车企材料负责人系列专访 — 一汽技术中心材料部部长郑虹

2017-3-27 15:20 728 0
简介
车企材料负责人系列专访 — 一汽技术中心材料部部长郑虹   详解一汽材料与工艺技术路线图   回顾2016年中国汽车市场,自主品牌全面逆袭,合资品牌倍感压力重重;比亚迪新能源车异军突起,产销量全球第一……中国 ...
车企材料负责人系列专访 — 一汽技术中心材料部部长郑虹
  详解一汽材料与工艺技术路线图
  回顾2016年中国汽车市场,自主品牌全面逆袭,合资品牌倍感压力重重;比亚迪新能源车异军突起,产销量全球第一……中国汽车产销量已经站上2800万辆高位,傲视全球汽车市场。而材料是汽车工业的基础,汽车材料技术的发展与汽车核心关键技术的掌握密切相关。要实现汽车的各种性能,离不开材料技术的应用。汽车业应积极寻求合适的材料和工艺来满足整车的性能需求与目标的达成,国产品牌汽车也需要通过材料与工艺技术的提升来提高产品品质和市场竞争力。
  为此,中国汽车材料网策划了“车企材料与工艺负责人系列专访”活动,将邀请汽车主机厂材料或工艺的负责人对所在单位材料与工艺技术术工作,以及对车用新材料新工艺的发展趋势进行深刻探讨,以“材料和工艺提升汽车产品性能和竞争力”为主线展开交流,本稿是系列专访的第一篇。
  中国第一汽车股份有限公司技术中心材料部是国内最早开展汽车材料技术应用研究的单位之一,为了对一汽的汽车新材料、新工艺、新技术的发展以及汽车材料市场的趋势及变化有更深一步的了解,中国汽车材料网对一汽技术中心材料部部长郑虹进行了专访。
  一汽材料部悠久的历史
  一汽技术中心材料部前身是1954年成立的工艺研究所,历经30年发展,到1984年它已成为承担集团内生产用新材料开发、材料货源开发、工艺试验、材料与工艺标准体系建设,以及进口材料商检等工作职能部门之一。
  2001年集团进行战略调整,整合了工艺研究所、长春汽车研究所和技术处资源的一汽技术中心挂牌成立,材料部作为其组织结构的一部分而由此命名。目前拥有仪器设备类固定资产2.1亿元,员工200人,其中博士12人,硕士44人,专业覆盖金属材料、金属性能、非金属、油料、涂装等十大领域,工作重心逐步由服务集团现生产向开发新材料、推动汽车轻量化材料应用、新能源汽车关键材料应用开发等市场需求转变。凭借材料专业领域内强大的试验认证能力,一汽材料部自2004年起就成为CNAS认可实验室,相关满足ISO/IEC 17025标准要求,为用户提供专业的试验服务。
  整车产品开发:“低碳化、信息化、智能化、高品质、高收益” 材料在汽车行业是基础学科,材料部在一汽产品开发中角色是如何定位的?又是如何使得材料技术更好地服务于汽车整车的开发? 一汽技术中心材料部部长郑虹表示,材料是工业发展的基石,汽车行业的发展同样离不开材料行业推陈出新的技术进步,在高强度钢铝合金镁合金、纤维增强复合材料、高性能塑料等材料技术发展的推动下,人类对汽车的性能要素有了更高的期待:轻质节能、绿色环保、可靠耐久。材料工程师成为联结设计和生产的纽带和桥梁,通过与研发生产部门设计师和工程师的紧密合作,把全新的汽车产品带给广大消费者。
  在产品开发和生产中,一汽技术中心材料部会在不同阶段扮演不同的角色。比如:在初期设计阶段,材料工程师与设计师互动协作,围绕产品BOM针对零部件使用的材料进行精细化选材选标,通过开展同步工程,运用Dynaform、Pamstamp、Moldflow、Abaqus等CAE分析工具优化部件的产品结构和制造工艺,降低材料和制造成本。在设计验证和OTS阶段,通过试验手段来考核零部件的性能达标情况,针对失效零件,从材料的微观结构延伸至零部件的加工工艺进行综合分析判断并提出解决方案,进而保证整车性能满足开发目标要求。在生产阶段,一方面对生产过程中出现的问题及时解决,另一方面配合质量部门对材料批次进行抽样检验,从而保证产品的一致性。对材料除此以外,纷繁细致的工作还有很多,这里就不一一列举了。
  同时,据郑部长向中国汽车材料网介绍,一汽技术中心材料部还要从技术储备方面进行前瞻性技术研究。总体来看,无论工作角色如何转换,一汽技术中心材料部将一直以“低碳化、信息化、智能化、高品质、高收益”为目标参与整车产品开发。
  轻量化材料与工艺技术研究成果丰硕
  汽车轻量化技术一直以来都是汽车行业重点发展的技术方向之一,而材料也是轻量化的三条技术路径之一。 随着国家油耗、排放和安全等法规要求的日益严苛,汽车轻量化的发展起点就面临着更多、更高的要求。一汽技术中心材料和工艺团队围绕轻量化结构、轻量化材料、轻量化工艺开展系统性研究并积累出大量的科技成果。
  郑部长表示,在轻量化材料方面,一汽技术中心材料和工艺团队对先进高强钢、铝合金、镁合金以及纤维复合材料开展了深入研究,在车身底盘、动力总成等典型零部件中使用轻质材料实现轻量化,如铝合金发动机罩、碳纤维乘员舱、铝合金车架、下控制臂、铝合金缸体和壳体等;创造性地将多种轻质材料混合使用,充分发挥材料性能优势(例如采用三明治结构的顶盖,由上下两层碳纤维与中间的泡沫夹心粘接而成,降重幅度超过70%);同时,还积累了几十种新型轻质材料的性能数据,形成了轻量化材料数据库,提升了CAE分析能力的全面性和准确性。
  在轻量化工艺方面,重点围绕成形和连接工艺,掌握了管类件成形技术(如乘用车扭转梁低内压成形技术、解放重型车大直径薄壁传动轴管成形技术)、铝合金锻造技术(如铝合金控制臂锻造技术)、一体化制造技术(包括差壳与从动齿轮的激光焊接、一体化锻造成形、齿形切削加工及热处理技术)、高强钢板零件制造技术(包括轻量化桥壳的冲压和焊接技术)、空心薄壁铝合金零件铸造技术(如B30EV铝合金集成式车架精密铸造技术)、以及多种材料连接技术(如铝合金板材焊接与铆接技术、钢-铝-复合材料等异种材料的铆接和粘接技术)。
  在商用车领域实现了设计、CAE、材料、工艺、试制试验等专业的高效协同,完成了100余项轻量化方案的设计和验证工作,成功实现解放轻卡降重125kg,解放重卡降重超260kg的工作目标。在乘用车领域,依托奔腾B30电动车平台,完成了“碳纤维乘员舱和铸造铝合金车架”的设计和试制,实现降重89kg。并以此为基础分别形成重型车、轻型车和乘用车的《轻量化设计指导手册》,为后续轻量化工作夯实了基础。
  面向未来,一汽聚焦高强/超高强钢板、铝镁合金、复合材料及相应零件的成形与连接技术、粉末冶金、3D打印等关键技术,制定了未来5年~15年的轻量化技术路线图。2017年,一汽与东风汽车将共同成立 “前瞻共性技术创新中心”,其中包括了创建先进的轻量化技术平台,希望为中国自主事业孵化更多技术。
  提高车内空气质量:选择环保材料和环保工艺生产的内饰零件车内空气质量也是汽车材料技术的一个重点方向,良好的车内空气质量是每个汽车企业对产品最基本的要求。但从2016年的J.D.Power反馈来看,整个汽车行业车内空气质量还有很大的提升空间。伴随着汽车特别是家庭轿车越来越多地融入国人的日常生活,用户对于舒适性、车内空气令人愉悦度等感知质量提出了越来越严格的要求。根据2016年J.D.Power报告,“汽车异味”连续第二年成为消费者反应最高的问题,每百辆新车质量问题数(简称PP100)由2015年的14.2上升到2016年的16.0。当前GB/T 27630《乘用车内空气质量评价指南》对车内的苯、甲苯、二甲苯、乙苯、甲醛、乙醛等八种物质浓度进行管控,同时环保部正在推动该标准修订为强制标准。综合信息表明:一旦该标准升级为强制标准,中国将成为对乘用车车内空气质量管控最严的国家。
  值得一提的是,即使在国家标准的严控之下,车内空气质量仍然是相对较难改善的问题。首先,影响车内空气质量的污染物成分复杂,挥发性有机物多达上百种,覆盖烃类、醛类、酮类、酯类等多种物质,这些不同种类物质的混合物会直接影响车内乘员的嗅觉愉悦度。其次,与消费者越来越追求汽车内饰的舒适性和美观性相反,内饰中大量使用的非金属材料和胶粘剂会导致车内空气质量恶化。最后,消费者对于车内空气质量的直观评价是依靠嗅觉进行的气味主观评价,鉴于个体对气味敏感的差异性,很难达成趋向性共识。郑部长说:"一直以来,一汽秉承的经营理念是“用户第一”,我们在产品开发中同样会根据消费者的需求来设计车内空气质量达成目标。这方面的工作主要围绕选择环保材料和环保工艺生产的内饰零件展开,对材料和工艺进行选择性使用,在材料和零部件挥发性方面进行质量控制,以此保证整车车内空气质量的达标。"
  汽车材料技术新方向:生态环保、资源型可持续发展随着不可再生资源的逐渐枯竭,以及生态环保理念的日益增强,资源型可持续发展也成为汽车材料技术需要考虑的发展方向之一。国务院办公厅今年1月下发了《生产者责任延伸制度推行方案》,包括汽车在内的生产者责任会延伸至开展生态设计、使用再生原料、规范回收利用等工作重点,由此而引发的相关汽车材料技术发展也大有文章可做。
  据郑部长介绍,在材料技术发展方面,包括一汽在内的整个汽车产业都将轻量化材料、新能源材料、环境友好材料、功能性材料的开发,以及它们与整车进行产品功能集成列为战略发展重点。汽车材料领域的热点技术很多,以新能源材料技术为例,燃料电池、锂离子电池、超级电容器的材料技术选择与应用都会衍生出不同的发展方向。同样材料与汽车集成技术如3D打印材料等其他材料和制造技术的应用开发也值得深入挖潜。
  应用推广:前瞻技术研发、应用技术开发、生产问题解决及改进汽车新材料新工艺的应用推广一直是自主品牌的一道难题, 新材料和新工艺的应用无疑会给汽车产品带来轻量化、低成本、高品质方面的性能增值。郑部长表示,一汽在新材料应用推广方面,一般按照前瞻技术研发、应用技术开发、生产问题解决及改进三个维度分阶段实现工作目标。我们先后有针对性地在高强钢、铝镁合金、高性能塑料、纤维增强复合材料、组合蜂窝材料,以及免喷涂、免结构胶粘接等绿色环保材料与工艺应用方面收获颇丰。
  在前瞻技术研发领域,组织专家团队深入剖析产业发展趋势,有针对性地开展新材料开发。以轻量化车型为例,一汽材料团队在碳纤维复合材料和铝合金、低散发环保材料应用方面都取得了突破性成绩。同时,我们与高校、科研院所和材料供应商建立强强合作关系,实现产学研结合共同开发新材料。在强化自身技术储备的同时,部分新材料的应用技术已能引领行业的发展。
  在应用技术开发领域,材料与工艺共同参与整车开发,在产品策划阶段就明确新材料的技术需求,与产品设计师共同完成零件策划、设计、试制及验证工作,确保新材料顺利地应用到部件产品中。同时,综合考虑技术成熟度、成本和推广范围等多种因素,把已成熟的前瞻技术进行横向和纵向的产品移植。
  在生产问题解决及改进领域,初始生产阶段的新材料应用难免会遇到各种问题,这时我们材料和工艺团队就会协同工作,贯穿问题分析、措施改进和问题解决全过程。同时,与上游材料供应商保持密切互动,力求通过促进新材料的质量调整与提升、以及保证材料性能稳定来保证汽车产品部件的性能。由此而形成的知识积累在专业内部进行分享,为后续设计生产提供借鉴,避免问题反复发生。
  与汽车产品的平台化设计理念相匹配,新材料和新工艺的应用进行系统性推广,无疑存在非常大的技术升值空间,也将推动汽车产品提升节能、减排、低碳、环保方面的性能品质。
  十三五材料工艺技术路线图
  在“中国制造2025”、“节能与新能源技术路线图”等战略指导下,中国一汽多年来始终坚持以材料工艺技术推动汽车工业绿色发展的理念,并在核心关键技术突破方面取得显著实效。郑部长表示,围绕“中国制造2025”、“节能与新能源汽车技术路线图”的发展战略架构,一汽技术中心材料部已针对未来汽车材料技术研究方向和即将开发的整车项目制定出“十三五材料工艺技术路线图”,重点围绕轻量化、燃料电池、电机、低摩擦技术等实现汽车产品的低碳化;同时会持续开展紧固技术研究、高可靠耐久材料开发、环保材料和工艺应用等实现汽车的高品质要求。
  专家介绍:郑虹,中国第一汽车股份有限公司技术中心工艺部、材料部部长,中国汽车工程学会制造分会副主任委员、中国汽车工程学会材料分会副主任委员,全国汽车标准化委员会汽车非金属分标委主任。1973年出生,1996年毕业于吉林工业大学机械设计专业(现吉林大学),项目管理资深专家,先后参与解放奥威系列发动机开发、红旗系列高级轿车开发、一汽DCT系列变速器开发与制造等项目,曾获机械工业科技进步奖和汽车工业科技进步奖等奖项,目前为一汽轻量化技术研发项目负责人。
  编后:
  郑虹部长系统全面的介绍了一汽材料部的悠久发展历史,一汽材料技术在整车开发中的主要业务,取得的主要研究成果,以及未来的研究方向。这让我们深入了解了一汽的材料技术发展与应用。这虽是一篇采访稿,但更是一篇关于汽车材料工作在汽车企业的职责定位,以及材料技术如何服务于汽车产品开发的指导性综述文章,值得我们每位汽车人和材料人去仔细研读。关于车企材料技术及业务职责定位,也值得更多车企参考与借鉴。采访过程中,郑虹部长严谨细致的工作态度也给了我们很大的触动,也正是这种态度与精神激励着一汽材料人取得如此辉煌的业绩。希望一汽材料部在郑虹部长的带领下,能够取得更多更优秀成果,为做汽车材料与工艺技术的发展发挥更大的作用。
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