先进制造技术在汽车上的应用

摘要

　随着世界经济一体化进程的加快，中国汽车制造行业步入了一个迅猛发展的时期。国内许多的汽车制造企业都在积极调整自身的产品结构，以提企业的市场竞争力，国内汽车市场的竞争环境也更为严峻。随着汽车行业不断的发展壮大，以及国内汽车市场的迅速扩张，只有不断提升产品质量，才能最终占据有利的市场地位，只有具备先进的生产技术，过硬的产品质量才能在国内汽车市场激烈的竞争环境中生存和发展。才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。本文首先从我国先进制造技术的现状进行分析及当今制造技术面临的问题，其次简要叙述了先进制造技术的前沿科学，展望了先进制造技术的发展前景。最后通过激光焊接技术在汽车加工中的应用技术分析和实例介绍，从技术、经济和实用等方面说明了激光焊接在汽车工业中的重要应用。

关键词：制造技术；应用前景；激光焊接

Abstract

With the development of society, the people to the requirements of the product also has changed greatly, requirement breed to diversity, update to fast, quality to high-grade, use convenient, price reasonable, appearance to want beautiful, automation degree high, after-sales service is better... To satisfy people more and more high demand, must the use of advanced manufacturing technology. Our country is in the key period of economic development, manufacturing technology is our weak links. Only keep up with the development of advanced manufacturing technology of the world trend, as soon as possible to narrow the gap with developed countries, to the fierce market competition. In this paper, the present situation of our country's advanced manufacturing technology analysis and the manufacturing technology of the face, and describes briefly the advanced manufacturing technology of the frontier science, and looks forward to the prospect of the development of advanced manufacturing technology. At last, by laser welding technology in vehicle processing the application technique analysis and examples, the paper points out that the technology, economy and practicality aspects that the laser welding in important application of automobile industry

Key Words manufacturing technology; CAD; CIMS; Molding technology; Frontier science; Application prospects; Laser welding

目 录

1引言...............................................................1

2 先进制造技术概念..................................................1

3先进制造技术的重要性及现状..................................... ...1

3.1先进制造技术的重要性.....................................，.... ... 1

3.2先进制造技术的现状...................................... .........1

4改变汽车产业的先进制造技术. ........................................2

4.1信息技术对汽车先进制造技术的发展起着越来越重要的作用..................2

4.2汽车设计技术的不断现代化..........................................3

4.3汽车成形技术向精密成形或称净成形的方向发展..........................3

4.4汽车加工技术向着超精密、超高速以及发展新一代制造装备的方向发展...........3

4.5汽车制造工艺、设备和工厂的柔性和可重构性将成为汽车企业装备的显著特点.....3

5应用...............................................................3

5.1激光焊接的技术可行性..............................................4
5.2激光焊接在汽车行业中的应用........................................5

5.3激光焊接技术前境.................................................6

6总结...............................................................7

7参考文献............................................ ..............8

8致谢............................................ ..................9

1引言

随着中国人均收入的增长、生活水平的提高以及市场的日趋成熟，人们有了对轿车越来越多的多样化需求。因此汽车上采用先进制造技术是必不可少的，而焊接技术也有了大的改进。

2先进制造技术概念

先进制造技术AMT(Advanced Manufacturing Technology)是集机械，电子，信息，材料，能源和管理等各项先进技术而发展起来的高新技术，它是发展国民经济的重要基础技术之一。先进制造技术是制造业为提高竞争力以适应时代的要求而形成的一个高新技术群，经过发展，已形成了完整的体系结构。
3先进制造技术的重要性及现状

3.1先进制造技术的重要性

先进制造技术是当今生产力的主要构成因素，是国民经济的重要支柱。论文大全。它担负着为国民经济各部门和科学技术的各个学科提供装备、工具和检测仪器的重要任务，成为国民经济和科学技术赖以生存和发展的重要手段。尤其是一些尖端科技，如航空、航天、微电子、光电子、激光、分子生物学和核能等等技术的出现和发展，如果没有先进制造技术作为基础，是不可能实现的。

3.2先进制造技术的现状

近年来，我国的制造业不断采用先进制造技术，但与工业发达国家相比，仍然存在一个阶段性的整体上的差距。

1．管理方面。工业发达国家广泛采用计算机管理，重视组织和管理体制、生产模式的更新发展，推出了准时生产（JIT）、敏捷制造（AM）、精益生产（LP）、并行工程（CE）等新的管理思想和技术。我国只有少数大型企业局部采用了计算机辅助管理，多数小型企业仍处于经验管理阶段。

2．设计方面。工业发达国家不断更新设计数据和准则，采用新的设计方法，广泛采用计算机辅助设计技术（CAD/CAM），大型企业开始无图纸的设计和生产。我国采用CAD/CAM技术的比例较低。

3．制造工艺方面。工业发达国家较广泛的采用高精密加工、精细加工、微细加工、微型机械和微米/纳米技术、激光加工技术、电磁加工技术、超塑加工技术以及复合加工技术等新型加工方法。我国普及率不高，尚在开发、掌握之中。

4．自动化技术方面。工业发达国家普遍采用数控机床、加工中心及柔性

制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS），实现了柔性自动化、知识智能化、集成化。我国尚处在单机自动化、刚性自动化阶段，柔性制造单元和系统仅在少数企业使用。

4改变汽车产业的先进制造技术

随着以信息技术为代表的高新技术的日新月异，随着汽车市场需求个性化与多样化的演变，未来汽车产业发展的重要特征是向全球化、网络化、虚拟化方向发展，未来汽车先进制造技术发展的趋势是向精密化、柔性化、虚拟化、网络化、智能化、敏捷化、清洁化、集成化及管理创新方向发展。汽车产业发展对先进制造技术（AMT）的需求越来越强烈。
4.1信息技术对汽车先进制造技术的发展起着越来越重要的作用

信息化是当今社会发展的趋势，信息技术与传统制造技术相结合，将使汽车制造业的生产方式发生革命性变革。信息技术促进着设计技术的现代化；成形与加工制造的精密化、快速化、数字化；自动化技术的柔性化、集成化、智能化；整个制造过程的虚拟化、网络化、全球化。汽车先进生产模式的发展，如网络化制造、并行工程、精益生产、敏捷制造、虚拟企业与虚拟制造，也无不以信息技术的发展为支撑。
4.2汽车设计技术的不断现代化。

现代汽车设计技术的主要发展趋势：一是设计方法和手段的现代化。二是新的设计思想和方法不断出现，如并行设计，面向“X”的设计DFX(Design For X)，健壮设计(Robust Design)，反求工程技术等。三是向全寿命周期设计发展。第四，设计过程、快速造型和设计验证，由单纯考虑技术因素转向综合考虑技术、经济和社会因素。
4.3汽车成形技术向精密成形或称净成形的方向发展。

展望21世纪，制造工件的毛坯正在从接近零件形状(Near Net Shape Process)向直接制成工件即精密成形或称净成形(Net Shape Process)的方向发展。精密铸造技术、精密塑性成形技术、精密连接技术等精密成形技术将获飞速发展。
4.4汽车加工技术向着超精密、超高速以及发展新一代制造装备的方向发展

目前，超精加工已实现亚微米级加工，并正在向纳米加工时代迈进，加工材料由金属扩大到非金属；超高速切削用于铝合金的切削速度已超过1600米/分，铸铁为1500米/分，可以近10倍地提高加工效率并提高加工件的性能。

4.5汽车制造工艺、设备和工厂的柔性和可重构性将成为汽车企业装备的显著特点

汽车个性化需求和不确定的市场环境，使得制造资源的柔性和可重构性将成为21世纪汽车企业装备的显著特点。先进的制造工艺、智能化的软件和柔性的自动化设备、企业的柔性发展战略，构成未来汽车企业竞争的软、硬件资源。

5应用

世界上第一个激光器的成功演示在40多年前，在今天，激光科学技术蓬勃发展，其作用远远超出了其发明初期人们原有的预想，激光技术的应用目前遍及科技、经济、军事和社会的许多领域。汽车工业是激光加工重要的应用领域，占激光加工15%的份额，激光焊接、激光切割、激光标记、激光打孔都有着广泛的应用。

5.1激光焊接的技术可行性
激光(受激辐射光)最基本的特点就是：单色性、方向性、相关性，这些独特

性质加上由此而来的超高亮度，超短脉冲等性质使它已经紧紧的和现代工业结合

在一起，这些特质非常适合焊接加工。激光器一般按产生激光的工作物质不同来分类，主要有半导体(GaAs,InP等)激光器、固体(Nd:YAG等)激光器、气体(CO2、He-Ne等)激光器、液体(可调谐染料等)激光器、化学激光器、自由电子激光器等。其中气体激光器以气体或金属蒸汽为发光粒子，它是目前种类最多，激励方式最多样化，激光波长分布区域最宽，容易实现大功率连续输出，应用最广泛的一类激光器。固体激光器是将产生激光的粒子掺于固体基质，其浓度比气体大，因而可以获得比较大的激光能量输出，具有能量大，峰值功率高，机构紧凑，牢固耐用等特点。在激光焊接中主要就采用这两种受激物质的激光器。

激光焊接技术在制造领域的应用稳步增长，由脉冲到连续，由小功率到大功率，由薄板到厚件，由简单单缝到复杂形状，激光焊接在不断的演化过程中已经逐步成为一种成熟的现代加工工艺技术。激光焊接分为脉冲激光焊接和连续激光焊接，在连续焊接中又可分为热传导焊接和深穿透焊接。随着激光输出功率的提高，特别是高功率CO2激光器的出现，激光深穿透技术在国内外都得到了迅速发展，最大的焊接深宽比已经达到了12：1，激光焊接材料也由一般低碳钢发展到了今天的焊接镀锌板、铝板、钛板、铜板和陶瓷材料，激光焊接速度也达到了每分钟几十米，激光焊接技术日益成熟，并大量应用到生产线上，在汽车生产线上如齿轮焊接，汽车底板及结构件(包括车门车身)的高速拼焊并已取得了巨大的经济和社会效益。

据有关资料统计，在欧美发达工业国家中，有50%-70%的汽车零部件是用激光加工来完成的。其中主要以激光焊接为主和切割为主，激光焊接在汽车工业中已成为标准工艺。激光用于车身面板的焊接可将不同厚度和具有不同表面涂镀层的金属板焊在一起，然后再进行冲压，这样制成的面板结构能达到最合理的金属组合。激光焊接的速度约为4.5m/min，而且很少变形，省去了二次加工。激光焊接加速了用冲压零件代替锻造零件的进程。采用激光焊接，可以减少搭接宽度和一些加强部件，还可以压缩车身结构件本身的体积。仅此一项车身的重量可减少56kg。激光焊接用于车顶外壳与框架焊接，传动转换器盖板的焊接，由CNC控制，其循环时间约为16秒，实际焊接时间仅为3秒，一天可连续运行24小时。用于焊接小轿车的变速箱总成和底盘，激光束的焊接速度快，易于自动化控制并且易于归并到一个灵活的制造系统中，激光束改进了厂家的产品设计投产周期，降低了成品的废品率。
5.2激光焊接在汽车行业中的应用

采用激光焊接可以给汽车制造业带来巨大的经济效益，如车身装配中的大量点焊，把两个焊头夹在工件边缘上进行焊接，凸缘宽度需要16mm，而激光焊接是单边焊接，只需要5mm，把点焊该为激光焊，每辆车就可以节省钢材40kg。用传统点焊焊接两片0.8mm的钢板冲压件，平均是20点/min，焊距是25mm，即速度为0.5m/min，用激光焊速度可以达到5m/min以上。采用激光焊接技术，不仅降低成本，还大大提高了生产效率。目前，一套千瓦级的激光加工机器人系统只要几十万美元，新型激光器的安全性和可靠性也得到了保证，其故障停机率仅2%，防护措施也极为可靠。激光焊接时需要工件接触面紧密吻合，这在工艺上是不容易实现的，但目前先进的夹持方法和适合激光焊接的凸缘设计使这一问题得到了解决，激光焊接技术的逐渐成熟使得各大汽车厂商无一例外的将激光焊接应用到了汽车生产线上。

美国是最早将高功率激光器引入汽车工业的，在美国汽车工业中心底特律地区有40余家激光加工站，用于汽车金属件的切割和齿轮的焊接，使汽车的改型从5年缩短到2年。美国通用汽车公司已经采用22条激光加工生产线，美国福特汽车公司采用Nd:YAG激光器结合工业机器人焊接轿车车体，极大地降低了制造成本，2000年美国三大汽车公司已经有50%的电阻点焊生产线被激光焊生产线所取代。在日本，激光焊接在生产线上成功的应用为世界所瞩目，如在汽车车体制造中采用将薄钢板实施激光焊接后冲压成型的新方法，现在已为世界上大多数汽车厂家所仿效。世界上很多著名汽车公司都建有专门的激光焊接专用生产线：Thyssen钢铁公司的轿车底板拼焊生产线，大众汽车厂的齿轮激光加工生产线，奔驰汽车厂的18个厂房里有8个厂房安装了激光加工设备。

激光焊接在汽车工业中最主要就是应用在汽车车身的焊接和拼接坯板焊接上。为满足市场和客户的需求，改善车身和制造工艺是十分必要的，而汽车的车身价值约占汽车总价值的1/5，采用激光焊接工艺使车身的抗冲击性和抗疲劳性都可以得到显著改善，提高汽车的品质。激光焊接由于采用计算机控制，所以具有较强的灵活性和机动性，可以对形状特殊的门板、挡板、齿轮、仪表板等零部件的焊接，也可以完成车顶和侧围，发动机架和散热器架等部件的装配，如果加上光纤传输系统和机械手，就可以实现自动化的汽车装配生产线。使用3KW左右的光纤传输的Nd:YAG连续激光器，配合点焊系统，和生产线上的夹具相配合，就可以达到自动化焊接的目的，通用、奔驰等都采用了这一系统应用在最新的车型的生产线上，激光焊接系统几乎可以达到完美加工的要求，在效率、经济、安全、强度、抗腐蚀性上都有优秀表现。

一辆汽车的车身和底盘由300种以上的零件组成，采用激光焊接几乎可以把所有不分厚度、牌号、种类、等级的材料焊接在一起，制成各种形状的零件，大大提高汽车设计的灵活性。拼接坯板就是在充分分析车身结构的基础上优化部件设计，使之可以由少数的几种典型坯板焊接而成，这样大大降低了模具数量，增加了材料利用率，而且可以在强度要求不同的部位采用不同厚度的坯板，可以一次冲压成型，减轻了重量，提高了精度，还使得抗腐蚀性和安全性能都有大幅度提高，车身结构也大大简化。丰田公司的侧围生产线采用了拼接坯板焊接技术，使得模具的数量降到四具，材料利用率达到65%，加上其它的部件，使得每辆车的成本下降30多美圆，大大增加汽车生产商的效益。

5.3激光焊接技术前境

激光焊接技术对传统的汽车焊接工艺带来了冲击性的影响，各大汽车公司对此都抱有十分积极的态度，采用新技术就意味着更强的竞争力，特别是竞争残酷的汽车工业。激光焊接技术在焊接铝材，用焊接件代替铸件以及全车身构架结构焊接的应用前途最大，激光器生产厂家应该抓住商机，在激光器的可移动性、体积等方面下功夫，用光纤传输激光，使激光器更适合汽车生产线的需要。国内一些激光产品生产厂家已经逐渐意识到这一点，比如湖北光通光电系统有限公司生产的脉冲Nd:YAG激光焊接机利用光纤耦合聚焦，使用方便，激光头可以远离焊接区，激光器性能稳定可靠，寿命长，也可以使用传统的光学传统系统，激光器既可以激光焊接，也可以激光切割和打孔，一机多用途，特别适用于激光加工车间和自动化生产线。

6总结

21世纪汽车工业正在步入能按照用户要求进行柔性模块式生产的方式，传统加工工艺不能满足新生产方式的需要，这给激光焊接技术的大规模应用提供了一个机遇，激光焊接技术及其他激光加工技术在汽车领域中一定会有更大的发展，成为汽车工业中重要的加工方法。

参考文献

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［5］晓 科 美国专家预测2001年至2030年间将出现的新兴技术 中国专利报 1998-02-18(1)

[6]孙林岩,汪建.先进制造模式理论与实践[M].西安:西安交通大学出版社,2003.

致谢

大学三年的学习生活即将结束，在此，我要感谢所有曾经教导过我的老师和关心过我的同学，他们在我成长过程中给予了我很大的帮助。本文能够成功的完成，要特别感谢我的辅导员 老师和导师 老师他们的关怀和教导。在两年多的学习中，我深刻地认识到汽车在当今社会发展中起着举足轻重的地位。汽车行业的发展带动了整个社会的发展，而且在今后汽车将在人类社会发展中起到更为重要的作用。

最后，我要向在百忙之中抽时间对本文进行审阅、评议和参加论文答辩的各位师长表示感谢

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