汽车制造工艺技术 课件 第一章 概论

第一章概论自汽车发明以来，汽车制造经历了单件小批量生产、大规模流水生产、多车型共线柔性生产等不同阶段；汽车生产模式经历了企业内部配套到社会化配套的发展；汽车生产管理全面实现了按订单准时化拉动生产。汽车生产模式与技术的变化，一方面使汽车整车与零部件生产企业的分工更加明确，汽车整车企业，只负责四大工艺（冲压、焊装、涂装和总装）或五大工艺（整车制造企业大多有自己的发动机工厂，加上发动机制造工艺即称为五大工艺），其他部分全部交由汽车零部件企业自主生产；另一方面，汽车整车企业与汽车零部件企业的生产协同更加精准有效，汽车整车企业直接将管理延伸到上游的汽车零部件企业和下游的汽车销售与维修企业。第一节汽车制造业的特点

汽车制造业的特点：大批大量生产于1908年率先在美国福特汽车公司实现，而且迅速在全球得到了广泛推广。

大批大量生产方式大大节省了制造汽车的工作时间，大幅降低了汽车的生产成本，极大地刺激了汽车消费市场，带来了汽车产业的高度繁荣。但大批大量生产也给汽车产业的管理带来了极大的挑战，如：工艺流程的合理规划、工位工作量的均衡配置、生产工艺过程的有序进行、物流供应的及时配送、配套件库存的有效控制、流动资金的快速回笼等。解决问题的方法：改造生产模式精益生产

为了解决好因“大批大量生产方式”所带来的上述诸多问题，上个世纪50年代中期，日本汽车产业在政府的严格保护和支持下，以丰田汽车公司为代表，在对美国汽车产业管理和生产模式进行深入研究的基础上，于1961年成功地创立了旨在“以最少的投入，产出尽可能多的和最好的产品”的独特管理模式——精益生产方式，并于上个世纪80年代掀起了世界汽车工业的第三个高潮。1980年，日本以1104万辆的年产量将一直占据世界汽车工业霸主地位的美国拉下了台。现代生产

美国为了重拾世界汽车霸主地位，积极吸取丰田精益生产方式的精华，结合自身的特点，更多地引入计算机服务于汽车产业的管理，演绎出“拉式流”的生产管理模式，创立了“现代生产方式”的MRPII(ManufacturingResourcesPlanning)“制造资源计划”的和ERP（EnterpriseResourcePlan）“企业资源计划”的管理模式。即一种将计算机技术、现代制造技术有机融于一体的计算机辅助企业管理系统，在合理利用资源与优化内部管理、有效控制库存与流动资金占用、缩短生产周期和降低成本、灵活快速地响应市场变化、显著提高企业竞争力与获得最大利润等方面表现出卓越的效果。生产模式小结无论是“大量生产阶段”、“精益生产阶段”还是“现代生产阶段”，汽车产业“流水线”、“大批大量生产”的基本模式始终没有变，其最大的变化就是汽车整车与零部件产品的生产组织与生产管理，充分利用计算机与信息化、智能化技术，实现汽车整车与零部件产品的精细化、自动化、智能化生产。生产效率更高、产品质量更优更加稳定。一、汽车整车生产

对于现代化的汽车整车生产企业，通常只建有四大工厂，分别对应四大典型生产工艺，即：冲压焊装涂装总装。1、冲压工艺

冲压工艺是汽车车身制造的第一个工艺环节，它建立在金属塑性变形的基础上，在常温条件下利用磨具和冲压设备对板料施压加工，使其产生塑性变形，以获得形状、尺寸和性能均符合设计要求的结构件或覆盖件。

冲压工艺的生产设备主要有开卷剪切自动线、冲压生产线、垛料翻转机、模具研配机及适当的其它修模设备，可以完成卷料存放、开卷、校平、剪切，落料、堆垛，冲压件的拉延、成形、整形、修边、冲孔、翻边等工艺，以及冲压件的存放及发送的整套工艺过程。开卷平整冲压生产线2、焊装工艺

焊装工艺是汽车制造中应用范围最广的工艺之一，但谈到汽车制造四大工艺中的焊装工艺，则通常是特指在汽车车身制造过程中将经冲压成型的汽车车身结构件和覆盖件，用焊接加工的方式将其组合成不可拆卸的具有完整功能的结构件或汽车白车身的加工工艺过程。

在当今汽车制造公司的焊装车间，焊装生产线大多为柔性设计，且机械化、自动化程度通常都很高。焊装生产线3、涂装工艺

对于轿车生产企业来说，涂装车间通常是自动化程度最高、生产环境要求最严格的场所。涂装生产设备多采用轻钢结构、全面封闭、强制性通风换气、自然光照及局部人工照明的采光方式。

涂装工艺主要由前处理、电泳线、密封底涂线、中涂线、面涂线、精修线及其烘干系统等组成。全线工件输送系统多采用空中悬挂和地面滑橇相结合的机械化输送方式。电泳输送喷防震隔热胶喷面漆4、总装工艺

总装是汽车制造过程中最后的一个工艺环节，对于当今的轿车生产厂家，总装线１００％的采用柔性生产方式，以适应多车型、多品种的混流生产。汽车总装工艺包括物流、输送、装配、下线检测等多个生产环节。机械件装配内饰件装配总装输送下线检测

汽车总成部件的生产所涉及的工艺内容多而复杂，为了便于阅读理解，常按照工艺特点将其分为毛坯制造、机械切削加工、少无切削加工、表面强化处理、复合材料加工等。二、总成部件生产1、毛坯制造

毛坯制造中的铸、锻、焊三大工艺在机械制造行业常将其统称为金属材料的热加工，其工艺特点是通过加热的工艺手段将各种不同的金属材料转换成形状、尺寸符合后继工艺过程要求的零件毛坯。锻造铸造焊接2、机械切削加工

汽车中有大量高精度的功能件和运动部件，其中绝大多数需要通过机械切削加工的方法达到形状和尺寸的精度要求。汽车发动机和变速器零部件的加工是机械切削加工中最典型的代表。发动机生产线变速器生产线3、少无切削加工

少无切削加工：机械制造过程中用精确成形方法制造零件的工艺。传统的机械制造工艺最终大多采用切削加工方法制造有尺寸、形状与位置精度要求的零件，生产过程中坯料质量的30％左右变成了切屑。这不仅浪费大量的材料和能源，而且占用大量的机床和人力。采用精密成形工艺，工件不需要或只需要少量切削加工即可成为高精度的汽车零件，可大大节约材料、设备和人力。少无切削加工工艺包括精密锻造、冲压、精密铸造、粉末冶金、工程塑料的压塑和注塑等，其中注塑成型在汽车零部件制造中占有十分重要的地位。为了减轻汽车的重量、降低汽车整车成本，汽车上用到了大量的塑料件，如仪表台、车身内饰、汽车保险杠等。事实上，汽车上还有相当数量的总成部件（如储油罐、汽车空调系统等）主要由塑料制成。注塑生产线4、表面强化处理

表面强化处理有表面机械强化和热处理强化二种不同的类型，为了提高汽车零部件的使用寿命、实现汽车的轻量化，几乎所有的汽车零部件都需进行表面强化处理。喷丸与喷砂处理热处理

为保证汽车有良好的乘坐舒适性，车内用到了大量的消音隔热件，如排气管隔热板、车顶隔热层、发动机下图是某汽车隔热隔音件的压制生产线。5、复合材料加工第二节汽车产业结构的演变与发展

汽车产业在100多年的发展历程中，已经历了手工生产、大量生产、精益生产和现代生产等四个阶段。每一次生产阶段的更替，不仅带来了生产方式及生产工艺的大变革，而且还带来了产业结构的大调整。下面简要介绍汽车产业结构的演变过程。一、手工生产阶段的汽车产业结构

在早期的手工生产阶段，由于汽车产品自身的不完善，且人们缺少制造汽车的成熟技术和生产经验，汽车的产量低、价格十分昂贵。因此那时的汽车只是富足家庭享用的奢侈品，普通老百姓无力问津。这便决定了汽车整车的制造只能是利用一些简陋的设备和工具，由少数具有机械加工技能的技术工人来完成全部零部件的加工和整车的装配。如1903年，在亨利·福特创立的福特汽车公司里只有十余种简单的车床和钻床，公司的全部员工不足20人。

尽管当时能够买得起汽车的家庭很少，而且汽车的各项性能都远不如现代的汽车好（噪声大、速度低、舒适性、安全性、操控性均较差），但人们普遍渴求拥有比传统交通工具的性能更优的汽车产品。这是促使汽车产业向大量生产方式转变的原动力。二、大量生产阶段的汽车产业结构

二十世纪初，福特在伊利·惠特尼发明汽车“标准化部件”的基础上发明的“汽车流水生产线”的建成，宣告汽车大批量生产阶段的开始。

大量生产方式最重要的特点是单一车型的产量非常之大，福特的“T型车”、大众的“甲壳虫”，其累计产销量远超过了1000万辆。在汽车大量生产时代，国际性大型汽车制造公司（通常将其称为主机厂或整车厂）都下设若干多个汽车总成部件的专业配套厂。汽车整车及所有总成部件的设计开发、专业配套厂的生产装备及工艺设计统一掌握在汽车整车制造公司手里。汽车整车厂和各专业配套厂的生产线都是“刚性”的，一条生产线生产一种车型，每当要对汽车产品进行更新换代，都需要停产相当长的时间以对生产线进行改造。

大量生产方式的突出优点是：在一个相对封闭的汽车生产环境下，各生产单元在一个相对较长的时期内只生产同一种或少数几种车型及与之配套的总成、部件。由于生产高度专业化，因此生产工艺在一定的时期内相对固定，生产组织比较简单，产品质量稳定且易于控制。汽车制造公司的主流生产设备是各种不同类型的专用机床及组合机床。这种产业结构和生产模式在美国的汽车公司持续了近60年。三、精益生产阶段的汽车产业结构

精益生产方式是日本丰田汽车公司于上个世纪50年代开始研究并逐步创立，于1961年在该公司全面推行。但“精益生产方式”的称谓却是美国学者D·鲁斯在1990年发表的《改变世界的机器》一书中首次提出。

精益生产方式的支柱是准时化生产（JustinTime，简称“JIT”）和自动化（Jidoka）。“杜绝一切形式的浪费”是精益生产方是的核心。1、准时化生产

准时化生产是指仅在需要的时候，才为所需的地方按所需的数量和质量生产所需的产品。准时化生产大大缩短了生产周期，避免了各种浪费，消除了大量的库存，从而降低了财务和仓储费用。同时还避免了因需求变化所带来的大量旧型号产品的积压和贬值。

准时化生产将销售商、制造商、供应商看成一个有机整体，采用看板管理方式作为联结三者的纽带。2、自动化

精益生产方式中的自动化是指一种自动异常检测控制系统，即：生产系统能够自动检测出不良品，一旦出现不良品便立即停止工作，从而阻止不良品的盲目生产。3、杜绝一切浪费

杜绝一切浪费是提高生产率最简单、最迅速，且不花钱的方法。精益生产方式告诉我们，过去在汽车制造公司的那些“正常的、必要的、不可避免的、甚至是看不出来”的浪费，其实是最可怕的和最大的浪费。在生产过程中，将前述所有的浪费都找出来，并逐步采取措施坚决地予以消除。

精益生产方式的突出特点：⑴柔性生产，实现高质量、多品种、多批次、高效率、高效益的生产；⑵建立市场调查、产品开发、工艺设计、质量管理、生产协作、销售服务、人才培养等整套生产管理体系；⑶充分利用精益生产方式“反应灵、变化快”的优势，鼓励全员参与技术革新和发明创造，及时将新技术的成果用于产品设计和生产工艺的改造。

精益生产阶段，汽车产业结构的突出特点是逐步推行柔性生产线，以满足消费者个性化消费的要求。四、现代生产方式

自上个世纪80年代，追求“个性化”的消费者越来越多，汽车产业靠“单一产品打天下”的时代已成为历史。单一汽车产品的累计产销量能够达到100万辆者已是一种奇迹。汽车消费市场的这一重要变化使得“大量生产方式”所特有的“大而全”式的公司内部高度专业化协作生产的众多优点逐渐变成劣势。为了分散风险，激发汽车配件生产企业在产品研发方面的积极性和主动性，在“单一汽车产品”的产销量因大幅下降所带来的同一规格的汽车总成部件产量无法达到经济生产规模的情况下，仍能实现汽车产业链上所有生产环节的大规模生产。国际性跨国汽车公司开始全面采用能适应多车型的柔性生产线，同时开始剥离附属于汽车公司的总成部件专业配套生产厂家，这种变化使得称之为“现代生产方式”的一种新的汽车生产与管理模式应运而生，其特点是：1、按需准时生产

在需要的时间，把所需的物品，按规定的数量，完好无损地送到规定的地点。2、计划主导型的管理模式

将以往多级分散的计划统一成“一个滚动计划”。计划集中编制，分解执行，计划分解后便一贯到底。保证计划的一贯性和严肃性是现代生产方式的重要原则，杜绝个人意志与随意发号施令。按零件组织生产而不是按产品台套组织生产，从根本上打破了原有按产品各自分工管理的界限，改变了计划员和有关部门的工作范围、内容、考虑问题的角度与相互关系。3、对资源进行全方位整合

将客户需求和企业内部的制造活动、以及供应商的制造资源整合在一起，形成一个完整的供应链（SupplyChain），对供应链上的所有环节进行有效管理。这些环节包括订单、采购、库存、计划、生产制造、质量控制、运输、分销、服务与维护、财务管理、人事管理、实验室管理、项目管理、配方管理等。4、支持混合方式的制造环境

支持混合方式的制造环境包括既可支持离散又可支持流程的制造环境；按照面向对象的业务模型组合业务过程的能力和国际范围内的应用。5、体现精益生产、同步工程和敏捷制造的思想

支持对混合型生产方式的管理，管理思想表现在两个方面：①精益生产LP（LeanProduction），企业按大批量生产方式组织生产时，把客户、经销商、供应商、协作单位纳入生产体系，企业同其销售代理、客户和供应商的关系，已不再简单地是业务往来关系，而是利益共享的合作伙伴，这种合作伙伴关系组成了一个企业的供应链。②敏捷制造（AgileManufacturing），当市场发生变化企业遇特定的市场和产品需求时，企业的基本合作伙伴不一定能满足新产品开发生产的要求，这时，企业会组织一个由特定的供应商和销售渠道组成的短期或一次性供应链，形成“虚拟工厂”，把供应和协作单位看成是企业的一个组成部分，运用“同步工程（SE）”组织生产。用最短的时间将新产品打入市场，时刻保持产品的高质量、多样化和灵活性。第三节汽车制造的新技术新工艺

近二十年来，是汽车产业技术高速发展的时期，汽车制造技术和制造工艺已有了显著的进步。在此不可能涉及汽车制造新技术新工艺的全部，只举几个典型的示例。一、少序冲压新工艺

为了提高汽车车身的制造效率和降低生产成本，汽车车身覆盖件的分片越来越少、单个覆盖件的面积越来越大；为了降低汽车行驶时的空气阻力和达到极高的美学效果（流动的工艺品），汽车车身外形全都是由非常复杂的三维自由曲面组成，如此就带来了汽车车身覆盖件的结构的大型化与复杂化。上述两大原因便决定了汽车大型覆盖件的冲压成型需要采用复杂的多次成型工艺，即需要较多的工序才能完成大型汽车覆盖件的冲压成型。在一个相对较长的时期，五序和六序冲压成型工艺一度是汽车大型覆盖件的主流成型工艺。现阶段，越来越多的汽车制造公司开始采用三序冲压成型工艺来取代原来的五序和六序冲压成型工艺，如此不仅大大提高了生产效率，还减少了冲压设备的投入，节省了冲压生产所需的空间。二、硅烷漆前处理新技术

为了提高车身的抗腐蚀能力和油漆与金属车身表面的附着力，在给车身喷涂油漆之前需要对车身表面进行一些必要的处理，即漆前处理。过去，漆前处理最重要的关键环节是磷化。为了最大限度实现汽车的轻量化，钢-铝车身、全铝车身在各类汽车中得到了越来越广泛的应用。然而铝合金磷化通常需要控制一定浓度的游离氟来增加刻蚀和成膜能力，但铝合金在这样的条件下会部分溶出。铝离子浓度一旦达到一定数值，就会抑制磷化膜的形成，即磷化液“中毒”；铝、氟、钠反应生成的冰晶石，是困扰铝合金磷化工艺的最大难题。为避免磷化液“中毒”，对于钢-铝车身，铝合金的占比应不高于20%，否则磷化工艺无法进行；对于全铝车身，原来用于钢质车身的磷化工艺就完全不适用。为此，新的Oxsilan硅烷漆前处理新工艺便应运而生。

由于Oxsilan硅烷漆前处理工艺具有环保、节能、操作简便、成本低等许多优点，Oxsilan硅烷漆前处理工艺已开始逐步取代铁系和锌系磷化工艺，是预处理技术的最新发展方向。三、无切削加工工艺

无切削加工在汽车业产业的应用范围呈现出逐渐扩大的趋势。典型的案例是摆动辗压成型工艺加工汽车齿轮、离合器盘毂、轴承、万向节等。摆动辗压又称旋转锻造（Rotaryforging）、轨道成形（Orbitalforging）、摇动锻造等，是世界上迅速发展起来的一种新型高精度、高效率、无切削金属成型工艺。美国、瑞士、德国、日本等国家已广泛将其应用于汽车、摩托车、电器等相关产业。我国在90年代开始引进国际先进水平的摆辗设备，如瑞士SCHMID公司的T200、T400、T630冷成形摆辗机等。

摆动辗压加工采用连续局部加载成形的方法生产锻件，其优点是：①锻件成形的变形力仅为常规锻造方法变形力的1／5～1／20；②锻件可在冷态、温态或热态下成形，毛坯变形均匀，金属纤维流向更趋合理；③可单机也可组线生产，易实现生产过程的机械化和自动化；④特别适合于薄而形状复杂的盘饼或半轴法兰类锻件的生产；⑤加工过程的振动和噪声小，工作条件良好；⑥设备结构简单、体积小、重量轻、操作简便、使用可靠、价格便宜、一次性投资少；⑦可采用镶块模，模座模套可通用，生产不同产品时，只需更换模芯（镶块）；⑧生产成本低，经济效益和社会效益好。四、激光焊接工艺

激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属表面，通过激光与金属的相互作用，金属吸收激光转化为热能使金属熔化后冷却结晶实现焊接。激光焊接的机理有两种：热传导焊接激光深熔焊1、热传导焊接

当激光照射在材料表面时，一部分激光被反射，一部分被材料吸收，将光能转化为热能而加热熔化，材料表面层的热以热传导的方式继续向材料深处传递，最后将两焊件熔接在一起。2、激光深熔焊

当功率密度比较大的激光束照射到材料表面时，材料吸收光能转化为热能，材料被加热熔化至汽化，产生大量的金属蒸汽，在蒸汽退出表面时产生的反作用力的作用下，使熔化的金属液体向四周排挤，形成凹坑，随着激光的继续照射，凹坑穿入更深，当激光停止照射后，凹坑周边的熔液回流，冷却凝固后将两焊件焊接在—起。激光焊接的优点

①速度快、深度大、变形小；②能在室温或特殊条件下进行焊接，激光通过电磁场时，光束不会偏移，焊接设备简单；③在真空、空气及某种气体环境中均能施焊，能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接；④可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好；⑤激光聚焦后，功率密度高，当采用高功率器件焊接时，深宽比可达5：1，最高可达10：1；⑥可进行微型焊接，激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精确定位，可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中；⑦可焊接难以接近的部位，施行非接触远距离焊接，尤其是近几年，由于在YAG激光加工中采用了光纤传输技术，使激光焊接获得了更为广泛的推广和应用；⑧激光束易实现光束按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工，为更精密的焊接提供了条件。

聚合物的焊接

车身覆盖鉴于结构件的焊接五、激光热处理工艺

激光热处理是利用高功率密度的激光束对金属表面进行强化处理的方法，可对金属实现相变硬化（或称表面淬火、表面非晶化、表面重熔粹火）、表面合金化等表面改性处理，达到用传统表面淬火方式所达不到的良好机械性能。经激光处理的金属表面硬度：铸铁可达HRC60度以上；中、高碳钢可达HRC70度以上。其特点是：1）无需使用外加材料，仅改变被处理材料表面的组织结构，处理后的改性层具有足够的厚度,，可根据需要调整深浅（一般可达0.1-0.8mm）；2）处理层和基体结合强度高，激光表面处理的改性层和基体材料之间是致密的冶金结合，处理层表面是致密的冶金组织，硬度高和耐磨性好；3）被处理工件的变形极小，由于激光功率密度高，与零件的作用时间很短（10～10秒），零件的热变形区和整体变化都很小。故特别适合于高精度零件的处理；4）加工柔性好，适用面广。利用灵活的导光系统可随意将激光导向任何处理部位，从而可方便地实现对深孔、内孔、盲孔和凹槽等的处理和选择性的局部处理。齿轮及齿轮轴的激光热处理激光热处理设备六、车身铝合金压铸成型工艺实现汽车的轻量化最常用且有效的方法就是选用轻质高强度材料和对产品结构进行优化。车身选用轻质材料能达到良好的轻量化效果。尽管选用碳纤维制造汽车车身其减重效果会更好，但碳纤维的成本太高。全铝合金车身及铝镁合金车身已在多车型中开始应用。由于铝合金、铝镁合金板材的成本远比钢板贵，且铝合金、铝镁合金的焊接性能远比钢材差，为了降低全铝车身的成本，车身铝合金、铝镁合金压铸成型备受业内重视，并已开始在少数车型中得到应用。现阶段，铝合金、铝镁合金压铸车身有压铸大片构件焊合车身和车身整体压铸成型两种不同的技术路径。当然，整体压铸成型车身具有工艺环节少、生产效率高、车身强度高等诸多明显的优势，但压铸设备十分庞大，设备一次性投入高。六、车身铝合金压铸成型工艺第四节汽车制造过程中的安全

一、安全防护设施

为了保证汽车制造过程中的安全，首先必须要保证组成生产线的所有设备具有本质安全性，不出现任何事故和危险，再者就是由各种生产设备组成的生产线必须要有有效的防护设施，最大限度地预防、控制事故或危害的发生。

1．

安全通道

汽车生产车间都必须设置专门的人流和物流安全通道，且在安全通道设置醒目的各种安全标识。这样一方面可避免因人、车混杂导致的不安全，另一方面在遇紧急情况时便于人员的疏散。

2．

安全围栏

安全围栏是用于工业机器人或机械设备周围的一种安全防护设施。安全围栏看起来很简单，但作用却很大；①对人员起到安全警示的作用；②对于机器人、机械设备起到隔离保护作用；③可以起到区域划分、合理规划使用场所的作用。机器人、机械设备与安全围栏之间应留有一定的空间和设置围栏门，以方便人员或货物进出，方便维修人员对设备的检修。安全围栏一般采用框架式结构。框架式安全围栏结构简单、轻巧、美观实用。它可以将人员与机械设备隔离开来，避免意外事故的发生，确保作业安全。

3．安全锁警示牌

安全锁或称能源锁是保证设备维修过程中人员安全的重要安全设施，设备维修人员随身带一把安全锁，在进行设备维修作业时将设备能源开关锁住并挂牌警示。这样就可以避免他人的误操作给设备维修人员和设备带来的危害。

4．安全门开关和电磁锁

在汽车生产设备的防护门上都安装有安全门开关和电磁锁，

其作用如下：如果想要启动生产设备，就必须关上防护门；

一旦防护门打开，安全门开关和电磁锁就会向生产设备发出停机信号，生产设备立即停止运行，以确保人员安全。

5．双手控制装置

双