发挥国家级科研院所优势,引领汽车制造技术与装备创新发展

点击数:10 发布时间:2019-06-12
通过04专项的支持,机械总院集团围绕汽车轻量化材料(高强钢、轻合金和复合材料)开展了系列技术攻关,部分成果已进入产业化放大阶段,社会和经济效益显著,为集团发展注入了新的动力。
发挥国家级科研院所优势,引领汽车制造技术与装备创新发展

近年来,机械科学研究总院集团有限公司(以下简称“机械总院集团”)各单位牵头承担了“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项(以下简称“04专项”)中面向汽车行业的9项课题,参加了10项课题任务研究。

由机械总院集团各单位牵头的课题中,超高强钢热冲压及点焊连接技术研究、高强钢板冷冲压成形技术研究、铝合金覆盖件快速超塑性成形技术、复杂零件精冲技术、汽车AMT变速器智能化在线检测试验设备、精密塑性成形技术与装备创新能力平台等8项课题均已通过任务验收,相关成果已投入实际应用,取得了显著的经济和社会效益。

在参加的10项课题任务中,数控大型多工位压力机、10000kN精冲压力机、大型伺服闭式四点压力机和汽车车身大型智能冲压生产线等已完成技术攻关,并通过了任务验收。

截至2018年5月,机械总院集团各单位联合中国一汽集团公司、长城汽车股份有限公司、北汽福田汽车股份有限公司、上海交通大学和湖南大学等80余所高校、企业和科研院所等,在铸造、冲压、塑性成形和试验检测等多个技术领域为相关主机开发和应用提供了重要支撑,充分发挥了“产、学、研、用”的协同创新优势,带动了广泛的创新活动及专项成果在汽车行业的推广应用。

主要成果及应用推广情况

自2009年起,机械总院集团各单位通过承担04专项任务,为汽车行业提供了大量的关键技术与装备支撑,取得了显著的经济和社会效益。主要成果如下:

在冲压工艺与装备方面,机械总院集团参与了04专项数控大型多工位压力机、汽车车身大型智能冲压生产线、轿车覆盖件伺服及机械压力机混合冲压生产线的研制开发,为国产汽车大型覆盖件冲压生产线立足国内提供了关键技术支撑。通过参与研制10000kN精冲压力机,突破了精冲压力机滑块导向、模具保护和封闭高度调节等关键技术,达到国内领先水平,并在多台精冲压力机中获得实际应用。

机械总院集团牵头承担的“高强钢板冷冲压成形技术研究”任务,突破了高强钢冷冲压工艺、冷冲压模具型面设计、回弹预防及精度控制等关键技术,解决了高强钢板冷冲压零件回弹严重和模具寿命短两大难题,开发的B立柱加强板等零部件实现了装车应用。牵头承担的“超高强钢热冲压及点焊连接技术研究”任务,解决了超高强钢热冲压工艺、成形与淬火一体化模具设计制造、激光电焊连接等关键技术,成功研制出车门防撞梁、前保险杠等汽车零部件,轻量化及碰撞安全性能显著提高。

生产线生产线
高强钢热冲压中试生产线

机科发展科技股份有限公司牵头开发的1~2kg复杂零件的冷锻模具和6~10mm中厚复杂零件的精冲模具,解决了冷锻与精冲模具高精度、高寿命难题,为变速器复杂零件冷锻/精冲自主生产提供了支撑,整体达到国内领先水平。北京机电研究所有限公司通过参与“C级轿车覆盖件整体侧围、翼子板和新型环保材料内饰件冲压成形模具开发”,研发了新型环保内饰件模具技术,实现了内饰件生产的多工序集成组合,大幅缩短了生产流程,有效提高了生产效率,降低了生产成本,增强了产品竞争力。

发动机关键零部件制造方面,机械总院集团自主研制的数字化无模铸造成形装备,有效解决了大功率发动机缸体缸盖等复杂铸件研制周期长、成本高和成形精度低等技术难题,为大型发动机的快速研制与生产提供了关键装备保障。

在共性技术方面,北京机电研究所有限公司首次提出基于“变形极限”和“变形耦合”的铝合金热冲压+超塑气胀复合成形技术,充分发挥了热冲压工艺的快速性和超塑气胀工艺的优良成形性等优势,减小了板材变薄的不均匀性,成功开发出铝合金引擎盖并装车应用。与传统超塑性气胀成形相比,成形时间缩短了64%。

部件部件
铝合金引擎盖部件

机械总院集团牵头承担的“铝合金车身零部件典型成形工艺及关键装备技术研究”课题,突破了铝板材冷温冲压成形、铝板材柔性化充液成形、型材挤压-弯曲-淬火一体化成形、多功能一体化压/挤铸造成形等4种“高效、精密、短流程”铝车身典型成形工艺与装备关键技术,为实现铝合金车身零部件的高精度、高可靠性、高效率和低缺陷制造提供了关键技术与装备支撑。

底板
铝合金底板(6016,热冲压)

挤压弯曲成形
挤压弯曲成形设备与零件

机械总院集团联合上海交通大学、华中科技大学和中国一汽集团公司等单位共同建设了精密塑性成形技术与装备创新能力平台,建立了超高强钢成形、冷温热精锻和管类件内压成形等8个实验室,形成了涵盖汽车零部件体积成形、回转成形、板材成形关键技术与装备支撑能力,为一汽、北汽福田和上海保捷等100余家零部件制造、汽车制造以及汽车装备制造企业提供了相关的技术。

在试验与检测装备方面,北京机械工业自动化研究所有限公司研制开发了“汽车AMT变速器智能化在线检测试验设备”,具有智能化在线检测试验功能,可对多品种的MT和AMT自动变速器进行性能、可靠性和振动、噪声等进行分析诊断,设备关键技术指标、整机运行可靠性和精度稳定性达到国外同类产品先进水平。

机科发展科技股份有限公司自主研制了共轨喷油器关键性能及关键调整件几何精度自动检测系统,解决了共轨喷油器总成性能自动检测技术与关键调整件几何精度控制技术瓶颈,达到国际先进水平。


共轨喷油器检测设备、总成性能试验台

课题实施对机械总院集团带来的影响

机械总院集团通过积极承担04专项任务,成为了引领汽车行业基础制造共性技术及工程化应用创新的优势单位,同时也极大地推动了集团加强科研条件建设,加速技术创新并促进科研成果的转化,主要体现在以下几个方面:

1. 以承担04专项任务为纽带,逐步搭建了面向汽车行业的“产、学、研、用”技术创新体系

通过承担04专项任务,机械总院集团与中国一汽集团公司、长城汽车股份有限公司和上海交通大学等多家企业、高校和科研院所一起,开展了联合技术创新和成果转化合作,逐步形成了以企业需求为牵引,“产、学、研、用”相结合的技术创新模式,使集团面向汽车行业的技术创新体系不断丰富和完善,对行业的支撑和带动能力显著增强。

2. 开发了一批具有国际先进性的科研成果,形成了面向汽车行业的持续技术支撑能力

机械总院集团与多家单位联合承担了多项04专项任务,在冲压、铸造、塑性成形、智能化试验与检测等方面聚焦汽车行业发展需求,通过自主研发,形成了一批具有国际先进性的科研成果。例如,专项支持开发的数字化无模铸造成形装备,达到国际先进水平,获得授权发明专利37项(美国、日本等国际发明专利19项),在160多家单位推广应用,并获得2017年度国家技术发明二等奖。同时,通过专项支持,建立了面向汽车领域的精密塑性成形技术与装备创新能力平台,成为解决汽车行业先进成形制造技术与装备瓶颈的技术创新载体,为促进汽车行业和集团的发展提供了持续的技术支撑。

3. 通过承担04专项技术前瞻性任务,培育了集团创新发展的新动能

通过04专项的支持,机械总院集团围绕汽车轻量化材料(高强钢、轻合金和复合材料)开展了系列技术攻关,部分成果已进入产业化放大阶段,社会和经济效益显著,为集团发展注入了新的动力。例如,高强钢热冲压成套技术、铝合金车身零部件制造技术与装备已具备产业化放大能力,可直接服务于汽车制造。集团自主研发的复合材料先进成形技术,为国内主流汽车厂装车应用10余种、40余万件复合材料零部件,年间接经济效益超过10亿元。

存在的差距

在04专项的支持下,机械总院集团研制开发了一批汽车行业急需的关键技术与装备,取得了显著的社会和经济效益。但随着汽车行业向智能化、轻量化方向发展,大量的新技术、新装备需求与日剧增,现有成果整体上与国外相比仍有较大差距,具体如下:

1. 已有装备的智能化水平亟待提升。专项所支持的冲压、铸造和锻造等技术及其装备,多数仍处于机械化、自动化阶段,在制造效率、柔性化和智能化等方面与国外相比差距很大,急需在现有基础上提升数字化、智能化水平,满足汽车行业对智能化装备的需求。

2. 汽车轻量化急需的关键技术与装备仍有很大差距汽车轻量化已成为汽车工业发展的重要趋势,轻量化材料的规模化应用将对传统制造工艺与装备带来很大挑战,虽然04专项前期已在高强钢、铝合金和复合材料等多个方向布局实施了相关任务,但多数仍处于研制开发阶段,距离汽车批量化制造所需要的技术与装备仍有很大差距,有待进一步的技术攻关和产业化放大。

3. 支撑汽车领域技术创新的服务平台尚未真正形成。虽然04专项所支持的创新平台对促进汽车行业创新发展提供了很好的支撑,但还不能完全依靠自身投入解决技术创新以及提升完善条件等问题,使平台尚未真正形成可持续的发展能力,难以满足汽车行业快速发展对新技术、新装备的需求,急需加强能力提升,实现新技术与新装备的突破。