材料加工技術(shù)創(chuàng)新與汽車輕量化

崔景

摘 要：當(dāng)前汽車工業(yè)發(fā)展的方向是輕量化，越來(lái)越多的汽車廠商對(duì)于如何使汽車輕量化進(jìn)行大規(guī)模的研發(fā)，而材料上的選擇是重要的研發(fā)方向。特別是隨著各種新材料不斷的出現(xiàn)，材料加工技術(shù)方面也不斷的進(jìn)行創(chuàng)新，這都決定著汽車輕量化發(fā)展。在這一點(diǎn)上有兩方面的表現(xiàn)：其一，開(kāi)發(fā)制備新高強(qiáng)度，低密度的輕質(zhì)材料和零件，替換鋼鐵部件，減輕車重。其二，采用新工藝，簡(jiǎn)化、輕化零件和構(gòu)建，節(jié)約材料，提高汽車性能。文章以此為基礎(chǔ)，對(duì)汽車輕量化未來(lái)發(fā)展的方向進(jìn)行簡(jiǎn)單的展望，并對(duì)通過(guò)材料加工技術(shù)創(chuàng)新使汽車輕量化的方法進(jìn)行全方位的探討。

關(guān)鍵詞：材料價(jià)格技術(shù)；創(chuàng)新；汽車輕量化；工藝加工

前言

自世界上第一輛汽車在德國(guó)產(chǎn)生至今，汽車工業(yè)得到大面積的傳播和飛速的發(fā)展。汽車的普及不僅僅便利了人們?nèi)粘５纳睿矊?duì)生產(chǎn)發(fā)展產(chǎn)生促進(jìn)作用。但是，汽車也消耗了極大的礦產(chǎn)和油氣資源，造成了嚴(yán)重的污染。為減排節(jié)能，汽車的輕量化成為了新的趨勢(shì)，減輕汽車重量，不僅減少了制造汽車消耗的資源，更能最大的節(jié)省油氣資源，減少?gòu)U氣的排放量。但是，減輕汽車的自重與人們對(duì)高安全性能的汽車產(chǎn)生了新的矛盾，汽車的自重依然在增加。過(guò)去幾十年里，汽車輕量化的研究成果顯著，材料工程科技的發(fā)展起到了關(guān)鍵作用。鋼鐵零件的減少，新工藝的形成，對(duì)工件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，減少了材料和資源的消耗。

1 現(xiàn)代汽車制造應(yīng)用的新材料

1.1 高強(qiáng)度，超高強(qiáng)度剛

高強(qiáng)度鋼能夠?qū)崿F(xiàn)材料薄壁化，對(duì)普通鋼板進(jìn)行取代，降低車重[1]。但是，鋁，鎂合金等材料自身的性能有上線，工藝的要求難度大，價(jià)格高，因此未為實(shí)現(xiàn)普及。在這方面的研究中，各國(guó)都取得了顯著的成就。日本在上個(gè)世紀(jì)七十年代開(kāi)始就已經(jīng)應(yīng)用這種技術(shù)，以此來(lái)抵抗石油危機(jī)的沖擊。這種剛內(nèi)含有，磷鋼板，烘烤硬化鋼板，雙相鋼，析出強(qiáng)化鋼，相變誘導(dǎo)塑性鋼等。首先由零件相結(jié)構(gòu)進(jìn)行覆蓋，逐步遍及車身。日本、瑞典等國(guó)相繼進(jìn)行研發(fā)。與國(guó)際相比，我國(guó)的研究水平還需提高，因此要加大研究力度，以汽車結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和材料選擇最優(yōu)為基礎(chǔ)，與之結(jié)合，加快汽車輕量化進(jìn)程。

通過(guò)冶金，對(duì)鋼的成分進(jìn)行變更，提升組織與性能。進(jìn)行熱處理，改變組織性能，以實(shí)現(xiàn)材料更輕。但是這種鋼，成形困難，反彈性大。因此，要應(yīng)用沖壓成形、焊接等多種技術(shù)。

1.2 輕金屬材料

1.2.1 鎂

鎂合金擁有高比強(qiáng)度和高比剛度的優(yōu)點(diǎn)，采用鎂進(jìn)行汽車零件的制造能夠提升輕量化的效果[2]。鎂的熔點(diǎn)較低，能夠回升再利用，消耗能源也較少。鎂合金的零件，尺寸較為穩(wěn)定，抗震性更好。上世紀(jì)中葉，鎂合金價(jià)格較低，德國(guó)的眾多汽車都使用其作為汽車的結(jié)構(gòu)零部件。近些年隨著研發(fā)的進(jìn)程不斷發(fā)展，鎂合金的抗腐蝕性也得以提升。

1.2.2 鈦

鈦的質(zhì)量較輕，強(qiáng)度很高，有很強(qiáng)的耐腐蝕性。但是鈦的價(jià)格過(guò)于昂貴，在汽車上的應(yīng)用較少。鈦的應(yīng)用，能夠減輕汽車重量，節(jié)約能源，減輕震動(dòng)，降低噪音，減少污染，延長(zhǎng)汽車壽命，提升汽車的安全和舒適性能。目前，鈦的運(yùn)用范圍是汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)及相關(guān)零部件。而這些零部件恰恰都是經(jīng)常遭遇腐蝕，磨損的部分。由于高昂的價(jià)格，只有賽車制造商，鈦應(yīng)用較為普遍。

2 創(chuàng)新成形工藝

汽車制造中的鍛造、沖壓、鑄造，焊接等成形的加工工藝是核心的、基礎(chǔ)的技術(shù)。該工藝進(jìn)行創(chuàng)新，不僅能降低制造的成本，對(duì)汽車質(zhì)量進(jìn)行提高，還能促進(jìn)汽車輕量化的進(jìn)程[3]。

2.1 液壓

液壓的成形，主要介質(zhì)是流體，實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬進(jìn)行塑性。該工藝較普遍的是內(nèi)高壓，將高壓液體充滿金屬管中，用模具進(jìn)行施壓變形。這種工藝能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化，簡(jiǎn)化模具的結(jié)構(gòu)，縮短生產(chǎn)的周期，能夠制造更復(fù)雜的工件，極大的提升了汽車的性能——安全性，舒適性。

2.2 剪裁和拼接

傳統(tǒng)的零件制造，毛坯材料較為單一，過(guò)程方便，但是不夠優(yōu)化。當(dāng)前為了優(yōu)化材料的應(yīng)用和工藝，開(kāi)始對(duì)毛坯材料進(jìn)行剪裁拼接，不同種類的毛坯通過(guò)焊接，熱處理等方式進(jìn)行結(jié)合，產(chǎn)生不同的作用。極大的提升性能，最大的節(jié)省材料。

3 結(jié)束語(yǔ)

在汽車工業(yè)的發(fā)展中，人們提升了對(duì)安全和舒適汽車的要求，汽車的自重依然在增加，高消耗高污染尚需更好的方案解決。汽車的輕量化成為了節(jié)能減排的必然要求。在這個(gè)過(guò)程中，材料比強(qiáng)度的提升很重要，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)部件強(qiáng)度的提高，實(shí)現(xiàn)其材質(zhì)的輕化。創(chuàng)新冶煉，熱處理等相關(guān)措施，通過(guò)特殊加工將晶粒進(jìn)行細(xì)化，鋼板也能獲得較高的強(qiáng)度，其生產(chǎn)的效率很高，成本消耗較低。液壓方面的創(chuàng)新，能夠更好的優(yōu)化汽車的構(gòu)造，縮短生產(chǎn)的周期。對(duì)復(fù)雜零件也能加大制造，能極大的提升汽車的性能，減少零件數(shù)量，汽車的自重。這也使得當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的方式。最后，毛坯技術(shù)的剪裁和拼接不斷的發(fā)展，也應(yīng)用到廣泛的范圍中，工件的結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，材料作用更高，推動(dòng)著汽車的輕量化。對(duì)這一技術(shù)必須抓緊研發(fā)，進(jìn)一步推廣。

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