汽車懸架彈簧的生產(chǎn)與技術(shù)發(fā)展趨勢.doc

汽車懸架彈簧的生產(chǎn)與技術(shù)發(fā)展趨勢(上)上汽股份中國彈簧廠 孫云秋前 言汽車懸架彈簧是轎車底盤減震系統(tǒng)中的重要功能性零件，主要作用是吸收振動保證乘員的舒適性。從技術(shù)層面分析，它還起著維持輪胎與地面貼合，保證車輛操縱性的功能。目前，除了少數(shù)頂級豪華車使用主動懸架之外，大部分轎車的減震系統(tǒng)都是由螺旋懸架彈簧與減震器組合而成，每年全世界對懸架彈簧的總需求近2億件。上世紀80年代以來，能耗、環(huán)保、安全已成為汽車設(shè)計的首要考慮因素，推動了汽車制造技術(shù)的進步，受此影響，懸架彈簧的設(shè)計應(yīng)力提高了約20%，重量減少約25%，本文的重點是對國內(nèi)懸架彈簧的發(fā)展趨勢進行探討。一、市場與生產(chǎn)商12005年國內(nèi)市場需求2005年國內(nèi)乘用車的生產(chǎn)與銷售處于快速增長狀態(tài)，2005年110月份與2004年同期相比銷售增幅達17.92%，截止10月為止乘用車的生產(chǎn)量為315.2萬輛，其中轎車生產(chǎn)221萬輛，MPV車生產(chǎn)13.1萬輛，SUV車生產(chǎn)15.6萬輛，微客生產(chǎn)65.5萬輛。預(yù)計全年轎車和MPV等車的產(chǎn)量將超過300萬輛，對懸架彈簧OEM配套需求在1200萬件左右，剔除部分新車型沒有完全國產(chǎn)化的因素，國產(chǎn)懸架彈簧的配套量需求將超過1000萬件。如果加上其它乘用車需求130萬件和維修配件120萬件，全年需求將不低于1250萬件。22006年國內(nèi)市場預(yù)測按照2005年汽車市場的走勢，2006年的增幅大約為12%，保守的預(yù)測增幅不會低于9%。照此推算，2006年國內(nèi)市場對懸架彈簧的需求將在13851400萬件之間。3長期預(yù)測2005年中國汽車總產(chǎn)量突破500萬輛已成定局，并有可能進入世界第三汽車生產(chǎn)國之列，但與此同時制約因素也在增長，最突出的當數(shù)能源、環(huán)保和道路交通三個方面，中國已成為世界石油第二大進口國，汽車廢氣排放和交通堵塞成為廣大民眾及輿論關(guān)注的焦點，并且引起了高層決策者的注意。十一五期間，國家很可能會出臺系列宏觀調(diào)控政策，如對新建汽車廠、油耗和排放的限制等等。外界普遍預(yù)測到2010年中國轎車產(chǎn)量會達到700750萬輛，即使考慮宏觀調(diào)控政策的影響2010年的轎車產(chǎn)量不會低于600萬輛，如以此為預(yù)測基數(shù)，2010年國內(nèi)市場懸架彈簧的總需求量將不會低于2500萬件。4國內(nèi)懸架彈簧的主要供應(yīng)商和競爭趨勢伴隨著中國汽車工業(yè)的發(fā)展，懸架彈簧已經(jīng)成為彈簧行業(yè)中最大的產(chǎn)品門類，從事這類產(chǎn)品生產(chǎn)的主要企業(yè)有：上汽股份中國彈簧廠、廣州華德汽車彈簧公司、 遼陽克索汽車彈簧公司、山東聯(lián)美汽車彈簧公司、天發(fā)汽車彈簧公司、三A彈簧公司、廣州日正彈簧公司。除上汽股份中國彈簧廠屬于上市公司之外，其余6家企業(yè)都有外資不同程度的加入，如遼陽克索背后是德國克虜伯公司，天發(fā)背后是日本的中央發(fā)條，而日正公司是日本NHK和子公司友聯(lián)公司兩家100%控股的公司。汽車工業(yè)對懸架彈簧的強力拉動，也吸引了其它公司的注意力，國內(nèi)的錢江彈簧廠(民營企業(yè))、威孚集團彈簧廠(上市公司)和國外的大圓公司(韓國)、M&B(德國)都在準備進入這一領(lǐng)域，其中錢江彈簧廠已進入建設(shè)階段。目前，懸架彈簧生產(chǎn)企業(yè)之間的競爭主要表現(xiàn)在價格競爭。5年來懸架彈簧的平均價格下降70%以上，大約只相當于國際市場價格的5060%,基本接近成本底線,甚至于虧損狀態(tài)。因此價格競爭的余地已經(jīng)不大,今后競爭形式將逐漸轉(zhuǎn)向新產(chǎn)品開發(fā)能力和質(zhì)量水平之間的競爭。從懸架彈簧本身的產(chǎn)品特點看，一家工廠的生產(chǎn)規(guī)模在400700萬件之間較為適宜,過低不利于成本的降低和開發(fā)費用的投入分攤，過大物流供應(yīng)鏈太長、運輸成本會大幅度上升。當前大部分企業(yè)生產(chǎn)量并沒有到達經(jīng)濟規(guī)模?！笆晃濉逼陂g隨著競爭的繼續(xù)，部分企業(yè)有可能被淘汰出局。5出口市場的走勢 汽車行業(yè)全球采購已成為降低成本的有效措施，經(jīng)過多年的策劃和組織，全球采購的前提質(zhì)量管理手段亦已成熟， ISO/TS16949在全球得到普遍認同，為全球采購提供了有力的質(zhì)量保證。出于成本的壓力，美國FORD和GM在2003年和2004開始在中國采購OEM配套懸架彈簧，2005年中國出口的OEM配套懸架彈簧達到150萬件。并且歐洲市場對從中國采購懸架彈簧也表現(xiàn)出很濃厚的興趣，東南亞甚至印度也可能成為潛在的市場。僅就市場而言懸架彈簧的出口前景光明，最大的困難在于價格，與當?shù)禺a(chǎn)品相比要低30%左右，物流和服務(wù)費用大約要占20%，因此，折算下來單件產(chǎn)品銷售所得只相當于當?shù)禺a(chǎn)品的50%左右，生產(chǎn)企業(yè)是否能承受是必須慎重考慮的問題。 出口產(chǎn)品質(zhì)量與服務(wù)，必須完全按照用戶的要求和國際慣例，質(zhì)量出問題和交貨延誤都會使企業(yè)蒙受巨大的損失。 最后,國際原材料和能源上漲的趨勢明顯,人民幣匯率升值和勞動力成本提高不可逆轉(zhuǎn),并且出口產(chǎn)品資金周轉(zhuǎn)期長達89月也都是需要考慮的因素。 綜合上面種種因素，對懸架彈簧出口走勢的判斷可以歸結(jié)為“市場需求旺盛，難點存在不少，大量出口為時尚早”。二、懸架彈簧原材料現(xiàn)狀與趨勢1原材料Si Cr系列鋼種, 55SiCr( SAE9254.SUP12)以及同一大類的材料55SiCrV(SAE9254+V 、54SiCrV6)、SRS60、60Si2CrA是目前制造懸架彈簧的主流鋼種，Cr-V型鋼種50CrV(50CrV4、SUP10)基本退出，Si-Mn系列材料60Si2MnA(SUP6、SUP7)、 55CrMn(55Cr3)價格低于Si-Cr系列鋼種，主要用于制造較低應(yīng)力的懸架彈簧和維修配件。2. 懸架彈簧原材料制造商 懸架彈簧的成本構(gòu)成中， 原材料占到50%以上，按照懸架彈簧生產(chǎn)工藝的不同，可分為棒材和盤元材料兩類，前者用于熱卷生產(chǎn)方式，后者由金屬制品廠加工成油淬火或ITW狀態(tài)材料供應(yīng)給懸架彈簧制造商。 國產(chǎn)熱軋棒材供應(yīng)商有上鋼五廠、興澄綱廠、無錫鋼廠、南京鋼廠、大連鋼廠等等。熱軋棒料還不能直接制造懸架彈簧，需要對它進行拉拔、磨光或剝皮加工，2005年之后一直依賴進口的剝皮變截面材料已經(jīng)開始國產(chǎn)化。寶鋼是彈簧鋼盤條主要的供應(yīng)商，盤條還需要進一步加工成油淬火或ITW鋼絲,從事這項加工業(yè)務(wù)的有上海中煉公司(目前只使用日本新日鐵盤條)、鄭州金屬所中試二廠、寶鋼二鋼公司、浙江海納公司、天津隸華公司、南京東吳公司等，鋼種以55SiCr(SAE9254)為主，也生產(chǎn)60Si2MnA。制造高應(yīng)力懸架彈簧的材料有一部分還需要進口，供應(yīng)商有日本熱煉公司、杉田公司和韓國三和鋼棒。國產(chǎn)材料的品質(zhì)目前還有些欠缺,主要表現(xiàn)為表面缺陷和成分偏析。寶鋼正在規(guī)劃改造，引進大方坯項目2008年投產(chǎn)之后會有所改觀。3. 懸架彈簧新材料研發(fā) 日本處于領(lǐng)先地位， 90年代已經(jīng)研究出用于應(yīng)力達到1200Mpa、甚至1300Mpa的新材料。目前已經(jīng)投入市場的有UHS1900及UHS2000兩個牌號，國內(nèi)鋼廠對此幾乎沒有什么動作。新材料與傳統(tǒng)材料相比，重點考慮了材料的腐蝕疲勞性能和改善了強化方式，材料的化學成份做出了很大調(diào)整，C下降到0.4%，添加了Mo、V、Nb、B、Ni等元素， 其中Ni有助于提高材料的抗腐蝕性能。雖然懸架彈簧新材料面市已經(jīng)七、八年了,但在實際使用上并不普遍主要原因有：汽車懸架彈簧的生產(chǎn)與技術(shù)發(fā)展趨勢（下）上汽股份中國彈簧廠 孫云秋新材料不向非相關(guān)企業(yè)出售；添加了很多貴重的金屬元素，材料的成本高于傳統(tǒng)材料；針對高應(yīng)力懸架彈簧腐蝕疲勞失效的矛盾已經(jīng)研發(fā)出新型的保護涂層，新型涂層可以有效地保護彈簧表面，從而阻斷產(chǎn)生腐蝕疲勞的途徑。三、懸架彈簧的設(shè)計1最近20年懸架彈簧重量差不多降低25%，主要歸功于高應(yīng)力輕量化設(shè)計，新車型懸架彈簧的應(yīng)力1100Mpa非常常見。彈簧在如此高應(yīng)力下服役，已經(jīng)超過材料可以承受的極限，所以必須輔之以其它的強化手段(如噴丸)。雖然高應(yīng)力輕量化是當前的設(shè)計趨勢，但設(shè)計思想上還是有所差異。一般而言，歐洲車型對高應(yīng)力、輕量化設(shè)計用得較多，日韓車型設(shè)計應(yīng)力相對較低，體現(xiàn)了高性價比和務(wù)實的設(shè)計思想。90年代之后將懸架彈簧設(shè)計成有偏心力的”S”型彈簧的實例越來越多，如POLO、PQ35、蒙迪歐、福克斯都采用了這種設(shè)計?！盨”型懸架彈簧的優(yōu)點是它的合力矢量方向與減震器運動方向相一致，從而減少了側(cè)向分力對減震器的不良影響。然而“S”形彈簧制造工藝復(fù)雜，彈簧某一簧圈承受的應(yīng)力會高于其它簧圈，導(dǎo)致該處容易產(chǎn)生疲勞失效 。日韓車型很少采用“S”形彈簧的設(shè)計。對于后懸架彈簧，設(shè)計師為了追求后座及行李箱有更大的空間，把彈簧設(shè)計成變截面中凸形狀（也稱為MINIBLOCK彈簧)， 這類彈簧受力后的壓并高度很小，從而節(jié)省出空間，VW和Audi非常偏愛此類設(shè)計,如Passat B5、Audi A6都使用這類設(shè)計,經(jīng)濟型車如Sail為擴大空間也使用了這類設(shè)計。近些年來，汽車業(yè)普遍開始實施平臺戰(zhàn)略，同一平臺的底盤可以多功能配置。實施平臺戰(zhàn)略之后，新車型推出速度空前加速,然而對懸架彈簧而言，同一平臺的車型，由于配置的不同，懸架彈簧需要重新匹配，如PQ35平臺的懸架彈簧品種多達90種。主機廠要求懸架彈簧供應(yīng)商按照它的市場戰(zhàn)略，做出快速反應(yīng)。能否快速研發(fā)出與新車型相匹配的懸架彈簧已經(jīng)成為競爭力的重要一環(huán)。5中國汽車自主品牌與懸架彈簧的同步開發(fā)，由于眾所周知的原因，我國轎車市場的產(chǎn)品開發(fā)和認可權(quán)基本都掌握在國外企業(yè)手中，國內(nèi)懸架彈簧生產(chǎn)企業(yè)很少有機會參與整車的同步開發(fā)，大部分是來圖加工，充其量只是進行了一些工藝開發(fā)。按照來圖制成樣品之后需要送到國外認可，產(chǎn)品認可周期長，在技術(shù)上很不平等，他們認為不合格的項目國內(nèi)供應(yīng)商不能辯解，有時甚至連不合格原因都不告知供應(yīng)商。今后隨著時間的流逝,國內(nèi)民族品牌已經(jīng)開始起步,情況也許會有所好轉(zhuǎn)。四、懸架彈簧的制造技術(shù)卷簧成型技術(shù)卷簧成型、噴丸強化和涂裝是懸架彈簧生產(chǎn)的三大核心工藝技術(shù)，其中成型有熱、冷兩種方式，各有優(yōu)缺點。熱卷成型的優(yōu)勢是材料成本低但能耗高占地大，產(chǎn)品有脫碳風險，最新的熱卷使用中頻加熱技術(shù)無論是能耗、產(chǎn)品質(zhì)量均有明顯改善，屬于重大的技術(shù)進步。冷卷工藝起步較晚但發(fā)展速度快，冷卷設(shè)備目前可以做到17.00mm(C=4,b=2000MPa的條件下)。對于產(chǎn)品門類而言熱卷適宜于制造變截面和MINIBLOCK彈簧，冷卷適合做”S”型偏心力彈簧。噴丸強化技術(shù)噴丸是懸架彈簧最有效的強化手段，高應(yīng)力彈簧經(jīng)過適當?shù)膰娡柚笃趬勖梢蕴岣?倍以上，懸架彈簧的噴丸早期使用鑄鋼丸粒，由于容易破碎效果不佳，基本淘汰，目前大都使用鋼絲切丸，工藝上多次噴丸（不同丸粒直徑）普遍應(yīng)用，熱噴丸（彈簧加熱到200度以上）和應(yīng)力噴丸在本世紀初進入實際生產(chǎn)應(yīng)用階段。彈簧表面壓應(yīng)力強度和深度是衡量噴丸效果的重要指標。良好的噴丸表面壓應(yīng)力至少在-600Mpa以上，距表面50um處達到-800Mpa，應(yīng)力噴丸彈簧的表面壓應(yīng)力可達-800Mpa，距表面50um處可達-1200Mpa。彈簧熱壓技術(shù)國內(nèi)應(yīng)用不普及，普遍使用冷壓（6次以上）取代，與冷壓相比，經(jīng)過熱壓的彈簧對疲勞壽命和松弛性能的提高效果更顯著。目前妨礙熱壓技術(shù)應(yīng)用的主要原因除設(shè)備因素之外熱壓對彈簧溫度的一致性要求較高，并且要求與前道工序有良好的節(jié)拍匹配?！癝”型彈簧對熱壓的工裝和定位要求更高一些，生產(chǎn)高應(yīng)力懸架彈簧熱壓是必不可少的環(huán)節(jié)，也是今后國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)需要加強的工藝技術(shù)項目。涂裝技術(shù) 懸架彈簧涂裝技術(shù)是近幾年發(fā)展最快的工藝技術(shù)，以鹽霧試驗項目為例，20年前大部分產(chǎn)品只要求通過240-480小時試驗，而目前普遍的要求是7201000小時，除此之外，還增加出種類繁多的試驗項目，例如石擊試驗、冷凍沖擊試驗、石擊后鹽霧疲勞試驗等等，如美國GM公司針對汽車懸架彈簧表面涂層的9984164標準規(guī)定涂層需要通過13項性能試驗項目，其中最長的1項試驗周期長達70天（10周）。主機廠之所以采用如此嚴格的試驗標準原因在于在高應(yīng)力條件下服役的懸架彈簧，一旦表面受到腐蝕很快即產(chǎn)生腐蝕疲勞失效，斷裂后的彈簧斷口倘若戳破輪胎將有可能造成重大的安全及人身事故。2003年美國某公司就由于懸架彈簧使用傳統(tǒng)的涂裝工藝導(dǎo)致89萬輛汽車的召回。近20年彈簧表面涂裝歷經(jīng)了陰極電泳、靜電噴涂和復(fù)合涂層三個發(fā)展階段，目前的主流是靜電噴涂，復(fù)合涂層是最近幾年發(fā)展的新工藝，彈簧在加熱狀態(tài)下先涂一層鋅粉、然后再在表面覆蓋環(huán)氧粉末，表層粉末能有效地吸收碎石撞擊的能量使彈簧表面免受破壞。5. 懸架彈簧檢測技術(shù)除了一般機械性能及金相試驗之外，腐蝕試驗（包括腐蝕疲勞試驗）是懸架彈簧生產(chǎn)必需具備的檢測手段，“S”型彈簧合力矢量的檢測設(shè)備和X線應(yīng)力儀分別是檢測彈簧負荷方向和噴丸效果的有力工具，也是產(chǎn)品研發(fā)和過程控制經(jīng)常用到的檢測手段。彈簧負荷在線檢測和標識自動打印國外已經(jīng)普遍使用，而我國這些項目應(yīng)用有很大差距。懸架彈簧生產(chǎn)過程的物流：生產(chǎn)過程中的物流是我國懸架彈簧生產(chǎn)企業(yè)普遍存在的薄弱環(huán)節(jié)，一物流聯(lián)線自動化生產(chǎn)國外20年前已經(jīng)解決了的問題，在我國至今沒有解決。產(chǎn)生這些現(xiàn)象的深層次原因主要是認知上的誤區(qū)，長期處于小生產(chǎn)影響下的中國企業(yè)，在規(guī)劃過程中往往把重點放