04專項面向汽車行業基礎制造裝備任務部署

“高檔數控機床與基礎制造裝備”科技重大專項(以下簡稱“04專項”)實施以來,圍繞汽車整車制造“四大工藝”、汽車發動機和變速器等關鍵零部件制造需求,在沖壓、焊接、涂裝、關鍵零部件制造以及檢測與試驗裝配等成套設備的創新方面,共安排了課題50余項,經費總投入超過25億元,取得了顯著的經濟和社會效益。

沖壓作為汽車制造的四大工藝之一,主要用于生產汽車覆蓋件。汽車制造的質量與效率,要求沖壓生產線必須具有高生產效率、高可靠性和高穩定性的特點。04專項前期,在單機、生產線、創新平臺和示范工程等方面開展了系列任務部署。在車身覆蓋件方面,圍繞“形成具有國際先進水平的系列化汽車車身自動化沖壓生產線”這一目標,先后開展了大型快速高效數控全自動沖壓生產線、大型多工位壓力機自動化生產線、大型數控單雙動薄板液壓機、大型伺服壓力機和全伺服沖壓生產線等任務的攻關。在車身結構件方面,重點安排了內高壓成形、高強鋼冷熱沖壓成形技術與裝備等課題,滿足了關鍵瓶頸性裝備的急需,填補了國內空白。圍繞汽車發動機與變速器關鍵零部件的制造,加強了高速精密數控沖床、大公稱力行程冷鍛成形壓力機、精沖壓力機和沖壓模具等產品的攻關部署,形成了全面的自主化保障能力。

在焊裝方面,部署了焊接自動化成套裝備、點焊機器人、弧焊機器人、全自動激光拼焊生產線以及基于國產激光器和機器人的白車身焊接自動化生產線等任務,主要為了解決長期制約國產焊接生產線的核心裝備和關鍵工藝瓶頸問題。

在涂裝方面,聚焦了涂裝機器人、乘用車車身環保柔性涂裝生產線和多材質車身柔性涂裝生產線等任務,為形成自主化整線能力提供核心裝備支撐。

在發動機關鍵零部件制造方面,以填補空白為導向,部署了發動機鑄件砂型近凈成形成套設備、鋁合金低壓鑄造成套裝備以及3500 t精密臥式實時控制壓鑄機、數字化無模鑄造成形裝備和大型精密壓鑄模具等任務,以滿足關鍵瓶頸裝備的自主化急需。

在檢測與裝配方面,部署了汽車變速器在線檢測設備、汽車精密液壓系統(ABS/ESP)智能化檢測與裝配系統和柴油發動機柔性自動化裝試生產線等任務,以滿足汽車發動機、變速器關鍵檢測與裝配裝備的自主化急需。

同時,04專項還設立了精密塑性成形和大型精密復合沖壓兩個創新能力平臺,以技術開發、技術推廣和工藝研究為基礎,為汽車企業及裝備開發企業提供持續的技術支撐。

到2020年,通過04專項的深入實施,面向汽車行業的基礎制造裝備將形成從無到有、從低端到高端以及從單機到成套設備的自主創新能力,為汽車行業快速發展提供關鍵的裝備保障支撐。

基礎制造裝備取得顯著成效

自2009年起,通過9年的實施,面向汽車行業的基礎制造裝備在產品設計、制造與應用方面的能力均顯著增強,取得了顯著成效,具體表現在:

1. 整車制造“四大工藝”裝備取得重大突破,部分裝備實現了出口應用

目前,我國自主制造的沖壓生產線已在市場中占據主導地位,覆蓋件沖壓設備的國產化率已達到80%。國內主要沖壓設備制造企業已經能夠成套提供單機聯線自動化生產線。例如,濟南二機床集團有限公司開發的“大型快速高效全自動沖壓生產線”,突破了多項關鍵核心技術,生產節拍最快可達15件/min,整線全自動換模時間僅為2.8min,達到國際先進水平。該公司累計承接的91條大型快速全自動沖壓生產線訂單,裝備了國內幾乎所有自主品牌、合資品牌的汽車企業,國內市場占有率達到70%以上,并獲得了福特美國工廠9條生產線、日本日產美國工廠和日本九州工廠2條生產線以及雪鐵龍汽車公司法國工廠一條生產線的訂單。

齊齊哈爾二機床(集團)有限責任公司研制的2500t多工位自動沖壓生產線,應用于汽車薄板沖壓零件的全自動高效加工,可代替由4-6臺壓力機組成的沖壓生產線,沖壓節拍最高可達25次/min,與同等噸位多工位壓力機相比,沖壓生產效率提高了2-3倍,大幅降低了能耗,節省生產作業面積40%左右,達到國內領先水平。

在04專項的支持下,濟南二機床集團有限公司、中國第一重型機械集團公司開展了大型伺服壓力機技術的研究和應用工作,在此基礎上,開發出了國產全伺服高速自動沖壓線,與傳統全自動沖壓線相比,生產節拍達到18次/min,生產效率提高了20%,生產柔性也更加優越,可實現“綠色、智能、融合”的全伺服高速沖壓生產。

合肥合鍛機床股份有限公司研制的大型數控單雙動薄板液壓機,解決了形狀復雜、大拉伸比和高精度的覆蓋件成形難題,打破了德國舒勒、日本川崎等國外產品的技術封鎖和市場壟斷,產品在比亞迪股份有限公司、安徽江淮汽車集團股份有限公司和南京依維柯汽車有限公司等50余家汽車整車企業及其零部件企業得到了批量應用,價格僅為國外價格的1/3,性能達到了國際先進水平。

國產點焊機器人、弧焊機器人也取得了突破,并在焊裝生產線上得到了示范應用,解決了長期制約國產焊接生產線的核心裝備瓶頸問題??⒌娜遠す餛春干?,可焊接厚度0.5-3mm的板材,最大焊接速度達9 m/min,最大焊接效率5件/min,多組同時拼焊數≥3,滿足了250-2200mm焊縫長度的焊接要求,打破了國外板材激光拼焊生產線對我國的壟斷。

涂裝生產線的核心裝備——涂裝機器人實現了自主開發,為整線的國產化奠定了基礎。多材質車身柔性涂裝生產線的研發,將滿足不同材質和多車型車身、短工藝等對節能環保、高效智能的柔性涂裝生產線的需求,實現國產涂裝生產線的完全自主可控。

2. 零部件核心制造裝備自主保障能力顯著提升,實現了進口替代

由機械科學研究總院集團有限公司研制的高強鋼熱沖壓及連接技術、模具及成套裝備,為汽車輕量化、節能減排提供了關鍵的工藝技術支撐,并在北汽福田新能源汽車迷迪樣車上獲得應用,從而顯著提高了輕量化及碰撞安全性能,填補了國內空白。

合肥合鍛機床股份有限公司開發的超高強度汽車結構件熱沖壓技術和裝備生產線,具有超高強度、高硬度、輕量化(厚度比普通鋼板減薄達35%)和幾乎無回彈(制造精度高)等諸多優點,技術優勢十分明顯。

一汽鑄造有限公司聯合蘇州三基鑄造裝備股份有限公司共同研制了3500t精密臥式實時控制壓鑄機及配套模具,主機最大空壓射速、增壓建壓時間等性能均達到國際同類產品的先進水平,并在中國第一汽車集團有限公司建立了3500t全自動壓鑄生產示范線,實現了重卡15檔變速器殼體、紅旗轎車7檔自動變速器殼體及EA211 1.6L發動機缸體等大型復雜壓鑄件的生產。

機械科學研究總院集團有限公司自主開發的數字化無模鑄造精密成形設備,改變了對傳統鑄造所需木模的依賴,解決了關鍵復雜零部件制造周期長、成本高、尺寸精度低和加工余量大等瓶頸問題,縮短了開發流程,如105系列柴油機缸蓋,常規需6-9個月,現在縮短至60天。

濟南鑄造鍛壓機械研究所有限公司研制開發的轎車鋁合金缸蓋低壓鑄造成套設備,打破了國外在低壓鑄造生產轎車鋁合金缸蓋、缸體領域的技術壟斷,滿足了我國汽車行業的需要。

安徽江淮汽車集團股份有限公司自主開發了50000kN轎車車身鋁合金覆蓋件充液成形成套設備,掌握了面向批量化生產的充液成形裝備以及充液-局部沖壓成形模具設計和制造關鍵技術,解決了鋁合金成形性差、表面易劃傷和成品率低等難題,填補了國內空白。

揚州鍛壓機床股份有限公司開發的10 000kN精沖壓力機、高速精密數控沖床,解決了多項高速沖壓關鍵技術瓶頸,填補了國內空白,使我國精沖壓力機總體水平跨入國際先進行列。

北京機械工業自動化研究所有限公司研發的汽車AMT變速器智能化在線檢測試驗裝備,在國內多條汽車變速器生產線上獲得了應用,填補了國內空白。

3.共性技術和創新平臺成果引領作用凸顯,行業可持續支撐能力基本形成

04專項布局實施的共性技術和創新能力平臺建設取得了系列突破,掌握了一批基礎制造裝備前沿技術和關鍵技術,顯示出共性技術和創新能力平臺對汽車行業的持續支撐和引領作用。

大型精密復合沖壓成形機床創新能力平臺,建立了大型沖壓成形機床自動化系統試驗平臺、沖壓裝備分析與仿真平臺和控制系統技術平臺,提高了高端沖壓生產線重大成套技術的自主開發、原始創新能力,使中國沖壓裝備走進了國際高端前沿技術領域,奠定了在國際市場的競爭基礎。

精密塑性成形技術與裝備創新能力平臺,建立了精密塑性成形領域數字化設計、先進成形工藝和成形設備8個專業實驗室,開展了28項專題技術研究,開發出一批核心技術,累計為企業提供20余臺套關鍵成形設備,為50余家企業提供了重要技術服務。

由機械科學研究總院集團有限公司牽頭的鋁合金車身零部件典型成形工藝及關鍵裝備技術研究,開展了鋁合金材料冷/熱沖壓、充液、擠壓和鑄造等4種成形工藝的研究,開發了型材擠壓-彎曲-淬火成形裝備、500 t級多功能壓擠鑄造設備等裝備,實現了前蓋和底板、車門防撞梁等典型產品的裝車應用。

一汽轎車股份有限公司研制的首臺大噸位(6000t)多軸數控內高壓成形裝備,填補了國內空白,打破了發達國家的技術封鎖和裝備壟斷,解決了限制內高壓成形技術應用的瓶頸問題,使國內大噸位內高壓裝備的設計及工藝開發水平提升到國際領先地位。

北京機電研究所有限公司開展了鋁合金覆蓋件超塑成形技術研究,突破了鋁合金覆蓋件難成形、生產效率低的難題,形成了快速超塑成形新工藝和新技術,開發了國產商業鋁板覆蓋件,并在長城汽車股份有限公司實現了推廣應用。

專項實施對汽車行業的發展帶來的影響

04專項的實施,不僅推動了單一企業、單一產品的提升,更重要的是,建立并完善了整個創新體系,為我國汽車產業的自主化提供了關鍵技術和裝備的支撐,提升了我國汽車企業、裝備制造企業的國內外市場競爭力和話語權。總之,04專項的實施對汽車行業帶來的影響主要體現在以下幾個方面:

第一,在研發模式上的創新。04專項采取了“產、學、研、用”相結合的任務攻關模式,以市場需求為導向,形成了“市場考核產品、主機考核部件和部件考核工藝”的創新方式,通過市場層層考核,解決了“長期以來基礎制造裝備研發成果難以在汽車領域形成應用”的瓶頸,確保了專項研究成果取得實效并得到應用?!?/p>

第二,國產基礎制造裝備的自主化能力大幅提升。汽車制造所急需的基礎制造裝備,一部分領域實現了從無到有、一些重點產品實現了由弱到強以及市場份額實現了由小變大的逐漸轉變過程。在專項平臺的支撐、制造企業的努力及用戶的支持下,汽車整車廠對國產裝備的認可度正在逐漸提升。

第三,完善了行業創新體系。通過04專項的實施,推動了汽車裝備制造骨干企業聯合用戶、高校和院所開展聯合開發,搭建了基礎制造裝備企業與汽車領域需求對接的平臺,促進了產、學、研的合作,逐漸形成了長效合作機制,使企業能夠充分利用公共科技資源。同時,專項所布局的共性技術與市場需求緊密結合,具有很強的市場和技術前瞻性,為整個行業的持續發展奠定了基礎。

第四,樹立了中國裝備制造的新形象。多家企業通過承擔04專項課題,形成了具備國際先進水平的機床產品,占據了部分國際市場,樹立了中國裝備的新形象。例如,濟南二機床集團有限公司制造的多條沖壓生產線出口國外,使之成為世界公認的最高水平的沖壓裝備制造商之一。

存在的主要差距

與我國汽車行業快速發展的需求相比,目前,基礎制造裝備仍然有很大的不足,主要表現在:

第一,國產裝備的成套性和工藝研究尚需加強。雖然在04專項的支持下,通過開展示范工程,加強了已有裝備的應用驗證,促進了制造工藝與裝備的深度融合,但仍然存在很多裝備開發完之后還不能成套,或者不能適應高效的聯班大批量生產等問題,因此,必須加強工藝研究,提高國產裝備的成套性和制造效率。

第二,國產裝備的可靠性仍有差距。很多裝備在短期內好用、長時間不好用,或者精度保持時間不夠長,可靠性與進口高端裝備相比還存在差距,導致汽車制造關鍵裝備大量進口的局面仍未得到有效改變。

第三,難以滿足輕量化、智能化的制造需求。輕量化已經成為汽車制造的重要發展趨勢,輕合金、復合材料的應用比例將大幅提升,對新的成形工藝、新裝備的需求將不斷涌現,從而對04專項帶來了新的挑戰。與國外先進制造裝備相比,我國多數基礎制造裝備處于數控化、自動化階段,智能化程度有待提高,難以適應汽車行業個性化、柔性化和智能化制造的需求。

總體而言,通過04專項的實施,汽車行業急需的基礎制造裝備取得了顯著成效,形成了以全自動沖壓生產線為代表的一系列標志性成果,自主化創新保障能力基本形成。但國產裝備在精度、效率、可靠性和成套性方面仍有差距,有待通過課題項目的持續實施,滿足汽車行業個性化、柔性化和智能化制造的新需求。

 

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