现代汽车制造技术.ppt [兼容模式] - 上海理工大学

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现代汽车制造技术

先进制造 

技术的概念 


ü 

目录 

先进制造技术 

概述 

快速原型 

技术 

计算机仿真 

与虚拟制造技术 

上海理工大学车辆研究所

材料开发 

目录 

现代汽车先进制造技术 

动力总成制造装配设计 

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车体制造装配设计 


先进制造技术的概念 

美国政府80年代末提出的 

“美国制造业21世纪发展战略 

报告”给出了先进制造技术的 

系统概括,它包括系统总体技 

术、管理技术、设计制造一体 

化技术、制造工艺与装备技术、 

支撑技术在内的五大技术群。 

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先进制造技术的概念——五大技术群 

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 

制造技术的规划、设计、集成等总体技术。 

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 

生产管理、MRP/ERP、供应链管理、精益生产、企业经营过程重构等。 

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, 

如并行工程(Concurrent Engineering,CE)、CAD/CAM/CAE、可靠性设计、智 

能优化技术、数控技术、物料储运、自动控制、检测监控等。 

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 

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 

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。 

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 

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 

智能、虚拟现实技术、材料科学、人机工程、环境科学等。 



先进制造技术的概念——先进制造技术和产品生命周期 

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图一先进制造技术和产品生命周期 


先进制造技术的概念 

v 采用先进制造技术,是制造企业为了适应新挑战,使 

其制造系统能够可靠地、优质地生产出满足顾客需求 

的产品;同时又可以快速重构以迅速响应新产品开发 

制造的要求。 

v 我国的制造企业更应大力加强先进制造技术的应用和 

研究,提高自身产品的竞争力;否则将会被无情的国 

际市场所淘汰。 



计算机仿真与虚拟制造技术 

v 计算机仿真(Computer 

Simulation,CS)是一门利 

用计算机模拟系统运行状态, 

进行科学实验的技术。这个 

被模拟的系统可以是实际的 

现实系统,也可以是设计中 

的暂时不存在的系统,或者 

是符合某种逻辑规则的虚拟 

系统。 


图二仿真的三要素及三项基本活动 




图三仿真系统的硬件组成 



图四汽车虚拟样机分析模型 


图五 ADAMS/Postprocessor模块 



v 仿真技术在制造系统中由研究 

设备加工过程发展到研究整个制造 

系统的设计,生产过程的组织、运 

行,后勤供应和库存管理等,并进 

一步拓展到企业制造活动的各个方 

面,从而逐步发展为可运行的制造 

仿真应用集成环境,即虚拟制造 

(Vrtual Manufacturing,VM)系 

统。 


图六虚拟制造与其他先进制造技术的关系 



图七虚拟制造系统构成 


图八虚拟制造流程图 




图九虚拟制造奥迪R8车壳 


快速原型技术 

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, 

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 

技术、激光技术以及材料科学与工程的技术集成。 

原型概念 

设计 

CAD设计 

数据采集 

反求获取 


数 

据 

采 

集 

图十快速原型制造技术原理 

集 

成 

制 

造 

原型或 

零件 



v 快速原型制造技术的一般步骤是: 

v (1)建立三维数据模型; 

v (2)寻找可加工、应用的材料,如流体、粉末、丝线、板材或块体; 

v (3)使用不同物理原理的高度集成化设备; 

v (4)原型或零件的堆砌制造; 

v (5)原型或零件的后处理。 


快 

速 

原 

型 

制 

造 

技 

术 

工艺原理 

模型数据与结构 

选用材料 

集成加工设备 

图十一快速原型制造技术的要素 



v 快速原型制造技术有以下特点: 

v 1)制造快速 

v 2)技术高度集成 

v 3)自由成型制造 

v 4)制造过程高柔度性 

v 5)可选材料的广泛性 

v 6)广泛的应用领域 


v 7)突出的技术经济效益 


现代汽车先进制造技术 

v 近20年来,我国汽车工业取得了令人瞩目的 

发展,但重“产品”轻“制造”的倾向至今仍然 

存在。实践证明,“产品技术”和“制造技术” 

是相辅相成的,产品设计的创新可以拉动制造技 

术的进步,制造技术的进步同样也可以促进产品 

性能的提高,同时也对保障汽车产品的可靠性、 

耐久性具有重要影响。 



现代汽车先进制造技术——材料开发 

v (一)、金属材料TRIP 

(Transformation- 

Induced Plasticity): 

v 相变诱发塑性钢(TRIP)主要成分 

是C、Si和Mn。 

v 主要组织是铁素体、贝氏体和残余 

奥氏体。 

v TRIP同时实现了强韧性最优组合, 

是其他钢种所不具备的。 


图十二金属材料在汽车上的应用 



v (二)、塑料材料 

v 

v 1)聚丙烯 

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 

轿车上聚丙烯汽车零件可达70多种。 

v 2)聚酰胺(商用名尼龙) 

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)、 

PA1010D等。 


图十三塑料材料在 

汽车上的应用 



v (三)、陶瓷材料 

v 陶瓷具硬度高、抗压强度大、耐高 

温、隔热性和绝缘性能。以氮化硅、氧 

化铝和二氧化锆为主要成分的陶瓷材料, 

用于制造挺杆、气门、轴承和摇臂等汽 

车零件,充分发挥其强度高、耐热性、 

耐磨性、耐腐蚀性等优良的特性。 

v (四)、复合材料 

v 复合材料具有很高的机械强度,可 

以代替钢板制作车身覆盖件或结构件, 

减轻汽车的质量。福特公司所做的研究 

表明,复合材料可以将零部件的数量减 

为原来的80%,加工费用相对钢材降 

低60%,粘结费用相对焊接减少25% 

到40%。 


图十四采用复合材料的汽车 


生铁气缸体、发动机零件 

普通钢车体、机架、车轴 

特殊钢齿轮、前桥、后桥、车轴 

纸滤纸 

纤维座椅、内饰件、安全带 

木材车厢 

石棉衬里、衬片、气密垫 

陶瓷器火花塞、废气净化作用 

玻璃窗 

皮革座椅、垫床 

合成树脂转向盘、散热器格栅、保 

险杠 

弹簧 

轴承 

泵等机加工零件 

轮胎、管子 

蓄电池 

窗玻璃 

千斤顶等随车工具 

汽车 

图十五常见汽车材料的构成 


电器零件,散热器 

发动机轴承瓦、夹 

头、装饰件 

发动机零件,车体 

零件 

铜 

铅,锡,锌 

铝合金 

排气净化用品贵金属 

装饰电涂用其他非铁金属 

轮胎、各种密封件 

、防振用品 

橡胶 

装饰用、防锈用涂料 

洗净液、不冻液、苏打等化学品 

制动油 

铸造模具用动植物油 

润滑、热处理、切油脂类 

削用 

铸造用焦炭 

燃料、热处理、涂 

装、干燥用、工厂 

动力用 

石油、电力、 

煤气 

电子零件 

照明器械、电线 

起动电机、发电机、金属类 

空调器、冷凝器 

收音机、音响 

灭火器、轮胎防滑链等用品 


现代汽车先进制造技术——动力总成制造装配设计 

v (一)、零件铸锻造技术 

v 1)砂型铸造成形技术 

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 

几个发展阶段。 

v 2)近净形技术 

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 

艺。 

3)制芯技术 

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。 

4)铸铁熔炼技术 

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 

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。 

5)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。 

6)镁合金成形技术 

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 

的塑料还轻1/5。 



现代汽车先进制造技术——动力总成制造装配设计 

v (二)、发动机加工装配 

技术 

发动机装配工艺装备主要分 

为五个类型;总成和分总成装配 

线、移载翻转设备、自动拧紧设 

备、专用装配设备和检测设备。 

连杆裂解技术就是20世纪90 

年代出现的一种先进的连杆加工新 

技术,和传统的加工技术相比,该 

技术具有大幅度提高产品质量、提 

高生产率、降低生产成本等突出优 

点而备受业界关注。采用裂解工艺 

可以减少连杆机加工工序60%, 

机床设备投资25% ,刀具费用 

35%,节省能源40%。另外,连 

杆裂解工艺使连杆盖和连杆体的结 

合面增大,可增强连杆的承载能力 

和抗剪切能力。 

粗磨连 

杆两侧 

面 


粗镗大小头 

孔,半精镗 

小头孔 

精磨两 

侧面 

钻、攻 

螺栓孔 

半精、精 

镗大小头 

孔 

钻、削 

油道孔 

铰珩大 

小头孔 

清 

洗 

清 

洗 

拉裂解槽、裂解 

装配、压衬套并 

精装、倒角 

称重分 

组终检 

图十六裂解连杆加工工艺工序简图 

图十七连杆裂解加工原理图 


现代汽车先进制造技术——车体制造装配设计 

v (一)、先进白车身制造技术 

v 1)车身冲压技术 

v 车身的金属件绝大部分为冲压件。国外在 

车身覆盖件冲压成型过程中,CAD(CAPP) 

和计算机模拟技术应用较早, 且在运用中不断 

更新。目前车身冲压技术的发展,呈现出冲压 

技术模块化、亚毫米冲压技术和特种成型技术 

等新的趋势。 

v 2)车身焊装技术 

v 激光拼焊已经成为汽车车身的成形新技术, 

它可以不受限制地把不同厚度、不同材质、不 

同强度、不同冲压性能和不同表面状况的散板 

坯拼焊在一起,用来压制成大型覆盖件。自动 

化柔性生产系统是车身焊接技术的发展趋势之 

一。 


图十九超声波焊装在汽车中的应用 

图十八东风标致508一体式冲压车身 



v (二)、车身涂装技术 

v 新涂装材料的应用是涂装技术进步的 

先导,以减少VOC和有害重金属为代表 

的环保型涂料不断得到推广应用。汽车涂 

装技术的发展趋势是从材料、工艺、设备 

等方面不断地追求更高的质量和效率、更 

少的材料和能源消耗、减少直至消除三废 

排放,在此基础上降低成本。 


图二十一车身涂装技术 

图二十二第一台机器人喷涂车身 

成功下线 



v (三)总装技术 

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 

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, 

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。 

目前,汽车装配生产的新技术突出表现在以下几个方面。 

v 1)装配生产模块化 

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 

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, 

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。 

v 2)装配生产自动化 

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 

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 

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 

配作业,并且能够做到精确地定位及准确地安装。 




v3)装配生产管理信息化 

v 在汽车产品个性化及多样化的市场需求下,汽车装配 

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 

转化,装配生产的批量性特点趋于复杂,安装零件的品种 

及数量进一步增多。 

v 在国外的装配车间里大多采用柔性化的生产方式,一 

条生产线可以装配所有的车型。车间生产的管理需要强大 

的信息技术做支撑,车间内的每台汽车都有条形码,底盘、 

车体及零部件等的库存都由同一个条形码来管理,零部件 

供应商也共同使用这一条形码。座椅和轮胎等都按适时库 

存制及时送到流水线旁,流水线边上还安置有监控器,可 

以显示出当天的生产目标台数和现时到达的台数。 

v 先进的生产信息管理系统,可以大大提高汽车制造企 

业的应变力,使企业能够更经济和更深入地持续获得信息 

化效益。 




v4)虚拟装配技术 

v 计算机技术的飞速发展为汽车的制造装配集 

成化和智能化创造了条件。虚拟装配技术是CAD 

技术、可视化技术、仿真技术、产品数据管理及 

装配和制造过程研究等多种技术的综合运用。虚 

拟装配技术改变了汽车的设计开发和生产制造方 

式,在产品设计阶段直接检测各个零部件的装配 

关系和干涉情况,并进一步实现了产品的可视化 

设计和分析评价。虚拟装配技术,使样车的试制 

成为不必要,虚拟样车将在虚拟检测环境中完成 

装配、试验及检测。 




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