新材料在模具設計及汽車制造工藝中運用

王斌 康飛

陜西黃河工模具有限公司 陜西 西安 710043

引言

為了滿足發展的需求，新材料在施工技術、工藝、材料等方面必須作出重大的創新與改革，根據我國的環保要求，各種新型的施工材料開始誕生，并漸漸地往高質量、環保、節能的方向發展，提高了人們的居住舒適度，同時也為我國的環保事業獻出了一份力量。

1 汽車材料發展趨勢及其新材料闡述

新材料是指現階段所研發出的新型材料，相較于傳統材料，其應用在性能、質量方面都有著非常大的優勢。新材料在現代化汽車制造中有效應用，可以在滿足民眾對汽車質量要求的基礎上，實現對汽車科技效果的提升。據相關統計研究表明新材料行業發展勢頭較為迅猛，在總產值方面呈現出不斷提升的趨勢，成為現階段我國行業發展的主要趨勢和方向[1]。針對新材料而言，可以按照不同的標準實現對材料的有效區分，例如按照新材料的性能、結構、性能、用途進行分類。而針對材料性能劃分而言，則主要分為功能材料與結構材料進行分類。

縱觀現階段我國汽車行業的發展，已經逐漸朝著環保、節能以及輕量化的方向發展。而要想在不斷創新的背景下滿足汽車行業的發展，就必須進行傳統材料的創新和替代，對材料的性能和質量進行不斷提升[2]。在具體應用過程中，通過對新材料的應用，可以實現對尾氣污染有效減少，并降低能源的消耗，進而促進我國汽車行業的可持續發展。而在現階段汽車行業發展過程中，有色金屬、復合材料等材料的使用量大幅度的提升，在當前模具設計與汽車制造工藝中得到廣泛應用。

2 新材料在模具設計中的應用

2.1 石墨烯材料

石墨烯是人類已知最薄的材料，兼具最強面內強度和抗破壞能力的平面材料，具有極高的導電、導熱和電磁場吸收能力，其面內熱導率超過金剛石，對幾乎所有波段都有電磁吸收或光吸收作用,是極為理想的結構復合和功能設計材料。石墨烯的平面結構和柔韌性使其很容易與各種材質、各種形狀材料形成疊層式復合。與常見的以晶粒型、纖維型增強相材料相比，石墨烯與其他材料復合時是以原子層級平面存在，有效提升了界面結合力，因此，新型石墨烯疊層復合結構可以使材料比強度、抗沖擊力等力學性能大幅提升，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構。目前國際上石墨烯復合結構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，另一種是化學氣相沉積的高質量石墨烯。經過石墨烯復合調制后的結構可以大幅提升結構比強度和比模量，實現結構減重，提升結構材料負荷分配和沖擊傳導能力，增強抗沖擊韌性，也能提升結構的吸波、導熱能力。

2.2 熱塑性復合材料

與熱固性復合材料（密度1.7～2.0g/cm3）相比，熱塑性復合材料具有非常明顯優勢，包括密度更低（1.4～1.6g/cm3）、減重更明顯、比剛度和比強度更高、韌性更好、抗蠕變和抗沖擊能力更強、成形周期短（以分鐘計）、生產效率高、使用成本更低、耐水性極優、儲存要求低、維修性好和可回收再利用等優點，是一種很有發展前途的飛機和發動機結構材料。由于熱塑性樹脂基體熔點高、熔融時黏度大，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合材料預浸料制造難度大，材料成本高且制件成形需要高溫高壓，對設備和輔料要求苛刻，因此在相當一段時期里制約了其廣泛的應用。

3 新材料在汽車制造工藝中的應用

3.1 輕量化佚層鋼板的應用

佚層鋼板的應用，其性質為復合型材料，在具體應用過程中，相較于傳統材料，佚層鋼板的防震性能與隔熱性能表現較為良好，所以輕量化佚層鋼板被廣泛應用到車身底板與發動機罩等部件的制造生產之中。在具體汽車制造過程中，鎂合金的應用具備較強的導熱性能以及密度，所以鎂合金汽車制造過程中常用于對車門的制造。通過新材料的應用，實現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用，其優勢體現在：具有較強的熱穩定性、比強度較高，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用，在提高汽車整體性能的同時，實現汽車制造的輕量化。此外，針對鎂合金的應用，可以進行回收利用，進而最大化將新材料的作用和價值進行發揮。

3.2 高性能磁性材料

我國汽車行業朝著混動、電動、智能化的方向不斷發展，這就促使高性能材料在現階段汽車制造行業中得到廣泛的應用，例如汽車的傳感器、電機以及電動機等部件中，都涉及到對高性能磁性材料的應用。在具體應用中，高性能磁性材料的應用具有較強的實用性，并促使汽車的部件系統變得更為輕量化，提升汽車部件的功率，并降低激磁損耗的現場產生，進而大幅度提升汽車整體的性能。

4 結束語

總而言之，現階段汽車制造與模具設計中，針對傳統材料的應用，已經無法達到預期效果，并且無法滿足實際生產需求。在此背景下，新材料應勢而生，并被廣泛應用到汽車制造工藝與模具設計中。雖然其中仍尚存些許問題，但是新材料的應用價值與作用愈發凸顯。基于此，通過對新材料的應用進行深入分析，進而提高當前我國汽車制造質量和效果，大幅度提升汽車性能與質量，促進我國汽車制造企業的可持續發展。