现代汽车制造技术.ppt [兼容模式] - 上海理工大学
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<strong>现代汽车制造技术</strong>
先进制造<br />
技术的概念<br />
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ü<br />
目录<br />
先进制造技术<br />
概述<br />
快速原型<br />
技术<br />
计算机仿真<br />
与虚拟制造技术<br />
<strong>上海理工大学</strong>车辆研究所
材料开发<br />
目录<br />
现代汽车先进制造技术<br />
动力总成制造装配设计<br />
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车体制造装配设计<br />
<strong>上海理工大学</strong>车辆研究所
先进制造技术的概念<br />
美国政府80年代末提出的<br />
“美国制造业21世纪发展战略<br />
报告”给出了先进制造技术的<br />
系统概括,它包括系统总体技<br />
术、管理技术、设计制造一体<br />
化技术、制造工艺与装备技术、<br />
支撑技术在内的五大技术群。<br />
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<strong>上海理工大学</strong>车辆研究所
先进制造技术的概念——五大技术群<br />
v 1)系统总体技术群:研究如柔性制造、计算机集成制造、敏捷制造、智能制造等先进<br />
制造技术的规划、设计、集成等总体技术。<br />
v 2)管理技术群:研究与制造系统生产活动和组织管理相关的各种技术,如计算机辅助<br />
生产管理、MRP/ERP、供应链管理、精益生产、企业经营过程重构等。<br />
v 3)设计制造一体化技术群:研究与系统设计、实施、运行全过程相关的各种单元技术,<br />
如并行工程(Concurrent Engineering,CE)、CAD/CAM/CAE、可靠性设计、智<br />
能优化技术、数控技术、物料储运、自动控制、检测监控等。<br />
v 4)制造工艺与装备技术群:研究与制造工艺及装备相关的各种技术,如材料生产工艺<br />
及装备、常规加工工艺及装备、少切削加工工艺及装备、高速和超高速加工工艺及装<br />
备、精密和超精密加工工艺及装备、纳米加工工艺及装备、特种加工工艺及装备等。<br />
v 5)支撑技术群:这一技术群是以上技术群赖以存在并不断取得发展的相关技术,如标<br />
准化技术、计算机技术、软件工程、数据库技术、多媒体技术、网络通信技术、人工<br />
智能、虚拟现实技术、材料科学、人机工程、环境科学等。<br />
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<strong>上海理工大学</strong>车辆研究所
先进制造技术的概念——先进制造技术和产品生命周期<br />
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图一 先进制造技术和产品生命周期<br />
<strong>上海理工大学</strong>车辆研究所
先进制造技术的概念<br />
v 采用先进制造技术,是制造企业为了适应新挑战,使<br />
其制造系统能够可靠地、优质地生产出满足顾客需求<br />
的产品;同时又可以快速重构以迅速响应新产品开发<br />
制造的要求。<br />
v 我国的制造企业更应大力加强先进制造技术的应用和<br />
研究,提高自身产品的竞争力;否则将会被无情的国<br />
际市场所淘汰。<br />
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<strong>上海理工大学</strong>车辆研究所
计算机仿真与虚拟制造技术<br />
v 计算机仿真(Computer<br />
Simulation,CS)是一门利<br />
用计算机模拟系统运行状态,<br />
进行科学实验的技术。这个<br />
被模拟的系统可以是实际的<br />
现实系统,也可以是设计中<br />
的暂时不存在的系统,或者<br />
是符合某种逻辑规则的虚拟<br />
系统。<br />
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图二仿真的三要素及三项基本活动<br />
<strong>上海理工大学</strong>车辆研究所
计算机仿真与虚拟制造技术<br />
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图三仿真系统的硬件组成<br />
<strong>上海理工大学</strong>车辆研究所
计算机仿真与虚拟制造技术<br />
图四汽车虚拟样机分析模型<br />
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图五 ADAMS/Postprocessor模块<br />
<strong>上海理工大学</strong>车辆研究所
计算机仿真与虚拟制造技术<br />
v 仿真技术在制造系统中由研究<br />
设备加工过程发展到研究整个制造<br />
系统的设计,生产过程的组织、运<br />
行,后勤供应和库存管理等,并进<br />
一步拓展到企业制造活动的各个方<br />
面,从而逐步发展为可运行的制造<br />
仿真应用集成环境,即虚拟制造<br />
(Vrtual Manufacturing,VM)系<br />
统。<br />
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图六 虚拟制造与其他先进制造技术的关系<br />
<strong>上海理工大学</strong>车辆研究所
计算机仿真与虚拟制造技术<br />
图七 虚拟制造系统构成<br />
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图八 虚拟制造流程图<br />
<strong>上海理工大学</strong>车辆研究所
计算机仿真与虚拟制造技术<br />
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图九 虚拟制造奥迪R8车壳<br />
<strong>上海理工大学</strong>车辆研究所
快速原型技术<br />
v 快速原型制造技术20世纪80年代起源于日本,很快发展到美国和西欧,<br />
是近20年来制造技术领域的一次重大突破。快速原型制造技术是CAD、数控<br />
技术、激光技术以及材料科学与工程的技术集成。<br />
原型概念<br />
设计<br />
CAD设计<br />
数据采集<br />
反求获取<br />
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数<br />
据<br />
采<br />
集<br />
图十 快速原型制造技术原理<br />
集<br />
成<br />
制<br />
造<br />
原型或<br />
零件<br />
<strong>上海理工大学</strong>车辆研究所
快速原型技术<br />
v 快速原型制造技术的一般步骤是:<br />
v (1)建立三维数据模型;<br />
v (2)寻找可加工、应用的材料,如流体、粉末、丝线、板材或块体;<br />
v (3)使用不同物理原理的高度集成化设备;<br />
v (4)原型或零件的堆砌制造;<br />
v (5)原型或零件的后处理。<br />
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快<br />
速<br />
原<br />
型<br />
制<br />
造<br />
技<br />
术<br />
工艺原理<br />
模型数据与结构<br />
选 用 材料<br />
集成加工设备<br />
图十一 快速原型制造技术的要素<br />
<strong>上海理工大学</strong>车辆研究所
快速原型技术<br />
v 快速原型制造技术有以下特点:<br />
v 1)制造快速<br />
v 2)技术高度集成<br />
v 3)自由成型制造<br />
v 4)制造过程高柔度性<br />
v 5)可选材料的广泛性<br />
v 6)广泛的应用领域<br />
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v 7)突出的技术经济效益<br />
<strong>上海理工大学</strong>车辆研究所
现代汽车先进制造技术<br />
v 近20年来,我国汽车工业取得了令人瞩目的<br />
发展,但重“产品”轻“制造”的倾向至今仍然<br />
存在。实践证明,“产品技术”和“制造技术”<br />
是相辅相成的,产品设计的创新可以拉动制造技<br />
术的进步,制造技术的进步同样也可以促进产品<br />
性能的提高,同时也对保障汽车产品的可靠性、<br />
耐久性具有重要影响。<br />
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<strong>上海理工大学</strong>车辆研究所
现代汽车先进制造技术——材料开发<br />
v (一)、金属材料TRIP<br />
(Transformation-<br />
Induced Plasticity):<br />
v 相变诱发塑性钢(TRIP)主要成分<br />
是C、Si和Mn。<br />
v 主要组织是铁素体、贝氏体和残余<br />
奥氏体。<br />
v TRIP同时实现了强韧性最优组合,<br />
是其他钢种所不具备的。<br />
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图十二 金属材料在汽车上的应用<br />
<strong>上海理工大学</strong>车辆研究所
现代汽车先进制造技术——材料开发<br />
v (二)、塑料材料<br />
v<br />
v 1)聚丙烯<br />
v 聚丙烯原材料丰富,成本低,重量轻,比强度大,污染小,可再生利用,一般的<br />
轿车上聚丙烯汽车零件可达70多种。<br />
v 2)聚酰胺(商用名尼龙)<br />
v 聚酰胺塑料是应用较广的工程塑料,汽车上常用的是PA6、PA66、PA11(PA12)、<br />
PA1010D等。<br />
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图十三 塑料材料在<br />
汽车上的应用<br />
<strong>上海理工大学</strong>车辆研究所
现代汽车先进制造技术——材料开发<br />
v (三)、陶瓷材料<br />
v 陶瓷具硬度高、抗压强度大、耐高<br />
温、隔热性和绝缘性能。以氮化硅、氧<br />
化铝和二氧化锆为主要成分的陶瓷材料,<br />
用于制造挺杆、气门、轴承和摇臂等汽<br />
车零件,充分发挥其强度高、耐热性、<br />
耐磨性、耐腐蚀性等优良的特性。<br />
v (四)、复合材料<br />
v 复合材料具有很高的机械强度,可<br />
以代替钢板制作车身覆盖件或结构件,<br />
减轻汽车的质量。福特公司所做的研究<br />
表明,复合材料可以将零部件的数量减<br />
为原来的80%,加工费用相对钢材降<br />
低60%,粘结费用相对焊接减少25%<br />
到40%。<br />
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图十四 采用复合材料的汽车<br />
<strong>上海理工大学</strong>车辆研究所
生铁 气缸体、发动机零件<br />
普通钢 车体、机架、车轴<br />
特殊钢 齿轮、前桥、后桥、车轴<br />
纸 滤纸<br />
纤维 座椅、内饰件、安全带<br />
木材 车厢<br />
石棉 衬里、衬片、气密垫<br />
陶瓷器 火花塞、废气净化作用<br />
玻璃 窗<br />
皮革 座椅、垫床<br />
合成树脂 转向盘、散热器格栅、保<br />
险杠<br />
弹簧<br />
轴承<br />
泵等机加工零件<br />
轮胎、管子<br />
蓄电池<br />
窗玻璃<br />
千斤顶等随车工具<br />
汽车<br />
图十五 常见汽车材料的构成<br />
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电器零件,散热器<br />
发动机轴承瓦、夹<br />
头、装饰件<br />
发动机零件,车体<br />
零件<br />
铜<br />
铅,锡,锌<br />
铝合金<br />
排气净化用品 贵金属<br />
装饰电涂用 其他非铁金属<br />
轮胎、各种密封件<br />
、防振用品<br />
橡胶<br />
装饰用、防锈用 涂料<br />
洗净液、不冻液、 苏打等化学品<br />
制动油<br />
铸造模具用 动植物油<br />
润滑、热处理、切 油脂类<br />
削用<br />
铸造用 焦炭<br />
燃料、热处理、涂<br />
装、干燥用、工厂<br />
动力用<br />
石油、电力、<br />
煤气<br />
电子零件<br />
照明器械、电线<br />
起动电机、发电机、金属类<br />
空调器、冷凝器<br />
收音机、音响<br />
灭火器、轮胎防滑链等用品<br />
<strong>上海理工大学</strong>车辆研究所
现代汽车先进制造技术——动力总成制造装配设计<br />
v (一)、零件铸锻造技术<br />
v 1)砂型铸造成形技术<br />
v 潮模造型经过手工紧实一震击+压实紧实→高压+微震紧实→气冲紧实→静压紧实<br />
几个发展阶段。<br />
v 2)近净形技术<br />
近净形技术分为两种:一种是消失模铸造成形工艺,另一种是熔模精密铸造成形工<br />
艺。<br />
3)制芯技术<br />
现代汽车铸造中常并行采用的主要工艺有热芯盒制芯、壳芯制芯、冷芯盒制芯等。<br />
4)铸铁熔炼技术<br />
目前,国内外铸铁熔炼技术有两种主要方式:一是采用大型热风除尘冲天炉与工频<br />
保温炉双联熔炼工艺;二是采用中频感应电炉熔炼工艺技术。<br />
5)铝合金气缸体、气缸盖压铸成形技术<br />
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、<br />
强度高、耐腐蚀的要求。<br />
6)镁合金成形技术<br />
镁是目前汽车工业中应用的最轻的金属,它比铝轻1/3,比钢铁轻3/4,比非金属<br />
的塑料还轻1/5。<br />
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<strong>上海理工大学</strong>车辆研究所
现代汽车先进制造技术——动力总成制造装配设计<br />
v (二)、发动机加工装配<br />
技术<br />
发动机装配工艺装备主要分<br />
为五个类型;总成和分总成装配<br />
线、移载翻转设备、自动拧紧设<br />
备、专用装配设备和检测设备。<br />
连杆裂解技术就是20世纪90<br />
年代出现的一种先进的连杆加工新<br />
技术,和传统的加工技术相比,该<br />
技术具有大幅度提高产品质量、提<br />
高生产率、降低生产成本等突出优<br />
点而备受业界关注。采用裂解工艺<br />
可以减少连杆机加工工序60%,<br />
机床设备投资25% ,刀具费用<br />
35%,节省能源40%。另外,连<br />
杆裂解工艺使连杆盖和连杆体的结<br />
合面增大,可增强连杆的承载能力<br />
和抗剪切能力。<br />
粗磨连<br />
杆两侧<br />
面<br />
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粗镗大小头<br />
孔,半精镗<br />
小头孔<br />
精磨两<br />
侧面<br />
钻、攻<br />
螺栓孔<br />
半精、精<br />
镗大小头<br />
孔<br />
钻、削<br />
油道孔<br />
铰珩大<br />
小头孔<br />
清<br />
洗<br />
清<br />
洗<br />
拉裂解槽、裂解<br />
装配、压衬套并<br />
精装、倒角<br />
称重分<br />
组终检<br />
图十六 裂解连杆加工工艺工序简图<br />
图十七 连杆裂解加工原理图<br />
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现代汽车先进制造技术——车体制造装配设计<br />
v (一)、先进白车身制造技术<br />
v 1)车身冲压技术<br />
v 车身的金属件绝大部分为冲压件。国外在<br />
车身覆盖件冲压成型过程中,CAD(CAPP)<br />
和计算机模拟技术应用较早, 且在运用中不断<br />
更新。目前车身冲压技术的发展,呈现出冲压<br />
技术模块化、亚毫米冲压技术和特种成型技术<br />
等新的趋势。<br />
v 2)车身焊装技术<br />
v 激光拼焊已经成为汽车车身的成形新技术,<br />
它可以不受限制地把不同厚度、不同材质、不<br />
同强度、不同冲压性能和不同表面状况的散板<br />
坯拼焊在一起,用来压制成大型覆盖件。自动<br />
化柔性生产系统是车身焊接技术的发展趋势之<br />
一。<br />
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图十九 超声波焊装在汽车中的应用<br />
图十八 东风标致508一体式冲压车身<br />
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现代汽车先进制造技术——车体制造装配设计<br />
v (二)、车身涂装技术<br />
v 新涂装材料的应用是涂装技术进步的<br />
先导,以减少VOC和有害重金属为代表<br />
的环保型涂料不断得到推广应用。汽车涂<br />
装技术的发展趋势是从材料、工艺、设备<br />
等方面不断地追求更高的质量和效率、更<br />
少的材料和能源消耗、减少直至消除三废<br />
排放,在此基础上降低成本。<br />
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图二十一 车身涂装技术<br />
图二十二 第一台机器人喷涂车身<br />
成功下线<br />
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现代汽车先进制造技术——车体制造装配设计<br />
v (三)总装技术<br />
v 汽车的装配生产水平直接影响着汽车的整车产品质量和性能。在装配生产中采用<br />
先进的生产方式和管理体系,在装配流水生产线中应用柔性化和自动化的生产技术,<br />
才能够快速地改换车型并调整产量,以适应不断变化的市场需求,增强企业的竞争力。<br />
目前,汽车装配生产的新技术突出表现在以下几个方面。<br />
v 1)装配生产模块化<br />
v 所谓模块,是指按汽车的组成结构将零部件或子系统进行集成,从而形成大的部<br />
件或大的总成。而生产装配的模块化,是指汽车零部件厂商生产模块化的系统产品,<br />
整车厂商对采购的模块化产品进行装配即可完成整车的生产。<br />
v 2)装配生产自动化<br />
v 汽车装配生产的自动化水平,影响着生产的效率和产品的质量。在汽车装配的生<br />
产中, 有越来越多的自动装配机和自动装配线在运行,应用着机器人、机械手和自行导<br />
向小车等先进的、柔性的装配及运输自动化生产设备,他们能够完成复杂及繁重的装<br />
配作业,并且能够做到精确地定位及准确地安装。<br />
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现代汽车先进制造技术——车体制造装配设计<br />
v3)装配生产管理信息化<br />
v 在汽车产品个性化及多样化的市场需求下,汽车装配<br />
作业从传统的单一品种和大批量生产向多品种和中小批量<br />
转化,装配生产的批量性特点趋于复杂,安装零件的品种<br />
及数量进一步增多。<br />
v 在国外的装配车间里大多采用柔性化的生产方式,一<br />
条生产线可以装配所有的车型。车间生产的管理需要强大<br />
的信息技术做支撑,车间内的每台汽车都有条形码,底盘、<br />
车体及零部件等的库存都由同一个条形码来管理,零部件<br />
供应商也共同使用这一条形码。座椅和轮胎等都按适时库<br />
存制及时送到流水线旁,流水线边上还安置有监控器,可<br />
以显示出当天的生产目标台数和现时到达的台数。<br />
v 先进的生产信息管理系统,可以大大提高汽车制造企<br />
业的应变力,使企业能够更经济和更深入地持续获得信息<br />
化效益。<br />
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现代汽车先进制造技术——车体制造装配设计<br />
v4)虚拟装配技术<br />
v 计算机技术的飞速发展为汽车的制造装配集<br />
成化和智能化创造了条件。虚拟装配技术是CAD<br />
技术、可视化技术、仿真技术、产品数据管理及<br />
装配和制造过程研究等多种技术的综合运用。虚<br />
拟装配技术改变了汽车的设计开发和生产制造方<br />
式,在产品设计阶段直接检测各个零部件的装配<br />
关系和干涉情况,并进一步实现了产品的可视化<br />
设计和分析评价。虚拟装配技术,使样车的试制<br />
成为不必要,虚拟样车将在虚拟检测环境中完成<br />
装配、试验及检测。<br />
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