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輕量化、環保、綠色成為“十二五”汽車制造裝備創新特點

時間:2009-12-21

來源:中國傳動網

導語:“十二五”汽車制造裝備創新項目具備世界汽車先進制造技術頂級水平,具有鮮明的輕量化、環保、綠色制造等特點,輕量化制造裝備傳統發動機的節能環保制造裝備制造過程的綠色革命。

      2009年3月,中國汽車制造裝備創新聯盟在齊齊哈爾召開了中國汽車制造裝備創新聯盟《“十二五”汽車制造裝備創新項目》征集啟動會議。短短的半年多時間,即征集了39個項目。其中幾個項目具備世界先進制造技術頂級水平,是中國汽車制造裝備創新聯盟應對世界汽車綠色革命的第一份答案,具有鮮明的輕量化、環保、綠色制造等特點。 
     輕量化制造裝備 
     美日歐等汽車工業發達國家通過多年的研究,對轎車工業提出了2010年達到100公里3升油耗的目標。在降低油耗、減少排放的諸多措施當中,減輕車身重量的對策得到汽車制造行業的廣泛重視。資料表明,轎車自重每減少100公斤,百公里油耗可降低0.4~1.0升,車重減輕10%最多可實現節油8%。減輕汽車自重以降低燃油消耗成為世界各大汽車生產廠家提高競爭能力的關鍵。我們收到的項目申請中,輕量化制造裝備是最大熱點之一,涉及的領域有: 
     一是激光拼焊板沖壓成形成套技術與裝備;二是高強度/超高強度鋼車身沖壓件冷、熱成形成套技術與裝備;三是內高壓成形技術與裝備;四是鋁合金超塑成形技術與裝備。 
     其中,第四項鋁合金超塑成形技術與裝備在使用中,鋁質零件減重效果可達30%~40%。每使用1公斤鋁,可使轎車在壽命期內減少20公斤尾氣排放。同時,鋁是綠色環保材料,可循環回收。采用鋁所節省的能量是生產該零件所用原鋁耗能的6~12倍。 
     目前,幾乎所有北美、歐洲及日本的著名商都在新車型上盡可能使用鋁合金材料。1999年,奧迪公司推出的A2車型,與相當的鋼質車型相比,減重43%;后來出現的AudiA8,通過激光焊和鉚接的方法把鋁合金鈑金件連接到鋁合金空間框架上,減重近50%。在福特公司,為紀念成立100周年生產的FordGT紀念車上,采用了全鋁結構車身,而幾乎所有的覆蓋件都是用超塑性成形技術生產的。在歐洲,每輛轎車的輕合金用量已超過120公斤,占轎車自重的10%,在某些結構部位呈現出“以鋁代鋼”的趨勢。用鋁合金板材代替鋼板制造汽車覆蓋件已是當前汽車行業的重要發展趨勢之一,但是此種5083鋁合金板材只有少數國外公司能批量生產。 
     在我國,目前每輛汽車輕合金用量約為國外先進水平的50%左右,而鋁合金精密塑性成形零件更少,只有國外的三分之一,與國外存在整體差距。表現為輕合金零部件品種少、質量不能滿足使用要求,更重要的是我國尚未開發出輕合金近凈成形的專用裝備,關鍵技術和設備均需要進口,受制于人,已成為制約我國汽車制造技術發展的瓶頸之一。 
     為此,研究開發具有自主知識產權的適合于先進材料成形的工藝和裝備,形成鋁合金覆蓋件研究開發的技術平臺,是我國由汽車制造大國轉變為汽車制造強國的需要,更是節能減排、建設和諧社會、促進全球健康發展的需要。 
     傳統發動機的節能環保制造裝備 
     在汽車產量超過1000萬輛后,我國節能環保壓力越來越大。目前,我國汽車的汽油消費量約占汽油生產量的86%,排放占大氣污染約24%,很快會上升至30%以上(目前西方國家占到了33%~34%)。 
      發動機的節能環保技術路線分為新能源發動機和傳統發動機的節能環保技術,傳統發動機的節能環保技術路線又分為柴油化和小型化。
令人十分高興的是,我們收到了這兩個路線的項目申請。 
     ——電控共軌柴油噴射系統關鍵零部件制造裝備。
    柴油機比汽油機節約燃料三分之一以上,但傳統的機械控制式柴油機排放差,振動、噪聲大。大多數跨國公司在上世紀90年代初開始投入巨資開發柴油機電控共軌燃油系統,該技術應用于柴油機之后,大大降低了其振動、噪音,同時也提高了排放和節能水平。90年代后期,電控共軌燃油系統開始在少數發達國家批量投放市場。由于其節能、環保的優勢,發展速度驚人。電控共軌燃油系統被廣泛應用于商用車、轎車和客車上,成為汽車工業的一次革命性突破。 
     電控共軌噴油系統的機械部件有高壓供油泵、共軌和噴油器三大總成。在這些總成中,柱塞偶件、噴油嘴偶件、進出油閥偶件、進油計量或控制閥、噴油控制閥、噴油器體偶件、限流閥和壓力安全閥等部件都是配合要求極高的高精度偶件。不僅要求運動件運動靈活,而且要求間隙足夠小,使160~180MPa高壓油的泄露量盡可能小,起到高壓密封的作用。因而,對制造裝備的基本要求是各種微米-納米級精密機床,以及精密裝配和檢測裝備。 
     電控共軌系統的使用范圍除了汽車外,還包括各類軍車、艦船、農機,長期市場需求將達到1000萬套以上,產業化合理規模不小于50萬套。鑒于此,設計機械加工和裝配制造系統的基本要求是:精益、敏捷、柔性自動線。因而制造系統的設計、裝備的選購和逐漸國產化是重大關鍵。 
     ——具有自主知識產權的渦輪增壓器關鍵零部件制造裝備。 
     小型化發動機或成最實用的節能減排路線。在兼顧燃油經濟性和動力性能方面,發動機的渦輪增壓技術較好地解決了這個問題。目前,在國內市場上應用渦輪增壓技術的車型在1.8L及以上大排量汽車上比較常見;而在1.6L及以下小排量車型上,渦輪增壓“T”動力轎車近來逐漸成為流行趨勢。今年上半年我國汽車業出現的“渦輪風暴”,刮向了更為廣闊的小排量車型上,也使得渦輪增壓技術開始越來越“親民”。如,長安、奇瑞等都在進行小排量升功率戰略,擬以0.8T功率達到1.3L,1.0T功率達到1.8L,1.6T功率達到2.0L以上水平。 
     渦輪增壓技術正成為全球車輛發展的主流,歐洲更是領先全球。據統計,至2008年底,歐洲地區50%的車輛都使用了渦輪增壓技術。2008年全球渦輪增壓器產量1800萬臺,國產品牌僅100萬左右。隨著節能減排的需求日益強烈,渦輪增壓器的應用飛速增長:柴油機渦輪增壓器年增長率50%,汽油機渦輪增壓器年增長率180%。 
     粉末注射成形的渦輪增壓器轉子是渦輪增壓器的核心部件,在性能和經濟性上均優于鑄件,自主研發粉末注射成形渦輪轉子是推動我國渦輪增壓器產業的關鍵技術。 
     制造過程的綠色革命 
     金屬或陶瓷粉末注射成形技術結合了注塑工藝和粉末冶金技術的優點,是新興的凈成形制造技術,可以大批量經濟高效地生產三維復雜形狀的零部件。
    粉末注射成形關鍵汽車零部件在歐美汽車工業界已經廣泛應用,包括渦輪增壓器轉子、導向葉片、同步器齒箍等。
生產這類產品的高性能注射機和脫脂燒結爐基本為歐美企業壟斷。世界粉末注射成形工藝發展極為迅速,2009年全球粉末注射成形產品突破10億美元,2004~2009年的平均年增長率為8.4%。2008年世界金屬注射成形汽車零部件的年生產總量為1205.6噸,其中歐洲占50%,亞洲占28.2%,美洲占21.8%。亞洲部分的產品主要在日本、新加坡、中國臺灣地區生產,中國大陸在關鍵汽車零部件的粉末注射成形產品上基本為零。按照目前粉末注射成形市場年增長率10%計算,到2020年中國粉末注射成形產品將會達到9000噸/年(銷售額約人民幣68億元/年),其中汽車零部件將會超過2500噸/年(銷售額約人民幣19億元/年)。若與機加工相比,粉末注射成形的平均成本節約率為20%,則到2020年每年節約成本約為人民幣14億元,從2009到2020年累計節約人民幣120億元;到2020年中國用于粉末注射成形的高性能注射機將達到1700多臺,連續脫脂燒結爐將達到270余臺(產能45噸/年)。按照目前進口設備注射機50萬元/臺的價格計算,連續燒結脫脂爐1500萬元/臺,累計裝備進口減免節約人民幣49億元。 
     載重汽車安全的護身符——具有自主知識產權的發動機制動器 
     發動機制動系統是卡車的安全護身符,目前是歐美國家運用在大功率柴油發動機上的必需件。北美市場90%的重型卡車上,都裝有發動機制動器。因為它直接關系到重型卡車的行車安全,并可有效地避免重型卡車因剎車發熱失效而造成的車禍。2004年歐洲汽車擁有量達到2.32億輛,公路交通死亡4.4萬人,公路交通死亡人數/每萬輛汽車擁有量=1.9人;美國汽車擁有量達到2.35億輛,公路交通死亡4.3萬人,公路交通死亡人數/每萬輛汽車擁有量=1.83人。我國公路交通死亡人數/汽車擁有量為歐美的16倍多!研究表明,如果不采取綜合治理措施,2015年前后我國車禍死亡人數有可能超過20萬人/年,造成沉重的社會和經濟負擔。
    我國政府早已看到載重卡車安裝輔助制動器的必要性,并于1999年頒布了有關載重卡車上輔助制動(緩速器)的法規和條例,限定在兩年后實施。但由于技術不到位或價格太高,法規未能如期實施。
    到目前為止,中國的絕大部分載重卡車沒有發動機制動器,僅有排氣制動(蝶閥)或為剎車片/鼓冷卻的外加水箱與水管系統,整車的制動功率遠遠不夠。由于行車制動(摩擦式剎車)發熱失效而造成整車的車毀人亡事故常有發生。此外,頻繁更換行車制動部件增加了車輛的維修費用,降低了車輛的運行效率。因此,中國載重卡車采用發動機制動器勢在必行。
    本項目申報產品“集成在發動機內部的固鏈式發動機制動系統”為國內、外首創,因此無同類產品競爭。項目完成后,我國載重卡車的安全性能將達到國際先進水平,公路交通死亡大幅降低。如果在采取綜合治理措施后,我國公路交通死亡人數/汽車擁有量與美歐差距下降至8倍,則2015年前后我國車禍死亡人數有可能下降至10萬人/年。 

1.“低碳經濟專題”

2.“天然氣周刊”

3.“汽車產銷數據平臺”

4.“機床產業數據平臺”

5.“丹佛斯招聘”

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