新材料在模具設計及汽車制造工藝中的運用

程 瑤

(陜西交通職業技術學院，陜西 西安 710000)

1 簡述新型材料

1.1 新材料對模具設計及汽車制造工藝的影響

通過新型材料諸如高強度鋼、鋁鎂合金板、泡沫合金板等新型材料的應用實現現代汽車制造輕量化的目標成為現代汽車制造業發展的重要發展趨勢。這些材料與傳統材料相較，具有高強度、高硬度、耐高溫、高抗腐蝕性、高抗輻射等優勢，不僅用于汽車各部分的零部件制造，在模具設計方面也具有不可替代的貢獻。

1.2 新型材料的優點

新型材料的出現為模具制造產業帶來了新的發展契機，在模具設計的過程中，除了設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，環環相扣，每一環節都十分重要。目前我國模具設計以質量減輕、優化模具變形設計以及增強模具設計的人性化特點為主要發展方向，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現和應用，衍生出了適應新材料模具設計及汽車制造中的新型制造工藝。首當其沖的是隨著新型三明治鋁材的發現而產生的發泡鋁材料技術，又被稱為三明治發泡鋁材技術。新型三明治鋁材這種新材料主要的特點是其采用了3層結構，外部兩層主要有鋁板或鋼板組成，中間層由發泡鋁材質構成。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的模具中，進行持續的加熱，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存的困境

以目前的汽車制造工藝來看，在技術水平上我國存在著一定的局限，同時對新型材料的認知水平有限，盡管有新的制造工藝而制造出來的三層結構的三明治發泡鋁材，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雜，因此極少被應用于汽車的制造工藝當中。隨著我國科學技術的不斷進步，相信通過相關的技術人員的共同努力，目前汽車制造工藝中所面臨的類似困境皆能找到對應的解決措施。

3 新材料的具體運用

3.1 新材料在模具設計中的應用

隨著現代生產需求的不斷提高，現代模具生產除了需要考慮整體模具設計的工藝流程，選擇怎樣的材料以滿足現代模具對于質量的減輕、模具變形設計上的優化以及模具設計人性化的需求，傳統模具設計應用的材料已經無法滿足現代模具的生產需要。就目前模具設計中新型材料的應用狀況來看，主要包括INVAR鋼材、環氧樹脂、鋁合金、高強度或超強度鋼。這里重點提一下高強度鋼在模具設計中的應用。目前，高強度鋼的應用通常采用熱成形的方式，在900～950℃的高溫當中加熱后進行冷卻，從而有效地增強整體材料的延展性與韌性，這樣能夠加強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計的安全性能。雖然高強度鋼在模具設計中盡管已經運用了相當一段時間，然而在運用的過程遇到了許多技術障礙，其中最為顯著的便是回彈問題，因為與普通鋼相比，高強度鋼更容易在沖壓過程中出現較大的彎曲回彈和扭曲變形，更有甚者還會造成嚴重的側壁卷曲，導致沖壓部件的形狀與尺度精確度偏差，從而嚴重影響整體模具設計的質量。因此相關的制造業還需在如何綜合運用好高強度鋼這一新材料付出更多的心血，不斷完善和優化模具設計工藝，更好地為新時期汽車制造工藝打好基礎。

3.2 新材料在汽車制造工藝中的應用

傳統汽車制造中，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中的應用都是十分廣泛的，制造材料當中占有50%～60%的比重。其中傳統常用的低碳鋼屬于一種軟鋼，而結構鋼大多數由普通碳素、優質碳素組成，一般情況下不需要進行熱處理便可直接應用到結構部件中，而有時候也會熱處理，并進行滲碳處理后應用到對于耐磨性能要求較高的機械零部件當中。與低碳鋼相比，高強度鋼具有更優的屈服性能，以屈服強度的不同為依據，又可以進一步劃分高強度鋼的種類。在汽車制造中采用高強度鋼，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展和研發，鎂、鋁以及塑料等材料在汽車制造工藝過程中被應用的比重逐漸增加。在汽車制造工藝中，應用最為廣泛的新型材料就是鋁，鋁材料的比剛度與比強度較強，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中，鋁材料應用的比重不斷增加。

3.3 常見新材料的介紹

新材料的研發與應用逐漸成為現代模具設計及汽車制造工藝的重要發展方向，除了高強度鋼，鎂、鋁合金以及塑料等材料在其中應用的比重也在不斷增加。其中鋁以其抗腐蝕性強、密度小、重量輕、環保性能好等特點，對于提高模具設計以及汽車制造的綜合性能都有著重要貢獻，鋁合金逐漸成為現代社會應用范圍十分廣泛的一種新型合金材料。與傳統常用的鋼結構相比，鋁合金重量更輕、造價更低、回收利用率高，對于促進現代汽車制造的輕量化目標實現、有效降低資源浪費，從而降低汽車的排放量，對于保護環境、節能減排等環保工作的開展都有著重要貢獻。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到原本的形狀，以其低密度與超強的隔熱吸振性能，在模具設計與汽車制造中都倍受青睞，常常被應用于發動機罩、行李箱蓋等部分制作。