材料加工技術創新與汽車輕量化探究

袁金磊

摘 要：隨著技術的發展，輕量化已成為汽車制造領域的研究重點，也是提升汽車性能、降低制造成本、減少環境污染的主要途徑之一。主要從創新成形加工工藝以及新材料的應用兩個方面探究了材料加工技術的創新和汽車輕量化過程。

關鍵詞：材料加工技術；汽車；高強度鋼板；汽車零件

中圖分類號：U465 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.025

汽車行業的快速發展及其廣泛應用一方面促進了各行各業的發展，給人們的生活帶來了極大的便利；另一方面，增加了石油、金屬等礦產能源的消耗，也造成了空氣污染等環境問題。因此，汽車輕量化研究不僅可以增強汽車制造企業的市場競爭力，還可以促進礦產能源、生態環境的可持續發展。

1 創新材料加工工藝應用分析

1.1 裁剪、拼接工藝

以往，在汽車零件制造方面主要使用矩形、圓形等截面進行板、棒等材料的加工。由于材料單一，所以，具有操作簡便的特點，但材料損耗較大，且性能不夠理想。裁剪、拼接工藝是在傳統零件制造工藝的基礎上加以改進的材料加工工藝，通過焊接、熱處理、輥軋等方法將材質、截面、性能等不同的材料裁剪后拼接起來。這樣不僅可以將材料的利用度最大化，還可以提升零件的性能。

1.2 液壓成形工藝

液壓成形工藝又稱液力成形工藝，該項工藝是利用模具、液體對金屬等材料塑形的加工技術。液壓成形分為2類：①金屬板料液壓成形。其中，一半模具使用高壓液體使金屬板料塑形，最終取得工藝零件；針對傳統工藝中底部強度不足拉深件，可通過反向液壓預成形的方式來解決。②內高壓成形。將高壓液體充滿金屬管，再通過模具加壓的力量將其塑形。

液壓成形工藝具有多種優點：①該工藝應力狀態極佳，可以配合沖孔、壓印、彎曲等多道工序，且承受變形的能力較強；②應用液壓成形工藝可簡化模型結構，使生產周期大大縮短，有效提升了工件制造的效率和經濟效益；③利用液壓成形能制造出多種結構復雜的工件，可減少汽車配備的零件數量，從而減輕車身質量，使汽車更加舒適、安全。

2 新材料在汽車制造中的應用

2.1 輕金屬材料

輕金屬材料有以下3種：①鈦。鈦為銀白色的稀有過渡金屬，含量相對豐富，具有強度高、質量輕、耐腐性強的特點。使用鈦作為汽車制造材料不僅可減輕車輛自重，還可以減振、減污、節能、降噪，使汽車的舒適度、安全性等提升，并延長使用壽命。目前，鈦主要用在汽車發動機及其相關的零件中，比如車輪、離合器、轉向齒輪、搖臂、氣門座、氣門、連桿、緊固件、氣門彈簧等。但鈦的價格極高，因此，目前主要應用在專業賽車的制造中，一般汽車則較少使用。②鎂。以鎂為基礎，添加其他元素后可形成鎂合金，其密度很小，具有比彈性模量大、比剛度高、比強度高、承受沖擊載荷力強、消振性好和散熱性好等特點。目前，在汽車制造中，用鎂合金主要應用在發動機缸蓋、方向盤柱、進氣歧管、儀表板橫梁、襯底、變速器殼體、座駕椅等部件中。鎂合金的價格沒有鈦高，在汽車制造中的使用更加普遍。③鋁。鋁為銀白色的輕金屬，具有良好的延展性，含量豐富，具有質量輕、耐腐蝕、加工性能好和消振性好等優點，應用于汽車制造中具有明顯的減重效果。主要應用在凸輪座、連桿、油管、搖臂、空調、換熱器、車輪蓋、座椅等部件中。目前，鋁雖然在汽車制造中的應用較為普遍，單與鋼材料相比，鋁及鋁合金的價格更高，因此，這在一定程度上限制了鋁在汽車制造中的應用。

2.2 高強度和超高強度鋼

抗拉強度>165 kgf/mm2，屈服強度>140 lgf/mm2的合金鋼被稱為超高強度鋼，按照顯微組織與合金化程度分為高合金、中合金、低合金、半奧氏體、超低碳等。鈦、鎂合金等金屬材料受到價格、工藝要求的影響，其無法普遍替代普通鋼，而高強度和超高強度鋼可取代普通鋼板，從而實現汽車材料的薄壁化。目前，主要通過熱處理和冶煉的方式獲取高強度鋼，但高強度鋼具有回彈大、難成形等工藝缺點。因此，在焊接、沖壓成形等制造環節，可通過伺服壓力機、熱沖壓等方式解決此問題。

2.3 非金屬材料

除了鈦、鎂、鋁等金屬材料之外，陶瓷、塑料、非金屬輕質材料、非金屬基復合材料等被廣泛地應用于汽車制造中。其中，使用量最大的是塑料，其制造成本低、減重效果十分理想，目前，很多汽車零部件，比如把手、電開關、車底板、刮雨器、門框、安全扣帶、防凍板、保險桿、托架、儀表板等均普遍使用塑料材料制造；碳纖維復合材料屬于非金屬材料，具有強度高、質量輕、耐腐蝕和耐蠕變等優點，在汽車制造中得到了普遍應用，具有良好的減重效果，主要應用在車架、車身、摩擦片、懸架等結構部件中，強度較高的有機纖維復合材料還可以取代普通的鋼板材料。

3 結束語

綜上所述，汽車輕量化是今后汽車制造行業發展的主要方向之一，是提升汽車的舒適度、安全性等綜合性能的重要方式。隨著科技的發展，汽車制造領域相關的材料加工技術、新材料的研發技術等也在不斷創新，各種具有良好加工性能、質量輕和耐腐蝕等優點的新型材料將逐漸被應用，從而促進汽車的輕量化發展，實現節約能源、減少污染的目標。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕