材料加工技术创新与汽车轻量化探究

黄前飞

（贵州工业职业技术学院，贵州贵阳 550008）

材料加工技术创新与汽车轻量化探究

黄前飞

（贵州工业职业技术学院，贵州贵阳 550008）

随着汽车行业的不断发展，轻量化是目前汽车发展的趋势为汽车的，因此在汽车制造材料中，越来越多的新型轻质材料以及加工技术不断出现。因此首先介绍了现阶段在汽车制造行业中新型的成型加工工艺，进而分析了新型的轻质汽车制造材料。

汽车；材料加工技术；创新；汽车轻量化

随着汽车行业的快速发展，其给人类的各行各业发展都带来了一定的便利，但是同时也造成了越来越严重的环境问题、能源问题，因此为了保障汽车行业的持续发展以及保护地球的环境，进行汽车的轻量化是十分必要的。

1 创新成型工艺

1.1 激光拼接、裁剪工艺

在传统的汽车零件制造上，主要使用圆形以及矩形等截面来进行棒、板的加工。由于材料较为单一，故此其具备操作十分简易的优势，但是其使用材料消耗很大，并且裁剪效果并不是很好。新型的拼接、裁剪工艺相对于传统的零件制造工艺，其具备原材料使用效率更高的优势，在其使用中通过焊接、热处理等方式将截面、材质以及性能不同的材料在进行剪切之后再拼接起来，进而实现原材料最佳的使用率，同时还可以在一定程度上提升制造零件的性，能其主要具有以下几点特点上[1]。

首先是对于汽车自身的车重有着明显的降低效果。使用1.5mm的加强板以及0.8mm的本体材料，其总厚度达到2.3mm。但是使用激光焊接技术可以使焊接的厚度降低至1.5~2.0mm之间，并且在性能上达到了同样的效果。其次为有效的减少了汽车零部件。使用激光焊接技术可以使用最大程度上的实现本体零件和加强板之间的一体化，焊接成一个简易的整体零件，故此对于汽车零件数量有着明显的降低作用。再者为焊接作业为一步化完成，进而可以实现焊接作业模具以及流程的减少，进而实现生产成本的降低。最后为有效的增加了汽车的安全性。激光焊接技术在其焊接措施上实现了两块钢板之间的分子程度上的结合，其在物理力学上进行观察就好像是焊接成了一整块钢板，进而其硬度较之常规的焊接其强度增加了30%，这就为汽车硬度增加了30%，从而就实现了汽车安全性提稿增加。

1.2 液压成型工艺

液压成型工艺，其是利用模具以及液体对金属等材料进行塑性的加工。液压成型技术主要分为内高压成型和金属板料液压成型两种，其相对于传统的成型技术具有诸多的优点：首先，液压成型工艺的应力状态很好，能够在使用中配合压印、冲孔以及弯曲等多道工序，并且承变形能力也很强；其次液压成型工艺可以有效的对模型结构进行简化，从而在很大程度上使生产的周期减短，进而提升整个制造工作的经济性；最后，使用液压成型工艺能够制造出很多复杂结构的工件，进而能够在很大程度上减少汽车的总零件数，进而实现汽车轻量化的目的，并且使汽车的舒适性增强[2]。

1.3 内高压成形技术

内高压成形技术，其成形原理为通过对轴向加力补料以及内部的加压，进而实现在其管培压入到模具型腔之内，从而形成一个成型零件。在汽车轻量化发展中，发展内高压成形技术主要是为了实现汽车自身体重的降低，其主要通过大量使用轻质的材料，同时在其零件的结构大量使用空心结构代替实心结构，这类零件主要是汽车零件中承受扭转或者弯曲应力的零件，故此实现空心化并不会造成零件性能上的降低，但是实现了最大程度上的重量降低。和传统的冲压技术相比内高压成形技术主要具有以下几点优势：

首先是在零件结构上实现了空心化，进而在很大程度上实现了零件制造材料的降低，同时还降低了汽车的自身质量。其次为高压的成形技术在零件成形时压力很大，故此在其零件刚度、强度上都实现了很大程度上的提升。最后为对于汽车的总体生产成本实现了降低。内高压成形技术其使用主要是在汽车的轴线变化、异型截面空心以及矩形截面类的零件。例如散热架、前轴以及底盘等，这些部件通常都是需要使用材料很多的地方，因此实现这些零件的材料降低便实现了最大程度上的汽车总造价的降低[3]。

1.4 其他技术

除了上文所介绍的三种汽车轻量化的技术之外在国际上还存在一些并没有实现广泛性利用的轻量化技术。例如20世纪70代在美国麻省理工大学研究出的半固态成型技术以及JFE钢铁研究公司所研究出的板材及管材电磁成形技术、JFE智能冲压成型技术、多模点成型技术、美铝合金超塑性成形技术等。这些技术虽然并没有在实际的汽车轻量化中广泛的使用，但是其在理论上以及实践上都是具有很高的可行性的，并且也在发展之中不断的实现自身的成熟和完善，进而也推动者整个汽车轻量化进程的不断推进[4]。

2 新型材料

2.1 轻金属材料

目前在汽车轻量化的道路上广泛使用的轻质金属材料主要有钛、镁和铝三种。

钛金属是一种银白色的稀有过滤金属，其在地球上的总含量相对较为丰富，具有质量轻、强度高以及耐腐性强等优势，使用钛金属进行汽车的制作，可在很大程度上减轻汽车的质量，现阶段钛金属在汽车的离合器、车轮、气门座以及转型齿轮等广泛的被使用，但是钛金属缺点是价格很高，因此现阶段在一般汽车中的应用较少[5]。

镁在汽车的制造中主要以合金的形式的使用，通常需要添加其他元素形成镁合金使用。其优点是具有很高的比弹性、质量很低，以及散热性较高的等优点[2]。现阶段在汽车的方向盘柱、发动机缸盖以及进气歧管等上有广泛的使用，相对于钛金属而言，镁的价格较低，因此在汽车制造中使用更为广泛[6]。但是镁合金在其种类上较少，并且价格相对也较高，同时其高温以及抗蠕变性能较差，并且零件的后处理工序也较为复杂，同时也容易受到酸性物质的腐蚀。因此要实现镁金属的进一步在汽车轻量化上的广泛使用还需要在价格以及制造工艺上实现进一步的突破。

铝是一种银白色的金属，具备良好的延展性，并且在地球上的含量很高，具有耐腐蚀、易加工等诸多的优点。目前在在汽车的连杆、油管、凸轮座等零部件商有广泛的使用。但是铝合金在其价格上是钢材的三倍左右，并且在其零件制造过程上通常都需要使用压铸成型技术，该技术的工艺十分复杂；并且其制造具有较大的控制难度，在压制成型技术使用中还极易出现缩孔、缩松以及形成气孔等问题，故此其在制造中的报废品较多，因此在成本上控制难度很大[7]。

2.2 非金属材料

在轻量化汽车的制造中除了钛、镁、铝等金属材料被广泛使用之外，一些非金属材料也被广泛的使用其中，例如：塑料、陶瓷等。塑料是其中使用最大的非金属材料，塑料具有成较低，减重效果明显等优点。目前在汽车的许多的零件都有广泛的使用，例如把手、安全扣带、电开关、车底板、托架、仪表板、刮雨器、门框、防冻板、保险杆等均有塑料材料的使用[8]。碳纤维复合材料也是目前非金属材料中，在汽车制造中使用较为广泛的材料。其具有质量轻、高强度以及耐腐蚀等优点，在汽车减重中的效果极佳。目前主要在汽车车架、摩擦片以及车身上广泛的应用，其中强度极高的有机碳纤维的复合材料甚至可以达到代替普通钢材料的效果。

2.3 高强度及超高强度钢材料

如果一块合金钢板其屈服强度大于140lgf/mm2、抗拉强度大于165kgf/mm2，那么该合金钢板就是超高强度的钢板。根据钢版的合金化程度以及其显微组织可以将其划分为高合金、中合金、低合金、超低碳以及半奥氏体等。由于钛、镁等金属其在地球上的含量有限，同时价格也很高，并且受到工艺的影响，虽然其在综合性能上比普通钢更好，但是却难以实现完全代替普通钢。然而高强度及超高强度钢材料去可以在很大程度上实现对普通钢材料的代替，并且其使用量更少，进而达到汽车制造材料的降低。现阶段主要的高强度钢材料主要通过冶炼和热处理的方式来获得，但是高强度钢在制造中，具有成型度不高、回弹大等工艺上缺点，因此，其在汽车制造的冲压、焊接的环节，必须通过热冲压伺服压力机等方法进行处理，这也在一定程度上增加了汽车制造的成本[9]。

3 结束语

综上所述，进行汽车的轻量化是实现汽车行业持续发展以及保护人类赖以生存的地球的必要措施，因此必须不断的在汽车轻量化的道路上进行研究。现阶段主要应用的新型汽车制造技术有拼接、裁剪工艺，液压成型工艺以及内高压成形技术三种，而在汽车轻量化的材料上主要有钛、镁、铝等轻质的金属材料，同时也包括一些非金属材料以及强度很高的钢材料。在汽车制造中可以经过细致的分析，合理地进行工艺和材料的选择，实现汽车的最大化轻量化，并保障经济性。

[1] 刘艳，孙友松.材料加工技术创新与汽车轻量化[C].第三届锻压装备与制造技术论坛特种加工技术研讨及产品信息交流会议论文汇编，2012，（20）：82-87.

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[3] 赵岭，王婷，梁明，等.机床结构件轻量化设计的研究现状与进展[J].机床与液压，2012，（15）：145-147.

[4] 王文晖.材料加工技术创新在汽车轻量化中的应用研究进展[J].科学与财富，2016，（4）：821-822.

[5] 胡平，刘文权，盈亮，等.高强度钢热成形理论、试验、仿真研究及在车身轻量化中的应用[C].第十一届先进成型与材料加工技术国际研讨会论文集.2014，（3）：52-63.

[6] 王艳青，李军，陈云霞，等.连续变截面薄板在汽车轻量化应用中的新进展[J].现代零部件，2013，（12）：43-45.

[7] 史东杰，刘伟波，王连波，等.乘用车悬架系统铝合金应用现状[J].轻合金加工技术，2015，（6）：5-8.

[8] 曾大本.面向汽车轻量化材料加工技术的发展动向[J].现代铸铁，2010，（z2）：15-22.

[9] 方静.切削深度对铝合金加工过程影响的数值仿真[J].科技创业家，2013，（20）：60.

Research on Technological Innovation of Material Processing and Light Weight of Automobile

Huang Qian-fei

With the continuous development of the automobile industry，the current trend of automobile development is the lightweight of automobile，so more and more new lightweight materials and processing technology are becoming more and more popular in automobile manufacturing materials.In this context，the article fi rst introduced，at this stage in the automotive manufacturing industry in the new molding process，and then analyzed the new light vehicle manufacturing materials.

automobile；material processing technology；innovation；automobile light weight

U466；U465

B

1003–6490（2017）03–0043–02

2017–03–01

黄前飞（1977—），男（苗族），主要研究方向为机械与电气工程。