04专项成果丰硕,奠定汽车行业做强的基石

作者:04专项数控机床主机专家 韩镭 点击数:23 发布时间:2019-06-17
截止到2017年,04专项共立项安排了近600项课题,其中,作为04专项重点服务的领域之一,针对汽车零部件制造共安排了近100项课题,研发出了冲压、焊接和涂装等成套设备,以及高速精密加工中心、车铣和车磨复合加工中心等产品,这些课题成果在汽车企业的生产制造中发挥了重要作用。
04专项成果丰硕,奠定汽车行业做强的基石

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”)紧密围绕国家重大工程和行业发展需求,经过9年的实施(2009~2017年),专项产品的设计、制造与应用能力显著增强,数控机床专项成果在替代进口方面取得了成效,经济和社会效益显著。

截止到2017年,04专项共立项安排了近600项课题,其中,作为04专项重点服务的领域之一,针对汽车零部件制造共安排了近100项课题,研发出了冲压、焊接和涂装等成套设备,以及高速精密加工中心、车铣和车磨复合加工中心等产品,这些课题成果在汽车企业的生产制造中发挥了重要作用。

汽车制造用设备现状及解决途径

改革开放以来,我国汽车制造水平不断提高,汽车产量逐年增加,已连续3年超过2800万辆,居世界第一。因此,中国是汽车产量大国已成为不争的事实。但细究我国汽车制造企业生产中使用的机床设备,尤其是乘用车零部件生产线上的机床设备,大部分为进口产品,充分说明了我国虽为汽车产量大国,却并未做强。机床行业发展与汽车行业需求的脱节,是国产机床未能进入汽车行业主要生产线的主要原因,这严重阻碍了我国汽车工业的发展,同时也抑制了我国机床行业的进步。

为推动国产机床进入汽车制造的主要生产线,使之成为汽车企业使用的主体设备,04专项归纳总结了汽车行业使用进口设备的不同原因,并对此安排了相关课题进行重点攻关,具体包括以下3类:

1. 生产中需要依靠的进口设备,如:大吨位数控液压机床、伺服压力机、大吨位压铸机、曲轴磨床及硬切机床和刀具等。

2. 近几年汽车行业采用新技术的零部件加工设备,如:燃油喷射系统、自动变速器关键零件的加工技术及设备、涨断连杆加工技术及装备,以及装配凸轮轴的加工技术及装备。

3. 生产线的成组、成套技术及装备,如:缸体、缸盖生产线,齿轮生产线,精锻齿轮加工技术及设备。

立项及完成情况

自2009年04专项立项以来,涉及汽车行业的课题近100项,有的课题还在执行中,有的课题已完成并通过了验收,这些课题成果在实际生产中发挥了作用。通过这些课题项目的实施,机床企业和汽车企业均获益匪浅,其中,有些设备不仅在国内得到应用,还远销国外。

1. 车身覆盖件生产技术及设备

汽车车身覆盖件(尤其是轿车车身)的生产设备一直是国内的短板,主要设备均为进口。因此,04专项从一开始就对此类设备高度重视,组织国内的主要冲压机床企业,如济南第二机床厂有限公司、齐齐哈尔第一机床厂、齐齐哈尔二机床(集团)有限责任公司、合肥锻压机床厂和天津锻压机床厂,联合汽车企业,如一汽集团、上海通用汽车有限公司、安徽江淮汽车集团股份有限公司、广州汽车集团股份有限公司和奇瑞汽车股份有限公司,以及机械科学研究总院集团有限公司、燕山大学、哈尔滨工业大学和西安交通大学等,组成了联合项目组。经过几年的努力,研制出了大吨位(42000kN、64000kN)数控液压机床、伺服压力机(20000kN)及配套的上、下料设备,并组成了整条生产线用在实际生产中。例如,由济南第二机床厂有限公司牵头、在烟台上海通用大岳车身厂研制的“车身全自动冲压生产线”,实现了全自动冲压轿车车身覆盖件的生产,覆盖了开卷、上料、冲压及更换模具等全套工序,生产节拍15秒/件,自动更换模具时间280秒。

现在,我国自行设计、制造的车身覆盖件冲压生产线,已有90多条进入到汽车企业。济南第二机床厂有限公司设计、制造的冲压生产线,已有9条出口到美国福特汽车车身厂。

2. 大吨位压铸机

多年来,汽车行业使用的铝合金大型铸件一直依靠进口大吨位压铸机生产。为突破这一瓶颈,04专项组织了苏州三基铸造装备股份有限公司、一汽集团、西安交通大学和清华大学等,开展了“3500T精密卧式实时控制压铸机及成套设备”的研制。

该课题于2015年完成并通过了验收。课题研制的3500T压铸机已在一汽集团铸造分厂投入使用。现在,一汽集团制造的重型卡车J6上使用的离合器壳体铸件,就是用此设备生产的。

3. 发动机关键件的生产设备

(1)曲轴磨床。曲轴连杆颈磨削用磨床是曲轴生产的关键设备,各国汽车企业生产曲轴用的磨床主要来自英国的兰蒂斯公司或德国的勇克公司。针对这项难题,04专项组织了北京第二机床厂有限公司、上海机床厂有限公司、清华大学、天津大学、西安交通大学和上海交通大学等,开展了“曲轴切线跟踪磨床”的研制。该课题于2013年完成并进行了验收,研制出的机床在性能上完全符合使用要求,有些指标还超过了进口设备。目前,该课题成果已成功应用于浙江太阳股份有限公司、上海通用发动机公司以及四川内江金鸿曲轴有限公司。

(2)柴油发动机用高压燃油喷射供油系统制造技术。随着电子技术在汽车控制管理中的应用,目前,柴油发动机的燃油供油系统已淘汰了机械控制式的高压油泵、油嘴喷油系统,采用了“电控高压共轨喷油系统”。这套系统的生产技术,一直由德国博世公司、日本电装公司主宰。为突破这一瓶颈,04专项组织了中国一汽无锡油泵油嘴研究所、无锡机床股份有限公司、北京第二机床厂有限公司、四川普什宁江机床有限公司、江西杰克机床有限公司以及西安交通大学、北京工研精机股份有限公司、苏州电加工机床研究所、机械发展科技股份有限公司、无锡宏申油泵油嘴设备有限公司和上海丰禾精密机械有限公司等,对“电控共轨柴油喷射系统制造技术与关键设备的研发与应用”课题展开了联合攻关。经过努力,研制出了12台新型设备,由这些设备生产的柴油喷射系统,已成功地应用到军车上。该课题一期于2015年通过了验收。随后,立即启动了二期课题,目标是再研制3种新型设备,并实现一期的12种设备与二期的3种设备与国外设备的并线生产。

(3)变截面椭圆活塞的生产技术。为提高发动机的燃油效率,国外的汽油发动机普遍采用了变截面椭圆活塞。由于没有制造这种活塞的机床,国内生产此类活塞主要依靠进口机床。为此,04专项组织了长沙一派数控股份有限公司和湖南大学等单位,对变截面椭圆活塞生产用数控车床进行攻关。2014年,课题组研制出生产这种活塞的数控车床(ECK2150A)并通过了验收。在此基础上,04专项又组织了山东双港活塞股份有限公司、大连机床集团有限责任公司、长沙一派数控股份有限公司以及西安交通大学、武汉华中数控股份有限公司和大连高金科技发展有限公司等,开展了“高档活塞规模制造加工线的研制”工作。目前,该课题已成功研制出5条生产线,年产500万只活塞供汽车发动机企业使用,得到了业界的广泛好评。项目完成时将再建5条生产线,年产能可达1000万只活塞。

(4)装配式凸轮轴加工技术。为提高发动机的燃油经济性,降低发动机的制造成本,目前的发动机制造,已改变了传统的整体式凸轮轴生产方式,而是采用装配式凸轮轴的生产技术。针对这一新的制造技术及生产方式,04专项组织了北京内燃机零件公司、北京粉末新材料公司、吉林大学、北京第二机床厂有限公司和中国科学院力学研究所等单位,开展了“装配式凸轮轴精密高效自动化生产成套技术与装备的开发及研制”课题研究,成功地研制出了凸轮桃片的材料配方及压制工艺、桃片的加工工艺、中空凸轮轴的加工工艺,以及桃片装配工艺和检测方法,并成功用于生产。

(5)汽油机连杆裂解式加工技术的研制。随着制造技术的发展,为了提高发动机的安装精度与可靠性,国外在发动机连杆大端与曲轴连接部分采用了裂解式加工方法。为跟踪这项技术,04专项组织了北京内燃机零件公司、沈阳机床成套设备有限责任公司、吉林大学、北京北一法康生产线有限公司以及北京广宇大成数控机床有限公司,宁夏银川大河数控机床有限公司、北京东方精益机械有限公司和四川天虎工具有限责任公司等单位,开展了“汽油发动机裂解式连杆加工技术与成套装备研制及产业化应用”的课题研制。该课题于2016年完成并通过验收。目前,北京内燃机零件公司已将课题成果应用在自身的实际生产中。

(6)汽油发动机燃油喷射系统关键零件的生产技术。现在,汽油发动机已普遍淘汰了自然吸气方式,而广泛采用了燃油喷射方式。针对这项技术,04专项组织了东风楚凯(武汉)汽车零部件有限公司、上海机床厂有限公司、武汉华中数控股份有限公司、深圳华数机器人有限公司以及上海莱必泰数控机床股份有限公司、襄阳华中科技大学先进制造工程研究院等单位,围绕汽油发动机燃油喷射系统燃油泵的制造,开展了生产工艺及装备的研制。项目完成时,课题牵头单位将具备年产80万套燃油泵的生产能力。

(7)缸体、缸盖加工用设备及成线技术。缸体、缸盖是发动机的关键零件,加工工序多,加工面多而复杂,加工精度要求高。为此,04专项组织了机床企业、汽车企业和大学等开展联合攻关。

一汽解放汽车有限公司无锡柴油机厂、同济大学、大连机床集团有限责任公司、大连理工大学和大连新宇理工科技开发中心有限公司等单位,联合完成了“锡柴重型柴油发动机缸体、缸盖柔性加工生产线示范工程”课题。该课题完成了6L柴油机缸体、缸盖生产线的设计、建造和施工,并通过验收,实现了国产机床与进口机床对缸体、缸盖的同线生产。

营口华润有色金属制造有限公司、大连机床集团华根机械有限公司、吉林大学、宁夏银川大河数控机床有限公司以及武汉华中数控股份有限公司、株州钻石切削刀具股份有限公司和一汽集团等单位,共同开展了“高硅铝合金缸体”加工技术的研制。经过努力,完成了铝合金缸体加工生产线的设计、建造施工和生产调试。该生产线所用设备均为国产,现已投入实际生产。

4. 变速器零件的生产制造项目

(1)无级变速器(CVT)普遍应用在轿车上,替代手动变速器。锥盘是无级变速器中依靠摩擦传递扭矩、实现变速的重要零件,其材质要求耐磨、有韧性,加工精度要求高。该零件的关键加工工序要求在热处理后采用硬车加磨削,但是,国内没有这种机床。为此,04专项组织了北京工研精机股份有限公司和北京航空航天大学,联合开展了“高速、精密数控车磨复合加工机床”的研制工作。该课题于2017年完成并通过验收,研制的“车磨复合加工机床”被湖南江麓容大车辆传动股份有限公司用于CVT变速器锥盘的生产。

(2)双离合器变速器DCT)是另一种不同结构的汽车自动变速器。为开发出双离合器变速器(DCT)零件的制造技术与装备,04专项组织了东风活塞轴瓦有限公司和沈阳机床股份有限公司,针对变速器中换档毂的加工技术和设备展开了研制,目前该课题正在执行中。

5. 轿车变速器用齿轮加工生产线

齿轮是变速器的关键重要零件,其加工量大、难度高。为此,04专项组织了重庆兰黛动力传动机械股份有限公司、重庆机床(集团)有限责任公司和重庆大学,联合开展了“轿车变速器齿轮加工生产线”的研制。该课题于2017年完成并通过验收,攻克了齿轮干切技术难题。课题完成时,已在重庆兰黛动力传动机械股份有限公司建成了8条齿轮生产线,齿轮加工精度达到6级,年产变速器齿轮15万套。

6. 精锻齿轮技术

少切削、无切削是现代加工追求的目标,齿轮齿部加工是机加工的难点,直接锻造出齿部是各国关注的一项重要工艺。为此,04专项组织了华中科技大学、哈尔滨工业大学、上海交通大学和江苏太平洋精锻科技股份有限公司、江苏飞船股份有限公司等单位,开展了“黑色金属和铝合金/温锻精密成形技术”的研制。课题研究了20CrMo钢差速器半轴齿轮闭塞冷锻工艺,20CrMoTi钢变速器结合齿轮中空成形工艺,20CrMo钢大模数大直径差速器行星齿轮和S55C钢BJ型温冷复合成形工艺,20CrMo钢变速器输入轴5工位冷挤压工艺,以及模具和16000kN数控精锻液压机。课题成果在江苏太平洋精锻科技股份有限公司和江苏飞船股份有限公司的实际生产中发挥了重要作用,锻造出的行星齿轮齿面精度达到7级,无需再加工即可直接作为下一步工序的工艺基准,以加工内孔。所生产出的零件受到了大众汽车公司、丰田汽车公司和通用汽车公司的欢迎。2017年,江苏太平洋精锻科技股份有限公司在天津滨海新区建成了一个新工厂,为汽车企业生产配套零件。

7. 刀具

刀具是汽车零件加工中影响质量的最直接的耗材之一,且消耗量大,因此在汽车零部件加工中占有重要的地位。为提高汽车零部件加工用刀具的品质,04专项组织了成都工具研究所有限公司、株州钻石切削刀具股份有限公司、上海工具厂有限公司、夏门金鹭特种合金有限公司以及上海交通大学、江苏大学、山东大学、湖南大学、神龙汽车有限公司、奇瑞汽车股份有限公司、潍柴动力股份有限公司和上海汽车集团股份有限公司等单位,开展了对发动机总成零件加工用刀具的研制开发工作。其中,成都工具研究所有限公司牵头研制的曲轴车拉刀盘用刀片(过去一直依靠进口),已成功替代进口应用于神龙汽车有限公司发动机分厂的实际生产中。以前用进口刀片加工一个曲轴的成本是38.48元,现在采用国产刀片的加工成本只有8.76元。

8. 材料

轻量化是现代汽车设计、制造追求的目标之一。汽车用材料要轻,强度要好。材料不同,加工技术与设备也不同。为此,04专项组织了机械科学研究院、哈尔滨工业大学、西安交通大学、华中科技大学、北京工业大学以及一汽集团、福田汽车股份有限公司、长城汽车股份有限公司和中国汽车工程研究院股份有限公司、东莞豪斯特热冲压技术有限公司等,开展了汽车用高强钢的研制及铝合金覆盖件的制造。

机械科学研究院研制的高强钢制造工艺及设备,成功地加工出了高强钢零件,如一汽奥迪汽车的电瓶支架和北汽福田出口汽车的侧门内粱。

中国汽车工程研究院股份有限公司、东莞豪斯特热冲压技术有限公司和华中科技大学研制的高强钢加工工艺及设备,解决了冲压模具制造、工件的快速加热(炉温控制)以及自动上下料的程序控制等问题,加工出的零件强度可达1000Mpa,从而为汽车企业提供了满意的高强钢零件。

汽车制造技术的发展

我国的机床制造业、成形设备制造业布局全面,制造能力较强,且一直瞄准世界先进水平,因此,目标明确的课题项目,一经努力就一定能够实现。

汽车制造业是机床成形设备的大用户。汽车生产是大批量的生产,生产节奏快,质量高,成本低,精益的生产方式对制造设备提出了更高的要求。对此,国外机床企业抓住了前50年的发展机遇。现在,我国作为汽车产量大国,为机床行业提供了广阔的市场和发展的大好时机。因此,加强机床行业与汽车制造业的交流与合作,对于机床企业抓住机遇、在汽车大市场中占据更大的市场份额至关重要。

为更好地服务于汽车行业,济南二机床集团有限公司成立了冲压工艺实验室,专门研究冲压零件的冲压工艺以及上、下料机械手的动作程序等。

上海交通大学、西安交通大学、四川普什宁江机床有限公司、武汉华中数控股份有限公司、山东博特精工股份有限公司、智邦科技股份有限公司等联合上海通用汽车有限公司和上汽通用五菱汽车股份有限公司,成立了“轿车动力总成关键零件国产加工设备与工艺集成验证平台”项目组,并在上海临港建立了研发基地。

机床行业的发展是汽车行业做大做强的重要基石。

自动化生产线
北京第二机床厂有限公司为上海拖拉机内燃机有限公司提供的发动机曲轴自动化生产线

自动化生产线
北京第二机床厂有限公司为江苏万力机械股份有限公司提供的发动机曲轴自动化生产线

活塞生产线
活塞生产线(山东双港活塞公司)

活塞生产线
活塞生产线(山东双港活塞公司)上的数控活塞车床(长沙 一派制造)

加工生产线
高硅铝合金缸体加工生产线(华润有色金属公司)

加工生产线
高硅铝合金缸体加工生产线(华润有色金属公司)

汽车零件生产线
高强钢汽车零件生产线(东莞豪斯特公司)

多层箱式炉.jpg
多层箱式加热炉

在修水县安装的数字化机械伺服压机.jpg
数字化机械伺服压机(修水县)