汽車桿類等零部件發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

■江蘇省宿遷市方圓機(jī)械有限公司總工程師 邱紹虎

汽車桿類等零部件發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

■江蘇省宿遷市方圓機(jī)械有限公司總工程師 邱紹虎

汽車桿類零部件主要有扭桿彈簧、橫向穩(wěn)定桿等，其工作環(huán)境惡劣，長期受交變載荷作用，疲勞、腐蝕、裂紋和表面損傷等是產(chǎn)品主要的失效形式。汽車橫向穩(wěn)定桿是汽車獨(dú)立懸架上的一個(gè)重要安全件，其性能影響到汽車的舒適性、安全性和操縱穩(wěn)定性等重要的性能指標(biāo)。

國內(nèi)外汽車零部件發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，我國汽車制造業(yè)發(fā)展迅速，汽車產(chǎn)量和保有量連續(xù)10余年呈快速增長趨勢。工信部發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2014年全國汽車行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)累計(jì)完成工業(yè)總產(chǎn)值達(dá)6萬億元。目前汽車工業(yè)產(chǎn)值約占全國工業(yè)總產(chǎn)值8%、銷售額占裝備制造業(yè)的32%以上。另據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)公布的數(shù)據(jù)：2014年，汽車產(chǎn)銷量分別為2 372.29萬輛和2 349.19萬輛，同比分別增長7.3%和6.9%，再創(chuàng)全球汽車產(chǎn)銷量新記錄。汽車工業(yè)已經(jīng)成為我國的重要支柱產(chǎn)業(yè)。

零部件制造業(yè)是汽車工業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，也是汽車工業(yè)持續(xù)穩(wěn)健成長的重要保證。隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，汽車零部件制造業(yè)也進(jìn)入快速增長通道。2011年，我國汽車零部件銷售產(chǎn)值突破2萬億元，未來幾年仍將保持20%以上的增幅。預(yù)計(jì)2015年中國汽配行業(yè)規(guī)模產(chǎn)值可達(dá)到2.5萬億元。

我國汽車市場良好的發(fā)展前景，加之豐富的勞動(dòng)力資源以及相對低廉的制造成本，吸引了全球汽車制造企業(yè)和零部件廠商。20世紀(jì)90年代以來，隨著我國加入世界貿(mào)易組織（WTO），國際主流汽車廠商紛紛進(jìn)

入中國。隨之而來的是原海外零部件供應(yīng)商開始在中國建立合資或獨(dú)資企業(yè)。在我國放開汽車零部件企業(yè)股比限制之后，跨國汽車零部件企業(yè)在中國設(shè)立獨(dú)資企業(yè)更是成為一種潮流。

跨國公司在中國投資建立生產(chǎn)基地的目的不僅是為了滿足中國國內(nèi)的市場需求，同時(shí)也將我國作為全球性生產(chǎn)基地，向全球的整車生產(chǎn)廠或零部件廠供貨。據(jù)統(tǒng)計(jì)，跨國汽車零部件集團(tuán)、世界主流的汽車零部件企業(yè)及外資零部件制造商均已進(jìn)入中國汽車零部件市場，建立合資或獨(dú)資企業(yè)。目前，在華合資或獨(dú)資汽車其零部件企業(yè)總數(shù)已超過1 000家，包括世界頂尖的德國博世、ZF公司，美國德爾福、TRW、德納公司，日本電裝、愛信精機(jī)、富士通、阿爾派電子和法國法雷奧等。這些跨國公司具有規(guī)模大、技術(shù)與資金實(shí)力雄厚、經(jīng)營管理經(jīng)驗(yàn)豐富等優(yōu)勢。以德國博世集團(tuán)（Robert Bosch GmbH）為例，該集團(tuán)是全球最大的汽車零部件供應(yīng)商之一，2013年銷售額達(dá)到525億歐元，其中在華合資銷售額達(dá)464億元人民幣。目前該集團(tuán)所有業(yè)務(wù)部門均已落戶中國，在國內(nèi)建有51家公司、員工達(dá)到30 200人，預(yù)計(jì)2015年在亞太地區(qū)的銷售額將達(dá)到220億歐元。此外，全球范圍內(nèi)整車與零部件之間相互剝離、獨(dú)立發(fā)展的趨勢也日趨明顯。以德爾福公司為例，該公司原為通用汽車公司的零部件子公司，后與通用汽車公司分離，成為一家完全獨(dú)立的公司。該公司通過推進(jìn)市場多元化策略，客戶已包括福特、豐田、大眾、日產(chǎn)和雷諾等汽車廠家，通用汽車公司之外的業(yè)務(wù)收入在營業(yè)額中所占比重不斷上升。

改革開放以來，國內(nèi)已經(jīng)形成一批有一定科技含量、較大規(guī)模的自主汽車零部件制造企業(yè)。但是，因?yàn)槠鸩酵恚谌瞬?、技術(shù)和市場發(fā)展等方面缺乏足夠積累，與國際汽車零部件巨頭相比，在規(guī)模、產(chǎn)品檔次和綜合競爭力等方面還有巨大差距。商務(wù)部數(shù)據(jù)顯示，外資控制了汽車零部件絕大部分的市場份額，國產(chǎn)零部件銷售收入僅占全行業(yè)的20%～25%，擁有外資背景的汽車零部件廠商占整個(gè)行業(yè)的75%以上。在這些外資供應(yīng)商中，獨(dú)資企業(yè)占55%、中外合資企業(yè)占45%。本土企業(yè)生產(chǎn)的零部件主要應(yīng)用于自主品牌汽車，市場占有率低。在汽車電子和發(fā)動(dòng)機(jī)零部件等高科技含量領(lǐng)域，外資市場份額高達(dá)90%，其中，汽車的電噴系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、ABS與安全氣囊及自動(dòng)變速器等核心零部件的產(chǎn)量中，外資企業(yè)所占比例分別是100%、100%、91%和69%。目前，包括動(dòng)力總成、變速箱、ABS、燃油噴射系統(tǒng)和汽車電子等在內(nèi)的汽車核心零部件市場及其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，均被國際汽車零部件巨頭牢牢掌控。另外，由于國內(nèi)零部件企業(yè)沒有跟上自主品牌升級(jí)的腳步，在新一輪競爭中合資零部件公司正在逐步吞沒原先屬于自主零部件的勢力范圍。

在2014年全球汽車零部件百強(qiáng)榜單中，日本有29家、美國有23家、德國有19家、韓國有5家，而我國僅有2家企業(yè)入圍，且排名為第83和98位。該數(shù)據(jù)從一個(gè)側(cè)面反映了我國汽車零部件產(chǎn)業(yè)羸弱的現(xiàn)狀。由于沒有掌握零部件核心設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，自主品牌的汽車零部件企業(yè)市場銷量低，低端車型多、高端車型少，利潤更低，被邊緣化現(xiàn)象明顯。上述數(shù)據(jù)顯示出我國汽車零部件制造業(yè)與國際品牌的巨大差距。總之，國內(nèi)汽車零部件企業(yè)的發(fā)展面臨著強(qiáng)大的競爭對手，處于十分被動(dòng)的地位。

因此，在國內(nèi)汽車零部件產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大、企業(yè)數(shù)量激增、產(chǎn)值及銷售額高速增長的背后，我們不得不正視國內(nèi)汽車零部件廠家缺乏自主核心技術(shù)、缺乏品牌和行業(yè)整體競爭力薄弱的事實(shí)，也不得不深入思考我國汽車產(chǎn)業(yè)的未來之路。可以預(yù)見的是，雖然國內(nèi)汽車零部件市場還有很大的成長空間，但是隨著汽車行業(yè)零部件全球化采購策略以及跨國汽車企業(yè)本土化策略的實(shí)施，未來的汽車零部件市場競爭將更加激烈。

國內(nèi)汽車零部件存在問題

總體上，國內(nèi)汽車零部件企業(yè)普遍存在以下問題：核心技術(shù)缺失、自主開發(fā)能力薄弱、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理、資源消耗嚴(yán)重、產(chǎn)品利潤率低及標(biāo)準(zhǔn)化/系列化/通用化程度低等。這種技術(shù)受制于人、管理方法落后的局面，所帶來的傷害不僅僅是國內(nèi)零部件產(chǎn)業(yè)本身，還關(guān)系到我國汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展能力。因此，我國汽車產(chǎn)業(yè)要真正做大、做強(qiáng)，就要盡快補(bǔ)齊零部件方面的短板。

在國務(wù)院發(fā)布的《汽車產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃（2009—2011年）》中，明確提出“重型貨車、大型客車的安全性和舒適性接近國際水平”、“發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、懸掛系統(tǒng)、汽車總線控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵零部件技術(shù)實(shí)

現(xiàn)自主化”等規(guī)劃目標(biāo)，并提出“發(fā)展提升整車性能的關(guān)鍵零部件，重點(diǎn)支持研發(fā)車身穩(wěn)定、懸架控制、驅(qū)動(dòng)防滑控制等產(chǎn)品”的振興任務(wù)。

懸架控制中的扭桿彈簧和橫向穩(wěn)定桿是其關(guān)鍵部分：扭桿彈簧是一類利用桿的扭轉(zhuǎn)彈性變形而起到彈性作用的零件?？傮w上，可分為實(shí)芯扭桿和空芯扭桿兩類，其截面又有圓、方、矩形、橢圓形及多邊形等。與螺旋彈簧及板簧相比，扭桿彈簧具有以下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、工作時(shí)無摩擦、性能穩(wěn)定、不會(huì)產(chǎn)生顫振、單位體積儲(chǔ)能大、體積較小和有輕量化特征等。扭桿彈簧不僅可以支撐車體、傳遞地面?zhèn)鬟f給車體的力，還可以緩和車輛在行駛時(shí)由車輪傳給車體的沖擊力，保證車輛在不平路面高速行駛時(shí)的平穩(wěn)性，起到提高乘員舒適性的作用。此外，利用扭桿彈簧的弓形或框形等結(jié)構(gòu)，還能夠有效減少車身的傾斜或橫向擺動(dòng)，提高懸架車輛的制動(dòng)性能。此外，扭桿彈簧性能還與汽車的安全性息息相關(guān)：汽車是復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，其行駛穩(wěn)定性和操縱穩(wěn)定性直接關(guān)系到汽車的行駛安全。汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)和懸掛系統(tǒng)相互聯(lián)系又相互影響，一旦相互發(fā)生干涉，不僅會(huì)影響到汽車的安全行駛，甚至還會(huì)導(dǎo)致車毀人亡的事故。目前，扭桿彈簧已經(jīng)廣泛應(yīng)用于貨車、轎車、火車、坦克以及裝甲車等交通運(yùn)輸工具中。隨著人們對貨車、客車和轎車舒適性與平順性要求的提高，整車制造企業(yè)和用戶對扭桿彈簧的設(shè)計(jì)水平、制造工藝以及綜合性能也提出了新的要求。

橫向穩(wěn)定桿（stabilizer bar）也稱防傾桿，它是汽車懸掛系統(tǒng)中的一種輔助彈性元件。橫向穩(wěn)定桿的主要功用是提高汽車懸掛系統(tǒng)側(cè)傾角度的剛度、減少車身傾角，以增強(qiáng)汽車在惡劣路況或轉(zhuǎn)彎等條件下平穩(wěn)行駛的能力。目前，無論是進(jìn)口轎車還是國產(chǎn)轎車前后懸架均已配裝穩(wěn)定，SUV等越野車基本上都配裝前穩(wěn)定桿或前、后兩種穩(wěn)定桿，而輕卡、重卡也開始配置穩(wěn)定桿。工程實(shí)踐表明，配裝穩(wěn)定桿可以有效提高車輛的舒適性和行駛穩(wěn)定性，降低翻車概率，提升車輛檔次。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在路況差、急轉(zhuǎn)彎時(shí)裝有穩(wěn)定桿的車輛翻車概率可以降低60%～80%。因此，橫向穩(wěn)定桿已成為提升汽車性能和保障車輛、乘員安全的關(guān)鍵零部件之一。近年來，橫向穩(wěn)定桿先進(jìn)設(shè)計(jì)方法、制造工藝創(chuàng)新以及性能優(yōu)化研究受到關(guān)注。

高性能產(chǎn)品首先是設(shè)計(jì)出來的，為此需要應(yīng)用先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念、方法和設(shè)計(jì)工具。近年來，扭桿彈簧和橫向穩(wěn)定桿先進(jìn)設(shè)計(jì)方法及動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化研究受到企業(yè)和學(xué)術(shù)界高度關(guān)注。目前，數(shù)字化設(shè)計(jì)與分析技術(shù)已用于扭桿彈簧和橫向穩(wěn)定桿的設(shè)計(jì)及性能分析中。數(shù)值實(shí)驗(yàn)分析表明：與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比，采用新算法設(shè)計(jì)出的汽車扭桿彈簧和橫向穩(wěn)定桿的變形勢能得到提升，有效地提高了扭桿彈簧和橫向穩(wěn)定桿的避振效果。通過研究工作表明：采用先進(jìn)的數(shù)字化設(shè)計(jì)與分析技術(shù)，可以有效提高扭桿彈簧與橫向穩(wěn)定桿的設(shè)計(jì)效率、設(shè)計(jì)水平和綜合性能。

優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品是設(shè)計(jì)出來的，更需要先進(jìn)的制造工藝及制造裝備加以保證。制造工藝的合理與否不僅關(guān)系到產(chǎn)品的制造質(zhì)量、生產(chǎn)成本，還與扭桿、懸掛系統(tǒng)以及整車可靠性息息相關(guān)。實(shí)際上，制造工藝一直是國產(chǎn)汽車零部件開發(fā)的薄弱環(huán)節(jié)。近年來，扭桿、懸架系統(tǒng)零部件的制造工藝、可靠性評估問題受到關(guān)注。

有的學(xué)者研究輕卡汽車扭桿彈簧的熱處理工藝、疲勞性能強(qiáng)化方法，結(jié)果表明：通過改進(jìn)扭桿結(jié)構(gòu)、控制表面脫碳層厚度、降低回火后硬度和殘余應(yīng)力，能夠明顯改善扭桿彈簧的疲勞性能。還有的學(xué)者在傳統(tǒng)零件強(qiáng)度校核方法的基礎(chǔ)上，研究扭桿彈簧和橫向穩(wěn)定桿可靠性分析方法，考慮扭桿彈簧和橫向穩(wěn)定桿所受載荷、設(shè)計(jì)制造尺寸及其強(qiáng)度的不確定性和隨機(jī)性，將各參數(shù)視為滿足正態(tài)分布的隨機(jī)變量，計(jì)算扭桿彈簧和橫向穩(wěn)定桿疲勞強(qiáng)度及其最大切應(yīng)力下的可靠度。

方圓公司采取的措施

江蘇省宿遷市方圓機(jī)械有限公司原名宿遷商業(yè)機(jī)械廠，成立于1969年，是中華人民共和國原商業(yè)部定點(diǎn)生產(chǎn)各類車用零部件系列產(chǎn)品的專業(yè)企業(yè)，1998年改制更名為江蘇省宿遷市方圓機(jī)械有限公司。公司主要產(chǎn)品為汽車配件左右扭桿、扭桿力臂和橫向穩(wěn)定桿等，現(xiàn)主要為東風(fēng)汽車公司、一汽集團(tuán)、浙江青年汽車集團(tuán)、江淮汽車和廣汽日野等多家汽車提供長期配套服務(wù)，年生產(chǎn)能力在500萬件左右，國內(nèi)市場占有率達(dá)10%，個(gè)別型號(hào)產(chǎn)品達(dá)50%以上。

近年來，方圓公司高度重視扭桿彈簧、穩(wěn)定桿等產(chǎn)品制造工藝的改進(jìn)與創(chuàng)新工作，開展多項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)和革新，產(chǎn)品制造工藝有了一定改善，性能也得到穩(wěn)步提升，并在知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)方面取得較好成績。例如：筆者和陳愛武等提出新型汽車扭桿彈簧滾動(dòng)校直淬火方案（見附圖），以取代吊掛式豎直進(jìn)入淬火液、橫向水平進(jìn)入淬火液和高頻感應(yīng)淬火三種方式。生產(chǎn)實(shí)踐表明，采用新的制造工藝，扭桿彈簧滾動(dòng)校直淬火在直線度、硬度、240h保載試驗(yàn)后松弛變形量和耐疲勞性能等各方面的性能參數(shù)都優(yōu)于常規(guī)淬火。筆者等還研究汽車扭桿彈簧制造工藝的改善，對汽車扭桿彈簧采用450～480℃回火，并利用工業(yè)機(jī)器人將扭桿彈簧裝進(jìn)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行熱預(yù)扭，將扭轉(zhuǎn)時(shí)扭桿彈簧表面溫度控制在250～270℃。與常溫預(yù)扭相比，熱預(yù)扭可減少預(yù)扭次數(shù)，只需一次熱預(yù)扭和一次常溫預(yù)扭，就有效提高了扭桿彈簧的耐疲勞性能、減少了松弛變形量。

方圓公司已開展的工藝創(chuàng)新研究及技術(shù)攻關(guān)，對提高扭桿彈簧工藝水平及產(chǎn)品性能起到了積極的促進(jìn)作用，但是目前的研究工作還不夠系統(tǒng)，數(shù)字化設(shè)計(jì)方法與動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化技術(shù)的集成應(yīng)用還是薄弱環(huán)節(jié)，在核心制造工藝的創(chuàng)新與集成、知識(shí)產(chǎn)權(quán)申請與保護(hù)和新工裝的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用等方面尚缺乏突破性、標(biāo)志性成果。

汽車產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)重要的支柱產(chǎn)業(yè)，它具有產(chǎn)業(yè)鏈長、關(guān)聯(lián)度高、就業(yè)面廣和消費(fèi)拉動(dòng)大等特點(diǎn)，在國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，對促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要價(jià)值。根據(jù)發(fā)達(dá)國家汽車工業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，我國汽車產(chǎn)業(yè)還將有十多年的高速發(fā)展期，汽車飽和點(diǎn)估計(jì)數(shù)據(jù)約為年產(chǎn)量3 500萬輛。隨著我國汽車產(chǎn)量的增長，汽車零部件市場規(guī)模也將不斷擴(kuò)大，此外龐大的售后市場也給國內(nèi)汽車零部件企業(yè)帶來很大的發(fā)展空間。高性能、高可靠性且具有明顯成本優(yōu)勢的扭桿彈簧和橫向穩(wěn)定桿產(chǎn)品，無疑具有良好的市場前景。

汽車扭桿彈簧滾動(dòng)校直淬火圖

汽車是技術(shù)密集、知識(shí)密集、資金密集和人才密集的行業(yè)，企業(yè)之間、產(chǎn)品之間的競爭異常激烈。只有研發(fā)出高技術(shù)含量、高附加值的產(chǎn)品，才能增強(qiáng)市場競爭力。方圓公司將集成應(yīng)用數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)、優(yōu)化設(shè)計(jì)理論、疲勞壽命試驗(yàn)以及可靠性增長技術(shù)，有效提高扭桿彈簧和橫向穩(wěn)定桿的疲勞壽命、產(chǎn)品技術(shù)含量及附加值，實(shí)現(xiàn)公司扭桿和橫向穩(wěn)定桿研發(fā)技術(shù)及能力的突破，擴(kuò)大自主品牌產(chǎn)品的市場份額，并培養(yǎng)一支技術(shù)精良的專業(yè)研發(fā)隊(duì)伍。將企業(yè)做大、做強(qiáng)、做優(yōu)是公司著力追求的目標(biāo)。

收稿日期：（20150801）