汽车制造工艺

1、第一章第一章 概论概论 尽管我国汽车产业的诞生时间与西方相比晚了半个多世纪， 但近几十年来，国内汽车产业与国际性跨国汽车公司的全面合 资、合作及汽车产业技术的大规模引进，已对我国汽车产业带 来了十分深远的影响，使得我国汽车产业近乎与西方发达国家 同步完成了产业结构的调整。过去汽车整车生产企业直属的汽 车总成部件专业生产厂纷纷与主机厂脱离从属关系，走上了自 主研发、为全行业各大汽车公司提供配套和技术服务的独立公 司道路。这种转变使得汽车制造公司与汽车零部件生产企业的 分工和职能发生了根本性改变，于是汽车制造工艺亦跟着发生 了很大的变化。对于汽车整车制造企业，汽车制造工艺只剩下 冲压成型、焊装、涂

2、装和总装四大部分；对于汽车总成部件的 生产通常根据零件的结构特征进行归类加工。 第一节第一节 汽车制造业的特点汽车制造业的特点 汽车制造业的特点：大批大量生产于1908年率先在美国 福特汽车公司实现，而且迅速在全球得到了广泛推广。 大批大量生产方式大大节省了制造汽车的工作时间，大 幅降低了汽车的生产成本，极大地刺激了汽车消费市场，带 来了汽车产业的高度繁荣。但大批大量生产也给汽车产业的 管理带来了极大的挑战，如：工艺流程的合理规划、工位工 作量的均衡配置、生产工艺过程的有序进行、物流供应的及 时配送、配套件库存的有效控制、流动资金的快速回笼等。 解决问题的方法： 改造生产模式改造生产模式 精益

3、生产精益生产 为了解决好因“大批大量生产方式”所带来的上述诸多 问题，上个世纪50年代中期，日本汽车产业在政府的严格保 护和支持下，以丰田汽车公司为代表，在对美国汽车产业管 理和生产模式进行深入研究的基础上，于1961年成功地创立 了旨在“以最少的投入，产出尽可能多的和最好的产品”的 独特管理模式精益生产方式，并于上个世纪80年代掀起 了世界汽车工业的第三个高潮。1980年，日本以1104万辆的 年产量将一直占据世界汽车工业霸主地位的美国拉下了台。 现代生产现代生产 美国为了重拾世界汽车霸主地位，积极吸取丰田精益生 产方式的精华，结合自身的特点，更多地引入计算机服务于 汽车产业的管理，演绎出“

4、拉式流”的生产管理模式，创立 了称之为“现代生产方式”的MRPII(Manufacturing Resources Planning)“制造资源计划”的和ERP（Enterprise Resource Plan）“企业资源计划”的管理模式。即一种将计算 机技术、现代制造技术有机融于一体的计算机辅助企业管理 系统，在合理利用资源与优化内部管理、有效控制库存与流 动资金占用、缩短生产周期和降低成本、灵活快速地响应市 场变化、显著提高企业竞争力与获得最大利润等方面表现出 卓越的效果。 我国的汽车生产模式我国的汽车生产模式 目前，我国汽车产业处在“大量生产、精益生产、现代 生产”三种生产方式共存的特殊

5、时代。对于单纯的民族汽车 产业，尚停留在“大量生产方式”阶段；多数合资汽车制造 业基本实现了“精益生产方式”；部分合资或独资的汽车整 车与零部件生产企业已引入了“现代生产方式”。 无论是“大量生产阶段”、“精益生产阶段”还是“现代 生产阶段”，汽车产业“流水线”、“大批大量生产”的模 式始终没有变，而且随着产业的升级，自动流水生产线的比 例日益增加。 一、汽车整车生产一、汽车整车生产 对于现代化的汽车整车生产企业，通常只建有四大工 厂，分别对应四大典型生产工艺，即： 冲压冲压 焊装焊装 涂装涂装 总装。总装。 1 1、冲压工艺、冲压工艺 冲压工艺是汽车车身制造的第一个工艺环节，它建立在 金属塑

6、性变形的基础上，在常温条件下利用磨具和冲压设备 对板料施压加工，使其产生塑性变形，以获得形状、尺寸和 性能均符合设计要求的结构件或覆盖件。 冲压工艺的生产设备主要有开卷剪切自动线、冲压生产 线、垛料翻转机、模具研配机及适当的其它修模设备，可以 完成卷料存放、开卷、校平、剪切，落料、堆垛，冲压件的 拉延、成形、整形、修边、冲孔、翻边等工艺，以及冲压件 的存放及发送的整套工艺过程。 开卷平整开卷平整 冲压生产线冲压生产线 2 2、焊装工艺、焊装工艺 焊装工艺是汽车制造中应用范围最广的工艺之一，但谈到 汽车制造四大工艺中的焊接工艺，则通常是特指在汽车车身制 造过程中将经冲压成型的汽车车身结构件和覆盖

7、件，用焊接加 工的方式将其组合成不可拆卸的具有完整功能的结构件或汽车 白车身的加工工艺过程。 在当今汽车制造公司的焊装车间，焊装生产线大多为柔性 设计，且机械化、自动化程度通常都很高。 焊焊 装装 生生 产产 线线 3 3、涂装工艺、涂装工艺 对于轿车生产企业来说，涂装车间通常是自动化程度最 高、生产环境要求最严格的场所。涂装生产设备多采用轻钢 结构、全面封闭、强制性通风换气、自然光照及局部人工照 明的采光方式。 涂装工艺主要由前处理、电泳线、密封底涂线、中涂线、 面涂线、精修线及其烘干系统等组成。全线工件输送系统多 采用空中悬挂和地面滑橇相结合的机械化输送方式。 电泳电泳 输送输送 喷防震隔

8、热胶喷防震隔热胶 喷面漆喷面漆 4 4、总装工艺、总装工艺 总装是汽车制造过程中最后的一个工艺环节，对于当今 的轿车生产厂家，总装线的采用柔性生产方式，以 适应多车型、多品种的混流生产。汽车总装工艺包括物流、 输送、装配、下线检测等多个生产环节。 机械件装配机械件装配 内饰件装配内饰件装配 总装输送总装输送 下线检测下线检测 二、总成部件生产二、总成部件生产 汽车总成部件的生产所涉及的工艺内容多而复杂，为了便 于阅读理解，常按照工艺特点将其分为毛坯制造、机械切削加 工、少无切削加工、表面强化处理、复合材料加工等。 复合材料加工 注塑成型 表面强化处理 机械切削加工 金属加工 焊接 锻造 铸造

9、毛坯制造 总成部件制造工艺 1 1、毛坯制造、毛坯制造 毛坯制造中的铸、锻、焊三大工艺在机械制造行业常 将其统称为金属材料的热加工，其工艺特点是通过加热的 工艺手段将各种不同的金属材料转换成形状、尺寸符合后 继工艺过程要求的零件毛坯。 锻造锻造 铸造铸造 焊接焊接 2 2、机械切削加工、机械切削加工 汽车中有大量高精度的功能件和运动部件，其中绝大 多数需要通过机械切削加工的方法达到形状和尺寸的精度 要求。汽车发动机和变速器零部件的加工是机械切削加工 中最典型的代表。 发发 动动 机机 生生 产产 线线 变速器生产线变速器生产线 3 3、少无切削加工、少无切削加工 少无切削加工：机械制造过程中用

10、精确成形方法制造零件 的工艺。传统的机械制造工艺最终大多采用切削加工方法制造 有尺寸、形状与位置精度要求的零件，生产过程中坯料质量的 30左右变成了切屑。这不仅浪费大量的材料和能源，而且 占用大量的机床和人力。采用精密成形工艺，工件不需要或只 需要少量切削加工即可成为高精度的汽车零件，可大大节约材 料、设备和人力。少无切削加工工艺包括精密锻造、冲压、精 密铸造、粉末冶金、工程塑料的压塑和注塑等，其中注塑成型 在汽车零部件制造中占有十分重要的地位。为了减轻汽车的重 量、减低汽车整车成本，汽车上用到了大量的塑料件，如仪表 台、车身内饰、汽车保险杠等。事实上，汽车上还有相当数量 的总成部件（如储油罐

11、、汽车空调系统等）主要由塑料制成。 注塑生产线注塑生产线 4、表面强化处理 表面强化处理有表面机械强化和热处理强化二种不同 的类型，为了提高汽车零部件的使用寿命、实现汽车的轻 量化，几乎所有的汽车零部件都需进行表面强化处理。 喷喷 丸丸 与与 喷喷 砂砂 处处 理理 热热 处处 理理 5 5、复合材料加工、复合材料加工 为保证汽车有良好的乘坐舒适性，车内用到了大量的消音隔热件，如 排气管隔热板、车顶隔热层、发动机隔音隔热层等。汽车上几乎所有的隔 热隔音件都是用的复合材料，图1-15是某汽车隔热隔音件的压制生产线。 图1-15 车用复合材料部件的生产线 第二节第二节 汽车产业结构的演变与发展汽车

12、产业结构的演变与发展 汽车产业在100多年的发展历程中，已经历了手工生产、 大量生产、精益生产和现代生产等四个阶段。每一次生产阶 段的更替，不仅带来了生产方式及生产工艺的大变革，而且 还带来了产业结构的大调整。下面简要介绍汽车产业结构的 演变过程。 一、手工生产阶段的汽车产业结构一、手工生产阶段的汽车产业结构 在早期的手工生产阶段，由于汽车产品自身的不完善， 且人们缺少制造汽车的成熟技术和生产经验，汽车的产量低、 价格十分昂贵。因此那时的汽车只是富足家庭享用的奢侈品， 普通老百姓无力问津。这便决定了汽车整车的制造只能是利 用一些简陋的设备和工具，由少数具有机械加工技能的技术 工人来完成全部零部

13、件的加工和整车的装配。如1903年，在 亨利福特创立的福特汽车公司里只有十余种简单的车床和钻 床，公司的全部员工不足20人。 尽管当时能够买得起汽车的家庭很少，而且汽车的各项 性能都远不如现代的汽车好（噪声大、速度低、舒适性、安 全性、操控性均较差），但人们普遍渴求拥有比传统交通工 具的性能更优的汽车产品。这是促使汽车产业向大量生产方 式转变的原动力。 二、大量生产阶段的汽车产业结构二、大量生产阶段的汽车产业结构 二十世纪初，福特在伊利惠特尼发明汽车“标准化部件”的基础上发 明的“汽车流水生产线”的建成，宣告汽车大批量生产阶段的开始。 大量生产方式最重要的特点是单一车型的产量非常之大，福特的“

14、T型 车”、大众的“甲壳虫” ，其累计产销量远超过了1000万辆。在汽车大 量生产时代，国际性大型汽车制造公司（通常将其称为主机厂或整车厂） 都下设若干多个汽车总成部件的专业配套厂。汽车整车及所有总成部件的 设计开发、专业配套厂的生产装备及工艺设计统一掌握在汽车制造公司手 里。汽车整车厂和各专业配套厂的生产线都是“刚性”的，一条生产线生 产一种车型，每当要对汽车产品进行更新换代，都需要停产相当长的时间 以对生产线进行改造。 大量生产方式的突出优点是：在一个相对封闭的汽车生产环境下，各 生产单元在一个相对较长的时期内只生产同一种或少数几种车型及与之配 套的总成、部件。由于生产高度专业化，因此生产

15、工艺在一定的时期内相 对固定，生产组织比较简单，产品质量稳定且易于控制。汽车制造公司的 主流生产设备是各种不同类型的组合机床。这种产业结构和生产模式在美 国的汽车公司持续了近60年。 三、精益生产阶段的汽车产业结构三、精益生产阶段的汽车产业结构 精益生产方式是日本丰田汽车公司于上个世纪50年代开 始研究并逐步创立，于1961年在该公司全面推行。但“精益 生产方式”的称谓却是美国学者D鲁斯在1990年发表的改 变世界的机器一书中首次提出。 精益生产方的支柱是准时化生产（Just in Time，简称 “JIT”）和自动化（Jidoka）。“杜绝一切形式的浪费”是 精益生产方是的核心。 1 1、准

16、时化生产、准时化生产 准时化生产是指仅在需要的时候，才为所需的地方按所 需的数量和质量生产所需的产品。准时化生产大大缩短了生 产周期，避免了各种浪费，消除了大量的库存，从而降低了 财务和仓储费用。同时还避免了因需求变化所带来的大量旧 型号产品的积压和贬值。 准时化生产将销售商、制造商、供应商看成一个有机整 体，采用看板管理方式作为联结三者的纽带。 2 2、自动化、自动化 精益生产方式中的自动化是指一种自动异常检测控制系 统，即：生产系统能够自动检测出不良品，一旦出现不良品 便立即停止工作，从而阻止不良品的盲目生产。 3 3、杜绝一切浪费、杜绝一切浪费 杜绝一切浪费是提高生产率最简单、最迅速，且

17、不花钱 的方法。精益生产方式告诉我们，过去在汽车制造公司的那 些“正常的、必要的、不可避免的、甚至是看不出来”的浪 费，其实是最可怕的和最大的浪费。在生产过程中，将前述 所有的浪费都找出来，并逐步采取措施坚决地予以消除。 精益生产方式的突出特点： 柔性生产，实现高质量、 多品种、多批次、高效率、高效益的生产；建立市场调查、 产品开发、工艺设计、质量管理、生产协作、销售服务、人 才培养等整套生产管理体系；充分利用精益生产方式“反 应灵、变化快”的优势，鼓励全员参与技术革新和发明创造， 及时将新技术的成果用于产品设计和生产工艺的改造。 精益生产阶段，汽车产业结构的突出特点是逐步推行柔性 生产线，以

18、满足消费者个性化的要求。 四、现代生产方式四、现代生产方式 自上个世纪80年代，追求“个性化”的消费者越来越多， 汽车产业靠“单一产品打天下”的时代已成为历史。单一汽 车产品的累计产销量能够达到100万辆者已是一种奇迹。汽车 消费市场的这一重要变化使得“大量生产方式”所特有的 “大而全”式的公司内部高度专业化协作生产的众多优点逐 渐变成劣势。为了分散风险，激发汽车配件生产企业在产品 研发方面的积极性和主动性，在“单一汽车产品”的产销量 因大幅下降所带来的同一规格的汽车总成部件产量无法达到 经济生产规模的情况下，仍能实现汽车产业链上所有生产环 节的大规模生产。国际性跨国汽车公司开始全面采用能适应

19、 多车型的柔性生产线，同时开始剥离附属于汽车公司的总成 部件专业配套生产厂家，这种变化使得称之为“现代生产方 式”的一种新的汽车生产与管理模式应运而生，其特点是： 1 1、按需准时生产、按需准时生产 在需要的时间，把所需的物品，按规定的数量，完好 无损地送到规定的地点。 2 2、计划主导型的管理模式、计划主导型的管理模式 将以往多级分散的计划统一成“一个滚动计划”。计划 集中编制，分解执行，计划分解后便一贯到底。保证计划的 一贯性和严肃性是现代生产方式的重要原则，杜绝个人意志 与随意发号施令。按零件组织生产而不是按产品台套组织生 产，从根本上打破了原有按产品各自分工管理的界限，改变 了计划员和

20、有关部门的工作范围、内容、考虑问题的角度与 相互关系。 3 3、对资源进行全方位整合、对资源进行全方位整合 将客户需求和企业内部的制造活动、以及供应商的制造资 源整合在一起，形成一个完整的供应链（Supply Chain），对 供应链上的所有环节进行有效管理。这些环节包括订单、采 购、库存、计划、生产制造、质量控制、运输、分销、服务 与维护、财务管理、人事管理、实验室管理、项目管理、配 方管理等。 4 4、支持混合方式的制造环境、支持混合方式的制造环境 支持混合方式的制造环境包括既可支持离散又可支持流 程的制造环境；按照面向对象的业务模型组合业务过程的能 力和国际范围内的应用。 5 5、体现精

21、益生产、同步工程、体现精益生产、同步工程 和敏捷制造的思想和敏捷制造的思想 支持对混合型生产方式的管理，其管理思想表现在两个 方面：精益生产LP（Lean Production），企业按大批量生 产方式组织生产时，把客户、销售代理商、供应商、协作单 位纳入生产体系，企业同其销售代理、客户和供应商的关系， 已不再简单地是业务往来关系，而是利益共享的合作伙伴， 这种合作伙伴关系组成了一个企业的供应链。敏捷制造 （Agile Manufacturing），当市场发生变化，企业遇有特定的 市场和产品需求时，企业的基本合作伙伴不一定能满足新产 品开发生产的要求，这时，企业会组织一个由特定的供应商 和销售

22、渠道组成的短期或一次性供应链，形成“虚拟工厂”， 把供应和协作单位看成是企业的一个组成部分，运用“同步 工程（SE）”组织生产。用最短的时间将新产品打入市场， 时刻保持产品的高质量、多样化和灵活性。 第三节第三节 汽车制造的新技术新工艺汽车制造的新技术新工艺 近二十年来，是汽车产业技术高速发展的时期，汽车制 造技术和制造工艺已有了显著的进步。在此不可能涉及汽车 制造新技术新工艺的全部，只举几个典型的示例。 一、高速干式切削加工工艺一、高速干式切削加工工艺 高速干式切削加工是在无冷却、无润滑油剂的作用下， 采用很高的切削速度进行切削加工。采用压缩空气或其他类 似的方法移去切屑，以控制工作区域的温

23、度。实践证明，当 切削参数设置正确时，切削所产生热量的80%可被切屑带走。 高速干式切削加工已成为各类齿轮制造工艺发展的新趋 势。只要工艺参数选择合理，并采用新型的硬质合金刀具高 速切削，可使加工时间大大缩短，刀具寿命更长。 日本三菱公司推出了世界上第一套干式滚切系统。其切 削速度是传统滚切速度的若干倍，达200m/min。干式滚切对 滚刀有特殊的要求，三菱公司设计的专用干式滚刀，采用 MACH7高速钢，表面涂有专用涂层，有助于散热并减少刀具 损耗，其寿命可延长到一般湿切方式的5倍，生产成本至少降 低40%。 一、高速干式切削加工工艺一、高速干式切削加工工艺( (续续) ) 美国格里森公司用硬

24、质合金滚刀在Phoenix机床上用干式 切削法加工锥齿轮，与传统的高速钢刀具湿式切削法相比， 降低切削时间50%，而且齿轮的表面粗糙度显著降低，几何 精度大大提高。床身内部循环冷却，以利于维持热平衡。此 外，机床还配有一套真空除屑除尘系统。这一系列滚齿机， 滚切转速可达3000r/min。 高速干式切削法有如下优点：首 先，由于它省去了油屑分离过程，无冷却润滑油箱和油屑分 离装置以及相应的电气设备，因此，机床结构紧凑。其次， 这种方法极大地改善了加工环境；加工费用大大降低。为进 一步延长刀具寿命、提高工件质量，可在齿轮干式切削过程 中，每小时使用101000ml润滑油进行微量润滑。这种方法 产

25、生的切屑可以认为是干切屑，工件的精度、表面质量和内 应力不受微量润滑油的负面影响。 一、高速干式切削加工工艺一、高速干式切削加工工艺( (续续) ) 美国费特公司(LMT-Fette)用硬质合金刀具干式滚切齿轮， 使齿轮单件加工时间和成本明显降低。日本坚藤铁工所开发 的KC250H型干式滚齿机，采用硬质合金滚刀、冷风冷却、微 量润滑，进行高速滚齿，由于供给的是温度稳定的冷风，工 件的热变形极小。 干式切削与湿式切削相比，不但极大地提高了机床生产 效率，降低了工件加工成本，而且有利于保护环境，节约自 然资源。在国外，干式切削的研究和应用已比较广泛，据有 关部门统计，目前在西欧已有近一半企业采用干

26、式切削加工。 国内虽有部分机构在从事这方面的研究，但在齿轮加工领域 的应用还是空白。 二、无切削加工工艺二、无切削加工工艺 无切削加工在汽车业产业的应用范围呈现出逐渐扩大的趋势。典型的 案例是摆动辗压成型工艺加工汽车齿轮、离合器盘毂、轴承、万向节等。 摆动辗压又称旋转锻造（Rotaryforging）、轨道成形（Orbitalforging）、 摇动锻造等，是世界上迅速发展起来的一种新型高精度、高效率、无切削 金属成型工艺。美国、瑞士、德国、日本等国家已广泛将其应用于汽车、 摩托车、电器等相关产业。我国在90年代开始引进国际先进水平的摆辗设 备，如瑞士SCHMID公司的T200、T400、T6

27、30冷成形摆辗机等。 摆动辗压加工采用连续局部加载成形的方法生产锻件，其优点是： 锻件成形的变形力仅为常规锻造方法变形力的15120；锻件可在 冷态、温态或热态下成形，毛坯变形均匀，金属纤维流向更趋合理；可 单机也可组线生产，易实现生产过程的机械化和自动化；特别适合于薄 而形状复杂的盘饼或半轴法兰类锻件的生产；加工过程的振动和噪声小， 工作条件良好；设备结构简单、体积小、重量轻、操作简便、使用可靠、 价格便宜、一次性投资少；可采用镶块模，模座模套可通用，生产不同 产品时，只需更换模芯（镶块；生产成本低，经济效益和社会效益好。 三、激光焊接工艺三、激光焊接工艺 激光焊接是将高强度的激光束辐射至金

28、属表面，通过激 光与金属的相互作用，金属吸收激光转化为热能使金属熔化 后冷却结晶实现焊接。激光焊接的机理有两种： 热传导焊接热传导焊接 激光深熔焊激光深熔焊 1 1、热传导焊接、热传导焊接 当激光照射在材料表面时，一部分激光被反射，一部分 被材料吸收，将光能转化为热能而加热熔化，材料表面层的 热以热传导的方式继续向材料深处传递，最后将两焊件熔接 在一起。 2 2、激光深熔焊、激光深熔焊 当功率密度比较大的激光束照射到材料表面时，材料吸 收光能转化为热能，材料被加热熔化至汽化，产生大量的金 属蒸汽，在蒸汽退出表面时产生的反作用力的作用下，使熔 化的金属液体向四周排挤，形成凹坑，随着激光的继续照射， 凹坑穿入更深，当激光停止照射后，凹坑周边的熔液回流， 冷却凝固后将两焊件焊接在起。 激光焊接的优点激光焊接的优点 速度快、深度大、变形小；能在室温或特殊条件下进 行焊接，激光通过电磁场时，光束不会偏移，焊接设备简单； 激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊，并能通过玻 璃或对光束透明的材料进行焊接；可焊接难熔材料如钛、石 英等，并能对异性材料施