新材料在模具設計和汽車制造工藝中的應用

羅棟 馬啟濤

摘要：隨著科學技術水平的不斷進步，人們在傳統材料不足以滿足生產生活需求的現狀驅動下開始轉戰新材料的研究。新材料具有高強度、高硬度、耐高溫、高抗腐蝕性、高抗輻射等優點，在工業領域、軍事領域等擁有廣闊的應用前景。21世紀，新材料的研制及應用將成為重點科技發展方向之一。本文主要介紹了新材料在模具設計以及汽車制造工藝方面的應用。

關鍵詞：新材料；模具設計；汽車制造工藝

模具設計和汽車制造行業是我國經濟的重要組成部分，而模具設計和汽車制造所采用的材料在整個流程中的作用更是重中之重。近年來，社會發展迅速，對材料的要求更加嚴格，而傳統的材料在性能方面存在一些瑕疵，不能很好的滿足現代化的需求，由此改進材料性能使之順應社會發展潮流顯得尤為必要。由此，新材料應運而生，被應用到模具設計和汽車制造工藝中，極大地滿足人們的高要求。

1新材料的解析和汽車材料的發展趨勢

1.1新材料的解析

新材料顧名思義就是最新發展的材料，與傳統的材料相比，最明顯的特點就是性能突出。極大符合人們對高科技的要求。新材料在國家“十三五”規劃中被稱為“后起之秀”成為我國一項新興產業。并且根據相關材料市場的報告，材料行業的總產值增長率較高，增速較快，是我國行業發展新的方向。新材料可以按照不同標準進行劃分，比如按結構組成和性能以及用途和性質進行分類。其中按性能主要有結構材料和功能材料兩大類，按結構組成上主要由金屬、有機高分子、先進復合材料和無機非金屬材料組成，極大滿足生活生產的多種需求。

1.2汽車材料的發展趨勢

隨著時代的高速發展，汽車行業也發展迅速，人們對汽車性能有了新的要求，以便更好滿足多種需求。針對汽車未來發展趨勢來說，需要從三大方面入手，分別是輕量化、節能和環保。要達到汽車輕量化的要求，就必須在傳統材料的基礎上，不斷深入改進汽車材料性能，使用新型材料，有效減少能源消耗和排放尾氣污染，提高汽車技術全面發展。對于汽車材料的未來發展方向主要是：鋼材材料使用率降低，新材料比如：有色金屬、復合材料等用量大大提高，新材料逐漸取代傳統材料，不斷應用到模具設計和汽車制造中。

2新材料在模具設計和汽車制造中的應用

2.1新材料在模具設計中的應用

模具產業是我國的基礎產業，在一定程度上影響我國社會經濟的全面發展。根據我國目前情況，基礎模具的制造水平關乎著大多工業產品的質量，新材料正是順應了社會發展潮流，也為模具設計帶來新的發展方向。模具設計需要考慮的因素比較全面，比如：在材料選取和制造工藝上要格外注意，特別是材料的選取對模具設計具有重要影響。新材料能有效提高模具設計的生產效率和質量。新材料與傳統材料相比，具有較好的靈活性和耐腐蝕性，優勢明顯突出。應用模具設計中的材料主要由不同種類組成，分別是普通鋼、invar鋼、環氧樹脂以及鋁合金鈦合金等。普通鋼的特點是力學性能突出，成本也相對較低，比較適合型面曲率要求較小模具。invar鋼優勢相較于普通鋼來說更加明顯，不僅具有良好力學性能，同時成本和熱膨脹系數都比較低，能夠全面滿足結構復雜的模具設計要求，同時也能滿足不同尺寸和曲率要求。此外新材料在模具設計中一般采用的是數控加工技術，這種技術的特點是能夠提高模具的精準度和生產效率。同時新型材料在模具設計中需要對模具表面進行處理，傳統材料耐腐蝕效果差，新材料極大地彌補傳統材料的不足，在模具設計中添加了特殊的工藝，比如：對模具表面進行激光和化學處理，同時進行表面覆蓋工藝，這樣能有效保證模具表面光滑，同時抗腐蝕性大大增加，模具也不易變形。

2.2新材料在汽車制造中的應用

1）高強度鋼板在汽車制造中的應用。與傳統的高強度鋼板相比，新型的鋼板是在低碳鋼的基礎上，融入了適量的微量元素，經過復雜的工序而成，具有較好的抗拉強度和深拉延性能，是車身輕量化的重要組成材料，能大大減輕整車重量，改善車身性能。新型鋼板具有多種類型，其中低合金高強度鋼板主要有含磷冷軋鋼板，此外還有冷軋雙向鋼板和烘烤硬化冷軋鋼板，不同新型鋼板都有其自身優勢，一般汽車外板、頂蓋和車門等主要是用含磷冷軋鋼板，具有較高的強度和耐腐蝕性特點，此外點焊性能也較高。另外冷軋雙向鋼板能很好滿足車身零件的要求，特別是形狀較復雜和強度要求高的零件。

2）蜂窩夾芯復合板和泡沫合金板的應用。蜂窩夾芯復合板具有多種分類，主要是根據夾芯材料的不同劃分的，比如有玻璃布蜂窩和鋁蜂窩等，不同材料都有明顯優勢，在汽車制造工藝中發揮著重要的作用。蜂窩夾芯復合板在車身上得到廣泛的應用，主要是源于其輕質抗震隔熱等突出特點的原因。其中以聚丙烯作為芯的鋼板有效減輕零件重量，同時沖壓成型更加簡單。另外泡沫合金板密度較小，同時具有較好的彈性，能夠承受外力的沖擊，被廣泛應用到汽車制造中。泡沫合金板也有很多細小的分類，汽車制造中可以根據不同需求進行不同選擇。

3）輕量化迭層鋼板的應用。迭層鋼板屬于復合材料，與傳統材料相比，具有較好的隔熱性能和防震功能，被大量應用到發動機罩和車身底板等部件中。鋁作為應用于汽車制造中我們較為熟悉的新材料，具有較強的比強度和比剛度，密度較小但抗腐蝕性能良好，因此在整個汽車配件中所占的比例越來越高。鎂合金具有密度較小，導熱性能好等特點，特別適合在汽車工業中的應用。鎂合金在車身中應用較多，比如車門采用鎂合金材料制造，車門重量極大降低，另外在前后擋板和方向盤中也有應用。此外鋁合金優勢也比較多，比如：比強度高和熱穩定性好等，奧迪a2采用鋁合金材料，整車重量降低，有效達到汽車輕量化要求。還有一個重要特點就是鋁合金可以回收利用，避免不必要的資源浪費。

AUDIA8的車身鈑金件即采用了國外開發出的高純度及高穩定性6000系列鋁合金，代替了傳統的鋼鑄件，大大減輕了車體重量。新材料的出現也催生了新的汽車制造工藝。發泡鋁材技術因其采用了新型三明治鋁材也被稱為“三明治式發泡鋁材技術”。這種新型的鋁材采用了三層結構：內部兩層采用堅實的鋁板或鋼板，內部中間層發泡鋁材質。在制造工藝上，首先將需要的材料進行拉延成板材的半成品，然后把這個半成品放置于模具之中不斷加熱，使板材半成品不斷進行膨脹，成為我們所需的材料。因技術水平及對新材料的認知有限，目前這項制造工資所需成本較高，但這種制造工藝所得的三層結構使汽車總體質量減輕，但卻能吸收各種能量，可有效的用來隔音、隔熱以及耐高溫。

結語

在傳統材料不足以滿足生產生活需求的現狀下，新材料應運而生。盡管目前國際上已研制成功眾多新型材料，但由于新材料的制作工藝大都較為復雜，制作成本要高于傳統工藝，因此新材料在我們日常生活中不為常見。但隨著科學技術的發展以及社會的進步，新材料肯定不會僅局限于上文中提到的模具設計以及汽車制造等領域?！笆濉币巹潓龑虏牧显谖覈鴳鹇孕孕屡d產業的培育及發展過程中成為產業轉型升級中關鍵。

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