材料加工技术创新与汽车轻量化探究

袁金磊

摘 要：随着技术的发展，轻量化已成为汽车制造领域的研究重点，也是提升汽车性能、降低制造成本、减少环境污染的主要途径之一。主要从创新成形加工工艺以及新材料的应用两个方面探究了材料加工技术的创新和汽车轻量化过程。

关键词：材料加工技术；汽车；高强度钢板；汽车零件

中图分类号：U465 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.025

汽车行业的快速发展及其广泛应用一方面促进了各行各业的发展，给人们的生活带来了极大的便利；另一方面，增加了石油、金属等矿产能源的消耗，也造成了空气污染等环境问题。因此，汽车轻量化研究不仅可以增强汽车制造企业的市场竞争力，还可以促进矿产能源、生态环境的可持续发展。

1 创新材料加工工艺应用分析

1.1 裁剪、拼接工艺

以往，在汽车零件制造方面主要使用矩形、圆形等截面进行板、棒等材料的加工。由于材料单一，所以，具有操作简便的特点，但材料损耗较大，且性能不够理想。裁剪、拼接工艺是在传统零件制造工艺的基础上加以改进的材料加工工艺，通过焊接、热处理、辊轧等方法将材质、截面、性能等不同的材料裁剪后拼接起来。这样不仅可以将材料的利用度最大化，还可以提升零件的性能。

1.2 液压成形工艺

液压成形工艺又称液力成形工艺，该项工艺是利用模具、液体对金属等材料塑形的加工技术。液压成形分为2类：①金属板料液压成形。其中，一半模具使用高压液体使金属板料塑形，最终取得工艺零件；针对传统工艺中底部强度不足拉深件，可通过反向液压预成形的方式来解决。②内高压成形。将高压液体充满金属管，再通过模具加压的力量将其塑形。

液压成形工艺具有多种优点：①该工艺应力状态极佳，可以配合冲孔、压印、弯曲等多道工序，且承受变形的能力较强；②应用液压成形工艺可简化模型结构，使生产周期大大缩短，有效提升了工件制造的效率和经济效益；③利用液压成形能制造出多种结构复杂的工件，可减少汽车配备的零件数量，从而减轻车身质量，使汽车更加舒适、安全。

2 新材料在汽车制造中的应用

2.1 轻金属材料

轻金属材料有以下3种：①钛。钛为银白色的稀有过渡金属，含量相对丰富，具有强度高、质量轻、耐腐性强的特点。使用钛作为汽车制造材料不仅可减轻车辆自重，还可以减振、减污、节能、降噪，使汽车的舒适度、安全性等提升，并延长使用寿命。目前，钛主要用在汽车发动机及其相关的零件中，比如车轮、离合器、转向齿轮、摇臂、气门座、气门、连杆、紧固件、气门弹簧等。但钛的价格极高，因此，目前主要应用在专业赛车的制造中，一般汽车则较少使用。②镁。以镁为基础，添加其他元素后可形成镁合金，其密度很小，具有比弹性模量大、比刚度高、比强度高、承受冲击载荷力强、消振性好和散热性好等特点。目前，在汽车制造中，用镁合金主要应用在发动机缸盖、方向盘柱、进气歧管、仪表板横梁、衬底、变速器壳体、座驾椅等部件中。镁合金的价格没有钛高，在汽车制造中的使用更加普遍。③铝。铝为银白色的轻金属，具有良好的延展性，含量丰富，具有质量轻、耐腐蚀、加工性能好和消振性好等优点，应用于汽车制造中具有明显的减重效果。主要应用在凸轮座、连杆、油管、摇臂、空调、换热器、车轮盖、座椅等部件中。目前，铝虽然在汽车制造中的应用较为普遍，单与钢材料相比，铝及铝合金的价格更高，因此，这在一定程度上限制了铝在汽车制造中的应用。

2.2 高强度和超高强度钢

抗拉强度>165 kgf/mm2，屈服强度>140 lgf/mm2的合金钢被称为超高强度钢，按照显微组织与合金化程度分为高合金、中合金、低合金、半奥氏体、超低碳等。钛、镁合金等金属材料受到价格、工艺要求的影响，其无法普遍替代普通钢，而高强度和超高强度钢可取代普通钢板，从而实现汽车材料的薄壁化。目前，主要通过热处理和冶炼的方式获取高强度钢，但高强度钢具有回弹大、难成形等工艺缺点。因此，在焊接、冲压成形等制造环节，可通过伺服压力机、热冲压等方式解决此问题。

2.3 非金属材料

除了钛、镁、铝等金属材料之外，陶瓷、塑料、非金属轻质材料、非金属基复合材料等被广泛地应用于汽车制造中。其中，使用量最大的是塑料，其制造成本低、减重效果十分理想，目前，很多汽车零部件，比如把手、电开关、车底板、刮雨器、门框、安全扣带、防冻板、保险杆、托架、仪表板等均普遍使用塑料材料制造；碳纤维复合材料属于非金属材料，具有强度高、质量轻、耐腐蚀和耐蠕变等优点，在汽车制造中得到了普遍应用，具有良好的减重效果，主要应用在车架、车身、摩擦片、悬架等结构部件中，强度较高的有机纤维复合材料还可以取代普通的钢板材料。

3 结束语

综上所述，汽车轻量化是今后汽车制造行业发展的主要方向之一，是提升汽车的舒适度、安全性等综合性能的重要方式。随着科技的发展，汽车制造领域相关的材料加工技术、新材料的研发技术等也在不断创新，各种具有良好加工性能、质量轻和耐腐蚀等优点的新型材料将逐渐被应用，从而促进汽车的轻量化发展，实现节约能源、减少污染的目标。

参考文献

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〔编辑：张思楠〕