淺談用于汽車生產中不同輕量化材料的加工工藝

秦超，王麗萍

(中汽研汽車工業工程(天津)有限公司 ，天津 300300)

0 引言

汽車材料未來發展的一個趨勢是實現汽車輕量化。近年來，在汽車行業中，鋁合金、鎂合金、塑料、碳纖維等密度小的材料的應用越來越廣泛，其加工工藝越來越受到車企關注。通過分析和總結不同車身材料的加工工藝，研究不同車身材料加工工藝的優缺點，最終實現合適的材料使用合適的加工工藝。

1 輕量化材料加工工藝

現行國家政策鼓勵汽車產品實現輕量化，目前國內外常用的輕量化材料主要有高強鋼、鋁合金、鎂合金、塑料及碳纖維復合材料等，不同輕量化材料需要開發適合其自身的加工工藝。下面分別介紹。

1.1 先進高強鋼的加工工藝

先進高強鋼的加工工藝(表1)主要有激光拼焊、液壓成型、輥壓成型、差厚板、熱成型等，在不同的情況要求下選擇合適的加工工藝是汽車生產過程中的重要一環。

表1 先進高強鋼的加工工藝

續表1

1.2 鋁合金的加工工藝

在諸多輕量化材料中，鋁是最早替代鋼材成為車企歡迎的一種新型汽車制造材料。與汽車用鋼鐵材料相比，鋁及其合金具有強度高、耐蝕性優良、適合多種成型加工方法、較易再生利用、抗沖擊性能好等優點，因而成為應用上比較成熟的輕量化材料。鋁合金的加工工藝(表2)主要有磁脈沖輔助沖壓、熱沖壓、超塑成型、等溫鍛造工藝、擠壓工藝等。

表2 鋁合金的加工工藝

續表2

1.3 鎂合金的加工工藝

鎂是實用金屬中最輕的金屬，具有高剛性、高強度的特點。鎂合金是在鎂的基礎上加入其他金屬元素組成的合金，具有密度小、強度高、彈性模量大、散熱好、消震性好的特點，耐有機物和堿的腐蝕性能好，承受沖擊載荷能力比鋁合金大。正因為具有如上優點，鎂合金的加工工藝現已成為現行汽車輕量化材料的熱點之一[4]。

從成型工藝上劃分，鎂合金可分為鑄造鎂合金(圖1)和變形鎂合金(圖2)。

圖1 鎂合金的液態成型方法

圖2 鎂合金的塑性成型與深加工方法

鑄造鎂合金通過在熔融狀態下充填鑄型，獲得最終使用形狀和尺寸的毛坯。其中，鎂合金最主要且應用最廣泛的鑄造方法是壓鑄。用傳統壓鑄方法生產的鎂合金壓鑄件雖然已被廣泛應用，但其不能在較高溫度下使用，也不能通過熱處理強化。近年來工程技術人員在傳統壓鑄工藝的基礎上開發了一系列新的壓鑄技術，如半固態壓鑄、真空壓鑄等，以消除以上缺陷，從而提高壓鑄件的內在質量。此外，用于生產壁厚較厚鑄件的重力鑄造工藝也是傳統的鎂合金鑄造方法之一。重力鑄造主要包括半金屬型鑄造、金屬型鑄造、砂型鑄造等。

變形鎂合金是指利用擠壓、鍛造、軋制和沖壓等方法加工的鎂合金。由于鎂合金為密排六方晶體結構，其在室溫下只有基面滑移系可以啟動。提高成型溫度是改善鎂合金成型性能的一個有效途徑。因此，變形鎂合金大多在溫熱狀態下進行塑性加工，常見的成型方式有鍛造成型、板材成型和擠壓成型。鎂合金可以通過鍛造形成不同的尺寸和形狀，鍛件形狀和尺寸穩定性較好，且具有良好的綜合力學性能。

1.4 塑料的加工工藝

塑料復合材料作為重要的輕量化材料，其比重輕、耐腐蝕，具有很強的設計性和良好的工藝性能。典型的塑料成型工藝根據塑料注入模具的方式不同，可分為擠出成型、注射成型和模壓成型3種方式(表3)。

表3 塑料的加工工藝

1.5 碳纖維復合材料加工工藝

碳纖維復合材料作為汽車部件，相比于傳統鋁合金、高強鋼和玻纖復合材料等材料，具有高強輕質、耐沖擊性好、零部件一體化、可設計性好、耐腐蝕性能好等優點，其減重效果和強度優勢更加明顯。在全球節能減排的大環境下，采用碳纖維復合材料替代現有的金屬結構，是實現減少汽車尾氣污染并達到節能的有效途徑。碳纖維復合材料的加工工藝主要有樹脂傳遞模塑(RTM)成型、熱壓成型、片狀模壓成型(SMC)、纏繞成型(表4)[5]。

表4 碳纖維復合材料的加工工藝

2 結束語

在汽車輕量化材料加工工藝方面，我國要實現輕量化材料加工工藝的跨越式發展，就必須投入大量的人力物力財力。現如今，單一的材料已很難滿足汽車剛度和強度方面的需求，除了克服單一材料現有加工工藝上的技術難點，如何將多種輕量化材料的加工工藝形成技術融合，也是當前輕量化研究領域的熱點和發展趨勢。