材料加工技術(shù)創(chuàng)新與汽車輕量化探究

袁金磊

摘 要：隨著技術(shù)的發(fā)展，輕量化已成為汽車制造領(lǐng)域的研究重點，也是提升汽車性能、降低制造成本、減少環(huán)境污染的主要途徑之一。主要從創(chuàng)新成形加工工藝以及新材料的應(yīng)用兩個方面探究了材料加工技術(shù)的創(chuàng)新和汽車輕量化過程。

關(guān)鍵詞：材料加工技術(shù)；汽車；高強度鋼板；汽車零件

中圖分類號：U465 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.025

汽車行業(yè)的快速發(fā)展及其廣泛應(yīng)用一方面促進了各行各業(yè)的發(fā)展，給人們的生活帶來了極大的便利；另一方面，增加了石油、金屬等礦產(chǎn)能源的消耗，也造成了空氣污染等環(huán)境問題。因此，汽車輕量化研究不僅可以增強汽車制造企業(yè)的市場競爭力，還可以促進礦產(chǎn)能源、生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

1 創(chuàng)新材料加工工藝應(yīng)用分析

1.1 裁剪、拼接工藝

以往，在汽車零件制造方面主要使用矩形、圓形等截面進行板、棒等材料的加工。由于材料單一，所以，具有操作簡便的特點，但材料損耗較大，且性能不夠理想。裁剪、拼接工藝是在傳統(tǒng)零件制造工藝的基礎(chǔ)上加以改進的材料加工工藝，通過焊接、熱處理、輥軋等方法將材質(zhì)、截面、性能等不同的材料裁剪后拼接起來。這樣不僅可以將材料的利用度最大化，還可以提升零件的性能。

1.2 液壓成形工藝

液壓成形工藝又稱液力成形工藝，該項工藝是利用模具、液體對金屬等材料塑形的加工技術(shù)。液壓成形分為2類：①金屬板料液壓成形。其中，一半模具使用高壓液體使金屬板料塑形，最終取得工藝零件；針對傳統(tǒng)工藝中底部強度不足拉深件，可通過反向液壓預(yù)成形的方式來解決。②內(nèi)高壓成形。將高壓液體充滿金屬管，再通過模具加壓的力量將其塑形。

液壓成形工藝具有多種優(yōu)點：①該工藝應(yīng)力狀態(tài)極佳，可以配合沖孔、壓印、彎曲等多道工序，且承受變形的能力較強；②應(yīng)用液壓成形工藝可簡化模型結(jié)構(gòu)，使生產(chǎn)周期大大縮短，有效提升了工件制造的效率和經(jīng)濟效益；③利用液壓成形能制造出多種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工件，可減少汽車配備的零件數(shù)量，從而減輕車身質(zhì)量，使汽車更加舒適、安全。

2 新材料在汽車制造中的應(yīng)用

2.1 輕金屬材料

輕金屬材料有以下3種：①鈦。鈦為銀白色的稀有過渡金屬，含量相對豐富，具有強度高、質(zhì)量輕、耐腐性強的特點。使用鈦作為汽車制造材料不僅可減輕車輛自重，還可以減振、減污、節(jié)能、降噪，使汽車的舒適度、安全性等提升，并延長使用壽命。目前，鈦主要用在汽車發(fā)動機及其相關(guān)的零件中，比如車輪、離合器、轉(zhuǎn)向齒輪、搖臂、氣門座、氣門、連桿、緊固件、氣門彈簧等。但鈦的價格極高，因此，目前主要應(yīng)用在專業(yè)賽車的制造中，一般汽車則較少使用。②鎂。以鎂為基礎(chǔ)，添加其他元素后可形成鎂合金，其密度很小，具有比彈性模量大、比剛度高、比強度高、承受沖擊載荷力強、消振性好和散熱性好等特點。目前，在汽車制造中，用鎂合金主要應(yīng)用在發(fā)動機缸蓋、方向盤柱、進氣歧管、儀表板橫梁、襯底、變速器殼體、座駕椅等部件中。鎂合金的價格沒有鈦高，在汽車制造中的使用更加普遍。③鋁。鋁為銀白色的輕金屬，具有良好的延展性，含量豐富，具有質(zhì)量輕、耐腐蝕、加工性能好和消振性好等優(yōu)點，應(yīng)用于汽車制造中具有明顯的減重效果。主要應(yīng)用在凸輪座、連桿、油管、搖臂、空調(diào)、換熱器、車輪蓋、座椅等部件中。目前，鋁雖然在汽車制造中的應(yīng)用較為普遍，單與鋼材料相比，鋁及鋁合金的價格更高，因此，這在一定程度上限制了鋁在汽車制造中的應(yīng)用。

2.2 高強度和超高強度鋼

抗拉強度>165 kgf/mm2，屈服強度>140 lgf/mm2的合金鋼被稱為超高強度鋼，按照顯微組織與合金化程度分為高合金、中合金、低合金、半奧氏體、超低碳等。鈦、鎂合金等金屬材料受到價格、工藝要求的影響，其無法普遍替代普通鋼，而高強度和超高強度鋼可取代普通鋼板，從而實現(xiàn)汽車材料的薄壁化。目前，主要通過熱處理和冶煉的方式獲取高強度鋼，但高強度鋼具有回彈大、難成形等工藝缺點。因此，在焊接、沖壓成形等制造環(huán)節(jié)，可通過伺服壓力機、熱沖壓等方式解決此問題。

2.3 非金屬材料

除了鈦、鎂、鋁等金屬材料之外，陶瓷、塑料、非金屬輕質(zhì)材料、非金屬基復(fù)合材料等被廣泛地應(yīng)用于汽車制造中。其中，使用量最大的是塑料，其制造成本低、減重效果十分理想，目前，很多汽車零部件，比如把手、電開關(guān)、車底板、刮雨器、門框、安全扣帶、防凍板、保險桿、托架、儀表板等均普遍使用塑料材料制造；碳纖維復(fù)合材料屬于非金屬材料，具有強度高、質(zhì)量輕、耐腐蝕和耐蠕變等優(yōu)點，在汽車制造中得到了普遍應(yīng)用，具有良好的減重效果，主要應(yīng)用在車架、車身、摩擦片、懸架等結(jié)構(gòu)部件中，強度較高的有機纖維復(fù)合材料還可以取代普通的鋼板材料。

3 結(jié)束語

綜上所述，汽車輕量化是今后汽車制造行業(yè)發(fā)展的主要方向之一，是提升汽車的舒適度、安全性等綜合性能的重要方式。隨著科技的發(fā)展，汽車制造領(lǐng)域相關(guān)的材料加工技術(shù)、新材料的研發(fā)技術(shù)等也在不斷創(chuàng)新，各種具有良好加工性能、質(zhì)量輕和耐腐蝕等優(yōu)點的新型材料將逐漸被應(yīng)用，從而促進汽車的輕量化發(fā)展，實現(xiàn)節(jié)約能源、減少污染的目標。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕