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節(jié)能汽車的綠色汽車制造技術(shù)

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=生t=： r產(chǎn) l瑣驤 場(chǎng)
節(jié)能汽車的綠色汽車制造技術(shù)
摘要：我國(guó)汽車產(chǎn)量2020年可能達(dá)到3 500萬～4 000萬輛。能否從汽車大國(guó)轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)國(guó)，不
僅關(guān)系到汽車產(chǎn)業(yè)，也關(guān)系到我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。由汽車大國(guó)轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)國(guó)必要條件之一是
應(yīng)對(duì)世界汽車的綠色革命，用綠色制造技術(shù)制造綠色汽車(新能源和節(jié)能汽車)。這不僅關(guān)系到我
國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，而且關(guān)系到國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展。
關(guān)鍵詞：綠色制造技術(shù) 節(jié)能汽車
中圖分類號(hào)：U46 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
1節(jié)能汽車的兩大關(guān)鍵領(lǐng)域
1．1節(jié)能動(dòng)力總成技術(shù)
(1)柴油機(jī)高壓共軌技術(shù)
柴油機(jī)比汽油機(jī)節(jié)約燃料1／3以上，但傳統(tǒng)的機(jī)
械控制式柴油機(jī)排放差，振動(dòng)、噪聲大。柴油機(jī)電控
共軌燃油系統(tǒng)應(yīng)用于柴油機(jī)之后，大大降低了其振
動(dòng)、噪聲，同時(shí)也提高了排放和節(jié)能水平。由于其節(jié)
能、環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，發(fā)展速度驚人，成為汽車工業(yè)的一
次革命性突破。全球商用車幾乎都是柴油車，歐洲轎
車的50％ 為柴油車。鑒于電控共軌系統(tǒng)的使用范圍除
了汽車外，還包括各類軍車、艦船、農(nóng)機(jī)，長(zhǎng)期市場(chǎng)
需求將達(dá)到1 O00萬套以上，因而制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、
裝備逐漸國(guó)產(chǎn)化是非常關(guān)鍵的。
(2)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓+缸內(nèi)直噴(GTDI)
技術(shù)
由于我國(guó)柴油資源非常匱乏，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)
期內(nèi)汽油機(jī)仍然是最主要的乘用車動(dòng)力， 占中國(guó)
一 機(jī)械科學(xué)研究院陳長(zhǎng)年(顧問)
轎車市場(chǎng)的95％ 以上。目前，乘用車普遍應(yīng)用
進(jìn)氣道噴射自然吸氣式汽油機(jī)， 耗油較柴油機(jī)高
20％ ～30％ ，因而汽油機(jī)的節(jié)能技術(shù)是我國(guó)汽車綠
色動(dòng)力最重要的技術(shù)路線。
汽油機(jī)采用渦輪增壓直噴技術(shù)，可以在動(dòng)力性
不變的前提下縮小排量，大幅度提高汽油機(jī)的經(jīng)濟(jì)
性，降低CO 排放，是目前乘用車節(jié)能和CO 減排的
最有效技術(shù)措施。相同功率的汽油機(jī)，渦輪增壓直
噴汽油機(jī)的排量可比傳統(tǒng)自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)排量減小
18％ ～35％ ，燃油經(jīng)濟(jì)性可提高10％ ～35％。按2009
年中國(guó)乘用車銷量為1 ooo萬輛左右及目前平均每輛
車油耗8 L_／1 00 km、co2排放1 80 g／km、每輛車平均
每年行駛1．8萬km計(jì)算，如果中國(guó)的乘用車全部采用
渦輪增壓直噴汽油機(jī)，油耗降低20％ ，每年能節(jié)省
燃~$30(LL，減少CO 排放650~-t，相當(dāng)于1 000萬畝
森林1年的CO，凈吸收量。由于汽油機(jī)渦輪增壓直噴
技術(shù)在減小排量、降低油耗和CO，減排方面的巨大優(yōu)
勢(shì)，全球各大汽車公司掀起了汽油機(jī)增壓直噴的熱
201 2年第4期 汽車T藝與材料 AT&amp;amp;M l 41
±生． 嚴(yán)產(chǎn) 搬瑣 l揚(yáng) 。
潮，乘用車發(fā)動(dòng)機(jī)增壓直噴化呈明顯上升趨勢(shì)。有人
預(yù)計(jì)，全球渦輪增壓普及率將從2009年的21％ 增長(zhǎng)
~]2020年的67％ 。有關(guān)專家預(yù)測(cè)，未來5～10年，我
國(guó)GDTI系統(tǒng)的市場(chǎng)需求量將達(dá)到數(shù)百萬套，對(duì)微納
級(jí)精密制造裝備的需求有數(shù)以百億元之巨。
(3)自動(dòng)變速器
自動(dòng)變速器是汽車五大關(guān)鍵總成中第二大關(guān)鍵總
成，我國(guó)嚴(yán)重依賴進(jìn)口，自主品牌汽車的自動(dòng)變速器
裝車率非常低，自動(dòng)變速器產(chǎn)業(yè)落后。造成這一現(xiàn)狀
的主要原因是自動(dòng)變速器的關(guān)鍵零部件由跨國(guó)公司壟
斷和主導(dǎo)，以及其關(guān)鍵零部件制造技術(shù)與裝備落后。
配置自動(dòng)變速器已經(jīng)成為國(guó)際汽車發(fā)展的重要趨
勢(shì)。歐洲自動(dòng)擋汽車已超過50％ ， 日、韓已達(dá)80％
以上，北美甚至超過90％ ，但我國(guó)很多品牌汽車根
本采購(gòu)不到自動(dòng)變速器，只能依靠進(jìn)口產(chǎn)品，造成
目前我國(guó)自動(dòng)擋乘用車占有率不到30％。如2009
年我國(guó)乘用車銷售1 033．1 3萬輛，自動(dòng)擋乘用車僅
占28．4％。據(jù)預(yù)測(cè)，201 5年我國(guó)乘用車產(chǎn)銷將超過
2 000萬輛(自主品牌將接近60％ )，如果自動(dòng)變速器
裝車率達(dá)~rJ45％ ，將需要自動(dòng)變速器超過900萬臺(tái)， 自
主品牌產(chǎn)品將需求500~-臺(tái)以上。據(jù)測(cè)算，建造一個(gè)
年產(chǎn)1 0萬臺(tái)自動(dòng)變速器工廠，關(guān)鍵零部件制造裝備
的投資約需3億元，也就是說~1J201 5年， 自主品牌自
動(dòng)變速器企業(yè)的關(guān)鍵零部件制造裝備需求在1 50億元
(500／10 X 3(L元)以上。
1_2節(jié)能車身技術(shù)
(1)鋁合金車身技術(shù)
鋁質(zhì)零件減重效果可達(dá)30％ ～40％。每使用1 kg
鋁，可使轎車壽命期減少20 kgj=-=-~氣排放。目前，幾
乎所有北美、歐洲及日本的著名汽車制造商都在新車
型上盡可能利用鋁合金材料。1 999年，奧迪公司推
出的A2車型，與相當(dāng)?shù)匿撡|(zhì)車型相比，減重43％ ；
后來出現(xiàn)的A8，通過激光焊和鉚接的方法把鋁合金
鈑金件連接到鋁合金空間框架上，減重近50％。在
福特公司為紀(jì)念成立1 00周年生產(chǎn)的Ford GT紀(jì)念車
上，采用了全鋁結(jié)構(gòu)車身，而幾乎所有的覆蓋件都是
采用超塑性成形技術(shù)生產(chǎn)的。在歐洲，每輛轎車的輕
合金用量已超過120 kg， 占轎車自重的1O％ ，在某
些結(jié)構(gòu)部位呈現(xiàn)出以鋁代鋼的趨勢(shì)。用鋁合金板材代
替鋼板制造汽車覆蓋件已是當(dāng)前汽車行業(yè)的重要發(fā)展
趨勢(shì)之一。我國(guó)目前每輛汽車鋁合金精密塑性成形零
件更少，只有國(guó)外的1／3。關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備均需要進(jìn)
口，受制于人，已成為制約我國(guó)汽車制造技術(shù)發(fā)展的
瓶頸之一。
(2)復(fù)合材料車身技術(shù)
美國(guó)和歐洲汽車工業(yè)已經(jīng)成為復(fù)合材料最大的用
戶，2000年美國(guó)汽車零件的復(fù)合材料用量達(dá)14．8萬t，
歐洲汽車復(fù)合材料用量~f]2003年達(dá)1 0 5萬t，發(fā)展?jié)?
力巨大。目前，美、日、歐汽車零件的復(fù)合材料應(yīng)用
發(fā)展十分迅速。
選用碳纖維復(fù)合材料制作結(jié)構(gòu)件、覆蓋件，可減
輕質(zhì)量達(dá)30％左右。隨著碳纖維價(jià)格的不斷降低，
使用碳纖維復(fù)合材料的車型不斷涌現(xiàn)(尤其適合小批
量、多品種車型)，很多汽車制造廠商生產(chǎn)的高檔、
豪華轎車(如奔馳、寶馬、奧迪、福特、大眾、本
田、日產(chǎn)等)幾乎都開始試應(yīng)用或已經(jīng)采用了各種碳
纖維復(fù)合材料。福特公司2007年所做的研究證明了
碳纖維復(fù)合材料可以將零部件種類減為原來的8％ ，
加工費(fèi)用相對(duì)鋼材降低60％ ，粘結(jié)費(fèi)用相對(duì)焊接減少
25％～40％ ，而且具有極好的韌性和抗沖撞性能， 目
前已開始批量用于汽車等領(lǐng)域，如盤式制動(dòng)器襯片、
離合器面片等，并有望大規(guī)模應(yīng)用。
2節(jié)能動(dòng)力總成技術(shù)的綠色制造技術(shù)
2．1微納制造技術(shù)和微納級(jí)精密制造裝備
20世紀(jì)末汽車產(chǎn)業(yè)進(jìn)入汽車電子時(shí)代— — 第三
次汽車制造技術(shù)革命，最重要的汽車零部件都屬于汽
車電子零部件，是復(fù)雜、精密、小型的微機(jī)械，需求
微納制造技術(shù)和微納級(jí)精密制造裝備。
其中，電控發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器制造技術(shù)是最難突破的
“硬骨頭”。
而柴油高壓共軌噴油器的精密加工最具代表
42 J汽車T藝與材料AT&amp;amp;M 201 2年第4期
生 產(chǎn) 瑣 強(qiáng)
性。為保證其極高密封性和滑動(dòng)性， 配合間隙3
u m左右，孔和軸零件圓柱度1 u m，表面粗糙度
R 0．05 u m，密封錐面圓度0．5 u m ，對(duì)制造裝備
的基本要求是采用微納級(jí)復(fù)合加工中心、復(fù)合數(shù)控
車床、數(shù)控磨床、珩磨機(jī)、數(shù)控電加工機(jī)床，以及
精密裝配和檢測(cè)裝備等。電控共軌噴油系統(tǒng)制造裝
備、汽油機(jī)缸內(nèi)直噴系統(tǒng)制造裝備代表了汽車電
子零部件要求的成套精密數(shù)控機(jī)床，如實(shí)現(xiàn)集群
式重點(diǎn)突破，我國(guó)機(jī)床工業(yè)將取得跨越式發(fā)展。
2-2節(jié)能動(dòng)力總成的關(guān)鍵零部件綠色制造技術(shù)
(1)材料輕量化
用結(jié)構(gòu)陶瓷代替高強(qiáng)度合金制造渦輪增壓發(fā)動(dòng)
機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和絕熱發(fā)動(dòng)機(jī)，可以將發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒溫
度從700～800 oC提高到1 000 oC以上，熱效率提高1
倍以上。結(jié)構(gòu)陶瓷密度為鐵的一半，節(jié)能效果非常顯
著，同時(shí)還能減少環(huán)境污染，節(jié)約鋼材等金屬材料。
粉末成形技術(shù)。金屬或陶瓷粉末注射成形技術(shù)結(jié)
合了注塑工藝和粉末冶金技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，是新興的凈成
形制造技術(shù)，可以大批量、經(jīng)濟(jì)高效地生產(chǎn)三維復(fù)雜
形狀的零部件。粉末注射成形關(guān)鍵汽車零部件在歐美
汽車工業(yè)界已經(jīng)廣泛應(yīng)用，包括渦輪增壓器轉(zhuǎn)子、導(dǎo)
向葉片、同步環(huán)等。
粉末鍛造連桿技術(shù)。粉末鍛造連桿屬于輕量化連
桿，連桿質(zhì)量精度可達(dá)1％ ，而鍛造連桿質(zhì)量精度為
2．5％。與常規(guī)機(jī)械加工連桿相比，達(dá)到經(jīng)濟(jì)批量后
可節(jié)約anT費(fèi)35％。福特公司1 992年粉末鍛造連桿
已達(dá)1 000萬件。
(2)結(jié)構(gòu)輕量化
發(fā)達(dá)國(guó)家普遍采用裝配式凸輪軸制造技術(shù)。凸輪
軸是發(fā)動(dòng)機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)部件，減輕其質(zhì)量可以明顯降
低發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗。裝配式凸輪軸可以將質(zhì)量減輕30％
左右，同時(shí)在性能和使用壽命上也比鑄造或鍛造的整
體式凸輪軸要高。經(jīng)過20年的發(fā)展，裝配式凸輪軸已
經(jīng)被大批量應(yīng)用到各類發(fā)動(dòng)機(jī)上，并逐漸取代整體式
凸輪軸。目前，全球每年的車用凸輪軸產(chǎn)量超過1 5
億根，其中裝配式凸輪軸約~-20％ ，全部為國(guó)外企業(yè)
制造。我國(guó)的凸輪軸產(chǎn)量約1億根／年，大部分為整體
式凸輪軸。現(xiàn)在，在華的合資企業(yè)已經(jīng)部分采用裝配
式凸輪軸，國(guó)內(nèi)自主品牌轎車發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸也勢(shì)必采
用裝配式凸輪軸制造技術(shù)，但問題是其成套制造裝備
目前只能全部進(jìn)口。
內(nèi)高壓成形技術(shù)。歐、美、日空心輕體件占新
型轎車結(jié)構(gòu)件比例已較高。2004年，美、歐內(nèi)高壓
成形產(chǎn)值各約1 00億美元。截至2006年底，歐洲約有
120條內(nèi)高壓成形線，北美約有1O0條線。預(yù)計(jì)國(guó)內(nèi)
近年至少需要50條，2020年前需要1 50～200條。進(jìn)
口一條線價(jià)格高達(dá)1億元。
2．3精密成形技術(shù)
精密成形技術(shù)是綠色制造的核心技術(shù)。我國(guó)汽
車綠色制造技術(shù)與世界差距巨大。我們制造零部件
主要采用切削加工方式，歐、美、日主要采用直接
成形方式。美國(guó)汽車產(chǎn)量達(dá)到1 1 00萬輛時(shí)擁有自
動(dòng)鍛造線5 000條，我國(guó)目前只有20～30條。如，
歐、美、日汽車后橋齒輪已經(jīng)完成了從切削向近凈
成形(冷熱溫鍛)的過渡。我國(guó)如果采用這項(xiàng)綠色
制造技術(shù)， 即可節(jié)約鋼材十幾萬噸，節(jié)電十幾萬千
瓦·時(shí)，減少CO，排放幾十萬噸，而我國(guó)現(xiàn)在正處
于典型的高耗能、高耗材、高污染的“三高” 制造
模式制造技術(shù)的初級(jí)階段。
轎車重要零件毛坯一直應(yīng)用鍛件。2009年我
國(guó)汽車鍛件產(chǎn)量368萬t，模鍛件479萬t。隨著汽
車的大發(fā)展，我國(guó)汽車鍛件產(chǎn)量有可能達(dá)到1 700
萬t(世界其他國(guó)家汽車鍛件產(chǎn)量的總和)。但從
質(zhì)量上看，我國(guó)的汽車鍛件水平與世界鍛造大國(guó)德
國(guó)和日本還有著相當(dāng)大的差距，與法國(guó)、意大利、
韓國(guó)和我國(guó)的臺(tái)灣地區(qū)也不在一個(gè)層次上。目前，
世界其他主要鍛造國(guó)使用的鍛造設(shè)備基本為熱模鍛
壓力機(jī)和電液錘，而我國(guó)大部分鍛造企業(yè)還在使用
摩擦螺旋壓力機(jī)。
冷精鍛(冷擠壓)技術(shù)。美國(guó)每年生產(chǎn)冷擠壓件
1O0萬件以上，80％ 為汽車零件。豐田1．8 L排氣量轎
車中已有43 kg冷擠壓件，還有35 kg冷擠壓標(biāo)準(zhǔn)件。
201 2年第4期 汽 車 工 藝 與 材 料 AT&amp;amp;M Il 43
I
生．± 產(chǎn) 強(qiáng)瑣 場(chǎng)餳。 ’
TD覆層處理技術(shù)
在汽車縱梁成形模上的應(yīng)用
摘要：TD覆層處理是在一定的處理溫度下將金屬工件置于硼砂熔鹽及其特種介質(zhì)中，通過特
種熔鹽中的金屬原子和工件中的碳原子產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，擴(kuò)散在工件表面而形成一層5～2O u m的
釩、鈮、鉻、鈦等金屬碳化層。本文敘述TTD覆層處理技術(shù)工藝流程，分析了成形類模具表面拉
毛產(chǎn)生機(jī)理及解決方法，并結(jié)合TD覆層處理技術(shù)在汽車縱梁模具上的成功應(yīng)用介紹了該技術(shù)產(chǎn)生
的實(shí)際效果和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，以及該技術(shù)的工藝條件和后期模具維護(hù)保養(yǎng)注意事項(xiàng)。
關(guān)鍵詞：TD覆層處理技術(shù)模具拉毛縱梁
中圖分類號(hào)：TG76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
日本豐田中央研究所于20世紀(jì)7O年代開發(fā)出TD
覆層處理技術(shù)，并將其成功用于汽車模具之中。該技
術(shù)的應(yīng)用大大提升了汽車模具的質(zhì)量，加速了汽車模
具的發(fā)展。
1 TD覆層處理的工藝流程
TD覆層處理的工藝流程為尺寸測(cè)量一打磨拋光
一脫脂處理一工件預(yù)熱一TD覆層一淬火一回火一清
理拋光一檢驗(yàn)。具體做法是，將預(yù)處理的工件置于含
溫精鍛生產(chǎn)線或制造單元。溫鍛技術(shù)應(yīng)用范圍廣
泛。我國(guó)近年精密溫?zé)徨懠偖a(chǎn)量不足1 0萬t，與德
國(guó)、日本等國(guó)家熱、溫、冷鍛件質(zhì)量1；I：；60：20：20
的發(fā)展水平差距明顯，許多在中國(guó)設(shè)廠的外資企業(yè)的
■ 東風(fēng)汽車有限公司商用車車身廠 李兵
有碳化物形成元素如釩、鈮、鉻高溫鹽浴中，溫度保
持在850～1 050。C，處理1～8 h。~La,-J，基體中所
含的碳(主要指奧氏體中的固溶碳)會(huì)往外擴(kuò)散至表
面，與鹽浴中的碳化物形成元素結(jié)合為碳化物。表面
形成碳化物后，產(chǎn)生內(nèi)外碳濃度的梯度。隨著覆層過
程的進(jìn)行，碳不斷向外擴(kuò)散，使覆層加厚。
2 TD覆層處理技術(shù)的優(yōu)勢(shì)
實(shí)踐證明，TD覆層處理技術(shù)是目前避免沖壓成
高附加值關(guān)鍵零部件靠進(jìn)口。在未來5年左右，國(guó)內(nèi)
需要溫鍛壓力機(jī)約5O余臺(tái)套，由于中國(guó)目前還不掌握
溫鍛壓力機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)，沒有國(guó)內(nèi)制造企業(yè)參與市
場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，完全依賴進(jìn)口。 圃
44 I汽車T藝與材料AT&amp;amp;M 2O1 2年第4期

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