新材料在模具設(shè)計(jì)和汽車制造工藝中的應(yīng)用

羅棟 馬啟濤

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，人們?cè)趥鹘y(tǒng)材料不足以滿足生產(chǎn)生活需求的現(xiàn)狀驅(qū)動(dòng)下開始轉(zhuǎn)戰(zhàn)新材料的研究。新材料具有高強(qiáng)度、高硬度、耐高溫、高抗腐蝕性、高抗輻射等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域等擁有廣闊的應(yīng)用前景。21世紀(jì)，新材料的研制及應(yīng)用將成為重點(diǎn)科技發(fā)展方向之一。本文主要介紹了新材料在模具設(shè)計(jì)以及汽車制造工藝方面的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：新材料；模具設(shè)計(jì)；汽車制造工藝

模具設(shè)計(jì)和汽車制造行業(yè)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，而模具設(shè)計(jì)和汽車制造所采用的材料在整個(gè)流程中的作用更是重中之重。近年來，社會(huì)發(fā)展迅速，對(duì)材料的要求更加嚴(yán)格，而傳統(tǒng)的材料在性能方面存在一些瑕疵，不能很好的滿足現(xiàn)代化的需求，由此改進(jìn)材料性能使之順應(yīng)社會(huì)發(fā)展潮流顯得尤為必要。由此，新材料應(yīng)運(yùn)而生，被應(yīng)用到模具設(shè)計(jì)和汽車制造工藝中，極大地滿足人們的高要求。

1新材料的解析和汽車材料的發(fā)展趨勢(shì)

1.1新材料的解析

新材料顧名思義就是最新發(fā)展的材料，與傳統(tǒng)的材料相比，最明顯的特點(diǎn)就是性能突出。極大符合人們對(duì)高科技的要求。新材料在國(guó)家“十三五”規(guī)劃中被稱為“后起之秀”成為我國(guó)一項(xiàng)新興產(chǎn)業(yè)。并且根據(jù)相關(guān)材料市場(chǎng)的報(bào)告，材料行業(yè)的總產(chǎn)值增長(zhǎng)率較高，增速較快，是我國(guó)行業(yè)發(fā)展新的方向。新材料可以按照不同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分，比如按結(jié)構(gòu)組成和性能以及用途和性質(zhì)進(jìn)行分類。其中按性能主要有結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩大類，按結(jié)構(gòu)組成上主要由金屬、有機(jī)高分子、先進(jìn)復(fù)合材料和無機(jī)非金屬材料組成，極大滿足生活生產(chǎn)的多種需求。

1.2汽車材料的發(fā)展趨勢(shì)

隨著時(shí)代的高速發(fā)展，汽車行業(yè)也發(fā)展迅速，人們對(duì)汽車性能有了新的要求，以便更好滿足多種需求。針對(duì)汽車未來發(fā)展趨勢(shì)來說，需要從三大方面入手，分別是輕量化、節(jié)能和環(huán)保。要達(dá)到汽車輕量化的要求，就必須在傳統(tǒng)材料的基礎(chǔ)上，不斷深入改進(jìn)汽車材料性能，使用新型材料，有效減少能源消耗和排放尾氣污染，提高汽車技術(shù)全面發(fā)展。對(duì)于汽車材料的未來發(fā)展方向主要是：鋼材材料使用率降低，新材料比如：有色金屬、復(fù)合材料等用量大大提高，新材料逐漸取代傳統(tǒng)材料，不斷應(yīng)用到模具設(shè)計(jì)和汽車制造中。

2新材料在模具設(shè)計(jì)和汽車制造中的應(yīng)用

2.1新材料在模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

模具產(chǎn)業(yè)是我國(guó)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，在一定程度上影響我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的全面發(fā)展。根據(jù)我國(guó)目前情況，基礎(chǔ)模具的制造水平關(guān)乎著大多工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量，新材料正是順應(yīng)了社會(huì)發(fā)展潮流，也為模具設(shè)計(jì)帶來新的發(fā)展方向。模具設(shè)計(jì)需要考慮的因素比較全面，比如：在材料選取和制造工藝上要格外注意，特別是材料的選取對(duì)模具設(shè)計(jì)具有重要影響。新材料能有效提高模具設(shè)計(jì)的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。新材料與傳統(tǒng)材料相比，具有較好的靈活性和耐腐蝕性，優(yōu)勢(shì)明顯突出。應(yīng)用模具設(shè)計(jì)中的材料主要由不同種類組成，分別是普通鋼、invar鋼、環(huán)氧樹脂以及鋁合金鈦合金等。普通鋼的特點(diǎn)是力學(xué)性能突出，成本也相對(duì)較低，比較適合型面曲率要求較小模具。invar鋼優(yōu)勢(shì)相較于普通鋼來說更加明顯，不僅具有良好力學(xué)性能，同時(shí)成本和熱膨脹系數(shù)都比較低，能夠全面滿足結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模具設(shè)計(jì)要求，同時(shí)也能滿足不同尺寸和曲率要求。此外新材料在模具設(shè)計(jì)中一般采用的是數(shù)控加工技術(shù)，這種技術(shù)的特點(diǎn)是能夠提高模具的精準(zhǔn)度和生產(chǎn)效率。同時(shí)新型材料在模具設(shè)計(jì)中需要對(duì)模具表面進(jìn)行處理，傳統(tǒng)材料耐腐蝕效果差，新材料極大地彌補(bǔ)傳統(tǒng)材料的不足，在模具設(shè)計(jì)中添加了特殊的工藝，比如：對(duì)模具表面進(jìn)行激光和化學(xué)處理，同時(shí)進(jìn)行表面覆蓋工藝，這樣能有效保證模具表面光滑，同時(shí)抗腐蝕性大大增加，模具也不易變形。

2.2新材料在汽車制造中的應(yīng)用

1）高強(qiáng)度鋼板在汽車制造中的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的高強(qiáng)度鋼板相比，新型的鋼板是在低碳鋼的基礎(chǔ)上，融入了適量的微量元素，經(jīng)過復(fù)雜的工序而成，具有較好的抗拉強(qiáng)度和深拉延性能，是車身輕量化的重要組成材料，能大大減輕整車重量，改善車身性能。新型鋼板具有多種類型，其中低合金高強(qiáng)度鋼板主要有含磷冷軋鋼板，此外還有冷軋雙向鋼板和烘烤硬化冷軋鋼板，不同新型鋼板都有其自身優(yōu)勢(shì)，一般汽車外板、頂蓋和車門等主要是用含磷冷軋鋼板，具有較高的強(qiáng)度和耐腐蝕性特點(diǎn)，此外點(diǎn)焊性能也較高。另外冷軋雙向鋼板能很好滿足車身零件的要求，特別是形狀較復(fù)雜和強(qiáng)度要求高的零件。

2）蜂窩夾芯復(fù)合板和泡沫合金板的應(yīng)用。蜂窩夾芯復(fù)合板具有多種分類，主要是根據(jù)夾芯材料的不同劃分的，比如有玻璃布蜂窩和鋁蜂窩等，不同材料都有明顯優(yōu)勢(shì)，在汽車制造工藝中發(fā)揮著重要的作用。蜂窩夾芯復(fù)合板在車身上得到廣泛的應(yīng)用，主要是源于其輕質(zhì)抗震隔熱等突出特點(diǎn)的原因。其中以聚丙烯作為芯的鋼板有效減輕零件重量，同時(shí)沖壓成型更加簡(jiǎn)單。另外泡沫合金板密度較小，同時(shí)具有較好的彈性，能夠承受外力的沖擊，被廣泛應(yīng)用到汽車制造中。泡沫合金板也有很多細(xì)小的分類，汽車制造中可以根據(jù)不同需求進(jìn)行不同選擇。

3）輕量化迭層鋼板的應(yīng)用。迭層鋼板屬于復(fù)合材料，與傳統(tǒng)材料相比，具有較好的隔熱性能和防震功能，被大量應(yīng)用到發(fā)動(dòng)機(jī)罩和車身底板等部件中。鋁作為應(yīng)用于汽車制造中我們較為熟悉的新材料，具有較強(qiáng)的比強(qiáng)度和比剛度，密度較小但抗腐蝕性能良好，因此在整個(gè)汽車配件中所占的比例越來越高。鎂合金具有密度較小，導(dǎo)熱性能好等特點(diǎn)，特別適合在汽車工業(yè)中的應(yīng)用。鎂合金在車身中應(yīng)用較多，比如車門采用鎂合金材料制造，車門重量極大降低，另外在前后擋板和方向盤中也有應(yīng)用。此外鋁合金優(yōu)勢(shì)也比較多，比如：比強(qiáng)度高和熱穩(wěn)定性好等，奧迪a2采用鋁合金材料，整車重量降低，有效達(dá)到汽車輕量化要求。還有一個(gè)重要特點(diǎn)就是鋁合金可以回收利用，避免不必要的資源浪費(fèi)。

AUDIA8的車身鈑金件即采用了國(guó)外開發(fā)出的高純度及高穩(wěn)定性6000系列鋁合金，代替了傳統(tǒng)的鋼鑄件，大大減輕了車體重量。新材料的出現(xiàn)也催生了新的汽車制造工藝。發(fā)泡鋁材技術(shù)因其采用了新型三明治鋁材也被稱為“三明治式發(fā)泡鋁材技術(shù)”。這種新型的鋁材采用了三層結(jié)構(gòu)：內(nèi)部?jī)蓪硬捎脠?jiān)實(shí)的鋁板或鋼板，內(nèi)部中間層發(fā)泡鋁材質(zhì)。在制造工藝上，首先將需要的材料進(jìn)行拉延成板材的半成品，然后把這個(gè)半成品放置于模具之中不斷加熱，使板材半成品不斷進(jìn)行膨脹，成為我們所需的材料。因技術(shù)水平及對(duì)新材料的認(rèn)知有限，目前這項(xiàng)制造工資所需成本較高，但這種制造工藝所得的三層結(jié)構(gòu)使汽車總體質(zhì)量減輕，但卻能吸收各種能量，可有效的用來隔音、隔熱以及耐高溫。

結(jié)語

在傳統(tǒng)材料不足以滿足生產(chǎn)生活需求的現(xiàn)狀下，新材料應(yīng)運(yùn)而生。盡管目前國(guó)際上已研制成功眾多新型材料，但由于新材料的制作工藝大都較為復(fù)雜，制作成本要高于傳統(tǒng)工藝，因此新材料在我們?nèi)粘Ｉ钪胁粸槌Ｒ?。但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及社會(huì)的進(jìn)步，新材料肯定不會(huì)僅局限于上文中提到的模具設(shè)計(jì)以及汽車制造等領(lǐng)域?！笆濉币?guī)劃將會(huì)引導(dǎo)新材料在我國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的培育及發(fā)展過程中成為產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)中關(guān)鍵。

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