding of two advanced manufacturing technology in automobile production, supplementary and stamping technology-related equipment, and which describes the various types of advanced manufacturing technology application trends in automobile production. Made recommendations on the development of the manufacturing equipment industry.Key words: Automobile production; trends; advanced manufacturing; technology前言汽车制造业是一个庞大的社会经济系统工程，不同于普通产品，汽车产品是一个高度综合的最终产品，需要组织专业化协作的社会化大生产，需要相关工业产品与之配套。长期以来，汽车制造业作为国家重点投资和发展的产业，虽然取得了一定的成绩，但是与世界汽车工业先进国家相比还有很大差距。我国的汽车工业尚属幼稚产业，国际竞争力不足，随着经济全球化，汽车工业必须面对国际与国内广泛领域的挑战。通过对近十几年来各国竞争力消长原因的分析，一度被视为“夕阳工业”的传统制造业，其作用和地位又重新被人们所重视。同时，随着计算机技术、信息技术、自动化技术在制造业中的广泛应用，它们与传统制造技术相结合而形成的先进制造技术发展迅速，应用越来越广泛。所谓先进制造技术，是指集机械工程技术、电子技术、自动化技术、信息技术等多种技术为一体，用于制造产品的技术、设备和系统的总称，主要包括计算机辅助设计、计算机辅助制造、集成制造系统等1。本文的目的在于分析先进制造技术（锻造、冲压、铸造、焊接等）在汽车生产中的应用，并通过与发达国家先进制造技术的对比，使我们进一步了解我国先进制造技术的现状及发展趋势。1 国内汽车制造业的现状及发展趋势1.1 我国汽车制造业现状（1）产品水平低，产品开发能力不足。 缺乏有经验的、掌握先进技术的人才。 基础研究不够，资料、经验积累不够。 开发、试验设备少，种类不全。（2）产业组织结构不合理，未形成规模效益。“散、乱、差”问题是中国汽车工业发展中长期没有完全解决的问题。（3）零部件工业落后于整车发展。 缺乏专业的、掌握先进技术的零部件开发制造人才。 从我国汽车工业的总体到生产线等各层次均未达到各自的规模经济水平。 各企业分头引进不同国家的同类车型，汽车整车未达到规模经济要求，而且零部件还没有实现国际上通行的通用化、系列化和标准化。（4）零部件配套上的地方保护主义，也严重影响了零部件经济规模的形成。综上可知，目前要解决我国汽车制造业所面临的种种挑战，我们就必须顺应世界汽车产业的发展趋势，而顺应这种趋势的主要方法就是将我国先进制造技术同国际接轨，并应用于汽车生产中。2 先进制造技术及其在汽车生产中的应用先进制造技术主要包括锻造技术、冲压技术、铸造技术、焊接技术、机械加工与热处理技术。本章主要介绍锻造、冲压、铸造、焊接这四种先进制造技术在汽车生产中的应用。2.1 锻造技术及其在汽车生产中的应用锻造是利用锻造设备使金属毛坯发生塑性变形从而获得具有一定形状和尺寸的金属锻件的技术。锻造采用塑性成形的方法，保留了较完好的金属流线。（1）冷锻成形是一种先进的锻造技术，冷锻产品性能好，可达到净成形标准。在汽车锻造这个需要大批量生产的行业来说，冷锻具有生产成本低、工序少、节约材料和能源，坯件不需要加热，甚至不需后续机械加工和热处理等优点。对于一些变形阻力大的锻件，可采用温锻技术，既降低了冷锻会遇到的变形阻力太大的问题，又避免了很多后续加工。汽车大量采用了铝合金来制造零部件，铝合金重量轻、比强度高、加工容易、美观且适于做各种表面处理。如就铝轮毂来说，锻造的铝轮毂有几个优点：机械性能高于铸造铝轮毂，因为锻造保留了完整的金属流线、结构密实、晶粒细小；质量可比铸铝轮毂轻20%以上；散热性好，所以制动系统更安全，使用寿命长；轮毂圆度好，轮胎更耐用。（2）热模锻压力机的特点之一是：刚度高、抗偏载能力强（偏心轴双点支撑连杆偏心销结构），特别适合多工位锻造（可以安排4-6个工位）、易于实现自动化和大批量生产，其锻件精度通常可以达到精密级；特点之二是：在传统压力机单速曲轴连杆机构的基础上发展双速执行机构，其在下死点的平均速度是单速执行机构的2倍，可有效减少负载热接触时间，提高模具寿命；特点之三是：具有油分子剪切式（湿式）离合器/制动器技术，可实现高频次结合与脱开，显著改善了散热效果，提高动作反应时间，能满足多工位锻造压力机高效生产的要求。如图2-1和图2-2所示，需要多工位锻造成形的汽车连杆和工程车辆链轨节，即是典型的热模锻压力机锻造工艺。图2-1 热模锻压力机的连杆锻造工序 图2-2 热模锻压力机的工程车辆链轨节锻造工序（3）精冲工艺广泛应用于汽车零件锻造领域。其中汽车用精冲件占全部应用领域的50以上，汽车几大部件系统中有70多种100余个精冲件。精冲件的使用替代了许多铸锻件、机械加工件和普通冲压件，大大降低了制造成本，提高了机器的可靠性和安全性。进入本世纪后我国汽车产量迅速增长，精冲技术日益受到重视，目前我国有50多家企业从事精冲业务，精冲专业厂也已经形成。图2-3 汽车各大系统中有70多种100余个精冲件2.2 铸造技术及其在汽车生产中的应用铸造是通过将金属熔炼至熔融状态，浇注入预先制定好形状的铸型模具中，冷却凝固后获得具有一定形状、尺寸的金属制品的成型方法。在汽车制造工业中，铸造工艺用于生产发动机、离合器盖等部件。铸造在我国汽车生产中的应用主要有以下几种：（1）低压铸造是利用气压或电磁力使金属液沿管道进入型腔中实现充型的。铝合金气缸体、气缸盖压铸成形技术。铝合金是汽车上应用最快和最广的轻金属，因为铝合金本身的性能已经达到质量轻、强度高、耐腐蚀的要求。最初，铝合金仅用于一些不受冲击的部件。后来，通过强化合金元素，铝合金的强度大大提高，由于质轻、散热性好等特性，可以满足发动机活塞、气缸体、气缸盖在恶劣环境下工作的要求。铝合金气缸体、气缸盖压铸成形核心技术可以提高净化、精炼、细化、变质等材质质量控制，使得铝铸件质量达到一致性和稳定性。（2）金属型铸造(Permanent Mold Casting)也称为硬模铸造或永久型铸造。它不同于砂型铸造使用型砂作为铸模，而是使用金属作为模具，将金属液浇入金属铸型获得铸件的铸造方法。在汽车的生产中，有些齿轮或凸轮轴等零部件可通过金属型铸造工艺生产出来。（3）熔模精密铸造成形工艺。我国汽车熔模精密铸造技术有了长足的发展，采用近净形技术可以生产出无余量的铸造产品。熔模精密铸造工艺有水玻璃制壳工艺、复合制壳工艺、硅溶胶制壳工艺。东风汽车精密铸造有限公司采用硅溶胶+水玻璃复合型制壳工艺，生产高技术含量、高附加值产品，将原来铸件、锻件、机加工及多件组装结构设计制造成一个整体精密铸件，显著降低了制造成本。（4）消失模铸造也称气化模铸造、实型铸造、无型腔铸造。消失模工艺近几年在美国有较大的发展，通用汽车公司投资建造了6条消失模铸造生产线，大批量生产铝合金气缸体、气缸盖铸件。随着汽车技术的快速发展，为缩短铸件生产准备周期和降低新产品开发的风险，要求采用快速制模技术、计算机仿真模拟、三维建模、数控技术。而清洁生产、废物再生是铸造业的发展趋势，降低能耗是其持续发展的主题，因此我国汽车铸造业必须走高效、节能、节材、环保和绿色铸造之路。2.3 冲压技术及其在汽车生产中的应用冲压常与锻造合称“锻压”，它是一种塑性变形加工方法。通常所讲的冲压都指冷冲压，因为传统的冲压都是让材料在室温状态下进行冲压成形的。2.3.1 冲压技术的类型（1）多工位级进模多工位级进模是汽车冲压模具的一种新的形式，模具通常设置有两个或两个以上的等距冲压工位，不同工位可以有不同的冲压方式，如冲裁、拉深、弯曲、装配、空工位等，在一次冲压行程中各工位上的工件都能完成相应的冲压，并得到对应形状的坯件。具有高精度的导向和定距系统、自动送料和自动检测功能、安全保护装置，在汽车冲压行业得到广泛的应用。（2）高强度钢板的热冲压成形通常把屈服强度高于210MPa的钢板称为高强度钢板，它在减轻零件质量、提高碰撞时的安全性和抗凹性方面有很好的表现，使用高强度钢板是汽车轻量化的一个途径。(3) 激光拼焊板成形工艺拼焊板的使用可以减少零件的数量、减轻零件重量、降低生产成本和减少模具投资等，在欧美汽车制造业得到广泛应用，每种新车型都有10余种以上零件应用激光拼焊板。主要应用在车门内板、侧围内板及梁类零件。另外，还有液压正拉深技术、内高压成形技术等冲压技术在汽车生产中的应用。2.3.2 冲压设备在汽车生产中的应用集成化控制技术、伺服驱动技术在压力机上的应用给冲压生产带来了更多的灵活性，大型多工位压力机、柔性冲压自动线等设备正在改写冲压生产的历史。当代汽车冲压生产中，各种新型冲压设备。先进的机械化系统、新工艺及冲模、智能控制技术等被逐步采用，大大提高了冲压生产效率和成品质量，降低了大批量生产的成本。（1）集成化控制 为适应柔性化的生产要求，压力机的所有控制功能应做到集成化，从而实现全套模具的菜单化管理。目前国内生产的用于轿车大型覆盖件制造的大型冲压线已经达到了当代国际先进水平，采用了多连杆精度优化补偿技术、联网全自动模具快速更换技术、矢量交流频调速主驱动技术及多点液压过载保护卸荷控制技术等，应用Ethernet网络技术可与生产联网，实时监控设备状态，具有远程通信和远程故障诊断功能，整线支持快速送料系统，每分钟可生产1014个轿车大型覆盖件。 （2）伺服驱动新型伺服压力机采用了适应性很强的伺服驱动技术，将液压机的灵活性与机械压力机的高效率优点有机地结合起来，企业可以为他们的用户提供大小批量的各种不同的冲压件，生产能力大幅提高。日本小松公司和德国舒勒公司相继开发并已生产出了这种伺服压力机，目前在我国国内，一汽丰田汽车公司和广州丰田汽车公司已采用了这种设备。(3) 大型多工位压力机可进行柔性冲压生产的大型多工位压力机代表了当今国际冲压技术的最高水平，是车身覆盖件冲压成形生产设备的发展方向。目前，欧洲和美国的著名汽车制造商采用大型多工位压力机和横杆式自动压力机大量生产车身覆盖件，满足当代汽车冲压件的最高精度和表面质量标准。(4) 柔性冲压自动线柔性冲压自动线大多由一台双动拉伸压力机或多连杆单动拉伸压力机和45台单动压力机组成流水线，生产大型车身覆盖件，安全性高，冲压质量好。随着我国汽车市场竞争的不断加剧，汽车的外观质量及其内在质量成为各汽车制造厂家角逐市场的先决条件已是不争的事实，因此，采用机械化、自动化的生产方式进行冲压生产是提高汽车外观质量的最有效的途径。2.4 焊接技术及其在汽车生产中的应用焊接是现代机械制造业中一种必要的工艺方法，在汽车制造中得到广泛的应用。汽车的发动机、变速箱、车桥、车架、车身、车厢六大总成都离不开焊接技术的应用。在汽车零部件的制造中有各种焊接方法中，由于点焊、气体保护焊、钎焊具有生产量大，自动化程度高，高速、低耗、焊接变形小、易操作的特点，所以对汽车车身薄板覆盖零部件特别适合，因此，在汽车生产中应用最多。在投资费用中点焊约占75%，其他焊接方法只占25%。2.4.1焊接方法在汽车零部件中的应用 汽车制造业是焊接应用面最广的行业之一，所用的焊接方法也种类繁多，其应用情况如下：（1）电阻焊 点焊 主要用于车身总成、地板、车门、侧围、后围、前桥和小零部件等。 多点焊 用于车身底板、载货车车厢、车门、发动机盖和行李箱盖等。 凸焊及滚凸焊 用于车身零部件、减震器阀杆、制动蹄、螺钉、螺帽和小支架等。 缝焊 用于车身顶盖雨檐、减震器封头、油箱、消声器和机油盘等。 对焊 用于钢圈、排进气阀杆、刀具等。（2）电弧焊 CO2保护焊 用于车箱、后桥、车架、减震器阀杆、横梁、后桥壳管、传动轴、液压缸和千斤顶等的焊接。 氩弧焊 用于机油盘、铝合金零部件的焊接和补焊。 焊条电弧焊 用于厚板零部件如支架、备胎架、车架等。 埋弧焊 用于半桥套管、法兰、天然气汽车的压力容器等。（3） 特种焊 摩擦焊 用于汽车阀杆、后桥、半轴、转向杆和随车工具等。 电子束焊 用于齿轮、后桥等。 激光焊割 用于车身底板、齿轮、零件下料及修边等。 氧乙炔焊用于车身总成的补焊。 钎焊用于散热器、铜和钢件、硬质合金的焊接。2.4.2 汽车工业中焊接新技术的应用现今，汽车工业中的先进焊接技术很多，这里只列举出与车身焊接相关的焊接新技术。（1）电阻焊的节能及控制技术 联体悬挂式点焊机 汽车工业中应用最多的是悬挂式点焊机，尤其在汽车薄板的焊接中得到了广泛的应用。 电阻焊机 可更好地适用于焊接铝合金、不锈钢及 其他难焊金属的焊接。另外还可进一步减轻设备重量。 电阻焊的控制 西南交通大学针对一工厂铝合金车圈对焊研制成车圈焊接PLC(可编程控制器)智能控制器，对原机进行了改造，解决了铝合金车圈的焊接质量问题，提高了焊接生产率。（2）气体保护焊接技术 表面张力过渡的波形控制法 逆变电源波形控制 氩弧焊新技术 氩弧焊有非熔化极(TIG)和熔化极(MIG)两种，均用于汽车工业有色金属和高合金钢焊接中。（3）高能束热源焊接及加工技术 激光和电弧复合加热焊接该方法已在48mm厚的钢结构中使用，正拟用于更薄的汽车部件生产和铝合金焊接中。 等离子体的应用 氩气保护的等离子焊接切割早已在各行业应用，主要用