鋁合金鋼輕量專用車及其自動化生產技術研發

胡金亮 靳宣強 王 永 羅公祥 孫 瑞

(1.蒙陰縣科技信息情報研究所，蒙陰 276200；2.山東省機械設計研究院，濟南 250031；3.蒙陰縣科學技術局，蒙陰276200；4.山東鑼響汽車制造有限公司，蒙陰 276200；5.蒙陰縣農業科學研究所，蒙陰 276200）

目前，世界經濟趨于好轉，增速提升，結構轉優，為汽車制造行業帶來新的供給和需求。但國際大宗商品價格持續走低，目前石油、鐵礦石等重要礦產品價格振幅很大，國際市場出現通縮趨勢。我國經濟與世界經濟深度交融，如此嚴峻的外部環境必然會對我國經濟發展帶來很大壓力。近年來，專用汽車行業得到迅猛發展。我國專用汽車行業在國際市場上占有重要地位。“十三五”期間，世界格局將進入深度調整期，汽車行業面臨嚴峻挑戰：發達國家實施工業4.0和再工業化戰略，吸引高端制造不斷回流，對我國延長產業鏈、發展戰略性新興產業形成挑戰；中低收入國家用比較優勢吸引中低端制造業向這些國家轉移，由此進一步強化對我國的供給替代效應；人民幣匯率將繼續升值，升值以后會導致出口導向型產業競爭優勢繼續下降；全球貿易規則可能發生變化。我國現有專用車的生產廠家約800家，貨物運輸車已達到1000萬輛，隨著經濟的發展和現代物流運輸業建設的加快，我國需要大量的貨物運輸汽車和特種汽車，因此“十三五”期間乃至今后我國貨車的發展將真正駛入“快車道”。

中國汽車工業保持了良好的發展態勢，各車型產銷全面增長，骨干企業穩居主導。現在普遍用鋼材制作的專用車，其大梁承載力強，懸掛堅固耐磨，但自重高，車底廂板薄，容易銹蝕損壞；而全鋁合金專用車雖然自重輕，耐腐蝕，但是縱梁強度低、承載力不強、易變形、懸掛不耐磨、產品成本高等缺點制約其發展。

為解決上述缺點，實施鋁合金、鋼雙材質輕量化專用車自動生產技術研究與開發項目，該技術采用機器人自動焊接，主要目的為市場提供一種高質量的經濟實用的雙材質輕量化專用車。項目產品充分發揮了鋼材專用車和全鋁合金專用車的優勢，采用機器人自動焊接技術突破了兩種金屬材料難焊接的技術難題，產品具有承載能力強、自重輕、耐腐蝕、耐磨、節能降耗、經濟實用等突出特點。

鋁合金、鋼雙質材料輕量化專用車突破了兩種金屬材料難焊接的問題，具有承載能力強、自重輕、耐腐蝕、耐磨等突出特點。采用機器人自動焊接，解決因鋁合金、鋼不同硬度、熔點所導致的焊接技術難題，同時實現專用車自動化生產，有效地結合鋼材專用車和全鋁合金專用車的優勢，產品具有承載能力強、自重輕、耐腐蝕、耐磨和節能降耗的突出特點，為市場提供一種輕量化專用車。

1 國內外市場情況

1.1 國內市場概況

專用汽車與國民經濟的發展息息相關，經濟建設的發展也會帶動專用車的發展，為專用汽車提供廣闊的市場。近年來，隨著我國國民經濟、基礎設施建設以及汽車工業的飛速發展，我國專用車市場也得到迅速發展，呈現出繁榮的景象，有效地滿足了國內各種需求，促進了國民經濟的發展。目前，我國現有專用車的生產廠家約800家，現有貨物運輸車1000萬輛左右，品種差距較大。所以，我國仍需要大量的貨物運輸汽車。

專用車進入飛速發展期，產量將近200萬輛，品種多達5000多種，規模以上生產企業826家，集中分布在山東省、江蘇省、湖北省、河北省、北京市，其中山東省規模以上的專用車生產企業有120家。近幾年專用車發展迅速，專用車用量逐年增多，專用車將有較好的市場前景。

1.2 國外市場概況

由于發達國家公路網絡化完善，汽車技術成熟，公路運輸車輛已經完全向著專業化方向發展。發達國家運輸類車輛中專用車占有率已經超過80%，并且不斷提高。國際專用車總的發展趨勢是車型種類更多，作業能力更強，運輸分類更細，運輸產品專業化程度更高。隨著世界經濟的發展，城市化進程不斷加快，經濟將趨于好轉，增速提升，結構轉優，這將給專用車市場帶來新的供給和需求。

2 鋁合金鋼掛車與普通鋼掛車對比

以倉柵式運輸車為例，相同尺寸的鋁合金鋼掛車與普通鋼掛車對比如表1所示。倉柵式運輸車的基本參數包括：尺寸參數為13000mm，12500mm，12000mm×2500mm×2900mm；貨箱內尺寸為 12800mm，12300mm，11800mm×2400mm；輪距為1840mm/1840mm/1840mm；軸距為6280mm；輪胎數量為12只；輪胎型號為12R22.5 12PR。

從表1可以看出，鋁合金鋼輕量化專用車與同類鋼材專用車相比，承載相同時自重量降低1.4t，成本運輸低，燃油費節省0.2元/（t·km），每年節省成本3～5萬元，使用時間延長1～2年，經濟效益非常明顯；反觀全鋁合金專用車成本高、應用范圍小、性價比低。

以上指標對比得出本項目研發的鋁合金鋼輕量化專用車預期性價比高于其他同類產品，與國內同類專用車承載相同時自重量降低，額定載質量高、運輸成本降低、經濟效益明顯，性價比高于其他同類產品，競爭優勢明顯。

表1 鋁合金鋼掛車與普通鋼掛車對比

3 需解決的主要問題

3.1 開發應用鋁合金鋼輕量專用車自動化生產技術

人們要開發應用鋁合金鋼輕量專用車自動化生產技術，具體包括：焊接工藝參數研究、設定和在線優化控制；專用程序二次開發；焊接過程信息在線統計分析，快速準確地提取弧焊過程特征信息，滿足焊縫自動跟蹤的要求；焊后焊接質量的檢測分析等。

3.2 研究解決兩種不同熔點、不同硬度的雙金屬焊接關鍵技術

人們應研究解決兩種不同熔點（鋁合金熔點低570℃、鋼材熔點高1380℃）、不同硬度（鋁合金硬度低85HB、鋼材硬度高420HB）的雙金屬焊接關鍵技術。對焊接工藝、材料性能、檢測評估技術進行研究開發。

3.3 車輛輕量化設計與制造

人們可以開發鋁合金、鋼雙材質輕量化專用車，通過優化設計、數字化、自動化加工制造，開發生產雙材質輕量化專用車，減輕車身自重，節省燃油，降低運輸成本。

4 鋁合金鋼輕量專用車自動化生產線設計

鋁合金鋼輕量掛車自動化生產線由自動焊接機器人、搖臂機器人、液壓板料折彎機、數控鉆床、自動壓瓦機、數控液壓、數控板料液壓機、鏈式翻轉機、數控切割機、門式棟梁焊接機、逆變式空氣等離子切割機、光纖激光切割機、拋丸機等300多臺設備組成。

主要研究開發機器人自動焊接兩種不同熔點（鋁合金熔點低570℃、鋼材熔點高1380℃）、不同硬度（鋁合金硬度低85HB、鋼材硬度高420HB）的金屬焊接技術，開發應用鋁合金鋼輕量專用車自動化生產技術，實現車輛輕量化設計與制造，其主要工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程

該條生產線有以下特點：一是運用鋁合金鋼雙材質輕量化專用車自動化生產技術，采用機器人自動焊接技術，解決了鋁合金和鋼這兩種不同熔點（鋁合金熔點低570℃、鋼材熔點高1380℃）、不同硬度（鋁合金硬度低85HB、鋼材硬度高420HB）金屬材料有效結合的關鍵技術瓶頸，并成功應用于產品制造，提高了產品生產工藝水平、焊接質量和產品技術含量。二是開發研究雙金屬匹配技術，通過優化設計確定兩種金屬的組合匹配技術，達到良好的整體性能。三是通過車輛輕量化設計與自動化加工制造，開發出鋁合金、鋼雙質輕量化專用車，其精度高、質量優、成本低、經濟實用。

鋁合金鋼自動化生產技術生產的輕量化專用車具有自重輕、承載大、耐腐蝕、耐磨等優點。整個生產制造過程從下料、打孔、焊接、打磨、組裝、涂漆等生產工序全部實現了自動化，生產工藝先進，切割截面光滑，焊接均勻，質量好，焊接縫隙≤2mm，比原來的人工焊接工作效率提高了幾十倍，下腳料減少10%，產品精度和成品率顯著提高。

5 結論

鋁合金鋼輕量化專用車研發主要以承載能力強、自重輕、耐腐蝕、耐磨、耐用和節能降耗等作為目標，努力研發出具有高科技含量的新型專用車，進而提高專用車行業的技術水平，其生產線全部實現了自動化，使專用車的加工制造達到先進水平。

[1]牛犇，叢曉峰.一種鋼鋁合金雙材料掛車設計[J].現代制造技術與裝備，2013，（5）：28