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“十二五”汽车制造装备创新项目征集工作启动 |
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| http://cn.newmaker.com
12/18/2009 4:38:00 PM
佳工机电网
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作者： 中国汽车工程学会 陈长年
2009年3月，中国汽车制造装备创新联盟在齐齐哈尔召开了中国汽车制造装备创新联盟《“十二五”汽车制造装备创新项目》征集启动会议。短短的半年多时间，即征集了39个项目。其中几个项目具备世界汽车先进制造技术顶级水平，是中国汽车制造装备创新联盟应对世界汽车绿色革命的第一份答案，具有鲜明的轻量化、环保、绿色制造等特点。
轻量化制造装备
美日欧等汽车工业发达国家通过多年的研究，对轿车工业提出了2010年达到100公里3升油耗的目标。在降低油耗、减少排放的诸多措施当中，减轻车身重量的对策得到汽车制造行业的广泛重视。资料表明，轿车自重每减少100公斤，百公里油耗可降低0.4～1.0升，车重减轻10%最多可实现节油8%。减轻汽车自重以降低燃油消耗成为世界各大汽车生产厂家提高竞争能力的关键。我们收到的项目申请中，轻量化制造装备是最大热点之一，涉及的领域有：
一是激光拼焊板冲压成形成套技术与装备；二是高强度/超高强度钢车身冲压件冷、热成形成套技术与装备；三是内高压成形技术与装备；四是铝合金超塑成形技术与装备。
其中，第四项铝合金超塑成形技术与装备在使用中，铝质零件减重效果可达30%~40%。每使用1公斤铝，可使轿车在寿命期内减少20公斤尾气排放。同时，铝是绿色环保材料，可循环回收。采用铝所节省的能量是生产该零件所用原铝耗能的6~12倍。
目前，几乎所有北美、欧洲及日本的著名汽车制造商都在新车型上尽可能使用铝合金材料。1999年，奥迪公司推出的A2车型，与相当的钢质车型相比，减重43%；后来出现的AudiA8，通过激光焊和铆接的方法把铝合金钣金件连接到铝合金空间框架上，减重近50%。在福特公司，为纪念成立100周年生产的FordGT纪念车上，采用了全铝结构车身，而几乎所有的覆盖件都是用超塑性成形技术生产的。在欧洲，每辆轿车的轻合金用量已超过120公斤，占轿车自重的10%，在某些结构部位呈现出“以铝代钢”的趋势。用铝合金板材代替钢板制造汽车覆盖件已是当前汽车行业的重要发展趋势之一，但是此种5083铝合金板材只有少数国外公司能批量生产。
在我国，目前每辆汽车轻合金用量约为国外先进水平的50%左右，而铝合金精密塑性成形零件更少，只有国外的三分之一，与国外存在整体差距。表现为轻合金零部件品种少、质量不能满足使用要求，更重要的是我国尚未开发出轻合金近净成形的专用装备，关键技术和设备均需要进口，受制于人，已成为制约我国汽车制造技术发展的瓶颈之一。
为此，研究开发具有自主知识产权的适合于先进材料成形的工艺和装备，形成铝合金覆盖件研究开发的技术平台，是我国由汽车制造大国转变为汽车制造强国的需要，更是节能减排、建设和谐社会、促进全球健康发展的需要。
传统发动机的节能环保制造装备
在汽车产量超过1000万辆后，我国节能环保压力越来越大。目前，我国汽车的汽油消费量约占汽油生产量的86%，排放占大气污染约24%，很快会上升至30%以上（目前西方国家占到了33%~34%）。
发动机的节能环保技术路线分为新能源发动机和传统发动机的节能环保技术，传统发动机的节能环保技术路线又分为柴油化和小型化。令人十分高兴的是，我们收到了这两个路线的项目申请。
———电控共轨柴油喷射系统关键零部件制造装备。
柴油机比汽油机节约燃料三分之一以上，但传统的机械控制式柴油机排放差，振动、噪声大。大多数跨国公司在上世纪90年代初开始投入巨资开发柴油机电控共轨燃油系统，该技术应用于柴油机之后，大大降低了其振动、噪音，同时也提高了排放和节能水平。90年代后期，电控共轨燃油系统开始在少数发达国家批量投放市场。由于其节能、环保的优势，发展速度惊人。电控共轨燃油系统被广泛应用于商用车、轿车和客车上，成为汽车工业的一次革命性突破。
电控共轨喷油系统的机械部件有高压供油泵、共轨和喷油器三大总成。在这些总成中，柱塞偶件、喷油嘴偶件、进出油阀偶件、进油计量或控制阀、喷油控制阀、喷油器体偶件、限流阀和压力安全阀等部件都是配合要求极高的高精度偶件。不仅要求运动件运动灵活，而且要求间隙足够小，使160~180MPa高压油的泄露量尽可能小，起到高压密封的作用。因而，对制造装备的基本要求是各种微米-纳米级精密机床，以及精密装配和检测装备。
电控共轨系统的使用范围除了汽车外，还包括各类军车、舰船、农机，长期市场需求将达到1000万套以上，产业化合理规模不小于50万套。鉴于此，设计机械加工和装配制造系统的基本要求是：精益、敏捷、柔性自动线。因而制造系统的设计、装备的选购和逐渐国产化是重大关键。
———具有自主知识产权的涡轮增压器关键零部件制造装备。
小型化发动机或成最实用的节能减排路线。在兼顾燃油经济性和动力性能方面，发动机的涡轮增压技术较好地解决了这个问题。目前，在国内市场上应用涡轮增压技术的车型在1.8L及以上大排量汽车上比较常见；而在1.6L及以下小排量车型上，涡轮增压“T”动力轿车近来逐渐成为流行趋势。今年上半年我国汽车业出现的“涡轮风暴”，刮向了更为广阔的小排量车型上，也使得涡轮增压技术开始越来越“亲民”。如，长安、奇瑞等都在进行小排量升功率战略，拟以0.8T功率达到1.3L，1.0T功率达到1.8L，1.6T功率达到2.0L以上水平。
涡轮增压技术正成为全球车辆发展的主流，欧洲更是领先全球。据统计，至2008年底，欧洲地区50%的车辆都使用了涡轮增压技术。2008年全球涡轮增压器产量1800万台，国产品牌仅100万左右。随着节能减排的需求日益强烈，涡轮增压器的应用飞速增长：柴油机涡轮增压器年增长率50%，汽油机涡轮增压器年增长率180%。
粉末注射成形的涡轮增压器转子是涡轮增压器的核心部件，在性能和经济性上均优于铸件，自主研发粉末注射成形涡轮转子是推动我国涡轮增压器产业的关键技术。
制造过程的绿色革命
金属或陶瓷粉末注射成形技术结合了注塑工艺和粉末冶金技术的优点，是新兴的净成形制造技术，可以大批量经济高效地生产三维复杂形状的零部件。
粉末注射成形关键汽车零部件在欧美汽车工业界已经广泛应用，包括涡轮增压器转子、导向叶片、同步器齿箍等。生产这类产品的高性能注射机和脱脂烧结炉基本为欧美企业垄断。
世界粉末注射成形工艺发展极为迅速，2009年全球粉末注射成形产品突破10亿美元，2004~2009年的平均年增长率为8.4%。2008年世界金属注射成形汽车零部件的年生产总量为1205.6吨，其中欧洲占50%，亚洲占28.2%，美洲占21.8%。亚洲部分的产品主要在日本、新加坡、中国台湾地区生产，中国大陆在关键汽车零部件的粉末注射成形产品上基本为零。按照目前粉末注射成形市场年增长率10%计算，到2020年中国粉末注射成形产品将会达到9000吨/年（销售额约人民币68亿元/年），其中汽车零部件将会超过2500吨/年（销售额约人民币19亿元/年）。若与机加工相比，粉末注射成形的平均成本节约率为20%，则到2020年每年节约成本约为人民币14亿元，从2009到2020年累计节约人民币120亿元；到2020年中国用于粉末注射成形的高性能注射机将达到1700多台，连续脱脂烧结炉将达到270余台(产能45吨/年)。按照目前进口设备注射机50万元/台的价格计算，连续烧结脱脂炉1500万元/台，累计装备进口减免节约人民币49亿元。
载重汽车安全的护身符——具有自主知识产权的发动机制动器
发动机制动系统是卡车的安全护身符，目前是欧美国家运用在大功率柴油发动机上的必需件。北美市场90%的重型卡车上，都装有发动机制动器。因为它直接关系到重型卡车的行车安全，并可有效地避免重型卡车因刹车发热失效而造成的车祸。2004年欧洲汽车拥有量达到2.32亿辆，公路交通死亡4.4万人，公路交通死亡人数/每万辆汽车拥有量=1.9人；美国汽车拥有量达到2.35亿辆，公路交通死亡4.3万人，公路交通死亡人数/每万辆汽车拥有量=1.83人。我国公路交通死亡人数/汽车拥有量为欧美的16倍多！研究表明，如果不采取综合治理措施，2015年前后我国车祸死亡人数有可能超过20万人/年，造成沉重的社会和经济负担。
我国政府早已看到载重卡车安装辅助制动器的必要性，并于1999年颁布了有关载重卡车上辅助制动（缓速器）的法规和条例，限定在两年后实施。但由于技术不到位或价格太高，法规未能如期实施。
到目前为止，中国的绝大部分载重卡车没有发动机制动器，仅有排气制动（蝶阀）或为刹车片/鼓冷却的外加水箱与水管系统，整车的制动功率远远不够。由于行车制动（摩擦式刹车）发热失效而造成整车的车毁人亡事故常有发生。此外，频繁更换行车制动部件增加了车辆的维修费用，降低了车辆的运行效率。因此，中国载重卡车采用发动机制动器势在必行。
本项目申报产品“集成在发动机内部的固链式发动机制动系统”为国内、外首创，因此无同类产品竞争。项目完成后，我国载重卡车的安全性能将达到国际先进水平，公路交通死亡大幅降低。如果在采取综合治理措施后，我国公路交通死亡人数/汽车拥有量与美欧差距下降至8倍，则2015年前后我国车祸死亡人数有可能下降至10万人/年。
（本文节选自中国汽车工程学会装备部部长陈长年所做报告）
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