新材料在模具設(shè)計(jì)及汽車制造工藝中的運(yùn)用

金海威 賈永闖 黃海馬 鄭敏

[摘? ? 要]伴隨我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，汽車變成人們平時(shí)生活當(dāng)中常見(jiàn)的交通工具，人們對(duì)于汽車的要求也變得更高。這牽涉到新型材料在具體模具設(shè)計(jì)與汽車制造當(dāng)中的有效運(yùn)用能不能體現(xiàn)出新型材料所具有的作用，提升汽車本身的整體性能。與以往材料相比，具其自身獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)，可以達(dá)成人們當(dāng)下生活所提出的更高要求，進(jìn)而推動(dòng)我國(guó)社會(huì)的穩(wěn)步發(fā)展。本篇文章就新材料在模具設(shè)計(jì)與汽車制造工藝中的運(yùn)用展開探討，希望可以給大家?guī)?lái)幫助。

[關(guān)鍵詞]新材料;模具設(shè)計(jì);汽車制造

[中圖分類號(hào)]U466 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）01–00–02

Application of New Materials in Die Design and Automobile Manufacturing Process

Jin Hai-wei，Jia Yong-chuang，Huang Hai-ma，Zheng Min

[Abstract]With the continuous development of China's economy， cars have become a common means of transportation in people's daily life， and people's requirements for cars have become higher. This involves the effective use of new materials in the specific mold design and automobile manufacturing， can reflect the role of new materials， improve the overall performance of the car itself. Compared with the previous materials， it has its own unique advantages， which can meet the higher requirements of people's current life， and promote the steady development of our society. This article discusses the application of new materials in mold design and automobile manufacturing process， hoping to bring help to you.

[Keywords]new materials; mold design; automobile manufacturing

材料的運(yùn)用成效對(duì)于模具設(shè)計(jì)的水平具有很大影響，之前模具設(shè)計(jì)通常運(yùn)用的是常規(guī)材料，經(jīng)濟(jì)性與工藝價(jià)值都獲得了不同程度的保障，新材料的研發(fā)與運(yùn)用給模具設(shè)計(jì)帶來(lái)了全新的發(fā)展機(jī)遇。汽車制造工藝的水平與汽車性能、構(gòu)件、質(zhì)量這些方面具有緊密的關(guān)聯(lián)，其中的材料運(yùn)用更為嚴(yán)格，常規(guī)材料在性能上，勢(shì)必會(huì)對(duì)汽車總的制造效果產(chǎn)生影響，研發(fā)新型材料已經(jīng)變成大勢(shì)所趨。

1 汽車新材料的發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)在汽車新材料領(lǐng)域雖然已然建立了相應(yīng)的框架，但我國(guó)在這個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)對(duì)比發(fā)達(dá)國(guó)家仍是稍遜一些，在汽車新材料該行業(yè)的發(fā)展也有著一定的差距。而主要問(wèn)題就包含：①本身創(chuàng)新能力不足，太過(guò)依附于國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，并不具備自主創(chuàng)造相關(guān)產(chǎn)生的條件與能力;②沒(méi)有較為規(guī)范化的創(chuàng)新管理機(jī)制，通常都在學(xué)校或研究部門進(jìn)行，這對(duì)創(chuàng)新的交流是非常不利的;③企業(yè)中未設(shè)立專門的創(chuàng)新開發(fā)部門，沒(méi)有建立起完善的管理機(jī)構(gòu)，難以達(dá)成市場(chǎng)對(duì)于高新技術(shù)所提的要求。因?yàn)椴⑽淳邆洮F(xiàn)代化的技術(shù)與管理制度，也沒(méi)有充足的發(fā)展資金，造成生產(chǎn)規(guī)模難以擴(kuò)大，且生產(chǎn)力不高，使質(zhì)量難以達(dá)到預(yù)想的效果。我國(guó)對(duì)汽車新材料相關(guān)的基礎(chǔ)技術(shù)研究較少，可供根據(jù)的經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)也較少。就整體上而言，我國(guó)在汽車材料該領(lǐng)域才開始涉及，對(duì)于國(guó)內(nèi)建設(shè)所提出的需求難以達(dá)成，發(fā)展的道路較為艱難。

2 新材料在模具設(shè)計(jì)當(dāng)中的運(yùn)用

模具設(shè)計(jì)本身是一個(gè)基礎(chǔ)類的產(chǎn)業(yè)，其對(duì)于社會(huì)發(fā)展具有重大的影響。在模具設(shè)計(jì)中展開新材料的運(yùn)用，就能夠?yàn)槟＞咴O(shè)計(jì)該行業(yè)的發(fā)展提供有力保障，能夠使模具設(shè)計(jì)效益與質(zhì)量得到的提升。對(duì)比常規(guī)材料來(lái)說(shuō)，模具設(shè)計(jì)當(dāng)中新材料的運(yùn)用有著更為優(yōu)質(zhì)的性能及質(zhì)量表現(xiàn)。目前模具設(shè)計(jì)當(dāng)中進(jìn)行新材料的運(yùn)用，通常包含著普通鋼、環(huán)氧樹脂、Invar鋼以及鋁合金等。對(duì)于普通鋼的運(yùn)用而言，在實(shí)際運(yùn)用當(dāng)中擁有著力學(xué)性能顯著以及成本這些優(yōu)勢(shì)，這個(gè)材料通常使用和型面曲率相對(duì)較低的模具當(dāng)中。對(duì)于Invar鋼材料來(lái)說(shuō)，其在力學(xué)性能上比普通鋼表現(xiàn)得更加優(yōu)秀，同時(shí)Invar鋼材料本身在成本與材料膨脹系數(shù)上所表現(xiàn)得更好一些，因此這個(gè)材料所能夠適用在各項(xiàng)復(fù)雜要求的模具當(dāng)中。并且，在模具設(shè)計(jì)當(dāng)中運(yùn)用材料，還會(huì)牽涉到對(duì)數(shù)控加工技術(shù)的運(yùn)用，從而在提高模具設(shè)計(jì)本身效率的同時(shí)，也保證了模具設(shè)計(jì)所具有的準(zhǔn)確性。此外，新材料應(yīng)用到模具設(shè)計(jì)當(dāng)中，還應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況來(lái)做模具表面處理，新材料的運(yùn)用能夠在很大程度上避免常規(guī)材料在使用期間存有抗腐蝕性不好的問(wèn)題;另外，新材料的應(yīng)用還包含著對(duì)應(yīng)的特定工藝，像激光處理以及表面覆蓋工藝等，從而在提高新材料模具表面的光滑性時(shí)，也能提高模具性能，以防模具后續(xù)存在變形的情況。熱塑性的復(fù)合材料具有著比強(qiáng)度高與比剛度高、減重成效顯著且抗沖擊性能較好這些特征，在模具設(shè)計(jì)期間運(yùn)用熱塑性復(fù)合材料，不僅可以提高模具設(shè)計(jì)的水平以及模具的質(zhì)量，還可以減少生產(chǎn)的成本，為之后的維修與保管給予便利。因?yàn)闊崴苄詮?fù)合材料應(yīng)經(jīng)過(guò)高溫高壓條件才可以成型，所以其運(yùn)用需要受到約束。

3 新材料在汽車制造工藝當(dāng)中的運(yùn)用

3.1 高強(qiáng)度鋼板的運(yùn)用

在汽車制造這項(xiàng)工藝當(dāng)中，高強(qiáng)度鋼板這種新材料運(yùn)用所取得的成效十分顯著，對(duì)比常規(guī)的普通鋼板來(lái)說(shuō)，高強(qiáng)度鋼板這個(gè)材料的制作，通常所用到的基礎(chǔ)元素就是低碳鋼，微量元素的運(yùn)用，依據(jù)對(duì)有關(guān)精密、繁瑣工藝和工序的分析，做好高強(qiáng)度鋼板材料制作這個(gè)工作，在深拉延伸性以及抗拉強(qiáng)度上的表現(xiàn)相對(duì)較好，其中熱沖壓鋼板的屈服強(qiáng)度能達(dá)到1500 MPa，甚至更高，也正是因?yàn)檫@樣，高強(qiáng)度鋼板在我國(guó)汽車制造當(dāng)中的運(yùn)用能夠使得汽車能夠更為輕量化和高質(zhì)量的生產(chǎn)，進(jìn)而完成對(duì)于汽車性能的優(yōu)化，使汽車的剛強(qiáng)度達(dá)到全新水準(zhǔn)。下面就是就對(duì)高強(qiáng)度鋼材與激光焊接技術(shù)進(jìn)行分析，如圖1所示：

磷冷軋鋼板的運(yùn)用，通常包含著汽車外板與車門這些部分的運(yùn)用較為普遍，這個(gè)種類的鋼板本身在抗腐蝕性與強(qiáng)度上表現(xiàn)良好。

3.2 泡沫合金板和蜂窩夾芯復(fù)合板的運(yùn)用

在當(dāng)下的汽車制造中，泡沫合金板和蜂窩夾芯復(fù)合板的運(yùn)用最為常見(jiàn)，但在實(shí)際的運(yùn)用期間，夾芯材料的規(guī)格很多，主要包含著鋁蜂窩與玻璃布蜂窩等，但是各項(xiàng)種類的蜂窩夾芯復(fù)合板具有不相同的優(yōu)勢(shì)與特征，而且在汽車制造中都可以體現(xiàn)出自身所具有的作用。對(duì)于蜂窩夾芯復(fù)合板的運(yùn)用，通常都?xì)w功于自身具有的輕質(zhì)抗震隔熱等特征。鋼板在制作期間當(dāng)中將聚乙烯作為新的復(fù)合材料，能夠在提升材料本身沖壓成型效果的同時(shí)，完成對(duì)于零件重量的進(jìn)一步降低。但對(duì)于泡沫合金板的運(yùn)用，其在密度上的表現(xiàn)較好，而且材料本身所具有的特征較為顯著，其對(duì)于外界帶來(lái)的壓力有一定的承載力。當(dāng)然，在具體運(yùn)用泡沫合金板期間，因其在種類上可以分為好多種，所以就應(yīng)該結(jié)合本身情況進(jìn)行各項(xiàng)材料的選取。

3.3 輕量化佚層鋼板的運(yùn)用

佚層鋼板的運(yùn)用，其屬于復(fù)合型的材料，對(duì)比以往的材料，佚層鋼板本身在防震能力和隔熱能力的表現(xiàn)上較好，因此輕量化佚層鋼板被逐漸運(yùn)用到汽車底板和發(fā)動(dòng)機(jī)罩這些組件的制造生產(chǎn)當(dāng)中。在具體進(jìn)行汽車制造時(shí)，鎂合金的運(yùn)用有著很強(qiáng)的導(dǎo)熱性與密度，因此鎂合金的汽車制造當(dāng)中經(jīng)常運(yùn)用在對(duì)車門的制造。借助對(duì)新材料的運(yùn)用，能夠使得車門的重量得到進(jìn)一步的降低。此外，鎂合金這個(gè)材料通常會(huì)被用在方向盤與前后擋板這個(gè)構(gòu)件的制造當(dāng)中。對(duì)于鎂合金這個(gè)材料的運(yùn)用來(lái)說(shuō)，其所具有的優(yōu)勢(shì)就在于：有著很強(qiáng)的熱穩(wěn)定性以及較高的強(qiáng)度，比如奧迪汽車，其在實(shí)際的制造期間，就會(huì)牽扯到對(duì)鋁合金這種材料的運(yùn)用，在提升汽車總體性能的同時(shí)，使得汽車制造能夠做到輕量化。

3.4 鋁合金材料

鋁合金作為目前汽車制造工藝當(dāng)中較為常見(jiàn)的新材料，其在剛度與強(qiáng)度上有著非常出色的表現(xiàn)，同時(shí)還擁有一定的抗腐蝕性能，與鋼材相比密度較小。也正是因?yàn)檫@樣，當(dāng)下汽車制造普及鋁合金材料中。下面是一些鋁合金的材料部件，如圖2所示：

就將“奧迪A8”這個(gè)汽車為案例，這個(gè)車型在具體的制造與生產(chǎn)當(dāng)中，其在車身鈑金件的制造，通常制造所需要用到的材料就是6000系列的鋁合金，其在穩(wěn)定性上表現(xiàn)得較好，同時(shí)本身的合金純度很高，能夠完成對(duì)以往鋼鑄件的取代工作，在減少汽車總體重量的同時(shí)，也能夠提升汽車整體上的強(qiáng)度。而紅旗某款車的副車架所運(yùn)用的也是鋁合金材料，如圖3所示：

但就當(dāng)下新材料的具體運(yùn)用而言，衍生了很多新的汽車制造方式，像是“三明治式發(fā)泡鋁材技術(shù)”，主要指的是依據(jù)于全新的三明治式發(fā)泡鋁材技術(shù)。對(duì)于三明治式發(fā)泡鋁材技術(shù)來(lái)說(shuō)，通常結(jié)構(gòu)能夠分為3層，這其中的內(nèi)部中間層就是發(fā)泡鋁材質(zhì)的，內(nèi)部雙層就是鋁板與鋼板。對(duì)于其制造手段來(lái)說(shuō)，包含著下面這些步驟：①用新型材料依據(jù)真實(shí)情況來(lái)展開對(duì)板材半成品的制造;②將模具作為重要載體，把半成品放在其中并進(jìn)行加熱，這樣來(lái)使得板材半成品能夠展現(xiàn)出持續(xù)上升的趨勢(shì);③最終變成汽車制造當(dāng)中需要用到的材料。各類鋁合金的運(yùn)用能夠讓汽車總體重量有所降低，同時(shí)發(fā)揮出能量吸收這個(gè)作用，為隔熱與隔音提供一定的保證，增強(qiáng)汽車本身所具備的抗高溫能力。

3.5 高性能磁性材料

我國(guó)汽車領(lǐng)域正向著混動(dòng)、電動(dòng)以及智能化的方向持續(xù)前進(jìn)，這使得高性能磁材料在當(dāng)下的汽車制造領(lǐng)域當(dāng)中獲得了廣泛的普及，比如汽車內(nèi)部的傳感器、電機(jī)與電動(dòng)機(jī)這些部件當(dāng)中，運(yùn)用高性能磁材料。在實(shí)際的運(yùn)用當(dāng)中，高性能磁材料的運(yùn)用本身有著很強(qiáng)的實(shí)用性，汽車的部件系統(tǒng)能夠變得更加輕量化，提高汽車自身部件的功率，同時(shí)減少激磁耗損情況的出現(xiàn)，在很大程度上增強(qiáng)汽車總體的性能。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展勢(shì)必會(huì)促進(jìn)科技的進(jìn)步，模具設(shè)計(jì)師與汽車制造工藝是我國(guó)汽車領(lǐng)域發(fā)展的主要構(gòu)成部分，以往材料已然難以達(dá)成當(dāng)代社會(huì)發(fā)展對(duì)其的要求，因此新材料本身在模具設(shè)計(jì)與汽車制造當(dāng)中的運(yùn)用就顯得格外重要。在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)與汽車制造的工藝當(dāng)中，我國(guó)應(yīng)該盡可能體現(xiàn)出新材料本身所具有的優(yōu)勢(shì)，提升模具質(zhì)量以及汽車的總體性能，進(jìn)而達(dá)成社會(huì)大眾對(duì)其所提出的要求，提升我國(guó)經(jīng)濟(jì)具有的整體競(jìng)爭(zhēng)能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 程瑤.新材料在模具設(shè)計(jì)及汽車制造工藝中的運(yùn)用[J].湖北農(nóng)機(jī)化，2020（14）：66-67.