汽车制造行业中的新技术.doc

《汽车制造行业中的新技术.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车制造行业中的新技术.doc（16页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 机制专业导论论文题 目：汽车制造行业中的新技术 新工艺及大三大四专业选课 系 别：机械工程系专 业：机械设计制造及其自动化班 级： 姓 名： 学 号： 完成日期：2013年4月18日 前言汽车与人们生活生产息息相关，汽车在人类社会中扮演着越来越重要重要的角色。随着汽车工业的高速发展和竞争的不断加剧，采用先进的设计理念、应用新材料及先进制造技术，降低生产成本、提高生产效率已经成为业内人士的共识。 而汽车制造中那些新技术新工艺往往是汽车行业变革的核心，引导着汽车行业一步一步地向前迈进，也推动了我们的汽车变得更加舒适智能。我想向大家介绍一些新技术（如：车身新技术、底盘新技术、车联网）以及新工艺（如

2、：汽车焊接新工艺、汽车液压成形工艺、JFE智能冲压成形技术）。如有不对之处，望读者予以指出。目 录1. 前言 22. 汽车制造中的新技术 43. 2.1汽车车身新技术 42.1.1车身新材料 4 2.1.2车身新结构 62.1.3接缝接合新技术 82.2底盘新技术 92.2.1悬架新技术 102.2.2 汽车转向控制新技术 102.3车联网开启交通新时代 113 汽车制造中的新工艺 123.1汽车焊接新工艺 123.2汽车液压成形工艺 143.3 JFE智能冲压成形技术 154.我的大学三、四年级选课 152.0汽车制造中的新技术 2.1汽车车身新技术2.1.1车身新材料1)钢钢料无疑是最为常

3、用的材料。采用各种新型的钢合金使用在各自需要的方位处。a）深冲成形钢，深冲成形钢没有特别的强度要求。但这种结构钢件由于它的几何形状复杂，要求它的成形度很高，就不可能使用高强度的钢。顶棚的外板就是实例。顶棚成形量相对来讲不是很大，好像看来适于使用高强度的钢。但顶棚边角是成形的关键部位。（看图1）。在车身制造中使用普通方法和工装可以很容易对这种材料进行焊接。还有一些件使用这种材料，例如，车底板和行李厢底板。图1 E60 车顶棚外板b）IF类钢对于非常复杂造型的零部件，不但要求深冲也需要拉延，有不同的冲延深度，就要使用这种IF类的材料。这种类型的钢的结构是晶格无间隙，是在铁素体的中间晶格内没有了碳和

4、氮的原子，这就使这种合金钢表现出非常低的碳和氮的含量，表现了非常好的成形能力和可焊性。这种钢典型使用是在深冲拉延件，它的冲延深度有时不是完全一样的，汽车侧面框架。如图2。图2 侧面框架c）各向同性的钢料大多数使用拉延法制成的成形的构件的钢材都是各向同性的材料，在深冲的各个方位上的厚度减少量是它的判断标准。这种钢不是在其宽度上流变，而是在其厚度上。这种钢的加工方法普通，可以焊接和钎焊。例如，在车身上的C柱加强件就是有这种钢制造的。图3 C柱的加强件d）烘烤硬化BH钢很难成形的构件，在制造过程中还应该能够提高强度的时候就常常使用这种BH型钢材。除了在冷作过程中提高强度以外，这种钢料在车身通过油漆的

5、烘干炉的流程里面，在20分钟和170度的温度下，可以提高强度大约40N/mm2。通过在合金成分内加上磷以及使碳成分老化来实施这种效果。BH钢本身的屈服限是180-300N/mm2,，最大抗拉强度是500N/mm2，A80拉伸延伸率为30。图4 : E60 车门外面板2) 铝a）铝镁合金对于不是外面板的复杂冲压板件来讲，使用铝镁合金制造。调整合金内的镁含量的多少，Al-Mg铝镁合金可具有非常好的成形特性。但在深冲成形后在外表面上可看见像火烧的点痕和细的条纹，只使用在承受一般载荷的结构件。铝镁合金主要使用范围是车内部件，例如，汽车的正面内壁板或是支撑件。2.1.2车身新结构宝马E60车身结构是车身

6、前部使用了“减重型铝质前车”，在大批量生产时候就混合使用了钢铝材料。图5 E60白车身 (图内黄色代表钢材料，兰色代表铝材料)白车身由下面几部分组成：车身前部（GRAV），车身侧面框架和顶棚，侧面板前部，车身底部，车身后部，“减重型铝质前车”GRAV1）车身前部（GRAV）GRAV的主要优点是前部车身的重量减轻；车桥的负荷分批和车的行驶特性进一步优化。 1.弹簧减震支座 2.发动机架 3.支架正面板 4.连接板外 5.横梁正面板 6.正面板 7.A 柱内支板图 6 E60GRV结构2）车身侧面框架和顶棚，A柱加固板在A柱内，在上面和下面有两块水平加固板。它提高了车在碰撞时的强度。1 上板， 2

7、 下板图7 A柱内的加固板车架空心腔内加固板在侧面骨架空腔内和以前一样安放涨压空腔加固板（成形件）。在E60 车内有22块这样的板块，它降低了车的内部噪声。这些空腔和鼓的道理是一样的，如果空腔的空间越小的话，它从内部发射出的的噪声就越小。1.A柱外涨压空腔加固板 2.门槛前方外侧涨压空腔加固板 3.B柱外涨压空腔加固板4.门槛后部涨压空腔加固板 5.C柱外下方的涨压空腔加固板 6.C柱外涨压空腔加固板图 8 空心腔内加固板1 A柱内部涨压空腔加固板 2 门槛前方内部涨压空腔加固板3 B柱内部涨压空腔加固板 4 门槛后部涨压空腔加固板图 9 空心腔内加固板2.1.3接缝接合新技术在宝马E60车身

8、钢件区里面使用了各种接缝接合方法，例如Mag式焊接方法, Mig式钎焊接合, 激光焊接，点焊接合以及卷边接合。在车身的铝件区和钢铝过渡区，大多数是采用冲铆接合和焊贴接合方法。另外在车身前面的铝件区由于它的电磁性能也使用MIG惰性气体保护焊。在铝制的外部面板的构件使用卷边和全压边的接合方法。1）钢件接合技术a)点焊粘贴接合点焊粘贴接合有三个明显优点。首先，由于接合方式是面接触受力状况改善，使车身的刚度提高；刚度的提高也改善了车身降低噪声的效果；整个表面的粘合和密封的效果的改善，提高了防腐的能力。使用的粘合材料是1K环氧化物粘合剂，这种粘合剂的优点在于有很高的机械强度，而且可以实施自动化的工艺操作

9、。b)MIG钎焊MIG钎焊，即这种惰性气体保护焊和一般焊接的区别在于，使用的材料是青铜焊丝，它和要粘焊的基底材料不互熔，但却有非常高的粘合强度，有时甚至能够高于基底材料的强度。由于使用的温度较低，对锌覆盖层的影响小一些。由于钎焊料和基底材料之间的不同的电化学电位，在粘焊的部位内有良好的防止腐蚀的能力。2)铝件接合技术冲铆拼合技术是纯正的机械加工方法，过程里面没有加热。要拼合的构件采用冲铆接合。这种方法不需要预先钻孔。在冲铆过程中冲铆的两个平面都要露出来以便加工。在E60车身上面采用半孔铆接。把冲铆件放入冲压工装内，把铆钉冲进上面板件内，把下面件的铆钉头铆死。为了防止腐蚀，铆钉表明也要专门的覆盖

10、护层。1.冲头 2.固定台 3.冲铆件 4.接合件 5.铆钉A.和固定台一起夹紧 B.打进冲头 C.打穿上件 D.空间封闭 E.拉回冲头图. 38:冲铆过程鉴于车前面的铝制部件都是使用冲铆拼合的方法彼此连接的，在车前面内部的电导参数要给明，这和焊接的参数不一样，特别是对于快速老化的连接方位更是重要。前车的所有的部件彼此之间连接处都要用Mig的短焊缝连接一下，这种焊缝被称之为防电磁的EMV焊缝。3)钢件和铝件的接合技术钢和铝之间会形成电解，会使铝件损伤。所以在钢件和铝件的接合的时候一定要注意在缝隙内有没有电解质。在E60 车身钢件和铝件的连接处采用拼贴和冲铆相接合方法。这时粘合剂不但起着密封的作

11、用，也起着对接合方位的增强强度的作用。使用的粘合剂是1K环氧基的粘合材料。这种粘合剂的优点是高强度，可以方便使用自动化的工艺过程。 2.2底盘新技术越来越多的新电子控制设备被应用于汽车上。其中许多新的底盘控制技术设备在汽车的安全性、动力性、操作稳定性等方面起着重要的作用。在汽车底盘中采用的新技术主要有主动悬架、四轮转向、四轮驱动、防抱死制动、牵引控制等。2.2.1悬架新技术（1） 主动悬架阻尼器控制系统（ADC）ADC（有时也称为连续性阻尼控制系统CDC）由电子控制单元、CAN、4个车轮垂直加速度传感器、4个车身垂直加速度传感器和4个阻尼器比例阀组成。根据汽车的运动状况及传感器信号，电子控制单

12、元计算出每个车轮悬架阻尼器的最优阻尼系数，然后对阻尼器比例阀进行相应的调节，自动调整车高，抑制车辆的变化等，使汽车的悬架系统能提供更好的汽车舒适性、安全性和稳定性。为此，让汽车车轮的动载振幅和车身垂直加速度尽可能小。（2）主动横向稳定器（ARC）当汽车进行弯道行驶时，离心力会对汽车车身产生一个侧倾力矩。主动侧倾稳定杆有两种不同的结构形式：一种是将被动侧倾稳定杆从中间分开，通过一个旋转马达把稳定杆的左右两部分连接起来。旋转马达能让左右两部分进行相对转动，旋转马达的转矩可以调节。另一种是在被动稳定杆的一端安装一个差动液压缸机构。差动液压缸机构一端与稳定杆连接，另一端与同车轮的横向摆臂连接，差动液压

13、缸机构两端的距离可以调节。主动横向稳定器示意图如图23所示。图23、主动横向稳定器示意图ARC的工作原理是主动让稳定杆的左右两端作垂直方向的相对位移，平衡车身的侧倾力矩，使车身的侧倾角接近零，提高了舒适性。由于汽车前后两个主动稳定杆可以调节车身的侧倾力矩的分配比例，从而可调节汽车的动力特性，提高了汽车安全性和机动性。2.2.2汽车转向控制技术（1） 后轮转向系统（RWS）RWS能主动让汽车两后轮的横拉杆相对于车身作侧向运动，使两后轮产生一转向角。RWS是由电子控制单元、传感器和执行机构等组成。其执行机构有整体式和分离式两种。整体式是指汽车两后轮的横拉杆由同一个执行机构调节；而分离式则指汽车两后

14、轮的横拉杆由两个不同执行机构来调节。对于整体式RWS执行机构，用一个横拉杆位移传感器就能确定两后轮的转向角。但分离式RWS执行机构需要至少两个位移传感器。由于分离式RWS执行机构的元件多，两后轮的控制和协调比较复杂，现在研发更多的是整体式RWS执行机构。整体式RWS执行机构又分液压式和机电式两种。图22、机电式RWS执行机构（2） ESP（或者ESP plus）由于ESP系统在对轿车的行驶状态进行干涉时，只是通过对单个车轮施加制动来调节轿车的行驶稳定性。这时由脉冲制动力引起的轿车振动，乘员能够感觉到。ESP能够识别转向轮与地面之间的附着系数。如果汽车在路面两侧附着系数不同的对开路面上制动时，它

15、朝着路面附着系数较大的一侧转动的趋势，即出现所谓的“制动器拉动”现象，在这种情况下，ESP能够通过转向轮朝路面附着系数较小的一侧作些适当的转向转动，以平衡“制动器拉动”的趋势。2.3 车联网开启交通新时代如今，在我国多数大中城市里，拥挤的交通已令人们感到疲惫不堪，不断增长的交通事故给人们的生命安全带来威胁。如果我们可以利用每天上下班途中的时间做任何喜欢的事情，并且每天可以多陪伴家人15分钟；如果每个家庭可以增加8平方米的“移动客厅”，并能把车停在自家的阳台上；如果每年将有5000万人避免交通事故的伤害，那么人们的生活将充满无限生机。而车联网的出现，将使上述场景成为现实，城市交通也会变得畅通无阻

16、。通过无线通信技术、GPS技术及传感技术的相互配合，便可实现车与车以及车与环境之间的沟通互动。2.3车联网开启交通新时代6月22日，“直达2030”可持续交通系列论坛第二场“车联网网联城市智能交通”，在世博园上汽集团通用汽车馆举行。从“互联网”到“物联网”，世界正以不同的方式相互连接；而从“车载信息”到“车联网”，车与车之间也将相互连接，并成为人们相互交流的新途径。“车联网是通用汽车对于未来互联的汽车的美好愿景，就像20世纪80年代互联网的出现将独立的台式电脑互相联系在一起。”通用汽车中国公司总裁兼总经理甘文维描述到。安吉星(OnStar)全球总裁克里斯普鲁斯则认为：“车载信息是车联网现实应用

17、的前瞻技术之一，车载信息服务的发展对整个车联网的发展具有里程碑式的意义。”对于车联网与互联网、物联网之间的关系，英特尔实验室嵌入式平台和应用首席工程师及高级总监郭新钢告诉记者：“车联网对网络安全性、可靠性的要求相对较高，一方面，利用现有的互联网和通信技术可以加快车联网的发展，另一方面，车联网和互联网可以说都是物联网的一部分。”“无线通信技术和传感技术之间是互补的关系，通用汽车的电动联网概念车EN-V已经把这两个技术结合在一起。”通用汽车中国科学研究院院长杜江凌博士讲述到，“当汽车处在转角等传感器的盲区时，无线通信技术就会发挥作用，而当无线通信的信号丢失时，传感器又可以派上用场。”据悉，在美国，

18、每年有60%的通用用户都会选择安装安吉星车载信息服务，用户十分重视车辆的安全性和互动性。而在中国，随着人们安全意识的提高，车载信息服务的需求也在逐年递增。克里斯普鲁斯表示，随着用户的增加，安吉星将针对中国市场需求推出新服务。目前，导航功能最受中国用户青睐，其用户需求比美国市场的高出三到五倍。此外，安吉星可提供给中国用户的车载信息服务还包括碰撞自动求助、紧急救援协助、车况检测报告、爱心援助路人、被盗车辆定位、远程车门应急开启、车停位置提示、全音控免提电话、兴趣点向导、全程音控领航等14项具体功能。随着人们安全意识的提高，驾驶者对车载信息服务的需求日益增加；而汽车厂商也将加入车载信息服务、提升用户

19、感知度作为其不可或缺的竞争因素之一。3. 汽车制造中的新工艺 3.1汽车焊接新工艺3.1.1汽车工业薄钢板GMAW专用焊丝的开发对于汽车薄钢板的焊接除了在工艺上改进外，这次会议也提出可以从焊丝成分上改进。为了焊接薄钢板并有较大的间隙许容度，要求焊丝有较大的熔化率。除了减小焊丝直径和采用正极性外，也可以通过成分调节而增加焊丝的电阻率，使得焊丝伸出端由电阻热预热到较高温度而增加熔化速度。日本神钢通过在焊丝中增加硅含量而使电阻增加，从而在同样送丝速度下降低了电流，降低了熔深。但是，随着硅含量上升，表面张力增加，使得熔池金属铺展性下降，而对板间隙的填充变坏，因而Si的含量要平衡。开发的新焊丝的典型成分

20、如表4所示，配合交流变极性GMAW使用，不仅使可焊的板更薄，而且对间隙的许容度也大为增加。 此外，新开发的焊丝经过表面特殊处理可以不镀铜，并使电弧稳定，可以在更宽的焊接参数范围内，特别是在相当低的电压下（2325 V）仍不出现短路过渡而使得飞溅很小（图9）。即使在焊接镀锌板时飞溅也大为减少。3.1.2 减少镀锌钢板焊接气孔的工艺措施在汽车上为了防止锈蚀大量使用镀锌钢板，而镀锌钢板焊接时由于锌的蒸发而产生气孔。采取的措施是保留搭接时板间隙0.30.5 mm，使蒸发的锌可由间隙逸出而减少气孔生成。另外，使用脉冲焊接峰值电流大，使得熔池前部加热范围大,而使锌在进入熔池前蒸发逸去。低频的脉冲波动30

21、Hz可以使熔池共振，而使进入熔池的锌易于逸出,低频振动母材也有同样效果，见图10。这些方法可以减少镀锌板的焊接气孔。3.1.3 机器人焊接的实时控制系统日本琦玉大学的大岛教授提出了一套由模糊神经网络实现的实时检测和控制系统，用来进行薄板的对接，主要是实时控制熔深。其框图如图11所示，采用的是前馈加反馈的控制方法。前馈是把由传感器测得的坡口间隙直接输入模糊推理器而进行电流I的予置。反馈是向神经网络输入测得的坡口间隙G；熔池的宽度W；前一瞬时计算的熔深Dt-1，此时的焊接电流I，由神经网络输出下一瞬时予计的熔深D。然后和要求的熔深Dr比较后再输入模糊控制器控制电流。 3.1.4激光焊接和切割（1）

22、 激光已被使用在车体部件的连接上,图12是Audi A2(全铝结构)的部件形态和连接方法。30 m激光焊接主要用于板-板，板-杆之间的连接。在VOLVO上用激光分段焊接（Laser stitch welding）铝镁合金代替点焊，质量优于点焊。在奔驰S-Class车身上用3.2 kWCO2激光焊接车顶架和侧墙。每侧焊缝长度为1 300 mm，焊速为2.5 m/min，整个循环133 s，每天350台，在线检测，填充丝为SG2，0.8 mm。（2）激光裁剪拼焊不同厚度板材（Laser tailored blank）,然后冲压成截面厚度不同的部件，这种工艺已被广泛采用。由于激光焊要求坡口间隙极严，

23、小于0.5 mm的切口的精度是一个非常关键的技术。 3.2液压成形工艺2液压成形技术早在20世纪40年代就被用于汽车制造业。20世纪90年代以来，受到汽车轻量化及安全性要求的推动，汽车中越来越多的结构件采用圆管作为成形毛坯，利用充液成形技术来完成制造，如汽车传动轴、轿车发动机支架、排气管、装配式凸轮轴等。随着液压密封技术和自动控制技术所取得的一些突破，充液成形工艺作为一种整体成形薄壁结构件的塑性加工方法，最近10年在德国、美国的汽车制造业中得到了广泛的应用。液压成形技术优势明显，一般大中型冲压件平均需要4套模具，采用金属板料单模液压成形仅需使用凸模，故模具制造费用可节省50以上，制造时间缩短3

24、5-75，模具整修费用减少80。各冲压工序间的集成如拉延和弯曲工序的集成，使成形和测试时间大约减少50。因使用流体压制成形，冲压过程是一个柔性、均匀的变形过程，不会使工件表面划伤，成形工件的质量和精度高，不需要凸、凹模间的匹配调试，更换模具的时间短，可以将数种材料成形工艺合并在一次柔性成形中完成，减少了冲压成形零件再次进行冲压的次数和手工修理。板材柔性成形技术不但可用于单件车身制造，更适合于小批量甚至中等批量车身制造，是汽车试制技术中最为关键的技术之一。目前，包括丰田、奥迪在内的众多著名的汽车制造商已将此技术应用于汽车覆盖件的生产上。在国内，北京航空航天大学、哈尔滨工业大学等研究单位也开展了该

25、工艺的研究，并已在航空、宇航制造领域得到应用。液压成形技术可以减少需要焊接的部件，因而可提高无焊接部件闭合截面上的强度及成形精度，适于复杂形状部件的成形，形状稳定性、一致性良好。这些特性增加了形状设计的自由度，减少了部件的件数，有利于实现汽车车身的轻量化。 3.3JFE智能冲压成形技术JFE钢铁研究所开发出一种新的成形技术JFE智能冲压成形技术3，目标针对高强度薄板在汽车难成形部件上的应用，已开始进行部件的开发和试制研究。该技术的一个显著特点是通过优化薄钢板与冲压模间的摩擦行为来控制成形冲程，以避免加工过程中过大的冲压载荷，从而可使强度达980 MPa的材料应用于难成形部件，过去冲压这类部件只

26、能使用780 MPa级的材料。JFE智能冲压成形技术可使冲压成形件的生产更加稳定，并通过改善可成形性给予部件更大的设计空间，与伺服冲压机和模垫系统相结合可实现JFE智能冲压成形技术的自动化。伺服设备的问世使高强度钢的成形技术获得一次飞跃实现汽车进一步减重。另外镁铝合金的超塑性成形、板材和管材的电磁成形、无模多点成形及板材的变截面辊压等新技术、新工艺正在不断完善、成熟，推动车身轻量化不断发展。4. 我的大学三、四年级选课转眼之间，大学生活已快过半。在这两年里，我对我的专业也有了深刻的认识。我知道了我得学什么，会什么，以后毕业了得具有什么样技能技术。机械设计制造及其自动化专业主要培养具备机械设计制

27、造基础知识与应用能力，能在工业主产第一线从事机械制造领域内的设计制造、科技开发、应用研究、以机械设计与制造为基础，融入计算机科学、信息技术、自动控制技术的交叉学科，主要任务是运用先进设计制造技术的理论与方法，解决现代工程领域中的复杂技术问题，以实现产品智能化的设计与制造。运行管理和经营销售等方面工作的高级工程技术人才。学生主要学习机械设计与制造的基础理论，学习微电子技术、计算机技术和信息处理技术的基本知识，受到现代机械工程师的基本训练，具有进行机械产品设计、制造及设备控制、生产组织管理的基本能力。而且最重要的，他离不开画图，离不开工具，这就要求学生有很强的空间思维能力。通过对导论的学习，以及对

28、机械和其发展前景的了解，我对成为一名专业机械设计人员充满了信心。我会努力学好各科以及专业知识，与机械共同发展，与机械共同进步，在机械中创造出属于自己的未来！大三大四选课大三上学期：科技英语，机械设计，互换性技术测量，现代企业管理概论，电子技术，液压与气压传动A，机械工程控制基础，人机工程学，机械基础实验2，微机原理及应用B，汽车构造B，机械设计课程设计，电工电子技术实习。大三下学期：机械创新设计，机械制造工程学，模具概论，三维软件应用，工程测试与信号处理A，数控技术，机电传动技术控制，计算机辅助设计与制造，机电系统计算机技术，质量管理与可靠性工程，机械拆装实训，机械创新设计课程设计，机制生产实习。大四上学期：机械专业英语，机械制造装备设计，先进制造技术，机械设备故障诊断，机器人基础，数控机床及编程，机电一体化系统设计，模具数字设计与制造，机制专业实验1，机械制造工程学课程设计A，数控加工实习大四下学期：机制社会实践，机制毕业设计。16