第一篇：陶瓷材料在汽車設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用

陶瓷材料在汽車工業(yè)中的應(yīng)用

姓名：高洋洋

專業(yè)班級(jí)：機(jī)制0903班

學(xué)號(hào)：2011212010115 【Abstract】：Car of engineering materials and application of engineering materials choice has its own standards and plans, need to consider the cost, environment and user needs.The car key components, if bear load, temperature, fatigue stress and chemical role consideration, is located in the engine in the engine exhaust system.Some parts of engine performance play an important influence, such as spark plug, cylinder valve group and now use the camshaft catalytic convert agent, etc.In order to make these components meet engine performance requirements, people have been trying to application of ceramic materials.The application of ceramic is not only related to the selection of materials and the car manufacturing cost, also can affect to the car's performance.A ceramic material if used to make car parts, the fracture toughness values is low.But materials can be widely used as coating, especially metal matrix composites(MMC), to improve the stiffness of the high metal.【摘要】：汽車應(yīng)用多種工程材料并對(duì)工程材料的選擇有自己的標(biāo)準(zhǔn)與計(jì)劃，需要考慮成本、環(huán)境和用戶需求等問(wèn)題。汽車上最關(guān)鍵的部件，若承受的載荷、溫度、疲勞應(yīng)力和化學(xué)作用等方面考慮，位于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)。有些部件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能起到重要的影響，如火花塞、汽缸凸輪軸氣門組和現(xiàn)在應(yīng)用的催化轉(zhuǎn)化劑等。為了使這些部件滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的性能要求，人們一直在設(shè)法應(yīng)用陶瓷材料。陶瓷的應(yīng)用不僅關(guān)系到汽車的材料選擇和制造成本，也會(huì)影響到汽車的使用性能。

【關(guān)鍵詞】：汽車部件

陶瓷

金屬基復(fù)合材料（MMC）應(yīng)用

【引言】：在過(guò)去20年的時(shí)間里,為滿足汽車功能多樣化的要求，人們逐漸把更多的目光投向特種陶瓷方面。從最早開始采用陶瓷材料制作汽車用絕緣裝置，到生產(chǎn)火花塞的絕緣子，又?jǐn)U展到凈化排氣的氧傳感器、蜂窩型催化劑載體、保護(hù)催化劑使用的溫度傳感器、提高熱效率采用的爆燃傳感器以及氣門加熱器、水泵用機(jī)械密封圈等，顯示出特種陶瓷產(chǎn)品咄咄逼人的發(fā)展態(tài)勢(shì)。近年來(lái)，人們對(duì)陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)的研制開發(fā)興趣不減，已經(jīng)逾越不少科技方面的鴻溝與難題，據(jù)悉陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)作為新一代汽車產(chǎn)品的心臟，即將投入正式使用。特種陶瓷在汽車零件與部件方面的運(yùn)用將進(jìn)一步擴(kuò)大，從而有可能形成一大系列產(chǎn)品，從陶瓷產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上引發(fā)一次革命性的驟變。【正文】

陶瓷材料的性能特點(diǎn) 由于陶瓷材料的結(jié)合鍵為共價(jià)鍵或離子鍵，因而陶瓷材料具有高熔點(diǎn)、高硬度、高化學(xué)穩(wěn)定性，耐高溫、耐氧化、耐腐蝕等特性。此外，陶瓷材料還具有密度小、彈性模量大、耐磨損、強(qiáng)度高、脆性大等特點(diǎn)。對(duì)于功能陶瓷，還具有電、光、磁等特殊性能。按化學(xué)成分分類

按化學(xué)成分可將陶瓷材料分為氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷及其它化合物陶瓷。氧化物陶瓷種類多，應(yīng)用廣，常用的有Al2O3、SiO2、ZrO2、MgO、CaO、BeO、Cr2O3、CeO2、ThO2等。碳化物陶瓷熔點(diǎn)高，易氧化，常用的有SiC、B4C、WC、TiC等。氮化物陶瓷常用的有Si3N4、AlN、TiN、BN等。陶瓷在汽車制造及設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

現(xiàn)代的陶瓷材料有極好的工程特性，陶瓷材料在汽車上的應(yīng)用較好地提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率、降低了油耗、減少了排放污染，符合節(jié)能、環(huán)保的要求。因此，汽車上陶瓷零部件的開發(fā)及應(yīng)用前景將十分誘人。然而他們作為發(fā)動(dòng)機(jī)部件，還需要有適當(dāng)?shù)臄嗔秧g性。技術(shù)陶瓷已經(jīng)取得令人驚喜的進(jìn)步，但是應(yīng)用于汽車還是有較高的成本。陶瓷首先在高溫燃?xì)廨啓C(jī)中可用于制造葉片、燃燒筒、套管、主軸軸承等，在燃?xì)廨啓C(jī)中可試用陶瓷制造的零部件有：

葉片、燃燒筒、套管、主軸軸承等。在內(nèi)燃機(jī)中可用陶瓷制造的零部件有：活塞內(nèi)襯、氣缸、預(yù)燃燒室、挺桿、閥門、噴嘴、渦輪增壓器轉(zhuǎn)子及軸承等零部件。但是關(guān)于陶瓷方面技術(shù)還未成熟，所以還沒(méi)有應(yīng)用到主要的運(yùn)動(dòng)件上。據(jù)測(cè)算，若汽車發(fā)圖1陶瓷渦輪增壓器葉片

動(dòng)機(jī)的所有零部件都采用陶瓷制造，其重量可比合金發(fā)動(dòng)機(jī)輕2/3，燃料費(fèi)下降20%。這是很誘人的前景。此外陶瓷還有極好的耐久性，耐久性差會(huì)引起材料外表變化，金屬的濕腐蝕和氧腐蝕是很常見(jiàn)的，腐蝕和氧化的組合作用會(huì)導(dǎo)致機(jī)械失效，這對(duì)汽車部件將是災(zāi)難性的。日照特別是紫外線輻射、氧化和一些化學(xué)劑造成塑料和其它聚合物的性能惡化。通常添加穩(wěn)定劑，改善加工和提高使用壽命。相比之下，陶瓷比聚合物和金屬更穩(wěn)定，但脆性較大。可使陶瓷作為涂層材料，用在難熔金屬上及金屬和聚合物的復(fù)合材料中，可使它們潛在的優(yōu)勢(shì)最大化而限制最小。陶瓷復(fù)合材料

如前所述，陶瓷材料若用于制造汽車部件，其斷裂韌度值較低。但材料可廣泛用作涂料,特別是金屬基復(fù)合材料（MMC)中，能夠提高較高金屬的剛度。

最關(guān)鍵的應(yīng)用是發(fā)動(dòng)機(jī)頂部活塞，其工作溫度至少為350攝氏度，頻率為600hz，速度為0-60mile/h，產(chǎn)生1000g的重力加速度。共晶成分的鋁/硅合金便于采用重力法鑄造，用于制造活塞體。在鋁/硅合金中加入5%的銅，能夠承受更高的溫度。在工作的溫度下，這樣的合金強(qiáng)度高、膨脹系數(shù)低。多年來(lái)活塞的質(zhì)量已經(jīng)減小，這主要是由于先進(jìn)的設(shè)計(jì)而不是材料的改進(jìn)。活塞底部和氣門底座區(qū)域現(xiàn)在用MMC離子涂層，用氧化鋁基/二氧化硅晶須增強(qiáng)的鋁合金組成。由于提前點(diǎn)火及敲缸問(wèn)題，這些涂層一般不能用于汽油機(jī)，但它們?cè)诓裼蜋C(jī)上的廣泛應(yīng)用，柴油機(jī)能夠以更高的溫度有效的運(yùn)轉(zhuǎn)。陶瓷缸套所用的材質(zhì)是國(guó)際上最先進(jìn)的增韌性氧化鎬材料，其斷裂性為傳統(tǒng)陶瓷的10倍左右，耐磨、耐腐性極佳。用嚴(yán)格控制的工藝參數(shù)和燒成制度，可制成多種規(guī)格大尺寸一體陶瓷缸套。該種缸套壽命達(dá)到5000～6000h。

活塞環(huán)起到彈性密封的作用，防止氣體在活塞燃燒室空間和承載油的曲軸之間漏氣及損失功率，燃燒器體不能向下泄露，機(jī)油不能進(jìn)入到燃燒室，否則產(chǎn)生排放問(wèn)題。活塞環(huán)必須耐磨損，汽缸套也必須耐磨損。它們涂有MMC這樣的高硬度的鍍鉻層，由超細(xì)的氧化鋁顆粒來(lái)增強(qiáng)，氧化鋁位于各微型裂孔中。相類似的有發(fā)動(dòng)機(jī)的軸承，如主軸和大端連桿軸承常用氧化鋁基MMC涂層，大大改進(jìn)了耐磨性能。

汽車靠離合器摩擦盤來(lái)傳遞動(dòng)力，離合器的使用壽命，主要取決于從動(dòng)盤摩擦片的耐磨性，鋁基復(fù)合材料的耐磨性，導(dǎo)熱性好，可用它來(lái)做離合器摩擦片。美國(guó)DWA公司采用硅/鋁復(fù)合材料制造摩托車活塞，解決了其耐磨性問(wèn)題，在一年內(nèi)100次以上的越野賽后仍無(wú)明顯磨損。

Lotus公司生產(chǎn)的蓮花Elise車，用MMC材料代替制動(dòng)盤的鑄鐵，這樣的制動(dòng)盤通常用于一級(jí)方程式賽車和Grard prix摩托車，所有的歐洲制造廠正在評(píng)價(jià)MMC用于新車型的制動(dòng)盤和制動(dòng)鼓。有兩種主要類型的MMC,基于粉末的和基于纖維的，基于粉末的材料（PMMC）在經(jīng)濟(jì)上具有更大的競(jìng)爭(zhēng)力。熔融的金屬混

圖3Lotus生產(chǎn)的蓮花Elise

圖2陶瓷剎車盤

合物法是制造PMMC成本最低的方法。這將生產(chǎn)出鑄塊，通常是鋁或錳基的，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的鑄造技術(shù)，為避免機(jī)體和顆粒之間產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，溫度的控制最為關(guān)鍵。

在催化劑的設(shè)計(jì)和制造中，還有一些材料問(wèn)題。汽油在燃燒過(guò)程中不能完全地將碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，雖然正在開發(fā)稀薄燃燒

圖4蜂窩陶瓷 發(fā)動(dòng)機(jī)，但碳?xì)浠衔铩⒁谎趸己蜌浠锶匀淮嬖谟趶U氣中。催化轉(zhuǎn)化劑可將90%的廢氣排放物轉(zhuǎn)變成水、二氧化碳和氮。使用稀土金屬鉑、鈀和銠，用鎳或鎘作為穩(wěn)定劑，防止顆粒燒結(jié)，以減少催化劑活動(dòng)造成的損失。昂貴的稀土催化轉(zhuǎn)化劑承載在氧化鋁基的涂層，這種涂層穩(wěn)定且有效。復(fù)雜的氧化鋁系統(tǒng)用于涂在擠壓的陶瓷蜂窩狀結(jié)構(gòu)中，由礦物精石來(lái)制造。這種結(jié)構(gòu)是由一系列的內(nèi)通道或管組成，每平英寸大約有400個(gè)管道，產(chǎn)生快速化學(xué)反應(yīng)所需要的較大面積。反應(yīng)面積根據(jù)氧化鋁涂層系統(tǒng)的設(shè)計(jì)會(huì)增大，稀土催化劑金屬顆粒的平均直徑為10nm，可以估計(jì)最終的反應(yīng)面積相當(dāng)于三個(gè)足球場(chǎng)的面積。整體式蜂窩狀結(jié)構(gòu)被不銹鋼蓋所包圍，用不銹鋼網(wǎng)或陶瓷墊作為夾層，這可以防止不同的熱膨脹及機(jī)械振動(dòng)。最后轉(zhuǎn)化劑與汽車排氣系統(tǒng)的其它部分集成。催化轉(zhuǎn)化劑用于柴油機(jī)還不成熟，因?yàn)樯婕暗教幚硖剂：吞紵熯@樣的排氣成分和相關(guān)的潤(rùn)滑油和硫化物，這些不僅會(huì)使人類中毒，而且能使催化轉(zhuǎn)化劑稀土金屬中毒，致使稀土金屬效果減弱。故柴油機(jī)燃料排放問(wèn)題的解決需要一定的成本。【結(jié)束語(yǔ)】

為了保護(hù)大氣環(huán)境和節(jié)約能源，國(guó)內(nèi)、外汽車行業(yè)都在加緊對(duì)未來(lái)汽車的研究和開發(fā)工作。隨著制造技術(shù)、加工技術(shù)、設(shè)計(jì)技術(shù)和可靠性評(píng)價(jià)技術(shù)的不斷提高，陶瓷零部件成本有可能急劇下降。我國(guó)陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)及其它陶瓷零、部件的研究工作，已取得了很大進(jìn)展。相信不久的將來(lái)，陶瓷材料在汽車上應(yīng)用這一領(lǐng)域會(huì)有更大的突破，從而大幅度改善汽車的性能。未來(lái)的汽車將向高技術(shù)化、輕型化、節(jié)能化、無(wú)污染化等方面發(fā)展。高性能陶瓷的將來(lái)發(fā)展，不可估量。

【參考文獻(xiàn)】

【1】 張金柱等，《現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)概念》，化學(xué)工業(yè)出版社，2007.1 【2】 李世普，《特種陶瓷工藝學(xué)》，武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1990 【3】 www.tmdps.cn/cms/cms/infopub/infopre.jsp汽車工業(yè)信息網(wǎng)2010.12

第二篇：表面工程技術(shù)在汽車制造中的應(yīng)用

表面工程技術(shù)在汽車制造中的應(yīng)用舉例

周金旭

(太原科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 030024)摘要：表面工程中防銹、電鍍、表面強(qiáng)化及改性技術(shù)、涂裝是汽車工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的的技術(shù)，而噴丸技術(shù)和熱噴涂技術(shù)也廣泛應(yīng)用于汽車的零部件，利用噴丸強(qiáng)化和熱噴涂技術(shù)來(lái)提高、改善、修復(fù)汽車關(guān)鍵部件的抗疲勞壽命、耐腐蝕頓、耐高溫氧化、耐磨等。噴丸技術(shù)是用來(lái)提高金屬零部件疲勞斷裂和應(yīng)力腐蝕（氫脆）斷裂抗力，并在實(shí)際使用中證明效果顯著的表面強(qiáng)化工藝[1]而熱噴涂技術(shù)利用了表面強(qiáng)化和表面改性來(lái)改善零件表面的性能它也有一定效果。

關(guān)鍵詞：表面工程 噴丸技術(shù) 熱噴涂技術(shù) 汽車零部件制造與修復(fù) 序言

汽車制造業(yè)越來(lái)多仰賴噴丸強(qiáng)化技術(shù)來(lái)和熱噴涂技術(shù)改善、修復(fù)和提高汽車關(guān)鍵部件的抗疲勞壽命與抗腐蝕、耐高溫氧化、耐磨等，并將這些因素在轎車、卡車、摩托車等設(shè)計(jì)的最初就加以充分考慮和重視。噴／拋丸強(qiáng)化技術(shù)和工藝熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)亦含括幾乎大部分零件的設(shè)計(jì)中，包括：曲軸（去氧化皮和強(qiáng)化）、連桿（強(qiáng)化）、傳動(dòng)齒輪和其它軸類零件、齒圈、活塞，太陽(yáng)齒和行星齒、板簧和圓簧、活塞桿、氣門等

大量的汽車零部件無(wú)論是鑄/鍛件壓鑄件，機(jī)械切削件，焊接件都需要不同類型的噴拋設(shè)備與熱噴涂技術(shù)進(jìn)行表面處理。有確鑿的數(shù)據(jù)證明(早在七十年代東風(fēng)汽車公司就用噴丸強(qiáng)化解決了氣閥彈簧和變速箱1-倒擋齒輪的早期斷裂問(wèn)題，該工藝已成為汽車懸掛彈簧的常規(guī)工藝方法[3].1975年美國(guó)P＆W公司就有2800件發(fā)動(dòng)機(jī)零件采用熱噴涂技術(shù)通用電氣公司的一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)工廠熱噴涂零件也有2000多個(gè)美國(guó)RR公司斯貝發(fā)動(dòng)機(jī)有八種熱噴涂涂層應(yīng)用于近200多個(gè)零件[4]),通過(guò)噴丸強(qiáng)化,能讓板簧的抗疲勞壽命延長(zhǎng)600%,傳動(dòng)齒輪的抗疲勞壽命延長(zhǎng)1500%,曲軸的抗疲勞壽命延長(zhǎng)900%,毫無(wú)疑問(wèn),通過(guò)噴丸強(qiáng)化讓抗疲勞性能和耐腐蝕性能的提高無(wú)論是對(duì)零件的使用壽命、使用安全性都意義重大。零件依賴該工藝，零件可以設(shè)計(jì)的更輕巧，一些原來(lái)因工藝規(guī)格要求不得不使用的昂貴材質(zhì)的零件現(xiàn)在也可以被替換為價(jià)格低廉的材料，通過(guò)噴丸強(qiáng)化處理，達(dá)到同等甚至更好的性能標(biāo)準(zhǔn)[2].而熱噴涂技術(shù)運(yùn)用也不乏期例，QA19-2（鋁青銅）噴涂層制造或修復(fù)活塞及軸瓦等車用部件；在活塞環(huán)和鋁合金氣缸表面噴Mo,形成減摩工左層已形成活塞環(huán)和鋁合金氣缸的制造和修復(fù)和修復(fù)工藝，用3Cr13電弧噴涂層修復(fù)曲軸美國(guó)Cummins公司在汽缸內(nèi)壁噴涂0.5mm厚的ZrO2和0.2mmCrO2制造成耐磨耐蝕陶瓷涂層取得良好的效果在活塞表面涂Mo基中混有NiCrSi及2-Al2O3噴涂層其壽命比鍍鉻環(huán)更長(zhǎng)可靠性更高，將ZrO2噴涂在內(nèi)燃機(jī)燃燒室的內(nèi)壁可提高內(nèi)燃機(jī)的燃燒工作溫度節(jié)省燃料，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)等[4].一、噴丸技術(shù)

1、試驗(yàn)方法步驟。1.1拋丸處理

作為制造流程的一環(huán)節(jié)，熱處理過(guò)的曲軸需要經(jīng)由拋丸處理來(lái)取出表面的熱氧化皮。曲軸被置于旋轉(zhuǎn)滾輪上，在滾動(dòng)時(shí)曲軸所有表面被充分暴露在多個(gè)拋頭拋射出的丸流下，多角度的丸粒沖擊使曲軸外表面得以徹底清洗。1.2曲軸強(qiáng)化

由于曲軸在交變應(yīng)力下工作，曲軸截面變化轉(zhuǎn)接圓角處發(fā)生應(yīng)力疲勞和應(yīng)變破壞的危險(xiǎn)性極大，目前，通過(guò)噴丸強(qiáng)化來(lái)改變曲軸抗疲勞性能已在相當(dāng)廣泛的范圍內(nèi)應(yīng)用，效果讓人滿意。

相較于傳統(tǒng)的滾壓工藝的缺陷，即由于受曲軸加工工藝限制，各軸頸圓角很難與滾輪相吻合，往往造成圓角啃切現(xiàn)象，而且滾壓后的曲軸變形大，效果不佳。而噴丸強(qiáng)化的機(jī)理是利用嚴(yán)格控制直徑并具有一定強(qiáng)度的丸粒，在高速氣流下，形成彈丸流，連續(xù)向曲軸金屬表面噴射，猶如小錘錘擊，使曲軸表面產(chǎn)生極為強(qiáng)烈塑性變形，形成冷作硬化層，由于軸在加工中受各種機(jī)械的切削力加工作用，其表面，特別是曲軸截面變化轉(zhuǎn)接圓角處，應(yīng)力分布極為不均勻，工作中又受交變硬力作用，因此很容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕而使曲軸疲勞壽命降低，而噴丸強(qiáng)化工藝就是通過(guò)引入一個(gè)預(yù)壓硬力來(lái)抵消零件在以后工作周期會(huì)受到拉應(yīng)力，從而提高工件抗疲勞性能和安全使用使用壽命。

對(duì)于噴丸處理，有兩個(gè)重要參數(shù)，一個(gè)是應(yīng)力強(qiáng)度，這通常采用“阿爾門試片”進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)多個(gè)試片固定在曲軸不同表面特別是應(yīng)力最集中的曲軸截面變化轉(zhuǎn)接圓角處，一同進(jìn)行噴丸試片上產(chǎn)生的壓應(yīng)力影響導(dǎo)致試片弓曲曲率的擴(kuò)大變化與丸料沖的能量成比例，另一個(gè)噴丸質(zhì)量的主要參數(shù)是覆蓋率，所謂覆蓋律是指強(qiáng)化后表面彈坑占據(jù)的面積與強(qiáng)化表面的比值，該參數(shù)通常在100％~200％ 有些曲軸應(yīng)用可能要求覆蓋率大于200％

根據(jù)曲軸的硬度和理想的導(dǎo)入壓應(yīng)力強(qiáng)度，通常曲軸噴丸強(qiáng)化使用的丸粒硬度在HRC50~55,大小在S280~S300(0.7~0.84mm),這樣產(chǎn)生在阿爾門試片上的強(qiáng)度范圍約在0.008~0.010C相較于拋丸清理，噴丸強(qiáng)化的工藝參數(shù)監(jiān)控更為嚴(yán)苛，就曲軸強(qiáng)化應(yīng)用，需要監(jiān)控的參數(shù)包括: ? 噴丸速度 ? 噴丸強(qiáng)度 ? 丸粒直徑 ? 噴丸的間隔 ? 強(qiáng)化的時(shí)間 ? 覆蓋率這些參數(shù)中任意一個(gè)的變化，都會(huì)不同程度地影響曲軸表面強(qiáng)化的效果。

正確應(yīng)用可控的噴丸強(qiáng)化技術(shù)，能使曲軸和其他在高載荷條件下工作的零件疲勞強(qiáng)度大大提高，大大提高了零件抗疲勞壽命，先進(jìn)的噴丸設(shè)備，保證了噴丸質(zhì)量的恒定行，和重復(fù)性被廣泛應(yīng)用于汽車等行業(yè)[2]。

二、熱噴涂技術(shù)

1、熱噴涂技術(shù)應(yīng)用意義

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，對(duì)零部件的性能提出了愈來(lái)愈高的要求，零件的使用壽命亦成為突出的問(wèn)題，修理工作的作用不單是消極地將損壞了的零件恢復(fù)到新品的技術(shù)性能，而且還可以用比較經(jīng)濟(jì)的手段使零件修復(fù)后的性能超過(guò)新品。

延長(zhǎng)汽車使用壽命的主要障礙，是零件因磨蝕早期失效，磨蝕失效的特點(diǎn)與零件的斷裂破壞或過(guò)量變形失效不同，后者多造成整個(gè)零件報(bào)廢，其原因常常是由于零件本身材料的機(jī)械性能差、或設(shè)計(jì)不合理、以及制造工藝選擇不當(dāng)所致。這需要從材料、設(shè)計(jì)、工藝等方面進(jìn)行解決。而零件磨蝕卻只是表面層的損壞及尺寸超限，就其本身而言，仍有繼續(xù)使用的可能，僅需將表面磨蝕部分修復(fù)，使之在尺寸和性能上恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。對(duì)于價(jià)格昂貴的重要零件，尤應(yīng)注意修復(fù)，不能只靠更換配件。特別是進(jìn)口汽車，由于零件品種多，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，組織配件生產(chǎn)困難較多，有些零件少量配制經(jīng)濟(jì)上也不盡合理，因而修復(fù)強(qiáng)化的意義更大。

2、實(shí)施方法

通常采用耐磨蝕材料覆蓋磨蝕表面，修復(fù)舊件，這樣不但可以使失效零件迅速恢復(fù)使用，而且可以成倍提高壽命。一般金屬材料經(jīng)過(guò)表面強(qiáng)化處理以后，在很多場(chǎng)合可以代替貴重的優(yōu)質(zhì)材料，甚至性能和工藝性方面較后者更優(yōu)越。現(xiàn)代汽車日益向高速、高壓、大功率發(fā)展，汽車零件的使用工況更加惡劣，在此情況下，只有更多的利用各種表面強(qiáng)化技術(shù)，提高零件的表面性能才能解決這一問(wèn)題。

熱噴涂技術(shù)（熱噴涂加工）正是適應(yīng)這種需要的一種金屬表面強(qiáng)化技術(shù)。應(yīng)用熱噴涂技術(shù)在零件表面噴敷各種性能的材料(例如鎳基、鐵基、銅基合金以及鋁、鉬、鋅等金屬、或陶瓷等材料)，就可以使零件表面其有一些特殊性能如耐磨、耐蝕、擾氧化、絕熱、導(dǎo)電、絕緣、密封等。這樣可以簡(jiǎn)便地、大幅度地改善零件表面的工作性能。例如曲軸是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零件，當(dāng)曲軸主軸頸及連桿軸頸磨損超過(guò)允許的極限時(shí)，就不能再用修理尺寸法修復(fù)了，此時(shí)如果采用噴涂法修復(fù)，不僅可以恢復(fù)原來(lái)的尺寸，而且其耐磨性還遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于新曲軸。這不僅可以為國(guó)家節(jié)約大量鋼材，井能提高社會(huì)的經(jīng)濟(jì)效益，特別是對(duì)于某些進(jìn)口車輛的曲軸，經(jīng)濟(jì)效益就更為顯著。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣門是一種用量大、易損耗的零件，也是保證發(fā)動(dòng)機(jī)工作的可靠性和耐久性的零件之一。其失效形式是磨損、斑腐蝕和局部燒傷等，致使氣門關(guān)閉不嚴(yán)，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性下降，油耗增加。目前國(guó)產(chǎn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣門多采用等鋼材制作，這些耐熱鋼材、有些是要靠進(jìn)口來(lái)供給的。為此，排氣門的修復(fù)是很重要的。排氣門的密封面采用氧乙炔焰噴焊后，其表面就可以獲得一層耐高溫，耐氧化、耐腐蝕的性能，使用壽命將大大超過(guò)新件，根據(jù)我們?cè)囼?yàn)，經(jīng)噴焊、修復(fù)后的排氣門，裝車使用行駛90000km的里程后，閥面仍然完好。

實(shí)踐證明，熱噴涂技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)越性，在汽車修理方面有廣闊的應(yīng)用前景。除上述所例舉的曲軸、排氣門的修復(fù)之外，還有象汽車上的軸類零件、汽缸體、齒輪、鍵槽等都可以用熱噴涂(焊)技術(shù)修復(fù)，以提高零件的使用壽命[5]。

三、結(jié)論與展望

表面工程技術(shù)對(duì)汽車制造修復(fù)意義重大，不但可以提高汽車的性能還能提高使用年限，節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境，而噴丸技術(shù)與熱噴涂技術(shù)在汽車制造業(yè)中起到舉足輕重的作用，我們應(yīng)該予以重視，另外中國(guó)汽車行業(yè)發(fā)展迅速，更離不開表面工程技術(shù)。

表面工程技術(shù)在未來(lái)會(huì)有很大發(fā)展，近年來(lái)國(guó)內(nèi)汽車市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)引起廣泛關(guān)注，由此帶來(lái)的汽車回收利用領(lǐng)域面臨的問(wèn)題日益突出。數(shù)據(jù)顯示，作為世界汽車第一產(chǎn)銷大國(guó)，我國(guó)2011年民用汽車保有量已突破1億輛，汽車報(bào)廢量超過(guò)400萬(wàn)輛，預(yù)計(jì)2020年報(bào)廢量將超過(guò)1400萬(wàn)輛。

隨著汽車報(bào)廢數(shù)量增長(zhǎng)，由此帶來(lái)的環(huán)境資源問(wèn)題日益嚴(yán)峻。在汽車報(bào)廢后，如果不能及時(shí)拆解和回收，汽車產(chǎn)品中的有害物質(zhì)如鉛、汞、鎘、六價(jià)鉻、多溴聯(lián)苯和多溴二苯醚等將對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康造成嚴(yán)重危害；而報(bào)廢汽車在回收拆解、材料分離和再利用等環(huán)節(jié)，由于缺少相關(guān)的規(guī)范監(jiān)管和引導(dǎo)，也使得報(bào)廢汽車有可能造成二次污染。

然而，與歐美日等汽車發(fā)達(dá)國(guó)家相比較，我國(guó)在汽車回收利用方面還有著明顯的差距，目前在我國(guó)還沒(méi)有任何一部關(guān)于報(bào)廢汽車回收利用的完整規(guī)范，另一方面，長(zhǎng)期以來(lái)，由于報(bào)廢汽車回收拆解行業(yè)采取粗放式經(jīng)營(yíng)，從而導(dǎo)致該行業(yè)技術(shù)手段落后，作業(yè)流程不規(guī)范，環(huán)境保護(hù)和資源利用水平低。

另外，報(bào)廢廠不按規(guī)定交售報(bào)廢車輛，非法回收拆解倒賣報(bào)廢汽車的現(xiàn)象依然存在。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，由于法定報(bào)廢回收標(biāo)準(zhǔn)過(guò)低，我國(guó)每年近八成報(bào)廢汽車流入了黑市，這不僅對(duì)正規(guī)的回收拆解企業(yè)造成了沖擊，擾亂了回收拆解的正常秩序，更給道路交通安全、環(huán)境保護(hù)和資源利用帶來(lái)了嚴(yán)重隱患。

事實(shí)上，對(duì)于報(bào)廢汽車帶來(lái)的危害，我國(guó)并非沒(méi)有關(guān)注，只是相關(guān)政策早已不適應(yīng)快速發(fā)展的形勢(shì)。2001年國(guó)務(wù)院頒布了報(bào)廢汽車回收利用辦法；2006年，國(guó)家發(fā)改委等部門聯(lián)合頒布了《汽車產(chǎn)品回收利用技術(shù)政策》，但缺乏具體要求和實(shí)施細(xì)則，可操作性不強(qiáng)。過(guò)時(shí)政策難以滿足現(xiàn)狀，并將嚴(yán)重制約中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展，強(qiáng)化汽車回收利用管理已刻不容緩。

為改變行業(yè)現(xiàn)狀，國(guó)家有關(guān)部門正組織力量對(duì)2001年頒布的《報(bào)廢汽車回收管理辦法》進(jìn)行修訂。近日，工業(yè)和信息化部節(jié)能與綜合利用司副司長(zhǎng)高東升透露，國(guó)家有關(guān)部門將采取多項(xiàng)措施加強(qiáng)汽車回收利用，其中包括制定強(qiáng)制性的汽車回收利用標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，回收拆解的市場(chǎng)準(zhǔn)入制度亟須健全。

據(jù)了解，目前國(guó)家相關(guān)主管部門一方面在大力推動(dòng)修訂后的《報(bào)廢機(jī)動(dòng)車回收拆解管理?xiàng)l例》盡快出臺(tái)，另一方面要強(qiáng)化汽車制造商的責(zé)任，鼓勵(lì)汽車制造商加強(qiáng)與回收拆解企業(yè)的合作和交流，要求汽車制造商為回收拆解企業(yè)提供必要的技術(shù)支持，同時(shí)要抓緊出臺(tái)機(jī)動(dòng)車強(qiáng)制報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步明確報(bào)廢條件，嚴(yán)格車輛年檢和轉(zhuǎn)移登記制度，從源頭上防止報(bào)廢汽車流向社會(huì)。而表面工程技術(shù)正可以解決此些難題，所以我們應(yīng)予以重視，發(fā)展前景良好[6]。

四、參考文獻(xiàn)

[1] 表面噴丸強(qiáng)化技術(shù) 航空航天部621研究所 王仁智 [2] 表面工程技術(shù)在汽車零部件生產(chǎn)中的應(yīng)用 維爾貝萊特集團(tuán) [3] 杭州余杭永偉電器有限公司

[4] 熱噴涂技術(shù)極其典型應(yīng)用 錢強(qiáng) 俞韶華 徐林剛

[5] 陜西新興熱噴涂技術(shù)有限責(zé)任公司

[6] 騰迅網(wǎng)·騰訊汽車

第三篇：CAM技術(shù)在汽車制造行業(yè)應(yīng)用

CAD/CAM技術(shù)在汽車制造

行業(yè)中的應(yīng)用

課程：CAM與自動(dòng)編程姓名:學(xué)號(hào):

日期: 2012年12月

一、CAD/CAM技術(shù)概述

CAD/CAM是先進(jìn)制造技術(shù)中的重要組成部分。其中，CAD 是Computer Aided Design的英文縮寫，指計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。狹義的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是指采用計(jì)算機(jī)開展機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的技術(shù)，主要應(yīng)用于計(jì)算機(jī)輔助繪圖（Computer Aided Drafting），廣義的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)指借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析、繪圖等工作，包括幾何建模、裝配及干涉分析DFA、制造性分析DM、產(chǎn)品模型的計(jì)算機(jī)輔助分析CAE等等。CAM即Computer Aided Manufacturing，指計(jì)算機(jī)輔助制造，狹義上指計(jì)算機(jī)輔助編程，即一個(gè)從零件圖紙到獲得數(shù)控加工程序的全過(guò)程，主要任務(wù)是計(jì)算加工走刀中的刀位點(diǎn)(Cutter Location Point)，包括三個(gè)主要階段：首先是工藝處理，即分析零件圖，確定加工方案，設(shè)計(jì)走刀路徑等：其次是數(shù)學(xué)處理，即處理計(jì)算刀具路徑上全部坐標(biāo)數(shù)據(jù)；最后是自動(dòng)編制出加工程序，即按數(shù)控機(jī)床配置的數(shù)控系統(tǒng)的指令格式編制出全部程序。廣義上的CAM則還包括計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程編制CAPP（Computer Aided Program Planning）和計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量控制CAQ（Computer Aided Quality）。

二、CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展

CAD/CAM指的是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助制造的集成技術(shù)，CAD/CAM將設(shè)計(jì)和工藝通過(guò)計(jì)算機(jī)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，直接面向制造，減少中間環(huán)節(jié)。上世紀(jì)50年代CAD技術(shù)處于被動(dòng)式的圖形處理階段。60年代計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、交互技術(shù)、分層存儲(chǔ)符號(hào)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等新思想被首次提出，從而為CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。60年代中后期出現(xiàn)了許多商品化的CAD設(shè)備。1970年美國(guó)Applicon公司第一個(gè)推出完整的CAD系統(tǒng)，出現(xiàn)了面向中小企業(yè)的CAD/CAM商品化系統(tǒng)。到了80年代，CAD/CAM技術(shù)迅猛發(fā)展，CAD/CAM技術(shù)從大中企業(yè)向小企業(yè)擴(kuò)展；從發(fā)達(dá)國(guó)家向發(fā)展中國(guó)家擴(kuò)展；從用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)發(fā)展到用于工程設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)。90年代，CAD/CAM技術(shù)進(jìn)入了開放式、標(biāo)準(zhǔn)化、集成化和智能化的發(fā)展時(shí)期，圖形接口、圖形功能日趨標(biāo)準(zhǔn)化。

我國(guó)開展CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用工作在上世紀(jì)70年代，并不算晚；通過(guò)引進(jìn)，不少企業(yè)的軟、硬件條件與國(guó)外相比也相差不大。但是，國(guó)內(nèi)的CAD/CAM應(yīng)用與國(guó)外先進(jìn)水平相比存在較大的差距。由于采用CAD/CAM技術(shù)投資大，有較大風(fēng)險(xiǎn)，效益回報(bào)有一定的滯后期，所以在原有經(jīng)濟(jì)體制下難以推廣。在過(guò)去，由于條塊分割，重復(fù)引進(jìn)，企業(yè)相互之間缺乏必要的交流和協(xié)作，影響了CAD/CAM技術(shù)效益的發(fā)揮。另外，人才培養(yǎng)的不足也影響了在我國(guó)的發(fā)展，福特等企業(yè)之所以CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用得好，是因?yàn)榈靡嬗趲资陙?lái)一直大力開展CAD/CAM應(yīng)用而積淀下來(lái)的寶貴經(jīng)驗(yàn)以及培養(yǎng)出了一支高水平的技術(shù)隊(duì)伍。

三、CAD/CAM技術(shù)在汽車工業(yè)的應(yīng)用狀況

美國(guó)福特汽車公司在CAD/CAM技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位。早在80年代初，福特公司就著手CAD/CAM系統(tǒng)的規(guī)劃，建成了以工作站為主體的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；1985年已經(jīng)有一半以上的產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作使用圖形終端實(shí)現(xiàn)；1986年新開發(fā)的TAURUS和SABLE轎車，大約70%的外鈑金件使用CAD/CAM;90年代初全面實(shí)行產(chǎn)品開發(fā)的CAD/CAM應(yīng)用率可達(dá)100%。福特公司1990年工作站已達(dá)2000臺(tái)，以FGS工作站(約占70%)和CV工作臺(tái)(約占18%)為主，其應(yīng)用

軟件主要為自行開發(fā)的PDGS和CAD/CAM。1993年以后，福特汽車公司提出了C3P(CAD/CAE/CAM/PDM)概念，并決定今后將采用I-DEAS軟件作為其主流核心軟件。德國(guó)各大汽車公司普遍采用CATIA作為其CAD/CAM系統(tǒng)的主導(dǎo)軟件。1994年，德國(guó)大眾集團(tuán)決定用CATIA和Pro/Engineer作為其將來(lái)開發(fā)新車型的主導(dǎo)CAD系統(tǒng)。法國(guó)雷諾汽車公司應(yīng)用Euclid軟件作為CAD/CAM的主導(dǎo)軟件，目前已有95%的設(shè)計(jì)工作量用該軟件完成，并開發(fā)出很多適合汽車工業(yè)需求的模塊，如用于干涉檢查的Megavision,用于鈑金成形分析的OPTRIS等。日本三菱汽車公司1960年從沖模的NC數(shù)控加工著手，以CAD/CAE/CAM為動(dòng)力，對(duì)從設(shè)計(jì)到制作的各項(xiàng)工程踏踏實(shí)實(shí)地進(jìn)行了改革，至今，已形成了從車型款式設(shè)計(jì)到車身組裝的新車型開發(fā)的完整的CAD/CAE/CAM系統(tǒng)。

我國(guó)的CAD/CAM工作始于70年代，發(fā)展迅速，已取得了良好的經(jīng)經(jīng)濟(jì)效益。少數(shù)大型企業(yè)，如一汽、二汽等，已建立起比較完整的CAD/CAM系統(tǒng)，其應(yīng)用水平也接近國(guó)際先進(jìn)水平。汽車工業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)五大支柱產(chǎn)業(yè)之一。汽車車身模具是車身制造技術(shù)的重要組成部分，也是形成汽車自主開發(fā)能力的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在汽車新車型的設(shè)計(jì)調(diào)試直至投產(chǎn)的整個(gè)周期中，模具設(shè)計(jì)和制造約占三分之二的時(shí)間，汽車覆蓋件模具作為車身生產(chǎn)的重要工藝裝備，直接制約著汽車的質(zhì)量和新車型的開發(fā)周期。汽車覆蓋件不同于一般的沖壓件，它具有曲面多、尺寸大、材料薄、結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、精度要求高等特點(diǎn)，其模具制造技術(shù)難度大、成本高、開發(fā)周期和質(zhì)量都難以控制。CAD/CAM技術(shù)作為一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造方法，把它引入汽車覆蓋件模具生產(chǎn)實(shí)際中，可以大大縮短汽車開發(fā)周期，提高生產(chǎn)效率和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

在上世紀(jì)末期，CAD/CAM技術(shù)就在上海汽車公司的汽車開發(fā)方面得到了很好的應(yīng)用。汽車結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),主要是零部件的設(shè)計(jì)及裝配設(shè)計(jì)。由于汽車零件不僅多, 而且形狀復(fù)雜,自從CAD技術(shù)引進(jìn)之后,傳統(tǒng)的手工繪圖已基本過(guò)時(shí)。三維建模二維出圖的CAD方式,目前在汽車設(shè)計(jì)行業(yè)中占絕對(duì)主角。CAD軟件一般都具有豐富的建模能力,主要分曲面建模和實(shí)體建模兩大類曲面建模就是用曲面表達(dá)物體的形狀, 這種建模方式適于車身這類復(fù)雜曲面形狀的鈑金件設(shè)計(jì)。實(shí)體建模就是過(guò)幾何體布爾運(yùn)算得出物體形狀,這種建模方式適于底盤零部件的設(shè)計(jì)一些軟件還應(yīng)用工程概念提供特征建模功能,可直接生成孔,摘、抽薄殼,拔模角等。當(dāng)然, 現(xiàn)代的CAD軟件一般都兼?zhèn)涠喾N建模方式,只是各自優(yōu)勢(shì)不同。模型生成之后,工程師可在計(jì)算機(jī)屏幕上隨意旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)模型,從各種不同的角度觀察物體,對(duì)產(chǎn)品形狀進(jìn)行分析修改,最終得到形狀、尺寸滿意的零件數(shù)模。三維建模完成后,可以立即轉(zhuǎn)入圖紙生成方式,計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)將三維模型投射成所需的各種視圖,工程師只要選擇圖紙幅面,然后合理安排各視圖。再進(jìn)行尺寸標(biāo)注,增加技術(shù)要求,填寫明細(xì)欄等圖紙完善工作。即可輸?shù)嚼L圖機(jī)上繪制出干凈整潔的工程圖紙。當(dāng)然，CAD應(yīng)用之初,許多人對(duì)CAD的理解為用計(jì)算機(jī)出圖紙。但對(duì)現(xiàn)代的CAD技術(shù)來(lái)說(shuō),這種看法是片面的。CAD的實(shí)質(zhì)是輔助設(shè)計(jì)者進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)者用三維建模表達(dá)出設(shè)計(jì)思想后,相當(dāng)于擁有了一個(gè)虛擬的樣品,不僅可觀察其形狀,更可用它做一項(xiàng)重要的工作—盛擬裝配。對(duì)于汽車這一復(fù)雜的產(chǎn)品, 教以萬(wàn)計(jì)的零部件要完全正確裝配,除了制造上的要求,設(shè)計(jì)的合理也是至關(guān)重要的。零部件的三維建模正是度擬裝配的得力助手,它不僅能帶助設(shè)計(jì)者了解零部件的空間位置關(guān)系,還能通過(guò)一些機(jī)構(gòu)分析軟件,如ADAMS等了解零部件在使用過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)情況,觀察零部件在工作狀態(tài)是否會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)干涉。可以說(shuō)，在產(chǎn)品生產(chǎn)出來(lái)之前，設(shè)計(jì)者就能了解零部件的情況工作，對(duì)設(shè)計(jì)很有幫助。

在設(shè)計(jì)開發(fā)過(guò)程中,為了實(shí)際觀察零部件的具體形狀,而不僅僅是在屏幕上看到零件的圖形,往往要試加工出零件,目前在世界上各大汽車廠都還保留著用木頭,塑料等易成型材料手工制作模型的手段但是現(xiàn)在,通過(guò)用快速成型及數(shù)控加工等現(xiàn)代技術(shù),盡快加工出零件進(jìn)行形狀分析及尺寸檢查已越來(lái)越普及地得到應(yīng)用。另外,更為重要的是,CAM加工出的模型,今后可以直接用來(lái)翻制模具,可節(jié)約模具制作的成本。

除了能夠進(jìn)行汽車的開發(fā)與設(shè)計(jì)工作，CAD/CAM技術(shù)還在汽車覆蓋件模具的設(shè)計(jì)制造方

面得到了廣泛的應(yīng)用。一般情況下，一個(gè)基本車型全套模具的設(shè)計(jì)制造周期長(zhǎng)達(dá)4年之久，因此汽車覆蓋件模具的開發(fā)生產(chǎn)是汽車新產(chǎn)品開發(fā)的決定性環(huán)節(jié)。應(yīng)用CAD/CAM/CAPP集成技術(shù)是保證模具設(shè)計(jì)、加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率最有效的途徑。為適應(yīng)汽車工業(yè)的發(fā)展．國(guó)外模具廠已普遍采用CAD/CAPP/CAM集成技術(shù)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)制造。大大縮短了模具設(shè)計(jì)制造周期，降低了成本。世界上較著名的汽車制造公司都有自己的模具CAD/CAM/CAPP系統(tǒng)。如美國(guó)AUTODIE公司采用了CAD/CAM/CAPP系統(tǒng)后。一種車型覆蓋件的模具設(shè)計(jì)與制造只需要8個(gè)月左右。經(jīng)過(guò)幾十年的努力．我國(guó)一些大型汽車模具制造廠家已經(jīng)廣泛采用DNC/CAD/CAM等先進(jìn)制造技術(shù)，取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。但與國(guó)外相比存在很大的差距。各項(xiàng)技術(shù)的相互獨(dú)立，造成生產(chǎn)力低下，一些關(guān)鍵的汽車覆蓋件模具仍然依靠國(guó)外來(lái)設(shè)計(jì)制造。因此，汽車覆蓋件模具CAD/CAPP/CAM集成技術(shù)的應(yīng)用已成為國(guó)內(nèi)工業(yè)界和學(xué)術(shù)界研究的重點(diǎn)。

（1）汽車覆蓋件的要求與特點(diǎn)

汽車覆蓋件是指構(gòu)成汽車車身或駕駛室、覆蓋發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤的薄金屬板料制成的異形體表面和內(nèi)部零件、車身以及駕駛室的全部外部和內(nèi)部形狀都是由汽車覆蓋件組裝而成；由于汽車覆蓋件屬于外觀裝飾性零件，它不僅要滿足結(jié)構(gòu)上的功能要求，更要滿足表面裝飾的美觀要求。因此對(duì)表面質(zhì)量要求很高，表面必須光順，不允許有任何皺裂和拉痕等缺陷，任何微小的缺陷都會(huì)破壞外形的美觀。這給覆蓋件成形的關(guān)鍵工序--拉延--提出了很高的要求，而傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)制造方法難以保證拉延件的質(zhì)量，這也是車身制造技術(shù)的難點(diǎn)和關(guān)鍵所在。此外，汽車覆蓋件又是封閉薄殼狀的受力零件，當(dāng)汽車高速行駛時(shí)，如果覆蓋件剛性分布不均勻，剛性較差部位受到震動(dòng)會(huì)產(chǎn)生空洞聲，從而產(chǎn)生較大噪音。因此在拉延成形時(shí)，我們必須克服由于塑性變形的不均勻性而產(chǎn)生的覆蓋件剛性分布不均勻。除此之外，由于汽車覆蓋件多為空間立體曲面，還具有形狀復(fù)雜、結(jié)構(gòu)尺寸大、材料薄等特點(diǎn)，所有這些，都對(duì)汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)和制造提出了特殊的要求。

（2）CAD/CAPP/CAM技術(shù)在汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用

CAD/CAPP/CAM技術(shù)以計(jì)算機(jī)和數(shù)控機(jī)床為主要設(shè)備，以覆蓋件的數(shù)學(xué)、力學(xué)模型為依據(jù)，在模具設(shè)計(jì)、成形分析及制造技術(shù)各環(huán)節(jié)中直接發(fā)揮作用。

汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)，主要包括工藝設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。工藝設(shè)計(jì)主要是指汽車覆蓋件的三維設(shè)計(jì)以及工藝補(bǔ)充面的三維設(shè)計(jì)，工藝設(shè)計(jì)主要解決曲面造型問(wèn)題，由于汽車覆蓋件空間曲面多、形狀復(fù)雜，因此這個(gè)過(guò)程技術(shù)難度較高。而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是依據(jù)工藝設(shè)計(jì)的結(jié)果，設(shè)計(jì)模具具體部件，對(duì)這個(gè)過(guò)程要求速度快、效率高，要解決上述問(wèn)題，必須借助先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)。汽車覆蓋件模具的制造過(guò)程中，采用計(jì)算機(jī)輔助制造CAM技術(shù)具有加工精度高、生產(chǎn)周期短等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的車身開發(fā)是以實(shí)物模型來(lái)表示車身表面的幾何信息，這樣，在傳遞過(guò)程中，很容易發(fā)生模型變形、數(shù)據(jù)傳遞誤差、誤差積累等諸多問(wèn)題，嚴(yán)重影響車身覆蓋件模具的制造精度。同時(shí)延長(zhǎng)生產(chǎn)周期，采用CAM技術(shù)制造模具，省略了制造工藝模型這一環(huán)節(jié)，首先是按產(chǎn)品圖或數(shù)據(jù)表把零件的特征點(diǎn)元素輸入計(jì)算機(jī)，利用軟件提供的曲線-曲面功能建立零件表面的數(shù)學(xué)模型，從而生成數(shù)控加工所需的刀具軌跡文件，用來(lái)控制數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，加工出所需的零件表面，由于加工過(guò)程是基于高準(zhǔn)確性的計(jì)算機(jī)模型，從而減少了產(chǎn)生制造誤差的因素，提高了制造精度。

對(duì)于一個(gè)已掌握CAD/CAM技術(shù)的廠家，更加關(guān)心的則是沖壓件能否成形，產(chǎn)品質(zhì)量能否合格，但這往往是難以預(yù)知的，由于汽車覆蓋件形狀復(fù)雜，沖壓成形過(guò)程中板材成形性難以預(yù)先估計(jì)，模具設(shè)計(jì)正確與否無(wú)法事先知道，模具加工完成以后問(wèn)題才會(huì)暴露出來(lái)，這樣給模具調(diào)試帶來(lái)很大困難，計(jì)算機(jī)輔助工程,CAM技術(shù)可以協(xié)助CAD/CAM對(duì)沖壓成形過(guò)程進(jìn)行模擬，對(duì)實(shí)際沖壓件的成形性進(jìn)行分析，及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬改進(jìn)模具設(shè)計(jì)，從而大大縮短模具調(diào)試周期，降低制模成本。

采用CAD/CAM技術(shù)和各種數(shù)控機(jī)床及三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x相結(jié)合，使汽車覆蓋件模具的開發(fā)制

造呈現(xiàn)前所未有的面貌，模具精度大幅度提高，模具壽命延長(zhǎng)，2倍以上，模具開發(fā)周期較原來(lái)縮短3倍以上，開發(fā)制造的成功率也大幅度提高。

汽車覆蓋件模具CAD/CAM技術(shù)必然會(huì)朝著智能化、專業(yè)化、集成化方向繼續(xù)發(fā)展。為了真正實(shí)現(xiàn)汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)制造的自動(dòng)化，必須開展智能化研究工作，把總結(jié)出來(lái)的以往設(shè)計(jì)、制造中的成功經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到模具設(shè)計(jì)中去，形成計(jì)算機(jī)里的知識(shí)庫(kù)和智能庫(kù)，并采用檢索、修訂、創(chuàng)成等混合決策技術(shù)和多智能體技術(shù)的綜合智能化，從而形成基于知識(shí)的智能化交互式系統(tǒng)框架，真正實(shí)現(xiàn)先進(jìn)性和實(shí)用性的要求。在未來(lái)幾年里，對(duì)國(guó)外先進(jìn)的CAD/CAM軟件進(jìn)行二次開發(fā)，使之更加專業(yè)化，也將是許多模具廠家的經(jīng)濟(jì)可行的選擇。此外，汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)制造過(guò)程是一個(gè)信息處理、交換流通和管理的過(guò)程，將CAD/CAM技術(shù)有機(jī)地集成在一起，能夠更好對(duì)設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中信息的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、流通管理進(jìn)行分析和控制，從而實(shí)現(xiàn)效益最大化。一些發(fā)達(dá)國(guó)家在這方面的應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，我國(guó)在這方面的研究也已取得一定的進(jìn)展，但還未進(jìn)入實(shí)質(zhì)性的應(yīng)用階段，在接下來(lái)的時(shí)間里CAD/CAM的系統(tǒng)集成技術(shù)也必然在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用。

結(jié)束語(yǔ)：

CAD/CAM技術(shù)是制造工程技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密結(jié)合、相互滲透而發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)綜合性應(yīng)用技術(shù)，具有知識(shí)密集、學(xué)科交叉、綜合性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)。CAD/CAM技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分，它的發(fā)展和應(yīng)用使傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造內(nèi)容和工作方式等都發(fā)生了根本性的變化。CAD/CAM技術(shù)已成為衡量一個(gè)國(guó)家科技現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志之一。在汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)制造過(guò)程中引入CAD/CAM技術(shù)，不僅提高了模具設(shè)計(jì)質(zhì)量，而且縮短了模具制造、調(diào)試周期，降低了制模成本。隨著科研人員的不斷努力，許多新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝將陸續(xù)投入到生產(chǎn)實(shí)際中，從而縮短與國(guó)際先進(jìn)水平的差距。而汽車覆蓋件模具CAD/CAM技術(shù)的不斷成熟必將推動(dòng)我國(guó)汽車工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

CAD/CAM技術(shù)給制造行業(yè)帶來(lái)了巨大變革，使傳統(tǒng)的制造業(yè)發(fā)生了質(zhì)的飛躍，在全球范圍內(nèi)受到普遍關(guān)注和重視，在這一時(shí)代背景下，我國(guó)機(jī)械制造業(yè)要想跟上時(shí)代的步伐，必須把握好機(jī)械CAD/CAM技術(shù)的正確發(fā)展方向，更加深入的應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)。在國(guó)家舉措的推動(dòng)下，我國(guó)機(jī)械制造企業(yè)要重視CAD/CAM技術(shù)的推廣應(yīng)用，把CAD/CAM技術(shù)視作企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，不惜代價(jià)投入資金、引進(jìn)人才。科研單位要緊跟世界潮流，跟蹤國(guó)際動(dòng)態(tài)，并結(jié)合我國(guó)國(guó)情及規(guī)范，面向國(guó)內(nèi)生產(chǎn)單位，開發(fā)出具有我國(guó)特色的CAD/CAM產(chǎn)品。不斷加大科技創(chuàng)新力度，使我國(guó)的CAD/CAM產(chǎn)品更加方便實(shí)用，成為世界先進(jìn)產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

［1］《客車車身覆蓋件的設(shè)計(jì)與制造》 周方壽 機(jī)械工業(yè)出版社，1998

［2］《汽車覆蓋件模具CAD技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展》 王洪俊 機(jī)械工業(yè)出版社，2000［3］《汽車車身制造工藝學(xué)》 鄧仕珍 北京理工大學(xué)出版社，2001

［4］ 《CAD/CAM技術(shù)在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用》 周激流,何其超編

［5］ 《CAD/CAM應(yīng)用技術(shù)》 湯德忠 李正吾編著 機(jī)械工業(yè)出版社，1988

第四篇：逆向設(shè)計(jì)在高職“模具設(shè)計(jì)與制造”教學(xué)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

逆向設(shè)計(jì)在高職“模具設(shè)計(jì)與制造”教學(xué)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

摘要：對(duì)“模具設(shè)計(jì)與制造”課程，可以結(jié)合模具相關(guān)職業(yè)崗位需要，運(yùn)用逆向思維進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，在具體項(xiàng)目的引導(dǎo)下，建立以典型模具設(shè)計(jì)與制造過(guò)程為導(dǎo)向的項(xiàng)目化教學(xué)體系，將項(xiàng)目的內(nèi)容設(shè)置成任務(wù)，通過(guò)項(xiàng)目任務(wù)的“教學(xué)做”調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，突出實(shí)踐教學(xué)的重要性，并為本課程進(jìn)一步的教學(xué)改革提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：逆向設(shè)計(jì)；高職；模具設(shè)計(jì)與制造；教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-5727（2014）05-0108-02

“逆向設(shè)計(jì)”（Backward Design）也叫“逆向教學(xué)設(shè)計(jì)”，指一種運(yùn)用倒推思維、逆向思維來(lái)設(shè)計(jì)課程的教學(xué)活動(dòng)。美國(guó)著名課程與教育專家格蘭特（Grant Wiggins）提出了課程的“逆向設(shè)計(jì)”模式，其目的是使課程教學(xué)設(shè)計(jì)成為培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力的工具。課程的逆向設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)就是在明確人才培養(yǎng)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行課程的應(yīng)用技能設(shè)計(jì)。它的整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程分為：確定達(dá)到的技能目標(biāo)和創(chuàng)造能力目標(biāo)，確定如何證明學(xué)生實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)，安排各種教學(xué)實(shí)踐的機(jī)會(huì)進(jìn)行具體的實(shí)施。

“模具設(shè)計(jì)與制造”課程的逆向設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)就是在明確人才培養(yǎng)目標(biāo)的基礎(chǔ)上進(jìn)行課程的應(yīng)用技能設(shè)計(jì)。應(yīng)通過(guò)工學(xué)結(jié)合，建立“教學(xué)做”合一的一體化課程，構(gòu)建基于工作過(guò)程的高職模具專業(yè)逆向設(shè)計(jì)，從企業(yè)實(shí)際工作任務(wù)出發(fā)，在模仿真實(shí)工作環(huán)境的實(shí)習(xí)基地的支持下，使學(xué)生循序漸進(jìn)地學(xué)習(xí)各門課程的過(guò)程成為符合或接近企業(yè)工作過(guò)程的過(guò)程。

課程內(nèi)容的優(yōu)化

我院“模具設(shè)計(jì)與制造”課程的教學(xué)設(shè)計(jì)堅(jiān)持以服務(wù)“三農(nóng)”為宗旨，面向長(zhǎng)三角經(jīng)濟(jì)區(qū)域，依托江蘇沃得集團(tuán)等大型現(xiàn)代加工制造業(yè)，積極開展校企合作，從企業(yè)工作崗位中提取工作任務(wù)，再轉(zhuǎn)換成學(xué)習(xí)任務(wù)，最后設(shè)計(jì)成整合的工作任務(wù)作為項(xiàng)目課程的內(nèi)容，將課堂引到車間、工廠，積極引導(dǎo)教師將教學(xué)與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，倡導(dǎo)職業(yè)教育在做中學(xué)，在學(xué)中做，從而讓學(xué)生能多動(dòng)手，多實(shí)踐。

因此，課程的核心內(nèi)容必須體現(xiàn)職業(yè)崗位的需要，應(yīng)以模具相關(guān)職業(yè)崗位技能要求進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，并充分體現(xiàn)企業(yè)真實(shí)的工作情景。通過(guò)對(duì)模具企業(yè)的調(diào)研，高職畢業(yè)生從過(guò)去的以模具設(shè)計(jì)為主轉(zhuǎn)變?yōu)橹挥猩贁?shù)人在模具設(shè)計(jì)崗位上，而更多的是在模具制造及生產(chǎn)一線崗位、模具管理等崗位上。結(jié)合就業(yè)崗位的需要，把“模具設(shè)計(jì)與制造”課程內(nèi)容項(xiàng)目化。下頁(yè)表1為依據(jù)的4個(gè)模具工作崗位分析得到的對(duì)應(yīng)崗位主要工作任務(wù)、能力素質(zhì)目標(biāo)、教學(xué)項(xiàng)目。由于課時(shí)的限制，可以根據(jù)實(shí)際情況靈活確定具體教學(xué)項(xiàng)目的內(nèi)容和數(shù)量。

逆向設(shè)計(jì)教學(xué)法的實(shí)施

我院“模具設(shè)計(jì)與制造”課程的教學(xué)設(shè)計(jì)研究小組以完成崗位任務(wù)應(yīng)具備的綜合能力作為進(jìn)行課程教學(xué)設(shè)計(jì)和界定課程教學(xué)內(nèi)容的依據(jù)。課程教學(xué)設(shè)計(jì)以能力培養(yǎng)為主線，以能力訓(xùn)練為軸心，將相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)課程部分和理論課程部分進(jìn)行重新整合；建立新的崗位能力目標(biāo)考核評(píng)價(jià)體系和相應(yīng)支撐課程教學(xué)設(shè)計(jì)，并以崗位能力的需要作為考核內(nèi)容，在總結(jié)實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上重新設(shè)計(jì)了課程的教學(xué)過(guò)程。這一教學(xué)過(guò)程的特點(diǎn)是：首先，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)（熟悉模具結(jié)構(gòu)，模具加工與設(shè)備操作）；其次，企業(yè)的專業(yè)人士和校內(nèi)專任教師，在企業(yè)或?qū)嵱?xùn)工廠通過(guò)情境教學(xué)和獨(dú)立操作，讓學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)觀摩、操作，在課堂上利用現(xiàn)代教學(xué)手段（多媒體課件、專題錄像等）進(jìn)行教學(xué)，讓學(xué)生了解模具的結(jié)構(gòu)與基本裝配關(guān)系，對(duì)模具形成深刻的感知認(rèn)識(shí)；第三，在機(jī)房將學(xué)生分成幾個(gè)小組，每個(gè)小組6人左右，利用教師提供的正確模具圖紙，用UG等三維軟件畫出模具裝配圖，并編寫主要模具零件的加工工藝，每組合作完成一套模具的制作；第四，教師補(bǔ)充模具設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)并輔導(dǎo)每組學(xué)生設(shè)計(jì)一套模具；第五，在實(shí)訓(xùn)基地，由教師進(jìn)行以具體模具加工為目標(biāo)的生產(chǎn)性實(shí)訓(xùn)教學(xué)，使專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)與崗位職業(yè)技能訓(xùn)練一體化，學(xué)習(xí)空間與工作現(xiàn)場(chǎng)一體化。

課程團(tuán)隊(duì)從模具設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域高職學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律出發(fā)，讓學(xué)生在具體的情境中積極主動(dòng)地完成具體的學(xué)習(xí)任務(wù)。在教學(xué)方法運(yùn)用上始終堅(jiān)持以學(xué)生為主體，通過(guò)與課程內(nèi)容緊密配合的教學(xué)活動(dòng)（討論、實(shí)際操作等），豐富教學(xué)內(nèi)容，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情和互動(dòng)交流意識(shí)。

教學(xué)資源

本課程的教學(xué)設(shè)計(jì)研究小組成員由支持專業(yè)建設(shè)和課程改革的系部領(lǐng)導(dǎo)，具有豐富理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)骨干教師，以及專業(yè)理論扎實(shí)、勇于探索的青年教師組成。教師團(tuán)隊(duì)年齡結(jié)構(gòu)、學(xué)歷結(jié)構(gòu)和知識(shí)結(jié)構(gòu)均合理。目前，學(xué)院已建成了能夠滿足本專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)的真實(shí)或仿真職業(yè)環(huán)境的實(shí)訓(xùn)室：模具拆裝實(shí)訓(xùn)室、數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)室、機(jī)械加工實(shí)訓(xùn)中心、模具鉗工實(shí)訓(xùn)車間、CAD/CAM中心。我們的模具制造實(shí)驗(yàn)室設(shè)備包括數(shù)控銑床、數(shù)控車床、加工中心、平面磨床、外圓磨床、搖臂鉆床等普通加工機(jī)床，還包括電火花成型加工機(jī)床、電火花線切割機(jī)床等特種加工機(jī)床。

本課程擁有南京聚隆工程塑料有限公司、南京聚鋒新材料有限公司、南京湘寶鈦白制品有限公司、上海日之升新材料有限公司和南京金浦集團(tuán)金陵塑膠有限公司等16個(gè)校外實(shí)訓(xùn)基地，擬建南京金城塑膠有限公司、江蘇瓊花集團(tuán)、南京菲時(shí)特管業(yè)有限公司等3個(gè)校外實(shí)訓(xùn)基地。

“模具設(shè)計(jì)與制造”課程逆向設(shè)計(jì)改革，以崗位能力考核為目標(biāo)，操作實(shí)施在真實(shí)的崗位上，激發(fā)學(xué)生職業(yè)意識(shí)，從而初步完成學(xué)生→學(xué)徒→職業(yè)人角色轉(zhuǎn)化，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高技能人才的培養(yǎng)打下基礎(chǔ)。課程教學(xué)的改革應(yīng)體現(xiàn)職業(yè)崗位的能力要求，課程教學(xué)的“逆向設(shè)計(jì)”理論緊密結(jié)合崗位職業(yè)群定位和崗位能力，讓學(xué)生通過(guò)觀察、思考去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，繼而產(chǎn)生解決問(wèn)題的欲望，并通過(guò)自己的動(dòng)手操作，完成任務(wù)，解決問(wèn)題，從而獲得成功的喜悅，樹立自信心，促進(jìn)學(xué)生之間相互交流，培養(yǎng)和增進(jìn)合作能力，改進(jìn)和完善專業(yè)課程設(shè)置、教學(xué)形式和專業(yè)人才培養(yǎng)模式，并為課程教學(xué)總體設(shè)計(jì)的進(jìn)一步改革提供理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐田秋，張蓉.任務(wù)驅(qū)動(dòng)在“模具制造工藝學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國(guó)電力教育，2012（31）：105-106.[2]肖平，肖軍民，黃智.“級(jí)進(jìn)模制作與設(shè)計(jì)”課程的項(xiàng)目化教改探索[J].機(jī)械職業(yè)教育，2013（1）：53-55.[3]黃曉燕《.模具CAD/CAM》精品課程的建設(shè)與實(shí)踐[J].成都電子機(jī)械高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2007（1）：31-33.（責(zé)任編輯：謝良才）

第五篇：人機(jī)工程學(xué)在汽車設(shè)計(jì)中應(yīng)用

題目:

人機(jī)工程學(xué)在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

學(xué) 生 姓 名：

學(xué) 生 學(xué) 號(hào)： 專 業(yè) 名 稱： 機(jī)械工程

所 屬 學(xué) 院： 機(jī)械工程

2015年6月

人機(jī)工程課程論文

人機(jī)工程學(xué)在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人機(jī)工程學(xué)理論在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中占有越來(lái)越高的地位。而作為與人類生活息息相關(guān)的汽車，人機(jī)工程學(xué)在汽車設(shè)計(jì)之中的應(yīng)用顯得尤為重要。無(wú)論是以駕駛員為中心還是以乘坐人員為中心，都應(yīng)最大限度地滿足人們的需求。并且各種主、被動(dòng)保護(hù)措施也使人們?cè)谕话l(fā)危險(xiǎn)時(shí)，能最大限度地減小傷害，確保人的安全。總之，汽車設(shè)計(jì)中的各種設(shè)計(jì)都應(yīng)該將人的因素考慮其中，確保了以人為主的設(shè)計(jì)原則，使汽車更完美地服務(wù)于人們。本文主要闡述了人機(jī)工程學(xué)概念以及人機(jī)工程理論在汽車車身設(shè)計(jì)、汽車座椅設(shè)計(jì)、安全方面的設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵字：人機(jī)工程學(xué)；汽車車身設(shè)計(jì)；汽車座椅設(shè)計(jì)；安全性設(shè)計(jì)

Abstract：With the development of science and technology, ergonomics theory occupies more and more high status in the product design.As a car is closely related to human life, the application of ergonomics in automobile design is particularly important.Both for the center with the driver to take people as the center, should be maximally satisfy people’s needs.And all sorts of main and passive measures also make people safety and minimize harm in immediate danger, Anyhow, all sorts of design should consider including the human factor, to ensure that the design principle is given priority to people and make the car perfectly serve the people.This article mainly expounds the concept and the theory of ergonomics in the automobile body design, automotive seat design, the application of the safety aspects of the design.Key word：ergonomics;automobile body design;automotive seat design;security design

人機(jī)工程課程論文

0.緒論

人機(jī)工程學(xué)是工業(yè)工程研究的眾多重要學(xué)科領(lǐng)域之一。所謂的人機(jī)工程學(xué)，亦即是應(yīng)用人體測(cè)量學(xué)、人體力學(xué)、勞動(dòng)生理學(xué)、勞動(dòng)心理學(xué)等學(xué)科的研究方法，對(duì)人體結(jié)構(gòu)特征和機(jī)能特征進(jìn)行研究，提供人體各部分的尺寸、重量、體表面積、比重、重心以及人體各部分在活動(dòng)時(shí)的相互關(guān)系以及范圍等人體結(jié)構(gòu)特征參數(shù)；還提供人體各部分的出力范圍、以及動(dòng)作時(shí)的習(xí)慣等人體機(jī)能特征參數(shù)，分析人的視覺(jué)、聽覺(jué)、觸覺(jué)以及膚覺(jué)等感覺(jué)器官的機(jī)能特性；分析人在各種勞動(dòng)時(shí)的生理變化、能量消耗、疲勞機(jī)理以及人對(duì)各種勞動(dòng)負(fù)荷的適應(yīng)能力；探討人在工作中影響心理狀態(tài)的因素以及心理因素對(duì)工作效率的影響等。在汽車設(shè)計(jì)中的人機(jī)工程學(xué)稱為車輛人機(jī)工程學(xué)，它是以改善駕駛員的勞動(dòng)條件和車內(nèi)人員的舒適性為核心，以人的安全、健康、舒適為目標(biāo)，力求使整個(gè)系統(tǒng)總體性能達(dá)到最優(yōu)[1]。

1.人機(jī)工程學(xué)在車身設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

主動(dòng)安全性是指汽車防止事故的能力。車身的主動(dòng)安全性能包括：照明燈、信號(hào)燈的性能，汽車的前，后視野性能，實(shí)現(xiàn)操縱穩(wěn)定性及制動(dòng)性等。

1.1照明燈

前照燈的燈光強(qiáng)弱，照射距離及防炫目裝置就是根據(jù)人眼的生理特點(diǎn)和人機(jī)工程學(xué)原理設(shè)計(jì)而成。為了滿足不同駕駛環(huán)境(雨，霧和雪等)，路面狀況，交通密集以及駕駛條件（高速，轉(zhuǎn)彎等）下自動(dòng)控制前照燈的光束模式，日KOITO公司研究的智能燈光系統(tǒng)，歐洲研究的先進(jìn)前照燈系統(tǒng)，本田等公司的可動(dòng)式前照燈系統(tǒng)、博世公司的光線疊加自適性前照燈系統(tǒng)以及VALEO公司的燈光系統(tǒng)等都能根據(jù)不同的外界條件自動(dòng)控制前照燈所發(fā)出的光束形狀，強(qiáng)度和發(fā)光方向[2]。此外，霧燈，示寬燈，倒車燈，牌照燈，踏步燈，檢修用燈以及轉(zhuǎn)彎指示燈等也都是根據(jù)駕駛員的不同需要而設(shè)計(jì)的。

1.2汽車的前、后視野

為保證駕駛?cè)藛T有盡可能寬廣的視野，前支柱（A柱）中央支柱（B柱）和后支柱（C柱）的粗細(xì)及位置很重要。設(shè)計(jì)上，必須根據(jù)駕駛員的眼橢圓范圍確定風(fēng)窗玻璃掛掃面積和部位，并在滿足翻車安全保障和前窗振動(dòng)抑制要求的前提下，以最細(xì)的支柱來(lái)減小視野死角。提供后視野的后視鏡也要保證駕駛員有足夠的后視范圍。FIAT公司的MULTIPLA采用的雙片可調(diào)式小圓鏡后視鏡不僅可以使駕駛員看到車后其它車輛的行駛

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狀況，而且也可觀察后車胎與路面的接觸情況。

圖1 普通后視鏡與采用雙片可調(diào)式小圓鏡后視鏡

1.3操作的穩(wěn)性定與制動(dòng)性

制動(dòng)踏板和手柄的行程和位置，必須滿足一般身材人體的需要，踏板力，手柄等也應(yīng)適應(yīng)一般人群，因?yàn)檫@些都對(duì)制動(dòng)性能影響較大，據(jù)報(bào)道，美國(guó)有5%的女性司機(jī)由于身材矮小為踩上腳踏板而使身體與方向盤的距離小于2cm，當(dāng)氣囊膨脹時(shí)脖子常受到傷害。此外，車身總質(zhì)量大小及軸荷分配，整體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，車身空氣動(dòng)力學(xué)特性，車身重心高度和相關(guān)部件剛度等也都對(duì)操作穩(wěn)定性有一定影響。

2.人機(jī)工程學(xué)在座椅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

汽車的座椅是汽車內(nèi)部很重要的組成部分，汽車座椅設(shè)計(jì)主要包括座椅造型設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、顏色設(shè)計(jì)等。在人體接觸車輛之前，首先給人的是視覺(jué)感官?zèng)_擊，好的座椅設(shè)計(jì)能在第一時(shí)間獲得人們的認(rèn)同，因此，一個(gè)好的座椅設(shè)計(jì)能夠給使用者帶來(lái)良好的駕駛環(huán)境，營(yíng)造舒適、安全的駕乘環(huán)境，有效的降低交通事故的發(fā)生。能夠很好的引起消費(fèi)者的關(guān)注。

2.1座椅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了保證座墊上合理的體壓分布，座墊應(yīng)堅(jiān)實(shí)平坦。太軟的椅子容易令使用者曲起身子，全身肌肉和骨骼受力不均，從而導(dǎo)致腰酸背痛現(xiàn)象的產(chǎn)生。研究表明：過(guò)于松軟

人機(jī)工程課程論文 的椅面，使臀部與大腿的肌肉受壓面積增大，不僅增加了軀干的不穩(wěn)定性，而且不易改變坐姿，容易產(chǎn)生疲勞。

依據(jù)靠背上體壓分布不均勻原則，在座椅靠背設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證有靠背兩點(diǎn)支撐，即就是人體背部和腰部的合理支撐。汽車座椅設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)提供形狀和位置適宜的兩點(diǎn)支撐，第一支撐點(diǎn)位于人體第5—6胸椎之間的高度上，作為肩靠；第二支撐設(shè)置在腰曲部位，作為腰靠。肩靠能減輕頸曲變形，腰靠能保證坐姿下的近似于正常的腰弧曲線。

座椅材料是座椅的主要減振元件，要想使座椅獲得較低的振動(dòng)傳遞率，使座椅有較高的振動(dòng)舒適性，必須采用合適的座墊和靠背減振材料。根據(jù)駕駛室的微氣候環(huán)境，調(diào)整座椅表面的濕溫度特性，可以適當(dāng)調(diào)節(jié)人體代謝，達(dá)到減輕疲勞的目的。

圖2.1 汽車座椅的結(jié)構(gòu)

2.2座椅舒適性設(shè)計(jì)

根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理,為保證良好的舒適度，針對(duì)靜態(tài)舒適度，設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循以下原則：① 座椅尺寸應(yīng)與人體測(cè)量尺寸相適宜；②座椅應(yīng)可調(diào)節(jié)，能使乘坐者變換姿勢(shì)，并能最大范圍滿足各類人體的乘坐要求；③座椅應(yīng)能使乘坐者保持舒適坐姿，靠背結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)給腰部 充分的支撐,使脊柱接近于正常彎曲狀態(tài)[3]。

座椅的幾何尺寸是影響座椅舒適度的因素，但研究發(fā)現(xiàn)這并非唯一最主要的影響因素。許多 文獻(xiàn)都提及腰部支撐的重要作用。腰托的形狀和位置，對(duì)于是否能使人保持良好坐姿，減少 人體疲勞具有重要作用。從人機(jī)工程學(xué)的角度來(lái)講，腰部是體現(xiàn)座椅功能的關(guān)鍵部位。因此，座椅的腰托是影響舒適性的關(guān)鍵因素。腰托的安裝位置在座椅靠背結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中十分重要。乘員正常入座時(shí)，人體身軀與大腿的連接點(diǎn)—胯點(diǎn)(hip point)簡(jiǎn)稱H點(diǎn)，H點(diǎn)的位置是決定 駕駛員操作方便、乘坐舒適性相關(guān)的車內(nèi)尺寸的基準(zhǔn)。此外，座椅的調(diào)節(jié)特性對(duì)座椅的舒適度影響很大，已成為座椅舒適度設(shè)計(jì)中重點(diǎn)考

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慮的因素。壓力分布是導(dǎo)致不舒適的最主要的 生物力學(xué)因素，通過(guò)界面壓力對(duì)座椅舒適度進(jìn)行評(píng)價(jià)是一種重要客觀、有效的方法。

消除座椅不舒適性最理想的方法是能建立定量模型，預(yù)測(cè)座椅的不舒適性。國(guó)內(nèi)外研究中,建立的模型主要有如下3種：利用模糊理論建立的模型、線性模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。

目前，國(guó)內(nèi)在座椅舒適度的研究上還存在一些缺陷：①?zèng)]有針對(duì)中國(guó)人體特征尺寸的座椅舒 適性研究；②對(duì)于座椅靜態(tài)舒適性評(píng)價(jià)還沒(méi)有形成一套客觀系統(tǒng)的體系；③在應(yīng)用神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)建模方法評(píng)價(jià)舒適性中，對(duì)輸入量的界定還不夠清晰明確，有待進(jìn)一步研究[4]。

2.3座椅空間位置設(shè)計(jì)

座椅空間位置設(shè)計(jì)就是為了達(dá)到操作舒適性的目標(biāo)，而進(jìn)行駕駛室座椅空間位置設(shè)計(jì)以確保駕駛員有良好的視野，同時(shí)對(duì)汽車轉(zhuǎn)向盤、腳踏板等操作部件有恰當(dāng)?shù)牟僮饕缶嚯x，以達(dá)到操作舒適性的最終目的。圖2列出了駕駛作業(yè)空間設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)。

圖2.2 駕駛作業(yè)空間設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)

3.人機(jī)工程學(xué)在安全設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

隨著生活水平的提高，人們對(duì)所乘坐汽車的安全性也提出了更高的要求。而ABS（剎車防抱死系統(tǒng)），ESP（電子穩(wěn)定系統(tǒng)），以及EBD（電子助力轉(zhuǎn)向）等的發(fā)明標(biāo)志著車輛的安全性能得到提高，并且在人機(jī)工程學(xué)方面也起到了一定的作用[5]。預(yù)緊式安全帶確保了車輛在發(fā)生交通事故時(shí)使人們的身體一直與座椅保持接觸狀態(tài)，防止了因身體的過(guò)度前傾而使身體受傷害，因?yàn)樵诖蟛糠值氖鹿手校蛉说纳眢w過(guò)分前傾而造成的傷害太多了。我們都知道在戰(zhàn)斗機(jī)中，飛行員頭盔前面的玻璃既起到保護(hù)作用，也同時(shí)起到

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了顯示屏的作用。寶馬公司發(fā)明的抬頭顯示系統(tǒng)便和這個(gè)大同小異。通過(guò)投影技術(shù)將相關(guān)信息顯示在風(fēng)擋玻璃上，在保證不影響駕駛員視野的同時(shí)提供了豐富的信息，使駕駛員不用低頭，只需變化一下焦點(diǎn)就能做到“一切盡收眼底”，從而避免了注意力的分散，駕駛安全性得到了保證，同時(shí)也確保了人機(jī)信息的快速交換，相應(yīng)的操作效率也得到大幅度的提升。在光線進(jìn)入人眼的管線瞬間出現(xiàn)變化時(shí)，人眼會(huì)出現(xiàn)瞬間無(wú)法看清面前的物體，往往需要一段時(shí)間才能看清物體，這被稱為適應(yīng)。在夜間駕車的過(guò)程中，當(dāng)兩車相對(duì)行駛的過(guò)程中，由于雙方的車燈亮度不同，較亮的一方的車燈就會(huì)使對(duì)方瞬間失明，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重事故。現(xiàn)在人們開始對(duì)車燈進(jìn)行了改良，采用了冷光車燈，并且加入了轉(zhuǎn)向隨動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，燈光的照射方向也隨之發(fā)生改變，這種設(shè)計(jì)使夜間行車變得安全，危險(xiǎn)系數(shù)也變低了[8]。雖然在夜間有了車燈，但人眼的視覺(jué)范圍是有限的，距離較遠(yuǎn)是仍無(wú)法看清遠(yuǎn)處的物體。而車載夜視系統(tǒng)的出現(xiàn)無(wú)疑解決了這一問(wèn)題，這樣，即使是在大霧天氣下也能看清周圍一切，而這也同樣保障了人身安全，確保了在不良視野下的安全駕駛。在未來(lái)的汽車安全方面的設(shè)計(jì)中，智能安全氣囊，倒車影像，ESC電子穩(wěn)定控制，胎壓低壓報(bào)警和側(cè)氣簾會(huì)漸漸成為主流配置。此外，車內(nèi)緊急呼叫、智能巡航等也會(huì)被采用，利用雷達(dá)和傳感器在保證車距的同時(shí)預(yù)測(cè)危險(xiǎn)并在駕駛員做出反應(yīng)之前剎車，避免事故發(fā)生[10]。

4.結(jié)論

隨著汽車在日常生活中的廣泛應(yīng)用，人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)就顯得更加重要，而在今后的汽車設(shè)計(jì)中，越來(lái)越多的人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)將被采納。體現(xiàn)了更多的人性化的設(shè)計(jì)元素。舒適、安全正被更多的人所重視，符合安全人機(jī)工程學(xué)的產(chǎn)品必然會(huì)獲得成功。而那些符合人機(jī)工程學(xué)的設(shè)計(jì)產(chǎn)品，能給人們創(chuàng)造一種舒適的環(huán)境，讓人們的駕駛過(guò)程變得更加愉快，將會(huì)成為未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

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