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透视中国汽车制造业发展

上海大众汽车有限公司 张书桥

                                                                                                                                         

2005年必将在中国汽车工业的史册记下浓厚的一笔。2005年是跨国公司在中国拉开架式展开全面竞争的一年,大众、通用、本田、丰田、现代、日产、福特、标致-雪铁龙,豪华品牌的奔驰、宝马、奥迪任何一家都不会错过对中国市场的争夺,自主品牌在这一领域里举步维艰,大众占据中国半壁江山的时代已渐渐过去。可以说,2005年市场竞争的残酷和激烈超过以往的任何一年。

挑战中孕育着机遇,今后的中国汽车制造业又将面临什么变化呢?

一、混合动力、柴油轿车的研发

虽然在今后几年内燃机将继续担当汽车动力的主要来源,但新能源动力的研发陆续被各大汽车制造商提上议事日程。

◆混合动力轿车

2005年8月26日,上汽股份与上海交通大学、同济大学签署了新能源汽车战略合作协议。2008年奥运会前,小批量投产自主品牌混合动力轿车,并同步推进合资品牌混合动力轿车、客车的研发。

巧合的是,8月30日,通用汽车宣布,将与戴克携手开发全球第一套双模式完全混合动力推进系统,将双模式完全混合动力系统建成全球最领先的混合动力系统。

混合动力轿车的开发已成为世界各大汽车制造商群雄逐鹿的另一战场:福特汽车公司Escape混合动力车、马自达的氢燃料汽车、丰田Prius混合动力轿车、铃木混合动力轿车、天然气汽车和燃料电池汽车、本田KIWAMI燃料电池轿车、三菱Eclipse混合动力概念车。

预计2006年混合动力轿车将由概念车更多的向实用量产车转化。

◆柴油轿车

2005年9月16日,中国资源综合利用协会资源节约与代用专业委员会在京召开《中国柴油轿车发展建议书》发布会,提出现阶段中国应适度发展现代柴油轿车,以缓解能源短缺的压力。在节能性上,柴油轿车油耗低,与同等排量的汽油车相比,能够节油30%以上;在经济性上,由于柴油轿车优异的节油特性,在原油价格持续上涨的情况下,其经济性显得尤为突出;在环保方面,柴油轿车二氧化碳的排放量比汽油轿车低30%~45%,环境效益十分显著。在安全性方面,柴油不易挥发,着火点较高,不易因偶然情况被点燃或发生爆炸,使用柴油比使用汽油更为稳定;在耐用性上,柴油发动机的转速较低,气缸燃烧温度也相对较低,相关零部件不易老化、寿命长,所以柴油发动机的故障率低于汽油发动机;在性能上,一方面柴油发动机的扭矩比汽油机大,另一方面现代柴油发动机由于采用了先进技术,震动和噪音远较传统的低;在规模化生产上,国际上现代化的柴油轿车技术已经十分成熟,很多生产厂商都能够实现规模化生产和销售,同时柴油销售与汽油一样十分普及,用户使用中的便利性突出。

国内生产的柴油标号太低,含硫高、杂质多。再就是油品供应链不完善,质量不可靠。加上一些汽车销量比较大的地区限制柴油乘用车,导致柴油车的推广还有重重阻碍。不过我相信,由于柴油发动机高效、经济、节能,在未来的2006年,柴油轿车会在中国市场迎来它的春天。

二、生产制造领域的精益生产

2005年让几乎所有的汽车制造商体会到了“冰火两重天”的感觉,面对竞争趋向白热化的市场,在保证质量的基础上不断降低制造成本成为所有厂商的选择。

在精益化生产方面,丰田汽车可以说是所有汽车制造商中的典范。TPS(丰田精益生产方式)必然会带来更好的利润。在已知的2004财年里,该公司的税后利润比2003年度增长了0.8%,达到1.17万亿日元,连续第三年更新历史最高记录。对于那些还在为亏损而伤脑筋的公司而言,这是多么诱人的成绩。

杜绝浪费任何一点材料、人力、时间、空间、能量和运输等资源,是丰田生产方式中最基本的概念。解决了浪费问题,也就能实现利润的最大化,TPS使得丰田的生产成本压到了最低。

但与此同时,丰田精益生产方式在推行过程中存在一个明显悖论。一方面,每一项作业活动、每一处工作衔接和每一条流程路线都是硬性规定的,不容许出现任何偏差;另一方面,生产运作又具有极强的柔性和灵活性,要根据客户需求和环境变化迅速做出调整。这是所有从事精益化生产企业所必须面对的问题,如何让这种先进生产方式更快更好地融入本地文化,将是这些企业未来几年的挑战。

三、制造技术的发展趋势

高速化、柔性化、新的工艺是未来汽车制造技术的发展趋势。

◆高速切削技术

新一代数控机床(含加工中心)只有通过高速化大幅度缩短切削工时才可能进一步提高其生产率。现代高速加工不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本,同时还要求提高零件的表面加工质量和精度。

因此,发展高速切削等新的切削工艺促进制造技术的发展是现代切削技术面临的新任务。当代的高速切削不是切削速度的少量提高,是需要在制造技术全面进步和进一步创新的基础上,包括数控机床、刀具材料、涂层、刀具结构等技术的重大进步,才能达到的切削速度和进给速度的成倍提高,才能使制造业整体切削加工效率有显著的提高。把当前的高速切削水平实用化,使我国机加工整体切削效率提高1~2倍,缩小与工业发达国家的差距,是我国从事切削加工与刀具技术的专业人员在新世纪的努力目标和面临的重大挑战。

我们在发动机制造过程中,大量采用高速加工中心,比如缸盖生产线;以灰铸铁材料缸体在高速加工中心上的铣削加工为例,我们采用CBN刀片,其切削速度可达到700~1500m/min。

◆柔性化

用专用加工中心构成的柔性制造系统,主要用在缸盖和缸体,从产量角度分析,可以达到从传统的FMS系统起步产量年产量5万件到传统自动线的产年产量20万件。

假如要规划一条全柔性的适合大批量生产的柔性生产线,以适合采购的不确定性,由于开发新品种而不断更新设计,环保要求和生产要求等。在柔性生产线考虑这些因素可以使得年产量超过50万件的投资更合理,在今后10年可以节省大概10~20亿美元。

由于缸体需要较少的工件装夹次数,而多为铸件。材料和尺寸决定了采用自动线更经济。目前采用混合生产线成为一种新趋势。工艺上将大余量切削在传统自动线上完成,缸体前后端面和侧面的加工,用柔性生产单元。

◆制造新工艺

◇轻量化的发动机

研究表明,一辆轿车质量若能减少10%,其燃油经济性可提高3%~4%,同时排放量也会降低。由此,各大汽车制造商大都使用铝缸体、缸盖。缸盖的结构。同时使用镁和铝制造的复合材料曲轴箱也在试制中。

英国一家公司还在开发一种能带动二冲程和四冲程循环的小型高能发动机,期望其能取代V8发动机的地位。

奥迪公司掌握了一种致密石墨铸铁(CGI)加工技术,每个汽缸组重量可减轻10%到15%。由于材料的质地非常坚硬,他们选用了硬质合金碳化物类刀具材料,刀具供应商还特别改良了材料成分。

凸轮轴制造工艺

凸轮轴的作用就是控制气阀的开启和关闭。第一个变化是,四气门和五气门的凸轮轴为了去重,采用轻量化中空凸轮轴。第二个变化,按常规而言,凸轮轴的毛坯一般是一根铸件或锻件,再进行粗加工、热处理,最后磨削而成。而新的凸轮轴制造方法,就是用了装配式毛坯件,将预制凸轮和相关部件装配到一根钢管上,焊接固定其轴向和角向位置,增加了柔性,缺点是成本较高。

◇缸体缸盖工艺

有缸套的铝缸体,国外有的工厂缸孔是先将表面有锯齿形的缸套放好,然后进行浇铸,铸铁部分离上平面2~4mm,为了有利于缸体上平面加工。铸铁缸套粗加工在毛坯厂完成,留1mm余量。在工艺安排时,缸孔、主轴承孔放在后面加工,而上、下平面,四个侧面前面加工完成。同以前的工艺安排不同,使加工工艺较以前简单。

缸盖变成一个长方体以后,使得缸盖加工比以前容易。因为没有凸轮轴轴承孔的加工,可以用专用的简易加工中心机床,实现高速和柔性变化。

◇连杆涨断工艺

自从连杆大头孔切断采用涨断工艺以来,国外大部分工厂已很好的掌握了此项工艺,平均工废率为0.8%,装配爆口几乎为零。只是在涨断时支承块的间隙控制技术还需要改进。

◇缸孔的激光珩磨

激光造型珩磨可以同时达到缸孔表面粗糙度和储油性能的要求,还不会影响缸孔表面的加工质量。采用激光珩磨可以降低汽车发动机油耗量,延长三元催化器的寿命,降低排放量,减少磨损。

◆刀具技术的发展趋势

刀具技术的发展可以说是与机床工业的发展同步而行的。

◇刀具材料发展迅速

刀具材料历来是决定刀具使用性能的关键因素。

首先,国内外各工具厂和硬质合金刀具厂都在涂层材料和镀膜结构上不断创新,有效地提高了刀具的切削性能。其次,金属陶瓷向更强韧、更耐磨的方向发展。对金属陶瓷还可添加纳米材料改性,使之进一步增韧。硬质合金的硬质相晶粒细化,可以提高合金的硬度与韧性,从而使超细晶粒硬质合金被更广泛应用。

◇刀具结构不断创新

刀具结构也是决定刀具使用性能的重要因素。结构决定刀体和刀片的空间位置安排,既要保证刀具的刚性和容屑空间,又要使尺寸紧凑;还能灵活多样地设计与制订“切削图形”;保证得到合理的刀具几何角度,并便于调节尺寸;适当地变革,可使不同工序的刀具组合,成为“复合刀具”。

◇发动机制造中的刀具

在发动机制造中,刀具使用方面主要选择高速CBN刀片、陶瓷刀片和涂层硬质合金刀具等。例如在灰铸铁材料缸体的铣削加工,用高速加工中心机床,切削速度可达到V=700~1500m/min。刀具采用CBN刀片。在缸体、缸盖铝合金材料铣削加工中则广泛采用PCD刀具,考虑到高速回转时将会产生很大的离心力,因此刀体采用高强度铝合金材料制作;凸轮轴和曲轴采用CBN砂轮进行高速磨削,孔加工则采用内冷的硬质合金钻头代替过去的高速钢钻头,攻螺纹也采用硬质合金丝锥来提高速度,曲轴攻螺纹甚至采用无切削积压式丝锥;凸轮轴轴颈加工现改用硬质件加工方式,刀具一次加工就可达到要求的表面光洁度,不需要再进行磨削。

 
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