新材料在模具設(shè)計(jì)及汽車制造工藝中運(yùn)用

王斌 康飛

陜西黃河工模具有限公司 陜西 西安 710043

引言

為了滿足發(fā)展的需求，新材料在施工技術(shù)、工藝、材料等方面必須作出重大的創(chuàng)新與改革，根據(jù)我國的環(huán)保要求，各種新型的施工材料開始誕生，并漸漸地往高質(zhì)量、環(huán)保、節(jié)能的方向發(fā)展，提高了人們的居住舒適度，同時(shí)也為我國的環(huán)保事業(yè)獻(xiàn)出了一份力量。

1 汽車材料發(fā)展趨勢及其新材料闡述

新材料是指現(xiàn)階段所研發(fā)出的新型材料，相較于傳統(tǒng)材料，其應(yīng)用在性能、質(zhì)量方面都有著非常大的優(yōu)勢。新材料在現(xiàn)代化汽車制造中有效應(yīng)用，可以在滿足民眾對汽車質(zhì)量要求的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對汽車科技效果的提升。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)研究表明新材料行業(yè)發(fā)展勢頭較為迅猛，在總產(chǎn)值方面呈現(xiàn)出不斷提升的趨勢，成為現(xiàn)階段我國行業(yè)發(fā)展的主要趨勢和方向[1]。針對新材料而言，可以按照不同的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)對材料的有效區(qū)分，例如按照新材料的性能、結(jié)構(gòu)、性能、用途進(jìn)行分類。而針對材料性能劃分而言，則主要分為功能材料與結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行分類。

縱觀現(xiàn)階段我國汽車行業(yè)的發(fā)展，已經(jīng)逐漸朝著環(huán)保、節(jié)能以及輕量化的方向發(fā)展。而要想在不斷創(chuàng)新的背景下滿足汽車行業(yè)的發(fā)展，就必須進(jìn)行傳統(tǒng)材料的創(chuàng)新和替代，對材料的性能和質(zhì)量進(jìn)行不斷提升[2]。在具體應(yīng)用過程中，通過對新材料的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對尾氣污染有效減少，并降低能源的消耗，進(jìn)而促進(jìn)我國汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。而在現(xiàn)階段汽車行業(yè)發(fā)展過程中，有色金屬、復(fù)合材料等材料的使用量大幅度的提升，在當(dāng)前模具設(shè)計(jì)與汽車制造工藝中得到廣泛應(yīng)用。

2 新材料在模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 石墨烯材料

石墨烯是人類已知最薄的材料，兼具最強(qiáng)面內(nèi)強(qiáng)度和抗破壞能力的平面材料，具有極高的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和電磁場吸收能力，其面內(nèi)熱導(dǎo)率超過金剛石，對幾乎所有波段都有電磁吸收或光吸收作用,是極為理想的結(jié)構(gòu)復(fù)合和功能設(shè)計(jì)材料。石墨烯的平面結(jié)構(gòu)和柔韌性使其很容易與各種材質(zhì)、各種形狀材料形成疊層式復(fù)合。與常見的以晶粒型、纖維型增強(qiáng)相材料相比，石墨烯與其他材料復(fù)合時(shí)是以原子層級平面存在，有效提升了界面結(jié)合力，因此，新型石墨烯疊層復(fù)合結(jié)構(gòu)可以使材料比強(qiáng)度、抗沖擊力等力學(xué)性能大幅提升，具有抗熱沖擊、激光沖擊和超高吸能作用，易形成力-光-電-熱耦合傳感的一體化智能結(jié)構(gòu)。目前國際上石墨烯復(fù)合結(jié)構(gòu)的研究主要可歸為兩大類型，一種是基于氧化石墨烯和氧化還原石墨烯，另一種是化學(xué)氣相沉積的高質(zhì)量石墨烯。經(jīng)過石墨烯復(fù)合調(diào)制后的結(jié)構(gòu)可以大幅提升結(jié)構(gòu)比強(qiáng)度和比模量，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)減重，提升結(jié)構(gòu)材料負(fù)荷分配和沖擊傳導(dǎo)能力，增強(qiáng)抗沖擊韌性，也能提升結(jié)構(gòu)的吸波、導(dǎo)熱能力。

2.2 熱塑性復(fù)合材料

與熱固性復(fù)合材料（密度1.7～2.0g/cm3）相比，熱塑性復(fù)合材料具有非常明顯優(yōu)勢，包括密度更低（1.4～1.6g/cm3）、減重更明顯、比剛度和比強(qiáng)度更高、韌性更好、抗蠕變和抗沖擊能力更強(qiáng)、成形周期短（以分鐘計(jì)）、生產(chǎn)效率高、使用成本更低、耐水性極優(yōu)、儲存要求低、維修性好和可回收再利用等優(yōu)點(diǎn)，是一種很有發(fā)展前途的飛機(jī)和發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)材料。由于熱塑性樹脂基體熔點(diǎn)高、熔融時(shí)黏度大，樹脂基體對纖維的浸潤性差、層間孔隙難以排除、成形過程中樹脂流動不均勻、易造成纖維彎曲等因素使得熱塑性復(fù)合材料預(yù)浸料制造難度大，材料成本高且制件成形需要高溫高壓，對設(shè)備和輔料要求苛刻，因此在相當(dāng)一段時(shí)期里制約了其廣泛的應(yīng)用。

3 新材料在汽車制造工藝中的應(yīng)用

3.1 輕量化佚層鋼板的應(yīng)用

佚層鋼板的應(yīng)用，其性質(zhì)為復(fù)合型材料，在具體應(yīng)用過程中，相較于傳統(tǒng)材料，佚層鋼板的防震性能與隔熱性能表現(xiàn)較為良好，所以輕量化佚層鋼板被廣泛應(yīng)用到車身底板與發(fā)動機(jī)罩等部件的制造生產(chǎn)之中。在具體汽車制造過程中，鎂合金的應(yīng)用具備較強(qiáng)的導(dǎo)熱性能以及密度，所以鎂合金汽車制造過程中常用于對車門的制造。通過新材料的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)車門重量的大幅度降低。另外，鎂合金常被用于方向盤以及前后擋板部件的制造[3]。針對鎂合金材料的具體應(yīng)用，其優(yōu)勢體現(xiàn)在：具有較強(qiáng)的熱穩(wěn)定性、比強(qiáng)度較高，例如奧迪汽車，在具體制造過程中，就涉及到對鋁合金材料的應(yīng)用，在提高汽車整體性能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)汽車制造的輕量化。此外，針對鎂合金的應(yīng)用，可以進(jìn)行回收利用，進(jìn)而最大化將新材料的作用和價(jià)值進(jìn)行發(fā)揮。

3.2 高性能磁性材料

我國汽車行業(yè)朝著混動、電動、智能化的方向不斷發(fā)展，這就促使高性能材料在現(xiàn)階段汽車制造行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，例如汽車的傳感器、電機(jī)以及電動機(jī)等部件中，都涉及到對高性能磁性材料的應(yīng)用。在具體應(yīng)用中，高性能磁性材料的應(yīng)用具有較強(qiáng)的實(shí)用性，并促使汽車的部件系統(tǒng)變得更為輕量化，提升汽車部件的功率，并降低激磁損耗的現(xiàn)場產(chǎn)生，進(jìn)而大幅度提升汽車整體的性能。

4 結(jié)束語

總而言之，現(xiàn)階段汽車制造與模具設(shè)計(jì)中，針對傳統(tǒng)材料的應(yīng)用，已經(jīng)無法達(dá)到預(yù)期效果，并且無法滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。在此背景下，新材料應(yīng)勢而生，并被廣泛應(yīng)用到汽車制造工藝與模具設(shè)計(jì)中。雖然其中仍尚存些許問題，但是新材料的應(yīng)用價(jià)值與作用愈發(fā)凸顯。基于此，通過對新材料的應(yīng)用進(jìn)行深入分析，進(jìn)而提高當(dāng)前我國汽車制造質(zhì)量和效果，大幅度提升汽車性能與質(zhì)量，促進(jìn)我國汽車制造企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。