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        汽車懸架彈簧的生產與技術發展趨勢
         
        發布時間:2010.12.28 新聞來源:www.aetosz.com 瀏覽次數:
         
        前     言
        汽車懸架彈簧是轎車底盤減震系統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,除了少數頂級豪華車使用主動懸架之外,大部分轎車的減震系統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、環保、安全已成為汽車設計的首要考慮因素,推動了汽車制造技術的進步,受此影響,懸架彈簧的設計應力提高了約20%,重量減少約25%,本文的重點是對國內懸架彈簧的發展趨勢進行探討。
        一、市場與生產商
        1.2005年國內市場需求
        2005年國內乘用車的生產與銷售處于快速增長狀態,2005年1~10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量為315.2萬輛,其中轎車生產221萬輛,MPV車生產13.1萬輛,SUV車生產15.6萬輛,微客生產65.5萬輛。預計全年轎車和MPV等車的產量將超過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化的因素,國產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。
        2.2006年國內市場預測
        按照2005年汽車市場的走勢,2006年的增幅大約為12%,保守的預測增幅不會低于9%。照此推算,2006年國內市場對懸架彈簧的需求將在1385~1400萬件之間。
        3.長期預測
        2005年中國汽車總產量突破500萬輛已成定局,并有可能進入世界第三汽車生產國之列,但與此同時制約因素也在增長,最突出的當數能源、環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。外界普遍預測到2010年中國轎車產量會達到700~750萬輛,即使考慮宏觀調控政策的影響2010年的轎車產量不會低于600萬輛,如以此為預測基數,2010年國內市場懸架彈簧的總需求量將不會低于2500萬件。
        4.國內懸架彈簧的主要供應商和競爭趨勢
           伴隨著中國汽車工業的發展,懸架彈簧已經成為彈簧行業中最大的產品門類,從事這類產品生產的主要企業有: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、 山東聯美汽車彈簧公司、天發汽車彈簧公司、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,天發背后是日本的中央發條,而日正公司是日本NHK和子公司友聯公司兩家100%控股的公司。
        汽車工業對懸架彈簧的強力拉動,也吸引了其它公司的注意力,國內的錢江彈簧廠(民營企業)、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域,其中錢江彈簧廠已進入建設階段。
        目前,懸架彈簧生產企業之間的競爭主要表現在價格競爭。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50—60%,基本接近成本底線,甚至于虧損狀態。因此價格競爭的余地已經不大,今后競爭形式將逐漸轉向新產品開發能力和質量水平之間的競爭。從懸架彈簧本身的產品特點看,一家工廠的生產規模在400—700萬件之間較為適宜,過低不利于成本的降低和開發費用的投入分攤,過大物流供應鏈太長、運輸成本會大幅度上升。當前大部分企業生產量并沒有到達經濟規模!笆晃濉逼陂g隨著競爭的繼續,部分企業有可能被淘汰出局。
        5.出口市場的走勢
            汽車行業全球采購已成為降低成本的有效措施,經過多年的策劃和組織,全球采購的前提質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,與當地產品相比要低30%左右,物流和服務費用大約要占20%,因此,折算下來單件產品銷售所得只相當于當地產品的50%左右,生產企業是否能承受是必須慎重考慮的問題。
             出口產品質量與服務,必須完全按照用戶的要求和國際慣例,質量出問題和交貨延誤都會使企業蒙受巨大的損失。
            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,并且出口產品資金周轉期長達8—9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
           懸架彈簧的成本構成中, 原材料占到50%以上,按照懸架彈簧生產工藝的不同,可分為棒材和盤元材料兩類,前者用于熱卷生產方式,后者由金屬制品廠加工成油淬火或ITW狀態材料供應給懸架彈簧制造商。
            國產熱軋棒材供應商有上鋼五廠、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開始國產化。
        寶鋼是彈簧鋼盤條主要的供應商,盤條還需要進一步加工成油淬火或ITW鋼絲,從事這項加工業務的有上海中煉公司(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60Si2MnA。
        制造高應力懸架彈簧的材料有一部分還需要進口,供應商有日本熱煉公司、杉田公司和韓國三和鋼棒。國產材料的品質目前還有些欠缺,主要表現為表面缺陷和成分偏析。寶鋼正在規劃改造,引進大方坯項目2008年投產之后會有所改觀。
        3. 懸架彈簧新材料研發
             日本處于領先地位, 90年代已經研究出用于應力達到1200Mpa、甚至1300Mpa的新材料。目前已經投入市場的有UHS1900及UHS2000兩個牌號,國內鋼廠對此幾乎沒有什么動作。新材料與傳統材料相比,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七、八年了,但在實際使用上并不普遍主要原因有:
        新材料不向非相關企業出售;
        添加了很多貴重的金屬元素,材料的成本高于傳統材料;
        針對高應力懸架彈簧腐蝕疲勞失效的矛盾已經研發出新型的保護涂層,新型涂層可以有效地保護彈簧表面,從而阻斷產生腐蝕疲勞的途徑。
         
        三、懸架彈簧的設計
        1.最近20年懸架彈簧重量差不多降低25%,主要歸功于高應力輕量化設計,新車型懸架彈簧的應力≥1100Mpa非常常見。彈簧在如此高應力下服役,已經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)。雖然高應力輕量化是當前的設計趨勢,但設計思想上還是有所差異。一般而言,歐洲車型對高應力、輕量化設計用得較多,日韓車型設計應力相對較低,體現了高性價比和務實的設計思想。
        2.90年代之后將懸架彈簧設計成有偏心力的”S”型彈簧的實例越來越多,如POLO、PQ35、蒙迪歐、?怂苟疾捎昧诉@種設計!盨”型懸架彈簧的優點是它的合力矢量方向與減震器運動方向相一致,從而減少了側向分力對減震器的不良影響。然而“S”形彈簧制造工藝復雜,彈簧某一簧圈承受的應力會高于其它簧圈,導致該處容易產生疲勞失效     。日韓車型很少采用“S”形彈簧的設計。
        3.對于后懸架彈簧,設計師為了追求后座及行李箱有更大的空間,把彈簧設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,從而節省出空間,VW和Audi非常偏愛此類設計,如Passat B5、Audi A6都使用這類設計,經濟型車如Sail為擴大空間也使用了這類設計。
        4.近些年來,汽車業普遍開始實施平臺戰略,同一平臺的底盤可以多功能配置。實施平臺戰略之后,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商按照它的市場戰略,做出快速反應。能否快速研發出與新車型相匹配的懸架彈簧已經成為競爭力的重要一環。
        5.中國汽車自主品牌與懸架彈簧的同步開發,由于眾所周知的原因,我國轎車市場的產品開發和認可權基本都掌握在國外企業手中,國內懸架彈簧生產企業很少有機會參與整車的同步開發,大部分是來圖加工,充其量只是進行了一些工藝開發。按照來圖制成樣品之后需要送到國外認可,產品認可周期長,在技術上很不平等,他們認為不合格的項目國內供應商不能辯解,有時甚至連不合格原因都不告知供應商。今后隨著時間的流逝,國內民族品牌已經開始起步,情況也許會有所好轉。
         
        四、懸架彈簧的制造技術
        1.卷簧成型技術
        卷簧成型、噴丸強化和涂裝是懸架彈簧生產的三大核心工藝技術,其中成型有熱、冷兩種方式,各有優缺點。熱卷成型的優勢是材料成本低但能耗高占地大,產品有脫碳風險,最新的熱卷使用中頻加熱技術無論是能耗、產品質量均有明顯改善,屬于重大的技術進步。冷卷工藝起步較晚但發展速度快,冷卷設備目前可以做到Φ17.00mm(C=4,σb=2000MPa的條件下)。對于產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。
        2.噴丸強化技術
        噴丸是懸架彈簧最有效的強化手段,高應力彈簧經過適當的噴丸之后疲勞壽命可以提高5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)普遍應用,熱噴丸(彈簧加熱到200度以上)和應力噴丸在本世紀初進入實際生產應用階段。彈簧表面壓應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力至少在-600Mpa以上,距表面50um處達到-800Mpa,應力噴丸彈簧的表面壓應力可達-800Mpa,距表面50um處可達-1200Mpa。
        3.彈簧熱壓技術
           國內應用不普及,普遍使用冷壓(6次以上)取代,與冷壓相比,經過熱壓的彈簧對疲勞壽命和松弛性能的提高效果更顯著。目前妨礙熱壓技術應用的主要原因除設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拍匹配!癝”型彈簧對熱壓的工裝和定位要求更高一些,生產高應力懸架彈簧熱壓是必不可少的環節,也是今后國內生產企業需要加強的工藝技術項目。
        4.涂裝技術
             懸架彈簧涂裝技術是近幾年發展最快的工藝技術,以鹽霧試驗項目為例,20年前大部分產品只要求通過240-480小時試驗,而目前普遍的要求是720—1000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力條件下服役的懸架彈簧,一旦表面受到腐蝕很快即產生腐蝕疲勞失效,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的涂裝工藝導致89萬輛汽車的召回。近20年彈簧表面涂裝歷經了陰極電泳、靜電噴涂和復合涂層三個發展階段,目前的主流是靜電噴涂,復合涂層是最近幾年發展的新工藝,彈簧在加熱狀態下先涂一層鋅粉、然后再在表面覆蓋環氧粉末,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
        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)是懸架彈簧生產必需具備的檢測手段,“S”型彈簧合力矢量的檢測設備和X線應力儀分別是檢測彈簧負荷方向和噴丸效果的有力工具,也是產品研發和過程控制經常用到的檢測手段。彈簧負荷在線檢測和標識自動打印國外已經普遍使用,而我國這些項目應用有很大差距。
        6.懸架彈簧生產過程的物流:
        生產過程中的物流是我國懸架彈簧生產企業普遍存在的薄弱環節,一物流聯線自動化生產國外20年前已經解決了的問題,在我國至今沒有解決。產生這些現象的深層次原因主要是認知上的誤區,長期處于小生產影響下的中國企業,在規劃過程中往往把重點放在生產設備引進上,忽視設備之間的聯線、接口、節拍控制等諸多問題。采購設備時更多地考慮價格因素,引進多國設備,導致接口以及控制方式互不兼容,生產效率不相適應,致使聯線無法進行。場地布置問題,也是造成日后聯線的困難的重要因素。懸架彈簧聯線生產是提高生產效率、產品質量和提升企業競爭力的重要手段,是懸架彈簧發展的方向之一。
         
        結 束語
        本文從懸架彈簧市場、原材料、設計和制造多方位剖視了當前懸架彈簧的市場前景與技術發展方向,同時也指出了目前企業所存在的問題。目的是使相關企業和對此感興趣的讀者能對該產品及行業的發展動態有所了解,如果能從中得到一些有益的信息將是作者最大的欣慰。
         
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