新材料在模具設(shè)計及汽車制造工藝中的運用

程 瑤

(陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710000)

1 簡述新型材料

1.1 新材料對模具設(shè)計及汽車制造工藝的影響

通過新型材料諸如高強(qiáng)度鋼、鋁鎂合金板、泡沫合金板等新型材料的應(yīng)用實現(xiàn)現(xiàn)代汽車制造輕量化的目標(biāo)成為現(xiàn)代汽車制造業(yè)發(fā)展的重要發(fā)展趨勢。這些材料與傳統(tǒng)材料相較，具有高強(qiáng)度、高硬度、耐高溫、高抗腐蝕性、高抗輻射等優(yōu)勢，不僅用于汽車各部分的零部件制造，在模具設(shè)計方面也具有不可替代的貢獻(xiàn)。

1.2 新型材料的優(yōu)點

新型材料的出現(xiàn)為模具制造產(chǎn)業(yè)帶來了新的發(fā)展契機(jī)，在模具設(shè)計的過程中，除了設(shè)計模具所需要的材料，包括模具制作的工藝流程、模具運輸過程以及模具的使用壽命，環(huán)環(huán)相扣，每一環(huán)節(jié)都十分重要。目前我國模具設(shè)計以質(zhì)量減輕、優(yōu)化模具變形設(shè)計以及增強(qiáng)模具設(shè)計的人性化特點為主要發(fā)展方向，新型材料在其中扮演著重要的角色，因此新型材料對新時期模具設(shè)計的重要性不言而喻。

2 新型材料制造工藝

2.1 汽車新型制造工藝

隨著汽車制造中各種新材料不斷被發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，衍生出了適應(yīng)新材料模具設(shè)計及汽車制造中的新型制造工藝。首當(dāng)其沖的是隨著新型三明治鋁材的發(fā)現(xiàn)而產(chǎn)生的發(fā)泡鋁材料技術(shù)，又被稱為三明治發(fā)泡鋁材技術(shù)。新型三明治鋁材這種新材料主要的特點是其采用了3層結(jié)構(gòu)，外部兩層主要有鋁板或鋼板組成，中間層由發(fā)泡鋁材質(zhì)構(gòu)成。這一新型制造工藝在制造的過程中，要將所需的材料拉延成半成品，接著將半成品放入相應(yīng)的模具中，進(jìn)行持續(xù)的加熱，加熱的目的是使半成品能夠不斷地膨脹，從而得到我們所需要的材料。

2.2 我國汽車制造工藝中現(xiàn)存的困境

以目前的汽車制造工藝來看，在技術(shù)水平上我國存在著一定的局限，同時對新型材料的認(rèn)知水平有限，盡管有新的制造工藝而制造出來的三層結(jié)構(gòu)的三明治發(fā)泡鋁材，這種工藝不僅可以有效降低車身重量，而且隔音、隔熱以及耐高溫。然而這項工藝制作成本較高，制造的過程也過于復(fù)雜，因此極少被應(yīng)用于汽車的制造工藝當(dāng)中。隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，相信通過相關(guān)的技術(shù)人員的共同努力，目前汽車制造工藝中所面臨的類似困境皆能找到對應(yīng)的解決措施。

3 新材料的具體運用

3.1 新材料在模具設(shè)計中的應(yīng)用

隨著現(xiàn)代生產(chǎn)需求的不斷提高，現(xiàn)代模具生產(chǎn)除了需要考慮整體模具設(shè)計的工藝流程，選擇怎樣的材料以滿足現(xiàn)代模具對于質(zhì)量的減輕、模具變形設(shè)計上的優(yōu)化以及模具設(shè)計人性化的需求，傳統(tǒng)模具設(shè)計應(yīng)用的材料已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代模具的生產(chǎn)需要。就目前模具設(shè)計中新型材料的應(yīng)用狀況來看，主要包括INVAR鋼材、環(huán)氧樹脂、鋁合金、高強(qiáng)度或超強(qiáng)度鋼。這里重點提一下高強(qiáng)度鋼在模具設(shè)計中的應(yīng)用。目前，高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用通常采用熱成形的方式，在900～950℃的高溫當(dāng)中加熱后進(jìn)行冷卻，從而有效地增強(qiáng)整體材料的延展性與韌性，這樣能夠加強(qiáng)模具之間焊接工作的開展和提高模具的抗碰撞能力，從而提高整體模具設(shè)計的安全性能。雖然高強(qiáng)度鋼在模具設(shè)計中盡管已經(jīng)運用了相當(dāng)一段時間，然而在運用的過程遇到了許多技術(shù)障礙，其中最為顯著的便是回彈問題，因為與普通鋼相比，高強(qiáng)度鋼更容易在沖壓過程中出現(xiàn)較大的彎曲回彈和扭曲變形，更有甚者還會造成嚴(yán)重的側(cè)壁卷曲，導(dǎo)致沖壓部件的形狀與尺度精確度偏差，從而嚴(yán)重影響整體模具設(shè)計的質(zhì)量。因此相關(guān)的制造業(yè)還需在如何綜合運用好高強(qiáng)度鋼這一新材料付出更多的心血，不斷完善和優(yōu)化模具設(shè)計工藝，更好地為新時期汽車制造工藝打好基礎(chǔ)。

3.2 新材料在汽車制造工藝中的應(yīng)用

傳統(tǒng)汽車制造中，主要選用的材料是低碳鋼以及鑄鐵材料，鋼材料在整個汽車的制造工藝流程當(dāng)中的應(yīng)用都是十分廣泛的，制造材料當(dāng)中占有50%～60%的比重。其中傳統(tǒng)常用的低碳鋼屬于一種軟鋼，而結(jié)構(gòu)鋼大多數(shù)由普通碳素、優(yōu)質(zhì)碳素組成，一般情況下不需要進(jìn)行熱處理便可直接應(yīng)用到結(jié)構(gòu)部件中，而有時候也會熱處理，并進(jìn)行滲碳處理后應(yīng)用到對于耐磨性能要求較高的機(jī)械零部件當(dāng)中。與低碳鋼相比，高強(qiáng)度鋼具有更優(yōu)的屈服性能，以屈服強(qiáng)度的不同為依據(jù)，又可以進(jìn)一步劃分高強(qiáng)度鋼的種類。在汽車制造中采用高強(qiáng)度鋼，能夠有效提高汽車整體的抗碰撞性、耐磨性等。隨著新時期汽車制造新工藝以及新材料的不斷發(fā)展和研發(fā)，鎂、鋁以及塑料等材料在汽車制造工藝過程中被應(yīng)用的比重逐漸增加。在汽車制造工藝中，應(yīng)用最為廣泛的新型材料就是鋁，鋁材料的比剛度與比強(qiáng)度較強(qiáng)，且具備良好的耐腐蝕性，密度也較小，因此在整個汽車制造工業(yè)中，鋁材料應(yīng)用的比重不斷增加。

3.3 常見新材料的介紹

新材料的研發(fā)與應(yīng)用逐漸成為現(xiàn)代模具設(shè)計及汽車制造工藝的重要發(fā)展方向，除了高強(qiáng)度鋼，鎂、鋁合金以及塑料等材料在其中應(yīng)用的比重也在不斷增加。其中鋁以其抗腐蝕性強(qiáng)、密度小、重量輕、環(huán)保性能好等特點，對于提高模具設(shè)計以及汽車制造的綜合性能都有著重要貢獻(xiàn)，鋁合金逐漸成為現(xiàn)代社會應(yīng)用范圍十分廣泛的一種新型合金材料。與傳統(tǒng)常用的鋼結(jié)構(gòu)相比，鋁合金重量更輕、造價更低、回收利用率高，對于促進(jìn)現(xiàn)代汽車制造的輕量化目標(biāo)實現(xiàn)、有效降低資源浪費，從而降低汽車的排放量，對于保護(hù)環(huán)境、節(jié)能減排等環(huán)保工作的開展都有著重要貢獻(xiàn)。其次要介紹的另一種新材料是泡沫合金板，這一材料的密度僅為0.4～0.7g/cm3，是一種特別的粉末合金，具有超強(qiáng)的彈性。正如泡沫一樣，受力壓縮變形后，能夠憑借自身的彈性恢復(fù)到原本的形狀，以其低密度與超強(qiáng)的隔熱吸振性能，在模具設(shè)計與汽車制造中都倍受青睞，常常被應(yīng)用于發(fā)動機(jī)罩、行李箱蓋等部分制作。