第一篇：陶瓷材料在汽車設計與制造中的應用

陶瓷材料在汽車工業(yè)中的應用

姓名：高洋洋

專業(yè)班級：機制0903班

學號：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】：汽車應用多種工程材料并對工程材料的選擇有自己的標準與計劃，需要考慮成本、環(huán)境和用戶需求等問題。汽車上最關鍵的部件，若承受的載荷、溫度、疲勞應力和化學作用等方面考慮，位于發(fā)動機內的發(fā)動機排氣系統(tǒng)。有些部件對發(fā)動機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)在應用的催化轉化劑等。為了使這些部件滿足發(fā)動機的性能要求，人們一直在設法應用陶瓷材料。陶瓷的應用不僅關系到汽車的材料選擇和制造成本，也會影響到汽車的使用性能。

【關鍵詞】：汽車部件

陶瓷

金屬基復合材料（MMC）應用

【引言】：在過去20年的時間里,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，到生產火花塞的絕緣子，又擴展到凈化排氣的氧傳感器、蜂窩型催化劑載體、保護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、水泵用機械密封圈等，顯示出特種陶瓷產品咄咄逼人的發(fā)展態(tài)勢。近年來，人們對陶瓷發(fā)動機的研制開發(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)動機作為新一代汽車產品的心臟，即將投入正式使用。特種陶瓷在汽車零件與部件方面的運用將進一步擴大，從而有可能形成一大系列產品，從陶瓷產業(yè)結構與產品結構上引發(fā)一次革命性的驟變。【正文】

陶瓷材料的性能特點 由于陶瓷材料的結合鍵為共價鍵或離子鍵，因而陶瓷材料具有高熔點、高硬度、高化學穩(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、強度高、脆性大等特點。對于功能陶瓷，還具有電、光、磁等特殊性能。按化學成分分類

按化學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，應用廣，常用的有Al2O3、SiO2、ZrO2、MgO、CaO、BeO、Cr2O3、CeO2、ThO2等。碳化物陶瓷熔點高，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計中的應用

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用較好地提高了發(fā)動機的熱效率、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)及應用前景將十分誘人。然而他們作為發(fā)動機部件，還需要有適當?shù)臄嗔秧g性。技術陶瓷已經(jīng)取得令人驚喜的進步，但是應用于汽車還是有較高的成本。陶瓷首先在高溫燃氣輪機中可用于制造葉片、燃燒筒、套管、主軸軸承等，在燃氣輪機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。在內燃機中可用陶瓷制造的零部件有：活塞內襯、氣缸、預燃燒室、挺桿、閥門、噴嘴、渦輪增壓器轉子及軸承等零部件。但是關于陶瓷方面技術還未成熟，所以還沒有應用到主要的運動件上。據(jù)測算，若汽車發(fā)圖1陶瓷渦輪增壓器葉片

動機的所有零部件都采用陶瓷制造，其重量可比合金發(fā)動機輕2/3，燃料費下降20%。這是很誘人的前景。此外陶瓷還有極好的耐久性，耐久性差會引起材料外表變化，金屬的濕腐蝕和氧腐蝕是很常見的，腐蝕和氧化的組合作用會導致機械失效，這對汽車部件將是災難性的。日照特別是紫外線輻射、氧化和一些化學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?？墒固沾勺鳛橥繉硬牧?，用在難熔金屬上及金屬和聚合物的復合材料中，可使它們潛在的優(yōu)勢最大化而限制最小。陶瓷復合材料

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,特別是金屬基復合材料（MMC)中，能夠提高較高金屬的剛度。

最關鍵的應用是發(fā)動機頂部活塞，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，這樣的合金強度高、膨脹系數(shù)低。多年來活塞的質量已經(jīng)減小，這主要是由于先進的設計而不是材料的改進?；钊撞亢蜌忾T底座區(qū)域現(xiàn)在用MMC離子涂層，用氧化鋁基/二氧化硅晶須增強的鋁合金組成。由于提前點火及敲缸問題，這些涂層一般不能用于汽油機，但它們在柴油機上的廣泛應用，柴油機能夠以更高的溫度有效的運轉。陶瓷缸套所用的材質是國際上最先進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，機油不能進入到燃燒室，否則產生排放問題?；钊h(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，由超細的氧化鋁顆粒來增強，氧化鋁位于各微型裂孔中。相類似的有發(fā)動機的軸承，如主軸和大端連桿軸承常用氧化鋁基MMC涂層，大大改進了耐磨性能。

汽車靠離合器摩擦盤來傳遞動力，離合器的使用壽命，主要取決于從動盤摩擦片的耐磨性，鋁基復合材料的耐磨性，導熱性好，可用它來做離合器摩擦片。美國DWA公司采用硅/鋁復合材料制造摩托車活塞，解決了其耐磨性問題，在一年內100次以上的越野賽后仍無明顯磨損。

Lotus公司生產的蓮花Elise車，用MMC材料代替制動盤的鑄鐵，這樣的制動盤通常用于一級方程式賽車和Grard prix摩托車，所有的歐洲制造廠正在評價MMC用于新車型的制動盤和制動鼓。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)濟上具有更大的競爭力。熔融的金屬混

圖3Lotus生產的蓮花Elise

圖2陶瓷剎車盤

合物法是制造PMMC成本最低的方法。這將生產出鑄塊，通常是鋁或錳基的，通過標準的鑄造技術，為避免機體和顆粒之間產生化學反應，溫度的控制最為關鍵。

在催化劑的設計和制造中，還有一些材料問題。汽油在燃燒過程中不能完全地將碳轉化為二氧化碳和水，雖然正在開發(fā)稀薄燃燒

圖4蜂窩陶瓷 發(fā)動機，但碳氫化合物、一氧化碳和氫化物仍然存在于廢氣中。催化轉化劑可將90%的廢氣排放物轉變成水、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，以減少催化劑活動造成的損失。昂貴的稀土催化轉化劑承載在氧化鋁基的涂層，這種涂層穩(wěn)定且有效。復雜的氧化鋁系統(tǒng)用于涂在擠壓的陶瓷蜂窩狀結構中，由礦物精石來制造。這種結構是由一系列的內通道或管組成，每平英寸大約有400個管道，產生快速化學反應所需要的較大面積。反應面積根據(jù)氧化鋁涂層系統(tǒng)的設計會增大，稀土催化劑金屬顆粒的平均直徑為10nm，可以估計最終的反應面積相當于三個足球場的面積。整體式蜂窩狀結構被不銹鋼蓋所包圍，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械振動。最后轉化劑與汽車排氣系統(tǒng)的其它部分集成。催化轉化劑用于柴油機還不成熟，因為涉及到處理碳粒和碳煙這樣的排氣成分和相關的潤滑油和硫化物，這些不僅會使人類中毒，而且能使催化轉化劑稀土金屬中毒，致使稀土金屬效果減弱。故柴油機燃料排放問題的解決需要一定的成本?！窘Y束語】

為了保護大氣環(huán)境和節(jié)約能源，國內、外汽車行業(yè)都在加緊對未來汽車的研究和開發(fā)工作。隨著制造技術、加工技術、設計技術和可靠性評價技術的不斷提高，陶瓷零部件成本有可能急劇下降。我國陶瓷發(fā)動機及其它陶瓷零、部件的研究工作，已取得了很大進展。相信不久的將來，陶瓷材料在汽車上應用這一領域會有更大的突破，從而大幅度改善汽車的性能。未來的汽車將向高技術化、輕型化、節(jié)能化、無污染化等方面發(fā)展。高性能陶瓷的將來發(fā)展，不可估量。

【參考文獻】

【1】 張金柱等，《現(xiàn)代汽車設計概念》，化學工業(yè)出版社，2007.1 【2】 李世普，《特種陶瓷工藝學》，武漢工業(yè)大學出版社，1990 【3】 004km.cn/cms/cms/infopub/infopre.jsp汽車工業(yè)信息網(wǎng)2010.12

第二篇：表面工程技術在汽車制造中的應用

表面工程技術在汽車制造中的應用舉例

周金旭

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

關鍵詞：表面工程 噴丸技術 熱噴涂技術 汽車零部件制造與修復 序言

汽車制造業(yè)越來多仰賴噴丸強化技術來和熱噴涂技術改善、修復和提高汽車關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、摩托車等設計的最初就加以充分考慮和重視。噴／拋丸強化技術和工藝熱噴涂技術的應用現(xiàn)亦含括幾乎大部分零件的設計中，包括：曲軸（去氧化皮和強化）、連桿（強化）、傳動齒輪和其它軸類零件、齒圈、活塞，太陽齒和行星齒、板簧和圓簧、活塞桿、氣門等

大量的汽車零部件無論是鑄/鍛件壓鑄件，機械切削件，焊接件都需要不同類型的噴拋設備與熱噴涂技術進行表面處理。有確鑿的數(shù)據(jù)證明(早在七十年代東風汽車公司就用噴丸強化解決了氣閥彈簧和變速箱1-倒擋齒輪的早期斷裂問題，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P＆W公司就有2800件發(fā)動機零件采用熱噴涂技術通用電氣公司的一個發(fā)動機工廠熱噴涂零件也有2000多個美國RR公司斯貝發(fā)動機有八種熱噴涂涂層應用于近200多個零件[4]),通過噴丸強化,能讓板簧的抗疲勞壽命延長600%,傳動齒輪的抗疲勞壽命延長1500%,曲軸的抗疲勞壽命延長900%,毫無疑問,通過噴丸強化讓抗疲勞性能和耐腐蝕性能的提高無論是對零件的使用壽命、使用安全性都意義重大。零件依賴該工藝，零件可以設計的更輕巧，一些原來因工藝規(guī)格要求不得不使用的昂貴材質的零件現(xiàn)在也可以被替換為價格低廉的材料，通過噴丸強化處理，達到同等甚至更好的性能標準[2].而熱噴涂技術運用也不乏期例，QA19-2（鋁青銅）噴涂層制造或修復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和修復工藝，用3Cr13電弧噴涂層修復曲軸美國Cummins公司在汽缸內壁噴涂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)更長可靠性更高，將ZrO2噴涂在內燃機燃燒室的內壁可提高內燃機的燃燒工作溫度節(jié)省燃料，簡化結構等[4].一、噴丸技術

1、試驗方法步驟。1.1拋丸處理

作為制造流程的一環(huán)節(jié)，熱處理過的曲軸需要經(jīng)由拋丸處理來取出表面的熱氧化皮。曲軸被置于旋轉滾輪上，在滾動時曲軸所有表面被充分暴露在多個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曲軸強化

由于曲軸在交變應力下工作，曲軸截面變化轉接圓角處發(fā)生應力疲勞和應變破壞的危險性極大，目前，通過噴丸強化來改變曲軸抗疲勞性能已在相當廣泛的范圍內應用，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。而噴丸強化的機理是利用嚴格控制直徑并具有一定強度的丸粒，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，使曲軸表面產生極為強烈塑性變形，形成冷作硬化層，由于軸在加工中受各種機械的切削力加工作用，其表面，特別是曲軸截面變化轉接圓角處，應力分布極為不均勻，工作中又受交變硬力作用，因此很容易產生應力腐蝕而使曲軸疲勞壽命降低，而噴丸強化工藝就是通過引入一個預壓硬力來抵消零件在以后工作周期會受到拉應力，從而提高工件抗疲勞性能和安全使用使用壽命。

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

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

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

二、熱噴涂技術

1、熱噴涂技術應用意義

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，對零部件的性能提出了愈來愈高的要求，零件的使用壽命亦成為突出的問題，修理工作的作用不單是消極地將損壞了的零件恢復到新品的技術性能，而且還可以用比較經(jīng)濟的手段使零件修復后的性能超過新品。

延長汽車使用壽命的主要障礙，是零件因磨蝕早期失效，磨蝕失效的特點與零件的斷裂破壞或過量變形失效不同，后者多造成整個零件報廢，其原因常常是由于零件本身材料的機械性能差、或設計不合理、以及制造工藝選擇不當所致。這需要從材料、設計、工藝等方面進行解決。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，使之在尺寸和性能上恢復到原來的狀態(tài)。對于價格昂貴的重要零件，尤應注意修復，不能只靠更換配件。特別是進口汽車，由于零件品種多，標準不統(tǒng)一，組織配件生產困難較多，有些零件少量配制經(jīng)濟上也不盡合理，因而修復強化的意義更大。

2、實施方法

通常采用耐磨蝕材料覆蓋磨蝕表面，修復舊件，這樣不但可以使失效零件迅速恢復使用，而且可以成倍提高壽命。一般金屬材料經(jīng)過表面強化處理以后，在很多場合可以代替貴重的優(yōu)質材料，甚至性能和工藝性方面較后者更優(yōu)越?，F(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化技術，提高零件的表面性能才能解決這一問題。

熱噴涂技術（熱噴涂加工）正是適應這種需要的一種金屬表面強化技術。應用熱噴涂技術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、導電、絕緣、密封等。這樣可以簡便地、大幅度地改善零件表面的工作性能。例如曲軸是汽車發(fā)動機的重要零件，當曲軸主軸頸及連桿軸頸磨損超過允許的極限時，就不能再用修理尺寸法修復了，此時如果采用噴涂法修復，不僅可以恢復原來的尺寸，而且其耐磨性還遠遠大于新曲軸。這不僅可以為國家節(jié)約大量鋼材，井能提高社會的經(jīng)濟效益，特別是對于某些進口車輛的曲軸，經(jīng)濟效益就更為顯著。汽車發(fā)動機排氣門是一種用量大、易損耗的零件，也是保證發(fā)動機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，致使氣門關閉不嚴，發(fā)動機動力性下降，油耗增加。目前國產汽車發(fā)動機的排氣門多采用等鋼材制作，這些耐熱鋼材、有些是要靠進口來供給的。為此，排氣門的修復是很重要的。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新件，根據(jù)我們試驗，經(jīng)噴焊、修復后的排氣門，裝車使用行駛90000km的里程后，閥面仍然完好。

實踐證明，熱噴涂技術具有獨特的優(yōu)越性，在汽車修理方面有廣闊的應用前景。除上述所例舉的曲軸、排氣門的修復之外，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)技術修復，以提高零件的使用壽命[5]。

三、結論與展望

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

表面工程技術在未來會有很大發(fā)展，近年來國內汽車市場的快速增長引起廣泛關注，由此帶來的汽車回收利用領域面臨的問題日益突出。數(shù)據(jù)顯示，作為世界汽車第一產銷大國，我國2011年民用汽車保有量已突破1億輛，汽車報廢量超過400萬輛，預計2020年報廢量將超過1400萬輛。

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

然而，與歐美日等汽車發(fā)達國家相比較，我國在汽車回收利用方面還有著明顯的差距，目前在我國還沒有任何一部關于報廢汽車回收利用的完整規(guī)范，另一方面，長期以來，由于報廢汽車回收拆解行業(yè)采取粗放式經(jīng)營，從而導致該行業(yè)技術手段落后，作業(yè)流程不規(guī)范，環(huán)境保護和資源利用水平低。

另外，報廢廠不按規(guī)定交售報廢車輛，非法回收拆解倒賣報廢汽車的現(xiàn)象依然存在。據(jù)不完全統(tǒng)計，由于法定報廢回收標準過低，我國每年近八成報廢汽車流入了黑市，這不僅對正規(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)境保護和資源利用帶來了嚴重隱患。

事實上，對于報廢汽車帶來的危害，我國并非沒有關注，只是相關政策早已不適應快速發(fā)展的形勢。2001年國務院頒布了報廢汽車回收利用辦法；2006年，國家發(fā)改委等部門聯(lián)合頒布了《汽車產品回收利用技術政策》，但缺乏具體要求和實施細則，可操作性不強。過時政策難以滿足現(xiàn)狀，并將嚴重制約中國汽車產業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展，強化汽車回收利用管理已刻不容緩。

為改變行業(yè)現(xiàn)狀，國家有關部門正組織力量對2001年頒布的《報廢汽車回收管理辦法》進行修訂。近日，工業(yè)和信息化部節(jié)能與綜合利用司副司長高東升透露，國家有關部門將采取多項措施加強汽車回收利用，其中包括制定強制性的汽車回收利用標準和法規(guī)，回收拆解的市場準入制度亟須健全。

據(jù)了解，目前國家相關主管部門一方面在大力推動修訂后的《報廢機動車回收拆解管理條例》盡快出臺，另一方面要強化汽車制造商的責任，鼓勵汽車制造商加強與回收拆解企業(yè)的合作和交流，要求汽車制造商為回收拆解企業(yè)提供必要的技術支持，同時要抓緊出臺機動車強制報廢標準，進一步明確報廢條件，嚴格車輛年檢和轉移登記制度，從源頭上防止報廢汽車流向社會。而表面工程技術正可以解決此些難題，所以我們應予以重視，發(fā)展前景良好[6]。

四、參考文獻

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

[4] 熱噴涂技術極其典型應用 錢強 俞韶華 徐林剛

[5] 陜西新興熱噴涂技術有限責任公司

[6] 騰迅網(wǎng)·騰訊汽車

第三篇：CAM技術在汽車制造行業(yè)應用

CAD/CAM技術在汽車制造

行業(yè)中的應用

課程：CAM與自動編程姓名:學號:

日期: 2012年12月

一、CAD/CAM技術概述

CAD/CAM是先進制造技術中的重要組成部分。其中，CAD 是Computer Aided Design的英文縮寫，指計算機輔助設計。狹義的計算機輔助設計是指采用計算機開展機械產品設計的技術，主要應用于計算機輔助繪圖（Computer Aided Drafting），廣義的計算機輔助設計指借助計算機進行設計、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、產品模型的計算機輔助分析CAE等等。CAM即Computer Aided Manufacturing，指計算機輔助制造，狹義上指計算機輔助編程，即一個從零件圖紙到獲得數(shù)控加工程序的全過程，主要任務是計算加工走刀中的刀位點(Cutter Location Point)，包括三個主要階段：首先是工藝處理，即分析零件圖，確定加工方案，設計走刀路徑等：其次是數(shù)學處理，即處理計算刀具路徑上全部坐標數(shù)據(jù)；最后是自動編制出加工程序，即按數(shù)控機床配置的數(shù)控系統(tǒng)的指令格式編制出全部程序。廣義上的CAM則還包括計算機輔助工藝規(guī)程編制CAPP（Computer Aided Program Planning）和計算機輔助質量控制CAQ（Computer Aided Quality）。

二、CAD/CAM技術的發(fā)展

CAD/CAM指的是計算機輔助設計和計算機輔助制造的集成技術，CAD/CAM將設計和工藝通過計算機有機結合起來，直接面向制造，減少中間環(huán)節(jié)。上世紀50年代CAD技術處于被動式的圖形處理階段。60年代計算機圖形學、交互技術、分層存儲符號的數(shù)據(jù)結構等新思想被首次提出，從而為CAD/CAM技術的發(fā)展和應用打下了基礎。60年代中后期出現(xiàn)了許多商品化的CAD設備。1970年美國Applicon公司第一個推出完整的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技術迅猛發(fā)展，CAD/CAM技術從大中企業(yè)向小企業(yè)擴展；從發(fā)達國家向發(fā)展中國家擴展；從用于產品設計發(fā)展到用于工程設計和工藝設計。90年代，CAD/CAM技術進入了開放式、標準化、集成化和智能化的發(fā)展時期，圖形接口、圖形功能日趨標準化。

我國開展CAD/CAM技術應用工作在上世紀70年代，并不算晚；通過引進，不少企業(yè)的軟、硬件條件與國外相比也相差不大。但是，國內的CAD/CAM應用與國外先進水平相比存在較大的差距。由于采用CAD/CAM技術投資大，有較大風險，效益回報有一定的滯后期，所以在原有經(jīng)濟體制下難以推廣。在過去，由于條塊分割，重復引進，企業(yè)相互之間缺乏必要的交流和協(xié)作，影響了CAD/CAM技術效益的發(fā)揮。另外，人才培養(yǎng)的不足也影響了在我國的發(fā)展，福特等企業(yè)之所以CAD/CAM技術應用得好，是因為得益于幾十年來一直大力開展CAD/CAM應用而積淀下來的寶貴經(jīng)驗以及培養(yǎng)出了一支高水平的技術隊伍。

三、CAD/CAM技術在汽車工業(yè)的應用狀況

美國福特汽車公司在CAD/CAM技術方面處于領先地位。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)絡系統(tǒng)；1985年已經(jīng)有一半以上的產品設計工作使用圖形終端實現(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年代初全面實行產品開發(fā)的CAD/CAM應用率可達100%。福特公司1990年工作站已達2000臺，以FGS工作站(約占70%)和CV工作臺(約占18%)為主，其應用

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。德國各大汽車公司普遍采用CATIA作為其CAD/CAM系統(tǒng)的主導軟件。1994年，德國大眾集團決定用CATIA和Pro/Engineer作為其將來開發(fā)新車型的主導CAD系統(tǒng)。法國雷諾汽車公司應用Euclid軟件作為CAD/CAM的主導軟件，目前已有95%的設計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為動力，對從設計到制作的各項工程踏踏實實地進行了改革，至今，已形成了從車型款式設計到車身組裝的新車型開發(fā)的完整的CAD/CAE/CAM系統(tǒng)。

我國的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)，其應用水平也接近國際先進水平。汽車工業(yè)是我國國民經(jīng)濟五大支柱產業(yè)之一。汽車車身模具是車身制造技術的重要組成部分，也是形成汽車自主開發(fā)能力的一個關鍵環(huán)節(jié)。在汽車新車型的設計調試直至投產的整個周期中，模具設計和制造約占三分之二的時間，汽車覆蓋件模具作為車身生產的重要工藝裝備，直接制約著汽車的質量和新車型的開發(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、結構形狀復雜、精度要求高等特點，其模具制造技術難度大、成本高、開發(fā)周期和質量都難以控制。CAD/CAM技術作為一種現(xiàn)代設計制造方法，把它引入汽車覆蓋件模具生產實際中，可以大大縮短汽車開發(fā)周期，提高生產效率和市場競爭力。

在上世紀末期，CAD/CAM技術就在上海汽車公司的汽車開發(fā)方面得到了很好的應用。汽車結構的設計,主要是零部件的設計及裝配設計。由于汽車零件不僅多, 而且形狀復雜,自從CAD技術引進之后,傳統(tǒng)的手工繪圖已基本過時。三維建模二維出圖的CAD方式,目前在汽車設計行業(yè)中占絕對主角。CAD軟件一般都具有豐富的建模能力,主要分曲面建模和實體建模兩大類曲面建模就是用曲面表達物體的形狀, 這種建模方式適于車身這類復雜曲面形狀的鈑金件設計。實體建模就是過幾何體布爾運算得出物體形狀,這種建模方式適于底盤零部件的設計一些軟件還應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)勢不同。模型生成之后,工程師可在計算機屏幕上隨意旋轉設計模型,從各種不同的角度觀察物體,對產品形狀進行分析修改,最終得到形狀、尺寸滿意的零件數(shù)模。三維建模完成后,可以立即轉入圖紙生成方式,計算機會自動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。再進行尺寸標注,增加技術要求,填寫明細欄等圖紙完善工作。即可輸?shù)嚼L圖機上繪制出干凈整潔的工程圖紙。當然，CAD應用之初,許多人對CAD的理解為用計算機出圖紙。但對現(xiàn)代的CAD技術來說,這種看法是片面的。CAD的實質是輔助設計者進行產品設計,設計者用三維建模表達出設計思想后,相當于擁有了一個虛擬的樣品,不僅可觀察其形狀,更可用它做一項重要的工作—盛擬裝配。對于汽車這一復雜的產品, 教以萬計的零部件要完全正確裝配,除了制造上的要求,設計的合理也是至關重要的。零部件的三維建模正是度擬裝配的得力助手,它不僅能帶助設計者了解零部件的空間位置關系,還能通過一些機構分析軟件,如ADAMS等了解零部件在使用過程中的運動情況,觀察零部件在工作狀態(tài)是否會出現(xiàn)運動干涉?？梢哉f，在產品生產出來之前，設計者就能了解零部件的情況工作，對設計很有幫助。

在設計開發(fā)過程中,為了實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,通過用快速成型及數(shù)控加工等現(xiàn)代技術,盡快加工出零件進行形狀分析及尺寸檢查已越來越普及地得到應用。另外,更為重要的是,CAM加工出的模型,今后可以直接用來翻制模具,可節(jié)約模具制作的成本。

除了能夠進行汽車的開發(fā)與設計工作，CAD/CAM技術還在汽車覆蓋件模具的設計制造方

面得到了廣泛的應用。一般情況下，一個基本車型全套模具的設計制造周期長達4年之久，因此汽車覆蓋件模具的開發(fā)生產是汽車新產品開發(fā)的決定性環(huán)節(jié)。應用CAD/CAM/CAPP集成技術是保證模具設計、加工質量和提高生產效率最有效的途徑。為適應汽車工業(yè)的發(fā)展．國外模具廠已普遍采用CAD/CAPP/CAM集成技術進行模具設計制造。大大縮短了模具設計制造周期，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AUTODIE公司采用了CAD/CAM/CAPP系統(tǒng)后。一種車型覆蓋件的模具設計與制造只需要8個月左右。經(jīng)過幾十年的努力．我國一些大型汽車模具制造廠家已經(jīng)廣泛采用DNC/CAD/CAM等先進制造技術，取得了長足的發(fā)展。但與國外相比存在很大的差距。各項技術的相互獨立，造成生產力低下，一些關鍵的汽車覆蓋件模具仍然依靠國外來設計制造。因此，汽車覆蓋件模具CAD/CAPP/CAM集成技術的應用已成為國內工業(yè)界和學術界研究的重點。

（1）汽車覆蓋件的要求與特點

汽車覆蓋件是指構成汽車車身或駕駛室、覆蓋發(fā)動機和底盤的薄金屬板料制成的異形體表面和內部零件、車身以及駕駛室的全部外部和內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，它不僅要滿足結構上的功能要求，更要滿足表面裝飾的美觀要求。因此對表面質量要求很高，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破壞外形的美觀。這給覆蓋件成形的關鍵工序--拉延--提出了很高的要求，而傳統(tǒng)的手工設計制造方法難以保證拉延件的質量，這也是車身制造技術的難點和關鍵所在。此外，汽車覆蓋件又是封閉薄殼狀的受力零件，當汽車高速行駛時，如果覆蓋件剛性分布不均勻，剛性較差部位受到震動會產生空洞聲，從而產生較大噪音。因此在拉延成形時，我們必須克服由于塑性變形的不均勻性而產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，還具有形狀復雜、結構尺寸大、材料薄等特點，所有這些，都對汽車覆蓋件模具設計和制造提出了特殊的要求。

（2）CAD/CAPP/CAM技術在汽車覆蓋件模具設計制造中的應用

CAD/CAPP/CAM技術以計算機和數(shù)控機床為主要設備，以覆蓋件的數(shù)學、力學模型為依據(jù)，在模具設計、成形分析及制造技術各環(huán)節(jié)中直接發(fā)揮作用。

汽車覆蓋件模具設計，主要包括工藝設計和結構設計。工藝設計主要是指汽車覆蓋件的三維設計以及工藝補充面的三維設計，工藝設計主要解決曲面造型問題，由于汽車覆蓋件空間曲面多、形狀復雜，因此這個過程技術難度較高。而結構設計是依據(jù)工藝設計的結果，設計模具具體部件，對這個過程要求速度快、效率高，要解決上述問題，必須借助先進的計算機輔助設計CAD技術。汽車覆蓋件模具的制造過程中，采用計算機輔助制造CAM技術具有加工精度高、生產周期短等優(yōu)點。傳統(tǒng)的車身開發(fā)是以實物模型來表示車身表面的幾何信息，這樣，在傳遞過程中，很容易發(fā)生模型變形、數(shù)據(jù)傳遞誤差、誤差積累等諸多問題，嚴重影響車身覆蓋件模具的制造精度。同時延長生產周期，采用CAM技術制造模具，省略了制造工藝模型這一環(huán)節(jié)，首先是按產品圖或數(shù)據(jù)表把零件的特征點元素輸入計算機，利用軟件提供的曲線-曲面功能建立零件表面的數(shù)學模型，從而生成數(shù)控加工所需的刀具軌跡文件，用來控制數(shù)控機床的運動，加工出所需的零件表面，由于加工過程是基于高準確性的計算機模型，從而減少了產生制造誤差的因素，提高了制造精度。

對于一個已掌握CAD/CAM技術的廠家，更加關心的則是沖壓件能否成形，產品質量能否合格，但這往往是難以預知的，由于汽車覆蓋件形狀復雜，沖壓成形過程中板材成形性難以預先估計，模具設計正確與否無法事先知道，模具加工完成以后問題才會暴露出來，這樣給模具調試帶來很大困難，計算機輔助工程,CAM技術可以協(xié)助CAD/CAM對沖壓成形過程進行模擬，對實際沖壓件的成形性進行分析，及早發(fā)現(xiàn)問題，并通過計算機模擬改進模具設計，從而大大縮短模具調試周期，降低制模成本。

采用CAD/CAM技術和各種數(shù)控機床及三坐標測量儀相結合，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，2倍以上，模具開發(fā)周期較原來縮短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技術必然會朝著智能化、專業(yè)化、集成化方向繼續(xù)發(fā)展。為了真正實現(xiàn)汽車覆蓋件模具設計制造的自動化，必須開展智能化研究工作，把總結出來的以往設計、制造中的成功經(jīng)驗應用到模具設計中去，形成計算機里的知識庫和智能庫，并采用檢索、修訂、創(chuàng)成等混合決策技術和多智能體技術的綜合智能化，從而形成基于知識的智能化交互式系統(tǒng)框架，真正實現(xiàn)先進性和實用性的要求。在未來幾年里，對國外先進的CAD/CAM軟件進行二次開發(fā)，使之更加專業(yè)化，也將是許多模具廠家的經(jīng)濟可行的選擇。此外，汽車覆蓋件模具設計制造過程是一個信息處理、交換流通和管理的過程，將CAD/CAM技術有機地集成在一起，能夠更好對設計和制造過程中信息的產生、轉換、存儲、流通管理進行分析和控制，從而實現(xiàn)效益最大化。一些發(fā)達國家在這方面的應用技術已經(jīng)相當成熟，我國在這方面的研究也已取得一定的進展，但還未進入實質性的應用階段，在接下來的時間里CAD/CAM的系統(tǒng)集成技術也必然在我國得到廣泛應用。

結束語：

CAD/CAM技術是制造工程技術與計算機技術緊密結合、相互滲透而發(fā)展起來的一項綜合性應用技術，具有知識密集、學科交叉、綜合性強、應用范圍廣等特點。CAD/CAM技術是先進制造技術的重要組成部分，它的發(fā)展和應用使傳統(tǒng)的產品設計、制造內容和工作方式等都發(fā)生了根本性的變化。CAD/CAM技術已成為衡量一個國家科技現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標志之一。在汽車覆蓋件模具設計制造過程中引入CAD/CAM技術，不僅提高了模具設計質量，而且縮短了模具制造、調試周期，降低了制模成本。隨著科研人員的不斷努力，許多新技術、新設備、新工藝將陸續(xù)投入到生產實際中，從而縮短與國際先進水平的差距。而汽車覆蓋件模具CAD/CAM技術的不斷成熟必將推動我國汽車工業(yè)的進一步發(fā)展。

CAD/CAM技術給制造行業(yè)帶來了巨大變革，使傳統(tǒng)的制造業(yè)發(fā)生了質的飛躍，在全球范圍內受到普遍關注和重視，在這一時代背景下，我國機械制造業(yè)要想跟上時代的步伐，必須把握好機械CAD/CAM技術的正確發(fā)展方向，更加深入的應用CAD/CAM技術。在國家舉措的推動下，我國機械制造企業(yè)要重視CAD/CAM技術的推廣應用，把CAD/CAM技術視作企業(yè)發(fā)展的關鍵，不惜代價投入資金、引進人才?？蒲袉挝灰o跟世界潮流，跟蹤國際動態(tài)，并結合我國國情及規(guī)范，面向國內生產單位，開發(fā)出具有我國特色的CAD/CAM產品。不斷加大科技創(chuàng)新力度，使我國的CAD/CAM產品更加方便實用，成為世界先進產品。

參考文獻：

［1］《客車車身覆蓋件的設計與制造》 周方壽 機械工業(yè)出版社，1998

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

［4］ 《CAD/CAM技術在工程設計中的應用》 周激流,何其超編

［5］ 《CAD/CAM應用技術》 湯德忠 李正吾編著 機械工業(yè)出版社，1988

第四篇：逆向設計在高職“模具設計與制造”教學設計中的應用

逆向設計在高職“模具設計與制造”教學設計中的應用

摘要：對“模具設計與制造”課程，可以結合模具相關職業(yè)崗位需要，運用逆向思維進行教學設計，在具體項目的引導下，建立以典型模具設計與制造過程為導向的項目化教學體系，將項目的內容設置成任務，通過項目任務的“教學做”調動學生自主學習的積極性，培養(yǎng)學生的實踐能力、獨立分析問題和解決問題的能力，突出實踐教學的重要性，并為本課程進一步的教學改革提供理論依據(jù)。

關鍵詞：逆向設計；高職；模具設計與制造；教學設計

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1672-5727（2014）05-0108-02

“逆向設計”（Backward Design）也叫“逆向教學設計”，指一種運用倒推思維、逆向思維來設計課程的教學活動。美國著名課程與教育專家格蘭特（Grant Wiggins）提出了課程的“逆向設計”模式，其目的是使課程教學設計成為培養(yǎng)學生實際應用能力的工具。課程的逆向設計實質就是在明確人才培養(yǎng)目標的基礎上，根據(jù)人才培養(yǎng)目標進行課程的應用技能設計。它的整個設計過程分為：確定達到的技能目標和創(chuàng)造能力目標，確定如何證明學生實現(xiàn)了預期的目標，安排各種教學實踐的機會進行具體的實施。

“模具設計與制造”課程的逆向設計實質就是在明確人才培養(yǎng)目標的基礎上進行課程的應用技能設計。應通過工學結合，建立“教學做”合一的一體化課程，構建基于工作過程的高職模具專業(yè)逆向設計，從企業(yè)實際工作任務出發(fā)，在模仿真實工作環(huán)境的實習基地的支持下，使學生循序漸進地學習各門課程的過程成為符合或接近企業(yè)工作過程的過程。

課程內容的優(yōu)化

我院“模具設計與制造”課程的教學設計堅持以服務“三農”為宗旨，面向長三角經(jīng)濟區(qū)域，依托江蘇沃得集團等大型現(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，再轉換成學習任務，最后設計成整合的工作任務作為項目課程的內容，將課堂引到車間、工廠，積極引導教師將教學與生產實踐相結合，倡導職業(yè)教育在做中學，在學中做，從而讓學生能多動手，多實踐。

因此，課程的核心內容必須體現(xiàn)職業(yè)崗位的需要，應以模具相關職業(yè)崗位技能要求進行科學設計，并充分體現(xiàn)企業(yè)真實的工作情景。通過對模具企業(yè)的調研，高職畢業(yè)生從過去的以模具設計為主轉變?yōu)橹挥猩贁?shù)人在模具設計崗位上，而更多的是在模具制造及生產一線崗位、模具管理等崗位上。結合就業(yè)崗位的需要，把“模具設計與制造”課程內容項目化。下頁表1為依據(jù)的4個模具工作崗位分析得到的對應崗位主要工作任務、能力素質目標、教學項目。由于課時的限制，可以根據(jù)實際情況靈活確定具體教學項目的內容和數(shù)量。

逆向設計教學法的實施

我院“模具設計與制造”課程的教學設計研究小組以完成崗位任務應具備的綜合能力作為進行課程教學設計和界定課程教學內容的依據(jù)。課程教學設計以能力培養(yǎng)為主線，以能力訓練為軸心，將相應的實訓課程部分和理論課程部分進行重新整合；建立新的崗位能力目標考核評價體系和相應支撐課程教學設計，并以崗位能力的需要作為考核內容，在總結實際教學經(jīng)驗的基礎上重新設計了課程的教學過程。這一教學過程的特點是：首先，明確學習目標（熟悉模具結構，模具加工與設備操作）；其次，企業(yè)的專業(yè)人士和校內專任教師，在企業(yè)或實訓工廠通過情境教學和獨立操作，讓學生現(xiàn)場觀摩、操作，在課堂上利用現(xiàn)代教學手段（多媒體課件、專題錄像等）進行教學，讓學生了解模具的結構與基本裝配關系，對模具形成深刻的感知認識；第三，在機房將學生分成幾個小組，每個小組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，教師補充模具設計的相關知識并輔導每組學生設計一套模具；第五，在實訓基地，由教師進行以具體模具加工為目標的生產性實訓教學，使專業(yè)知識學習與崗位職業(yè)技能訓練一體化，學習空間與工作現(xiàn)場一體化。

課程團隊從模具設計與制造領域高職學生的認知規(guī)律出發(fā)，讓學生在具體的情境中積極主動地完成具體的學習任務。在教學方法運用上始終堅持以學生為主體，通過與課程內容緊密配合的教學活動（討論、實際操作等），豐富教學內容，調動學生學習的興趣，激發(fā)他們的學習熱情和互動交流意識。

教學資源

本課程的教學設計研究小組成員由支持專業(yè)建設和課程改革的系部領導，具有豐富理論和實踐經(jīng)驗的專業(yè)骨干教師，以及專業(yè)理論扎實、勇于探索的青年教師組成。教師團隊年齡結構、學歷結構和知識結構均合理。目前，學院已建成了能夠滿足本專業(yè)綜合實訓的真實或仿真職業(yè)環(huán)境的實訓室：模具拆裝實訓室、數(shù)控加工實訓室、機械加工實訓中心、模具鉗工實訓車間、CAD/CAM中心。我們的模具制造實驗室設備包括數(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床，還包括電火花成型加工機床、電火花線切割機床等特種加工機床。

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金陵塑膠有限公司等16個校外實訓基地，擬建南京金城塑膠有限公司、江蘇瓊花集團、南京菲時特管業(yè)有限公司等3個校外實訓基地。

“模具設計與制造”課程逆向設計改革，以崗位能力考核為目標，操作實施在真實的崗位上，激發(fā)學生職業(yè)意識，從而初步完成學生→學徒→職業(yè)人角色轉化，為進一步實現(xiàn)高技能人才的培養(yǎng)打下基礎。課程教學的改革應體現(xiàn)職業(yè)崗位的能力要求，課程教學的“逆向設計”理論緊密結合崗位職業(yè)群定位和崗位能力，讓學生通過觀察、思考去發(fā)現(xiàn)問題，繼而產生解決問題的欲望，并通過自己的動手操作，完成任務，解決問題，從而獲得成功的喜悅，樹立自信心，促進學生之間相互交流，培養(yǎng)和增進合作能力，改進和完善專業(yè)課程設置、教學形式和專業(yè)人才培養(yǎng)模式，并為課程教學總體設計的進一步改革提供理論依據(jù)。

參考文獻：

[1]唐田秋，張蓉.任務驅動在“模具制造工藝學”實驗教學中的應用[J].中國電力教育，2012（31）：105-106.[2]肖平，肖軍民，黃智.“級進模制作與設計”課程的項目化教改探索[J].機械職業(yè)教育，2013（1）：53-55.[3]黃曉燕《.模具CAD/CAM》精品課程的建設與實踐[J].成都電子機械高等專科學校學報，2007（1）：31-33.（責任編輯：謝良才）

第五篇：人機工程學在汽車設計中應用

題目:

人機工程學在汽車設計中的應用

學 生 姓 名：

學 生 學 號： 專 業(yè) 名 稱： 機械工程

所 屬 學 院： 機械工程

2015年6月

人機工程課程論文

人機工程學在汽車設計中的應用

摘要：隨著科學技術的發(fā)展，人機工程學理論在產品設計中占有越來越高的地位。而作為與人類生活息息相關的汽車，人機工程學在汽車設計之中的應用顯得尤為重要。無論是以駕駛員為中心還是以乘坐人員為中心，都應最大限度地滿足人們的需求。并且各種主、被動保護措施也使人們在突發(fā)危險時，能最大限度地減小傷害，確保人的安全?？傊?，汽車設計中的各種設計都應該將人的因素考慮其中，確保了以人為主的設計原則，使汽車更完美地服務于人們。本文主要闡述了人機工程學概念以及人機工程理論在汽車車身設計、汽車座椅設計、安全方面的設計中的應用。

關鍵字：人機工程學；汽車車身設計；汽車座椅設計；安全性設計

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

人機工程課程論文

0.緒論

人機工程學是工業(yè)工程研究的眾多重要學科領域之一。所謂的人機工程學，亦即是應用人體測量學、人體力學、勞動生理學、勞動心理學等學科的研究方法，對人體結構特征和機能特征進行研究，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時的相互關系以及范圍等人體結構特征參數(shù)；還提供人體各部分的出力范圍、以及動作時的習慣等人體機能特征參數(shù)，分析人的視覺、聽覺、觸覺以及膚覺等感覺器官的機能特性；分析人在各種勞動時的生理變化、能量消耗、疲勞機理以及人對各種勞動負荷的適應能力；探討人在工作中影響心理狀態(tài)的因素以及心理因素對工作效率的影響等。在汽車設計中的人機工程學稱為車輛人機工程學，它是以改善駕駛員的勞動條件和車內人員的舒適性為核心，以人的安全、健康、舒適為目標，力求使整個系統(tǒng)總體性能達到最優(yōu)[1]。

1.人機工程學在車身設計中的應用

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

1.1照明燈

前照燈的燈光強弱，照射距離及防炫目裝置就是根據(jù)人眼的生理特點和人機工程學原理設計而成。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，轉彎等）下自動控制前照燈的光束模式，日KOITO公司研究的智能燈光系統(tǒng)，歐洲研究的先進前照燈系統(tǒng)，本田等公司的可動式前照燈系統(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控制前照燈所發(fā)出的光束形狀，強度和發(fā)光方向[2]。此外，霧燈，示寬燈，倒車燈，牌照燈，踏步燈，檢修用燈以及轉彎指示燈等也都是根據(jù)駕駛員的不同需要而設計的。

1.2汽車的前、后視野

為保證駕駛人員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）的粗細及位置很重要。設計上，必須根據(jù)駕駛員的眼橢圓范圍確定風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抑制要求的前提下，以最細的支柱來減小視野死角。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

人機工程課程論文

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式小圓鏡后視鏡

1.3操作的穩(wěn)性定與制動性

制動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，手柄等也應適應一般人群，因為這些都對制動性能影響較大，據(jù)報道，美國有5%的女性司機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，當氣囊膨脹時脖子常受到傷害。此外，車身總質量大小及軸荷分配，整體轉動慣量，車身空氣動力學特性，車身重心高度和相關部件剛度等也都對操作穩(wěn)定性有一定影響。

2.人機工程學在座椅設計中的應用

汽車的座椅是汽車內部很重要的組成部分，汽車座椅設計主要包括座椅造型設計、結構設計、顏色設計等。在人體接觸車輛之前，首先給人的是視覺感官沖擊，好的座椅設計能在第一時間獲得人們的認同，因此，一個好的座椅設計能夠給使用者帶來良好的駕駛環(huán)境，營造舒適、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者的關注。

2.1座椅結構設計

為了保證座墊上合理的體壓分布，座墊應堅實平坦。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，從而導致腰酸背痛現(xiàn)象的產生。研究表明：過于松軟

人機工程課程論文 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，容易產生疲勞。

依據(jù)靠背上體壓分布不均勻原則，在座椅靠背設計時應保證有靠背兩點支撐，即就是人體背部和腰部的合理支撐。汽車座椅設計時應提供形狀和位置適宜的兩點支撐，第一支撐點位于人體第5—6胸椎之間的高度上，作為肩靠；第二支撐設置在腰曲部位，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傳遞率，使座椅有較高的振動舒適性，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，調整座椅表面的濕溫度特性，可以適當調節(jié)人體代謝，達到減輕疲勞的目的。

圖2.1 汽車座椅的結構

2.2座椅舒適性設計

根據(jù)人機工程學原理,為保證良好的舒適度，針對靜態(tài)舒適度，設計中應遵循以下原則：① 座椅尺寸應與人體測量尺寸相適宜；②座椅應可調節(jié)，能使乘坐者變換姿勢，并能最大范圍滿足各類人體的乘坐要求；③座椅應能使乘坐者保持舒適坐姿，靠背結構和尺寸應給腰部 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 文獻都提及腰部支撐的重要作用。腰托的形狀和位置，對于是否能使人保持良好坐姿，減少 人體疲勞具有重要作用。從人機工程學的角度來講，腰部是體現(xiàn)座椅功能的關鍵部位。因此，座椅的腰托是影響舒適性的關鍵因素。腰托的安裝位置在座椅靠背結構設計中十分重要。乘員正常入座時，人體身軀與大腿的連接點—胯點(hip point)簡稱H點，H點的位置是決定 駕駛員操作方便、乘坐舒適性相關的車內尺寸的基準。此外，座椅的調節(jié)特性對座椅的舒適度影響很大，已成為座椅舒適度設計中重點考

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慮的因素。壓力分布是導致不舒適的最主要的 生物力學因素，通過界面壓力對座椅舒適度進行評價是一種重要客觀、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，預測座椅的不舒適性。國內外研究中,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)絡模型。

目前，國內在座椅舒適度的研究上還存在一些缺陷：①沒有針對中國人體特征尺寸的座椅舒 適性研究；②對于座椅靜態(tài)舒適性評價還沒有形成一套客觀系統(tǒng)的體系；③在應用神經(jīng) 網(wǎng)絡建模方法評價舒適性中，對輸入量的界定還不夠清晰明確，有待進一步研究[4]。

2.3座椅空間位置設計

座椅空間位置設計就是為了達到操作舒適性的目標，而進行駕駛室座椅空間位置設計以確保駕駛員有良好的視野，同時對汽車轉向盤、腳踏板等操作部件有恰當?shù)牟僮饕缶嚯x，以達到操作舒適性的最終目的。圖2列出了駕駛作業(yè)空間設計的主要指標。

圖2.2 駕駛作業(yè)空間設計的主要指標

3.人機工程學在安全設計中的應用

隨著生活水平的提高，人們對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（電子助力轉向）等的發(fā)明標志著車輛的安全性能得到提高，并且在人機工程學方面也起到了一定的作用[5]。預緊式安全帶確保了車輛在發(fā)生交通事故時使人們的身體一直與座椅保持接觸狀態(tài)，防止了因身體的過度前傾而使身體受傷害，因為在大部分的事故中，因人的身體過分前傾而造成的傷害太多了。我們都知道在戰(zhàn)斗機中，飛行員頭盔前面的玻璃既起到保護作用，也同時起到

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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)便和這個大同小異。通過投影技術將相關信息顯示在風擋玻璃上，在保證不影響駕駛員視野的同時提供了豐富的信息，使駕駛員不用低頭，只需變化一下焦點就能做到“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，同時也確保了人機信息的快速交換，相應的操作效率也得到大幅度的提升。在光線進入人眼的管線瞬間出現(xiàn)變化時，人眼會出現(xiàn)瞬間無法看清面前的物體，往往需要一段時間才能看清物體，這被稱為適應。在夜間駕車的過程中，當兩車相對行駛的過程中，由于雙方的車燈亮度不同，較亮的一方的車燈就會使對方瞬間失明，甚至出現(xiàn)嚴重事故?，F(xiàn)在人們開始對車燈進行了改良，采用了冷光車燈，并且加入了轉向隨動系統(tǒng)，當車輛轉彎時，燈光的照射方向也隨之發(fā)生改變，這種設計使夜間行車變得安全，危險系數(shù)也變低了[8]。雖然在夜間有了車燈，但人眼的視覺范圍是有限的，距離較遠是仍無法看清遠處的物體。而車載夜視系統(tǒng)的出現(xiàn)無疑解決了這一問題，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。在未來的汽車安全方面的設計中，智能安全氣囊，倒車影像，ESC電子穩(wěn)定控制，胎壓低壓報警和側氣簾會漸漸成為主流配置。此外，車內緊急呼叫、智能巡航等也會被采用，利用雷達和傳感器在保證車距的同時預測危險并在駕駛員做出反應之前剎車，避免事故發(fā)生[10]。

4.結論

隨著汽車在日常生活中的廣泛應用，人機工程學設計就顯得更加重要，而在今后的汽車設計中，越來越多的人機工程學設計將被采納。體現(xiàn)了更多的人性化的設計元素。舒適、安全正被更多的人所重視，符合安全人機工程學的產品必然會獲得成功。而那些符合人機工程學的設計產品，能給人們創(chuàng)造一種舒適的環(huán)境，讓人們的駕駛過程變得更加愉快，將會成為未來發(fā)展趨勢。

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參考文獻

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