国内外汽车车身制造技术发展现状

国内外汽车车身制造技术发展现状综述摘要：车身制造是汽车制造的最重要的环节之一，需要同时考虑技术可行性、经济性、生产周期等特定要求。因此，及时了解国内外车身制造技术的现状，对于企业做出正确决策具有重要意义。文中以汽车车身制造的关键技术为重点，对车身冲压、车身焊接、车身涂装、车身轻量化等技术的国内外发展现状进行了综述，并在此基础上提出了我国汽车车身制造技术发展的建议。关键词：冲压成型；激光焊接；涂装；轻量化StatusComprehensivePresentationOnAutomobileBodyManufacturingTechAtHomeAndAbroadAbstract：automobilebodymanufacturingisoneofthemostimportantpartsintheautomobilemanufacturingprocessandtechnicalfeasibilitycostandproductioncycleetcshouldbetakenintoconsiderationsimultaneously.Thus,beingwell-informedofautomobilebodymanufacturingtechathomeandabroadtimelyissignificantforcompaniestomakesensibledecision.Thepapercenteredonautomobilebodymanufacturingkeytechdescribescomprehensivelydevelopmentstatusaboutstamping,welding,coatingandlightweightonbody,andthencomesuptoseveralsuggestionsforourcountryautomobilebodymanufacturingtechfurtherdevelopment.Keywords:punchforming;weldingusinglaser;coating;lightweight引言随着全球经济一体化进程的发展和社会对汽车节能、环保和安全要求的日益严格,汽车市场的竞争愈加激烈，汽车的设计与制造技术迅速发展，汽车已经成了高新技术的载体。我国将很快成为汽车产销第一大国，但我国只是汽车大国而不是强国，产业国际竞争力仍很低下。例如在轿车领域，目前合资企业占据75%的市场份额,并完全控制高端市场，自主品牌汽车企业主要集中在低端市场。其主要原因是自主品牌企业技术能力较弱、核心技术缺乏。为此，全面提升自主品牌汽车技术能力是政府和企业面临的战略任务，也是民族汽车产业持续发展的根本保障。而完成这一战略任务的关键问题之一，是应该积极地了解和掌握世界范围内汽车技术发展动向，及时为企业发展决策提供信息，这也是本文研究的主要目标。众所周知，在汽车制造企业中，最为核心的生产流水线是车身生产流水线。历经上百年的发展，通过长期的生产实践积累、冲压、焊接和涂装等车身制造技术已基本成熟。本文主要比较了国内外车身制造关键技术方面的现状，并提出了一些建议。正文车身制造技术发展现状车身冲压技术车身的金属件绝大部分为冲压件，这就决定了冲压成型技术在车身开发中的重要地位。为满足人们对个性化的追求,车身的更新换代速度不断加快，而每一次更新换代都需要开发相应的专用模具和增加必要的生产线。车身冲压成型工艺和模具技术是保证车身制造三项综合指标的根本环节。因此在冲压生产中如何提高冲压生产效率、降低生产成本、正确选取和采用新设备、新材料、新工艺等是冲压技术研发中的主要课题。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。各大跨国汽车公司都已将金属板料成形过程的数值模拟作为汽车零部件设计过程中的一个标准工具，这样既提高冲压质量，减少废、次品率，同时降低汽车制造成本。近几年冲压成型技术在国内也得到一定发展，特别是中低档轿车模具的自主开发能力有了很大的提高。目前，世界上冲压成形的大型压床向两个方向发展。一是大型多工位压力机；二是侧重于柔性生产的大型压力机生产线，配以自动化上下料机械手。近几年来，这些压力机经过不断发展包含了以下关键技术：自动换模系统、功能完善的自动监控系统和良好的人机操作界面、高生产效率所必需的高行程次数、高质量冲压件所必需的高精度。美国、日本、德国汽车公司多工位压力机占有较高的比例。国内大汽车厂的走向和世界相同。目前，最先进的压床采用伺服电机，吨位从50t、250t、500t，现在已发展到1000t伺服电机压床，这种伺服电机控制的压床可以实现压床速度和工作行程的自由数字控制。已经受到多家著名汽车公司的重视，并进行了批量订货。这种压床的应用可以进一步减少零件的冲压工序，提高零件的精度。车身焊装技术车身是由数百种薄板冲压件经焊接、铆接、机械连接等方法联结而成的复杂壳体，其中焊接是最主要的联结方式。据统计一辆轿车白车身有400多个零部件，其焊点有4000个之多。传统的车身焊接主要有电阻点焊、MIG和MAG焊等方式。激光熔焊和激光复合焊接技术的发展以及大功率激光器的出现、使得激光焊接技术进入了长期以来一直被传统焊接技术所垄断的车身制造领域。脉冲GMAW(PGMAW)、双丝MIG/MAG焊(Twin-Wire，Tandem-Wire)等代表了当前在汽车制造中应用的高效、高速焊接新工艺。这两种焊接方法与机器人相配合，能充分体现高效化焊接的特点，实现了机器人系统在空间的可达性和焊接速度之间的协同及完美组合。在AudiA8全铝合金车身框架结构的管状型材和接合点的焊接中，均大量地采用了P-GMAW的工艺。双丝MIG/MAG焊有2种基本形式：一种是双丝焊接工艺(Twin—Wire)，2个焊丝都是采用同样的焊接参数；另一种是Tandem-Wire，采用2个独立的喷嘴和2个独立的电源，每个电弧有自己独立的焊接参数。机器人的铝合金脉冲MIG焊及Tandem的焊速分别为60~80cm/min、180~210cm/min。由此看来，大力发展双丝焊接工艺并与焊接机器人配合可大大提高生产效率。激光焊接的特点是被焊接工件变形极小，零件的装配间隙很小，对零件和工装的精度要求较高。由于国内汽车零件的精度较低，重复精度较差，对激光焊工艺的推广应用带来了一定的难度。目前，在国内汽车制造中应用激光焊工艺的只有少数几个合资公司，如上海大众、一汽大众等。由于激光焊能量密度高，焊接深度/宽度比高，其焊接质量比传统焊接方法高。在汽车工业中激光技术主要用于车身焊接、坯板拼焊和零件焊接。车身激光焊接工艺主要用于车顶焊，其应用可以减噪和适应新的车身结构设计。Volvo公司是最早开发车顶激光焊接技术的厂家。如今，德国大众公司在AudiA6、GolfA4、Passat；宝马公司的5系列；Opel公司的Vectra等车型均采用了此技术。欧洲各大汽车厂的激光器绝大多数用于车顶焊接。车身激光焊可以提高车身强度及动态刚度。车身涂装技术新涂装材料的应用是涂装技术进步的先导,以减少和有害重金属为代表的环保型涂料不断得到推广应用。在欧美和日本,由生物可降解性活性剂配制的脱脂剂、无镍磷化液、无亚硝酸盐磷化液、无铬钝化剂、低温脱脂剂和可替代传统中涂的二次电泳涂料均逐步得到应用。就车身涂装而言,前处理及底漆应用各国水平基本相当，对于中涂和面漆,北美高固体份涂料、粉末涂料较为普及,近几年也开始应用水性涂料,欧洲有些汽车公司已经在近几年新建涂装线上全部采用水性涂料。金属和塑料通用的水性底色开始应用、底色喷涂和罩光漆之间不需要红外烘干和冷却，可以降低设备和生产运行成本；2K高固体分溶剂型应用比较普及，适应VOC排放要求的同时，抗擦伤性能进一步提高；粉末罩光漆应用不断改进，已经成熟，将进一步推广。日本水性涂料应用刚刚起步，高固体分涂料和粉末涂料应用较少。中国涂料应用水平主流与日本相当，但有些小汽车厂相对落后。随着机器人技术的进步，多功能喷涂机器人得到应用,使喷涂质量进一步提高，更适应柔性生产，一次投资和运行成本进一步减少,新型上线和设备维修更容易。优良的抗擦伤性能和卓越的流平性的UV固化粉末清漆应用技术也已经趋于成熟，不但可以克服上一代粉末清漆必须厚涂的问题，而且UV固化工艺效率比加热固化提高了数十倍。可使被处理车身旋转的新型多功能穿梭机(Vario-Shuttle)、滚浸运输机(Ro-Dip)和倒挂升降运输机等新型运输机出现，可以使前处理及电泳装置槽体长度缩短，容积减少，这样不仅减少了首次投槽材料量，同时降低了槽液搅拌和温控能耗，而且可使装置长度大大缩短，减少车间面积占用和设备投资，减少涂装车身在线时间和数量。国产的自动涂装机已经开始实际应用。在自动化技术应用方面基本与世界先进水平保持同步。车身轻量化技术汽车轻量化技术也是节能减排的有效措施之一。研究表明,轿车质量每减轻10%，燃油消耗可降低6%～8%，减少二氧化碳排放13℅。结构优化是汽车轻量化研究的传统方向,包括结构拓扑优化、尺寸优化和形状优化，并且以车身轻量化为主要研究方向，这是由于车身轻量化最为复杂也最具潜力，并且使得汽车其他部件的同步减重成为可能。随着计算机技术、计算分析软件和优化方法的进步，汽车车身结构优化研究得到了进一步的发展。在车身结构优化方面，基于有限元分析、多体动力学分析和疲劳寿命分析结果，综合考虑车身刚度、强度、振动、疲劳、碰撞安全性和轻量化的多学科、多目标优化已成为研究热点。我国学者在大客车和轿车车身结构优化领域取得了初步研究成果，特别是将现代优化方法应用于车身结构优化已达到国际先进水平。轻量化材料(高强度钢,铝、镁、钛合金,塑料及复合材料)的开发和应用也是当前汽车轻量化技术的重要研究方向。在车身方面，如PNGV2Class车身全部采用高强度钢,质量只有218kg。ULSAB2AVC项目研制的概念车中97%的材料为高强度钢，其中先进高强度钢(AHSS)占80%以上。1995年批量生产的AudiA8型轿车则是使用铝质材料制造车身的最具代表性的成功之作。相对而言，先进高强度钢在成形、碰撞、疲劳性能和成本方面,较其他材料仍具有较大的优势,是今后最主要的汽车车身轻量化材料。日本最先开始双相钢的研发，技术领先于其他国家。北美通用汽车和福特汽车用双相钢制造小汽车发动机罩盖，是板厚由原来的1.8mm减少到了0.7mm，并保证了零件的刚度要求。2011年马鞍与奇瑞合作开展轻量化双相钢外门项目，目标为开发0.65mm厚度的冷轧双相钢MC500DP代替原0.7mm厚度的烘烤硬化钢H180B1生产轿车门外板，已实现门外板的轻量化、高强度化，同时提高表面质量和抗凹性等，具有广阔的应用前景。结论我国汽车工业随着多年发展已形成相当规模，汽车车身生产制造水平也有了极大的提升，但与世界先进水平相比还有很大的差距。国内汽车车身覆盖件冲压工艺和CAD(CAPP)冲压件成型过程的计算机模拟技术目前已经开始推广，但与国际先进水平相比还存在明显差距。先进冲压装备主要依赖进口。在我国仅有少数企业在成型过程模拟做了初步尝试,还没有进行深入系统的开发而国内开发的模具设计和成型过程模拟软件的实用性较差。在焊装技术和涂料方面,虽然有些企业也采用了一些当今国际先进水平的新设备,但总体仅相当于欧美年10前的水平。激光焊接等先进技术的关键设备几乎全部依靠进口。虽然涂装技术与国际水平的差距在不断缩小,但发展很不均衡。就涂装质量的保证而言,几大轿车生产企业虽然已经达到国际水平,但综合比较仍有较大的差距，主要体现在清洁生产技术方面。就汽车涂装生产关键装备技术而言，我国可能在今后相当长的时间内主要依赖进口。综合分析,我国汽车车身制造技术的差距主要表现为生产设备的落后、先进的冲压、焊接和涂装工艺所需的关键设备基本上都依赖于进口。而企业R&D投入力度不足、R&D管理体系不完善、研发人才缺乏等因素造成的汽车车身制造装备自主开发能力薄弱是其主要原因。针对我国汽车车身制造技术方面存在的差距和问题，汽车生产企业应