国外汽车制造业的最新技术

放大  缩小 日期:2011-08-24     评论:0      
核心提示:近年来,国外汽车制造新技术发展趋势主要体现为如下方面:一、薄壁化和高强度化的铸造技术CAE汽车铸造业的重要课题就是零部件的轻

近年来,国外汽车制造新技术发展趋势主要体现为如下方面:

一、薄壁化和高强度化的铸造技术CAE

汽车铸造业的重要课题就是零部件的轻量化。实现轻量化所要解决的就是如何做到高强度、高品质和低成本。铸造向轻量化挑战,超微细化和超薄壁化。薄壁化是以压铸为中心而发展起来的,是利用高压的压铸法。例如增压器的叶轮过去都用重力铸造法生产,在压铸法上用可旋转的金属芯子的方法开发出中空的叶轮。用压铸法代替重力铸造从而使产品提高了效益。复杂形状部件的整体化,铸件一般多用于单体物件,最近已开始向复杂形状的部件发展。例如将蜗轮增压器和排气岐管两种铸件合成整体,用耐热高速钢的减压吸引铸造法而铸成的最薄壁厚只有2mm的整体铸件。

在高强度方面,铝合金铸造对零部件的强度和焊接要求很高,追求内部质量。为了实现高强度,压铸技术正在不断发展。同时,提高这些产品的附加值的项目也在以各种方式展开,使柴油发动机缸体铝制化、挤压材料和铝冲压材料相互焊接,以使大型车身部件全铝化成为可能。在高品质方面,镁合金铸造是下一代轻金属的核心材料,同时镁铝复合缸体也在被量产化。其方法是用新开发的镁合金包裹着整体式的铝制镶块(缸径、曲轴齿轮、水套、缸盖和齿轮罩螺栓拧紧部位一体化)。

二、节能减排的锻造新工艺

锻造是一种非常传统的制造工艺,锻造能改善一些部件的摩擦系数,例如采用锻造工艺制造的活塞就能更好的减小表面的摩擦系数。锻造不仅要多使用铝、镁、钛合金等轻量化材料,还要研究新的设备润滑剂和模具表面处理方法。在锻造领域大量使用IT也可以减少环境污染。

锻造和锻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。紧接着在锻造之后,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%。

过去,锻件设计和制造是通过对产品反复试制来确定的,从开始到量产的开发周期长。如今,设计和制造人员从开发初期就可以同步参与活动,使用模拟仿真技术进行产品、功能和制造设计,从而缩短开发周期。随着技术的发展,生产设备的技术含量在不断提高。例如,现代塑性加工的伺服冲压机中就使用了许多新的伺服技术,不仅成形精度高、模具寿命长,而且使加工过去难以加工的部件成为可能,做到噪声低、振动少,加工环境得到改善。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。

三、机械加工、切削生产技术的最新进展

数字化方面,3D设计、分析、工艺、加工在汽车制造中普遍应用,而且在发动机、变速箱、桥等壳体类零件加工中已普遍应用柔性加工。高效方面,目前已实现高速车削、高速铣削、高速磨削、高速滚齿,国外铝合金车、铣切削的速度已达到3000m/min以上的水平;另外铸铁桥壳已实现强力车削,转向节、凸轮轴也实现了强力磨削;而中小批量结构复杂件的多品种生产逐渐趋向采用车铣中心、车磨中心等复合加工方式。

四、激光加工和机器人焊接技术的新突破

近年来,汽车制造商为了达到安全、环保和燃油经济性的目标,开发新车型普遍兼顾了车身的轻量化、高强度和高刚性。提高撞击安全性必然会带来车身质量的增加,与轻量化的要求相矛盾,所以如何兼顾是需要研究的课题。为了解决该难题,采用高强度钢板和铝制材料车身的趋势越来越明显。高强度钢板在向更高强度方向发展。伴随着高强度钢板的广泛应用,为了确保点焊时稳定的焊接质量,目前的趋势是采用电动伺服焊枪对焊接进行细微的管控。随着钢板强度的提高,过去采用的钢凿检查就变得很困难,如今已开发出非破坏检查装置来进行点焊品质检查。轻量化的另一个有效手段是采用铝合金。铝材料主要使用点焊、铆接、弧焊和激光焊。近年来摩擦搅拌焊接法被许多汽车厂家采用。另外,铁和铝不同材料的焊接也在吸引人们的兴趣,这方面的研究将面临新的突破。目前,连续性激光焊接技术既提高了车身刚性,又带动了粘结剂的发展。但是粘结剂时间一长,状态就会产生变化并有环境污染的问题,使用受到一定的局限。车身焊装生产线今后的趋势是多品种混流,为此点焊不仅要大量导入机械手,而且还要有通用性高的搬运装置。为了应对轻量化、高强度、高刚性的需求,更加环保的焊接技术还要进一步发展。



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。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种、大批量车身焊接生产。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。

五、汽车部件热处理工艺发展的新趋势

解决热处理变形是热处理技术的永恒课题,尤其是从降低齿轮噪声和简化精加工工序的角度来解决热处理变形。虽然用油淬火法可解决部分热处理变形,但采用气体冷却技术却更加有效,而最有前途的是热处理模拟技术。通过模拟技术可以进行冷却控制、分析气体冷却流向、进行冷却气室设计、变形预测等,目前已取得了很多成果。另外,作为解决热处理变形的手段之一,科学地运用氮化处理是发展方向。氮化处理不进行淬火,所以热处理变形很少,但是由于强度不够,使用上会受到限制。然而今天可以通过添加Al、Ti、V等氮化物来加强其强度。这项技术已被广泛地应用到齿轮和钢板部件上。在流程管理上,为了缩短渗碳处理的生产周期,正在努力开发高CO渗碳、高温渗碳、真空渗碳等技术,并进行批量化生产。

六、CAD/CAM、热冲压技术

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(CAD/CAM是计算机辅助设计/计算机辅助制造的简称)不仅提高质量,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。

骨架部位大多采用590MPA级强度的钢板,部分车身还采用780MPa和980MPa级钢板。然而,高强度钢板普遍具有加工性和形状冻结性差的特点,因此改善加工技术非常重要。目前比较流行的是既采用过去的冷加工又采用现代热冲压技术。现代热冲压就是对材料进行预加热,冲压成形时通过模具进行急冷的一种加热方法。它可以大幅度提高部件强度,达到980MPa以上。过去的镀锌钢板因高温而被氧化,所以无法使用。而现在可采用镀铝钢板来提高耐腐蚀性。对冲压钢板实施高频淬火来提高部件强度的技术也在被开发中。当然,淬火时由于热应变使精度降低,但是,通过事先给予逆方向的弹性应变来约束部件,再进行加热,就可以解决此类问题。

七、树脂加工大有用武之地

为了减少CO2的排放量,树脂材料需要进一步轻量化,同时需要大幅度减少加工能源消耗。保险杠采用刚性较好的PP类树脂,壁厚和质量要比过去减少20%。薄壁化不但可以缩短冷却时间,也能提高生产效率。大型电动成形机的开发,使保险杠制造可以使用电动注射模成形机来完成,节省生产能源。对保险杠以外的部件,诸如油箱和进气管等,为了减轻质量,也可以使用树脂材料。为了缩短新车的开发周期,需要积极应用CAE对不合格产品进行前期的分析。在过去作预测产品外观不合格的流动分析和预测热变形的耐热分析的基础上,还要作翘度变形分析,以确保产品的装配品质。根据翘度变形分析结果预测变形量,在制作模具时,用模具完成后的最初成形品来生产图纸要求的成形品。随着新加工技术和新材料的实用化,树脂部件在汽车制造方面将大有用武之地。
 

 
 
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