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引用 国外汽车制造技术的发展现状及趋势默认分类 2008-09-17 08:19:01 阅读21 评论0 字号：大中小订阅 引用mikejonsen 的 国外汽车制造技术的发展现状及趋势在汽车市场上，各生产厂家都面临巨大的竞争压力。用户对质量、舒适度和安全都提出了高标准的要求，同时还要求货真价实。这实际上就要求设计的汽车恰如其分地适合于不同的用途，并以有竞争性的成本和速度制造出来，只有这样，一个汽车厂才能在激烈的竞争中获胜。所以，当对成本问题给予应有的考虑时，也应该探索革新和采用现代化制造技术的可能性，以便使新生产出的各种型号的汽车都能达到质量标准、生产率和多品种的目标。同时，也应满足缩短试制周期的需要。这就要求能在更短的时间内，完成全部的更为复杂的制造工艺过程。因此，发展的重点是实现制造过程的计算机辅助工艺计划、控制和管理，并采用自动化的生产系统，以使产品质量达到高度的一致性。自动化的生产控制和质量管理系统，可提供有关制造状况的最新数据，并能直接指出制造故障的原因。1 主要零部件的现代制造技术发动机、变速箱和传动轴的毛坯都要事先通过锻造、冲压或铸造成型；通过专门的热处理、切割加工和联接(如焊接)等工艺，把毛坯加工成零件以备装配。在毛坯成型工艺的发展中，一贯追求的目标是提高毛坯的尺寸精度，力求达到与最终零件的尺寸相差无几的程度。尽管如此，在制造过程中，切削加工仍占主导地位，70%以上是金属切削机床。在主要零件的装配工作中，首先要把加工奸的零件组装成部件，然后再组装成完整的产品，这时主要是采用螺钉连接。为了满足用户的特殊订货要求，汽车生产厂家必须生产数十种甚至上百种的不同产品。要有完善的质量保证体系，以确保产品的高质量。从检验外购件和工件加工过程中严格的工艺管理，直到主要部件完工后的性能试验，都要纳入质量保证体系：11 锻造和锻压成型当今采用的铸造、锻压工序已基本上实现了自动化。由于对品种的多样化、高质量和缩短试制周期的复杂要求，只有大量采用计算机辅助绘图才能得到满足。利用成品零件的设计数据，通过计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)，可以根据毛坯的几何形状信息选择有关的制造工序，设计有关的工具和在数控设备上制造模具及工具。铸造、锻造和冲压车间所使用的现代化设备可以生产出误差很小的非切削加工零件，它们非常接近最终的工：件尺寸，从而大大减少了后续的切削加工工作量，取消了大部分精加工工序，并节约了能源和材料的消耗。在锻造温度下从棒料上切下毛坯，由于材料体积的一致性，使之可以在封闭锻模中锻造。它所达到的精度，介于普通锻造和实心工件冷挤压之间。紧接在锻造之后，利用锻造余热，在同一车间内对上件进行热处理。上例与传统工艺相比，可节约材料20%，节约能源30%，提高生产率300%。12 主要零件的制造由于切削加工：前提高了工件的尺寸精。度，工件粗加工劳动量大大减少。同时，由于对尺寸精度和表面光洁度提出了更高的要求，所以对精加工工序的要求也就提高了。采用新的刀具材料，如多晶金刚石、立方碳化硼和大功率、高刚度的机床，可以降低生产成本。在大批量生产中，组合机床自动线仍然是最经济的设备。在组合机床自动线中，采用数控装置已经能以较小的代价获得一定程度的柔性。例如，在各种发动机系列中，可以在同一条线内加工不同缸数的汽缸曲轴箱。零件自动识别装置和可编程控制机构可以使一组不同的零件按任何给定的顺序进行加工。根据检验站测量的结果进行控制，可以确保达到规定的质量标准。各个加工工位之间的缓冲存贮区在降低停工工时方面有重要作用。具有故障点识别能力的机器诊断系统和自动换刀装置，可以减少车间的停工：时间。随着品种的增加和每个品种批量的相应减少，要求有更大的柔性。例如，把加工中心、传送装置和控制系统结合为一体的柔性制造系统，一般都是经济的制造方案。统一协调的计算机系统，可以完成控制功能和编程功能。在这类系统中，还具有工件和工具的供应和质量保证功能。在样品试制和改进零件的生产中，这种系统最为有效。采用可交换的托板系统，将使这类系统的工作更加合理。因为，利用托板后可在机外装夹几个工件，从而减少了生产准备时间。柔性制造系统也用于后轴支座的焊接。对于这类事关安全的零部件，要求保证焊缝的高质量和绝对的一致性。采用机器人操作焊枪和焊接过程中的电流大小，从而实现了全自动生产和高精度、低飞溅的焊接。要求低传热和小变形的焊接时，可以采用自动激光焊接设备。例如焊接柴油发动机的挺杆座就采用激光焊接工艺。为了生产这种零件，把两个深拉伸的零件沿其周边焊在一起，这种工艺在大批生产的条件下，其变形量在30m以下。13 主要零部件的装配在主要零部件的装配方面，由于尺寸精度高和工件刚性大，越来越多地使用相互联接的组装设备。在一些特殊作业中，如插入、螺钉连接和压装作业中，都已实现了自动化。测量控制系统根据预先确定的目标值进行监视，还可把调整工作纳入这种系统。例如后桥轴组装时，在模拟承受全车重量的条件下，自动调节车轮内倾和外倾，可达到3分的角度精度。为了有效地应用自动装配设施，在开发之初就应考虑一些特殊要求。装配的零件应设计恰当，坚持把规定的联接方向作为一个准则。14 表面光整技术近几年来，在减轻重量方面，以成形的钣金工件取代实心工件的目标已经实现，在行走系统方面也是这样。正因为如此，对零件表面光整技术有非常严格的要求，以防生锈。例如，在前轴的自动喷漆中采用了工业机器人。它位于喷漆间的前部，可辨识出各种车轴，由过程控制计算机调用相应的喷漆程序。与普通手工喷漆相比，自动喷漆车在防锈和漆雾扩散方面都有很大改进。此时，喷枪能够更准确地指向工件轮廓，从而使油漆的消耗量减少了30%。15 控制过程在自动生产设备中，装设了计算机辅助的机器监视系统。目前使用的系统，可连续监视多条组合机床自动线中的各台机器的运行。它能分析和显示最新信息，例如，出现故障的部位也可汇总生产统计数字。这样就能及时发现薄弱环节，并有效地预以消除。对于在最大负载下工作的设备，采用这些监视系统是非常重要的。它能保证以最高的质量标准生产出规定数量的产品。16 质量保证测量和检查数据由计算机辅助质量保证系统记录和处理，并与有关生产工艺相联系。这样，在各个零件制造的早期阶段，就有了直接查找原因的质量管理的保证。从主要零件的装配阶段，直到整机的性能试验，所有与质量相关的数据，都由一台内部联接的计算机系统记录下来。大部分工件都在纳入生产过程的自动测量站进行检验。在主要成品件的性能试验中，其存储、传送、校验和评价都由计算机系统菜单控制和管理。测量结果被处理成可直接评价的数据，如果发现有缺陷，就自动与可能出现问题的环节联系，从而可及时有效地消除。2 汽车的现代制造技术现代汽车制造主要包括车身制造和整车装配，对卡车来说，还包括车架制造。汽车车身大部分是钢制件。方向盘是深拉伸的，由机械式或液压式压力机切边。车身制造时，把冲压件连成一体，先做成分组件，然后分几个步骤做成完整的车身。联接工作基本上用焊接。下一步是在车身外壳上涂上保护层和装饰层。总装时，在喷漆后的车身内装进主要零部件，包括行走系统的零件和内部设施，成品汽车要经受全面出厂检验才能发货。21 冲压车间制作冲压件的板料中，有97%是以卷料形式提供的。一般要分几步才能使之成为成品冲压件。它们是在冲压线中各台冲床上完成的。通过机械式送料机构或工业机器人，把工件从台冲床送到另一台冲床。为使平整的仪表面板成形，常使用多级模冲床。利用模具的住复机构，将工件移动，从而使循环时间缩短50%，这种设备占地面积小，投资少。滑台式冲床与普通冲床相比，更换模具的时间减少75%。模具的调整在冲床外面进行，然后，利用其自身的驱动系统，工件从侧面进入机床，从而使冲压的平均：循环时间显著缩短。冲压后的成品，由无人操作的传送：系统送入全自动行道式料架。计算机辅助；料库管理系统使库存量和工具更换管理更加合理化。同时，使占用的流动资金尽可能少。冲模及冲压件的质量，主要取决于所采用的技术手段及其使用经验。采用CAD/CAM技术的目的不仅是为了提高质量。而且也为下减少开发工作所需的时间。它的内容从记录汽车车身模型的几何数据开始，经过做样件、样板和模板，确定生产工艺过程和制作加工图，直到数控加工冲压工具。2.2 车身制造过去，在多点焊接工厂内，按车型焊接车身被看作是最经济的制造方法。但是，现在出现了采用柔性系统的方式，利用工业机器人进行点焊。事实证明，把按车型号进行定位焊接和柔性焊接结合起来的方法是非常有效的。在这种设备上焊接的车身，尺寸精度高于全部采用工业机器人的车身焊接线。这种技术的优点是：生产各种车型的柔性大。在同一条线上，可以同时焊接几种不同车型系列。整个产品系列都可达到最大生产率，从而避免了生产个别车型系列时生产能力的过剩。生产未来车型的柔性大。当生产新车型时，大部分设备仍可继续使用。只有传送系统和焊接工位需要改动。改变产量的柔性大。通过增加工业机器人，可使循环时间进一步缩短，所花的时间和资金都很少。投资少。与普通技术相比，对一种车型而言，采用柔性车身生产设备所需费用约少20%。在自动熔焊中，工业机器人的应用日益广泛，它可利用传感器来识别焊缝的起点和调整机器人已编好的动作程序。用电子方法监视焊接参数，可以进一步提高焊接质量。在车身生产的各种工步之后，由中央测量站实施质量控制。两个专门用于测量的工业机器人按照规定的检查程序，扫描检测整个车壳。测出超差的分析结果直接转换成焊接设备的修正参数。此外，设备的工作能力还反映消除次品所需的时间。采用电子诊断系统有助于分析次品产生的原因，把有关次品的信息用一般维修人员都懂的语言显示在屏幕上。以下为雷诺商用车公司的二款主要车型Premium和Midlum车身焊装主线和内饰装配线的主要工艺特点。a焊装特点第一是柔性化。该线可以通过Premium和Midium的全系列的宽、窄(2300mm、2100mm)，长、短(卧铺、单排)，高、低(2400mm、2000mm)等不同车身的柔性混流焊接。其主线由地板线和车身总装线组成，整条线上共有20多台焊接机器人。机器人可以根据不同的车身，抓取不同零件上线，换上焊钳进行点焊。由于车身结构要求，有的焊钳规格很特殊，对这些特殊超大型焊钳，机器人运作十分灵活。第二是智能化。全线由电脑控制，对每台焊接车身都输入电脑控制中心，由控制中心将指令传到各工位，包括大总成分装，机器人和夹具按指令自动调整到位，达到可识别零件、错误报警等。第三是合理和环保。大总成线和总装线之间，无储存区间，生产线布置十分紧凑，完全做到了一个流生产。焊接生产区内噪音低，每把焊钳上都有除烟尘管道。吊挂轨道轻便灵活，大总成上线自动化、半自动化装置，切实最大限度考虑了作业人员操作条件的优化，充分体现出以人为本的设计理念。b内饰装配特点雷诺卡车车身的内饰装配零部件多，工作量大，装配线是U型线。为了减轻总装线的压力，分装区较大，形成模块式装配。例如，顶蓬分装区把成型顶蓬和顶灯等零部件都装奸，再进入内饰线装配；气路分装及测试，是把气管按需截断和接头、三通等全部接好，经过测试通过，再进入内饰线装配；仪表板分装区，把仪表板上的各类仪表、线路、开关等零部件全部装好，经过测试通过，再将仪表板这组模块一次装进驾驶室。车门分装工艺比较特殊。涂装后的车身一进入内饰线，首先把左、右车门卸下，通过空中悬链，送到车门分装区，装配门锁、玻璃升降器等零部佩装配完成后，再通过空中悬链送到内饰线头，把车门重新装在原来的那台车身上。据介绍，这种工艺的好处是既保护车门外表质量，避免装配中的磕碰变形，又使车身的装配空间增大，有利于作业者和装配器具的运动。23 车身涂装经过清洗、磷化和阳离子涂电泳底漆后，在车身外壳上涂上一层厚厚的填充底漆和表面涂层，使粗糙的表面变得光滑。而表面涂层的质量决定了汽车外观。高牢固的厚厚的腻子和双料的表面涂料，降低了溶剂的扩散。不仅提高了工艺性能，对减少大气污染也有很大的作用。利用静电高速回转喷雾装置，涂敷厚层腻子和表面涂漆，这种装置的利用率达到80%。通过跟踪系统和沿着车身移动的工业机器人，对发动机盖、行李箱盖、门槽和车轮拱圈喷漆。采用这种技术，可使喷漆间的穿堂风大为减少。因此，原来用于干燥室处理废气的空气净化设备，在这里也能应用。工业机器人也可用于汽车下底盘的聚氯乙烯保护涂层和发动机隔板的聚氯乙烯封焊。今天，塑料在汽车外皮上的应用已越来越多。研制出的一些材料和工艺已能用在一般的车身喷漆工艺过程中。在这些塑料上静电喷漆时，必须提供导电的底漆。为了优化生产过程，现在用计算机来仿真喷漆车间的复杂过程。在这种系统的帮助下，就可决定中间存储区的容量，也可分析缺陷和评价新过程的组成。仿真系统是改造制造部门的得力手段。24 整车装配大多数被装配的零件刚度都不大，所以装配时就要求完成复杂而多样的运动。由于用户的要求极不相同，加之对采购要求很高，所以，迄今总装配的自动化发展很慢。不过，在不同的车型设计和生产工艺的条件下，实现约30%的自动化还是可行的。如果想提高机械自动化程度，就必须改进汽车设计。例如主要零件和部件特定的性能，规定的连接方向必须始终如一，装配时必须容易接近汽车。将来的总装配应包括配有连续传动的手动工作站。这些传送线与在规定的时间内移动的自动装配线相结合，汽车就能基本上由预装配零部件装成。预装配站的布置要能保证物流畅通而有效。今后的发展方向是对传感器控制的工业机器人系统的研制。该系统能完成复杂的任务，包括发现很小的偏差，同时还能准确地测量出力的大小。利用传感器可使控制功能实现自动化。因而，不仅可迅速而可靠地进行全面的肉眼检查，还可在例行检验中获得正确的结果，而在过去这取决于检验人员的主观判断。以下为雷诺商用汽车公司整车装配制造工艺情况。雷诺公司共有三个整车装配厂，四条装配线，分别装配Midlum中型卡车、Premium重型卡车、Kerax重型工程车和Magnum超重型卡车等。装配线形式是U型或L型等。基本上车架装配是一条线，整车装线是一条线。二条线是通过吊车式自动小车连接。整车装配线是地拖链和板式链相结合，空中为一排活动自如的吊挂轨道小车，构成了一个较大的X、Y、Z三维活动空间，可适应较大范围的空间操作。线两边基本看不到立于地面的平衡吊。扭紧工具主要用气动定扭扳手，气管埋于地下或走在空中，装配线两边显得空旷无障碍物，工人操作和取件很方便。分装用的设备自动化程度较高。发动机与变速器的对接有专用的工作台，每台发动机分装完后都有一台专用小车拉到装配线旁吊装上线，发动机吊装采用双电动葫芦一前一后，具有很好的柔性，适用于各类发动机。储气筒分装有一条自动运转的分装线。车架翻转也采用的是链条空中翻转，链条不是闭环，开口部分使用的是尼龙编织带连接，翻转时，柔性尼龙带挂着车架，翻转是通过尼龙带带动钢弹簧实现的，比较顺畅，没有冲击。车身驾驶室是在地面上线，驾驶室座在雪橇上，送到指定位置，由一台液压吊具将驾驶室吊起，放在装配线的底盘上。后桥分装用的装配平台是柔性的，装配台的开档距离可以调整，每一台车的车架开档不一样，根据车架装配传过来的数据，对开挡尺寸调整，使分装好的前、后桥总成与车架一一对应，保证了装配顺利。轮胎和油箱的上线都不是链条式悬挂。油箱是用装油箱的工位器具送到装配线上。油箱的种类较多，除大、小不同外，材质也不一样，每辆车都是根据订单要求装配不同的油箱。轮胎则是用叉车放到装配线上，轮胎存放地在装配线两边占了较大的一块面积。各类油和介质的加注全部采用抽真空自动定量加注。发动机废气排放检测是在整车下线处的单独房间里进行，房间里只能容下一辆车，检测时前后自动门关上，将采集废气管套在消声器排气口上抽废气检测。零部件都是原包装直接送至装配线上，有些尼龙软管就在装配线旁生产，软管、线束也进行分装包扎好，复杂的还要套上一根塑料管才往车上装，各类线束显得很整齐。3 汽车制造技术发展的新趋势目前，在汽车制造的许多领域都实现了柔性自动化技术。主要零件制造、车架制造和喷涂工艺都已取得了较大进展。进一步的发展趋势将主要集中在零件装配和车身制造的柔性自动化上。在这两大领域，日本走在世界的前列；欧美汽车厂家正力求在柔性自动化技术上加大开发力度，以缩小与日本汽车工业的差距。从各种具体制造技术来看，其发展趋势体现为：a锻造技术。如中重型卡车后桥中的行星齿轮、半轴齿轮，过去用格利森圆拉机制造，近年开始全部改为精密锻造。近年开发应用的精锻工艺、模具，降低了生产成本，提高了产品精度。b焊接技术。目前大量使用焊接机器人，焊接车间几乎没有操作工人，实现了质量稳定的多品