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环保节能型钢制汽车车轮平衡块及其制造技术

   日期:2013-10-30     浏览:568    
核心提示:项目背景本项目属于循环经济与节能减排技术领域,涉及汽车安全的关键零件制造的节能和环保。车轮在制造过程中质量分布不可能绝对
项目背景
本项目属于循环经济与节能减排技术领域,涉及汽车安全的关键零件制造的节能和环保。车轮在制造过程中质量分布不可能绝对均匀,其偏心矩将导致行车安全事故。故每个车轮在质量偏小处要增加适当的配重——平衡块。平衡块在众多汽车零件中虽属小件,但对汽车的安全性至关重要。由铅压铸成型的车轮平衡块原材料成本高,铅的熔融能源消耗大,特别是铅作为重金属,在制造、使用和废弃物处置方面对环境和人体有极大的危害,近年铅制平衡块已被汽车发达国家限制使用。因铅制平衡块的制造工艺简单,在我国被大量转移至条件简陋的地区生产,致使当地人,特别是儿童的血铅浓度超标,对健康造成极大损害。

钢制平衡块是国际上新兴的环保产品,且原材料成本低,但是成形性远逊于铅等有色金属,同时其防锈也是一个技术难点。由于平衡块的市场极大,国外企业不轻易转让技术。由于我国车轮平衡块产品的升级换代步伐迟缓,铅制平衡块被限制使用后,生产企业即陷入经营困境。国际上以日本产品为主流的冲压成形工艺生产的钢制铆接式平衡块,为了挤出本体的铆钉,必须在平衡块正表面冲压盲孔(非通孔),不仅影响了外观,也只能成形平面造型的零件,不能适应当今国际上汽车的个性化需要,弹簧挂钩不能嵌入配重块,遇外力冲击一端后,另一端会发生翘起致平衡块脱落。而且冲盲孔(非通孔)工序的凸模寿命极为有限,生产成本居高不下。同时该生产技术已被日本专利保护,使国内企业无法涉足同样的技术。除了日本产品外,美国通用汽车使用的钢制平衡块弹簧挂钩与配重块的连接为夹板焊接,无冲压盲孔(非通孔)工序,不存在模具早期失效问题,但是生产成本高,且正面有凸台,平衡块的厚度受到限制,增加了其长度尺寸并影响外观。

作为国际上汽车生产量最大的国家,我国还在大量使用铅制平衡块,对环境和人体造成很大的危害。车轮平衡块在汽车的众多零件中虽然不起眼,但却是对汽车行驶安全极为重要的关键零件。一辆汽车的最低配置的平衡块为十件(包括备胎),那么仅国内市场就有数亿件的市场份额,年产值可达二十亿元,因此钢制汽车车轮平衡块的前景非常广阔。

随着铅制平衡块使用限制越来越严格,给我国传统的铅制平衡块生产企业带来了严峻的挑战,近年来这些企业的效益急剧滑坡,而且随着铅价的飙升,企业的生产经营更加困难。顺应环保需要,开发钢制平衡块就成了必然选择。本项目是在市教委科研项目“冷、温复合挤压成形和计算机数值仿真”成果的基础上,在上海市产学研联盟计划和企业的支持下开发研究的。


研发内容与创新点
研发的内容主要有:采用普通钢材通过精密塑性成形实现钢制车轮平衡块的无切削净形精密成形,消除了铅等有色金属对环境及人体的危害,去除了有色金属压铸前的金属熔融工序,极大地节约了能源,实现了节能减排。钢制平衡块的制造流程中广泛采用了环保技术,产品的涂装也实现了环保。通过优化成形和模具参数设计,使模具寿命达到了数十万次,达到了国际先进水平。

主要技术创新有:
①发明了自动压料精密剪切模,采用精密冷锻成形技术,实现了钢制平衡块的无切削精密成形;
②突破了多通道挤压理论和技术上的难题,发明了平衡块本体与铆钉差时可控成形技术;
③解决了温塑性成形工业化生产时模具润滑和冷却等瓶颈问题,使大克重平衡块的温塑性成形满足批量生产;
④研制了专用水剂石墨润滑剂,解决了磷皂化污染难题,模具寿命达到10万次以上。应用了非电解锌铬酸盐涂层,涂覆及使用均无污染,抗盐雾防锈能力超过了480小时。
上海科学技术情报研究所检索结论认为:“在钢制平衡块的制造工艺上具有创新性。其质量达到同类产品的国际先进水平。”


合作过程与合作模式
本项目的研发过程充分体现了以企业为主导,以产学研合作为平台,发挥高校的研发优势的新型校企产学研联盟的合作模式。在具体研发过程中,由企业提出问题或项目,高校通过联盟计划进行投标,签订了校企双方的产学研战略联盟协议,在企业和高校分别建立了产学研研发分中心。合作协议规定了各自的职责,由企业主要出研究经费,高校组织研发团队,取得的知识产权和科研成果由双方共享。
经过五年多的合作,双方的合作项目已经从当初单纯的产品开发,发展到现在的生产线自动化、智能化装备开发和建立现代化企业管理等领域。


项目成果
本项目拥有完全自主知识产权,共申请了六项发明专利(四项发明专利授权,五项实用新型专利授权,申请一项日本的国际专利),一项软件著作权登记,发表论文11篇(一篇EI收录)。

2008年被认定为"上海市高新技术成果转化项目"、2009年被认定为"上海市重点新产品",并获得2007年中国国际工业博览会中国高校展区优秀展品奖一等奖、2009年市产学研合作优秀项目奖和第二十二届市优秀发明选拔赛优秀发明金奖。制定了上海市企业标准《汽车车轮钢质平衡块》(Q/1LHY 1-2008),本项目的钢制平衡块2007年通过了广州本田汽车、上海通用汽车的国产化认证和生产许可证,经上海市质量监督检验技术研究院的检验合格后,进入了工业化生产,钢制平衡块在多次国际招标中胜出,被广泛应用于广汽本田、上海通用、东风本田、一汽丰田、一汽轿车等国际知名汽车企业,在国内高端汽车车轮平衡块市场占主导地位。近三年累计实现新增产值1.311亿元,新增利润1413万元,新增税收1704万元,节约资金1528万元。减少二氧化碳排放5000多吨。成果推广后,钢制平衡块的年社会效益可达20亿元,减少铅用量9000多吨,二氧化碳减排5万多吨,技术经济和环保效益十分显著。本项目的成果可以推广到我国汽车高端零件和其他机械零件的精密塑性成形领域。


体会、建议与探索
在双方领导的全力支持下,经过多年的艰苦努力,终于研制成功了具有国际先进水平的环保型钢制车轮平衡块,并且拥有完全自主知识产权,使新产品在国内汽车行业占主导地位。

在企业面临小批试产成功,进入工业化生产时,企业遇到了专业技术人员有限,操作人员培训和模具设计、制造方面的难题。上海某机构会给予了大力支持,工业化攻关项目被列为《联盟计划》资助项目。虽然资助的资金有限,但是充分说明项目符合本市的产业导向,对于提升企业和科研人员的信心起到了关键的作用。

联盟计划资助后,在上海某大学科研人员的帮助下,分别在学校和企业建立了两个新产品开发中心。在新产品研发中心的研究、技术攻关下,企业分别建立了备料、坯料软化、表面清理和润滑处理等关键工段,以及冷锻生产专线、温塑性成形专线等生产流水线,攻克了模具使用寿命的难题,解决了工业化生产的关键技术。通过与上海工程技术大学的产学研战略合作,企业不仅增强了自主创新的理念,还对企业的人才培养、现代化的生产管理起到了巨大的推动作用。上海某机构所设立的“联盟计划”使得企业与高校的产学研战略联盟的关系更加紧密,特别是在当前国际金融危机的形势下,为新产品的工业化生产的技术研究提供了很大帮助。

通过技术协作,双方深刻体会到,高校的科研成果和科研人员只有与企业结合,紧贴市场,就能使科研成果早日产业化,并取得实实在在的效益。
 
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