化工设计通讯 新材料与新技术 Ｎｅｗ Ｍａｔｅｒｉａｌ ａｎｄ Ｎｅｗ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 第４３卷第３期 ２０１７年３月 Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ 材料加工技术创新与汽车轻量化探究 黄前飞 （贵州Ｉ工业职业技术学院，贵州贵阳５５０００８） 摘要：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。 关键词：汽车；材料加工技术；创新；汽车轻量化 中图分类号：Ｕ４６６；Ｕ４６５ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００３－６４９０（２０１７）０３－００４３－０２ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏ－ｇｉｃａｌ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ Ｌｉｇｈｔ Ｗｅｉｇｈｔ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｈｕａｎｇ Ｑｉａｎ－ｆｅｉ Ａｂｓｔｒａｃｔ：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 ｎａｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｒｅ ｂｅｃｏｍｉｎｇ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｐｏｐｕｌ￣ ｎｉ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｃｏｎｔｅｘｔ，ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｆｉｒｓｔ ｎｉｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｔ ｈｔｉｓ ｓｔａｇｅ ｉｎ ｔｈｅ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｉｎ ｔｈｅ ｎｅｗ ｍｏｌｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ， ａｎｄ ｈｔｅｎ ａｎａｌｙｚｅｄ ｈｔｅ ｎｅｗ ｌｉｇｈｔ ｖｅｈｉｃｌｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ；ｍａｔｅｒｉａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ；ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｌｉｈｇｔ ｗｅｉｇｈｔ 随着汽车行业的快速发展，其给人类的各行各业发展都 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 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 轻量化的目的，并且使汽车的舒适性增强［２］。 题、能源问题，因此为了保障汽车行业的持续发展以及保护 １．３内高压成形技术 地球的环境，进行汽车的轻量化是十分必要的。 内高压成形技术，其成形原理为通过对轴向加力补料以 １创新成型工艺 及内部的加压，进而实现在其管培压入到模具型腔之内，从 １．１激光拼接、裁剪工艺 而形成一个成型零件。在汽车轻量化发展中，发展内高压成 在传统的汽车零件制造上，主要使用圆形以及矩形等截 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 面来进行棒、板的加工。由于材料较为单一，故此其具备操 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 作十分简易的优势，但是其使用材料消耗很大，并且裁剪效 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 果并不是很好。新型的拼接、裁剪工艺相对于传统的零件制 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 造工艺，其具备原材料使用效率更高的优势，在其使用中通 低，但是实现了最大程度上的重量降低。和传统的冲压技术 过焊接、热处理等方式将截面、材质以及性能不同的材料在 相比内高压成形技术主要具有以下几点优势： 进行剪切之后再拼接起来，进而实现原材料最佳的使用率， 首先是在零件结构上实现了空心化，进而在很大程度上 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 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。 以下几点特点上 ”。 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 首先是对于汽车自身的车重有着明显的降低效果。使用 件刚度、强度上都实现了很大程度上的提升。最后为对于汽 １．５ｍｍ的加强板以及０．８ｎｎｎ的本体材料，其总厚度达到２．３ｍｍ。 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 但是使用激光焊接技术可以使焊接的厚度降低至１．５～２．Ｏｍｍ之 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。 间，并且在性能上达到了同样的效果。其次为有效的减少了 例如散热架、前轴以及底盘等，这些部件通常都是需要使用 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 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 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 大程度上的汽车总造价的降低［３】。 件，故此对于汽车零件数量有着明显的降低作用。再者为焊 １．４其他技术 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 除了上文所介绍的三种汽车轻量化的技术之外在国际上 的减少，进而实现生产成本的降低。最后为有效的增加了汽 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 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 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 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 ＪＦＥ钢铁研究公司所研究出的板材及管材电磁成形技术、ＪＦＥ 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 智能冲压成型技术、多模点成型技术、美铝合金超塑性成形 增加了３０％，这就为汽车硬度增加了３０％，从而就实现了汽车 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 安全性提稿增加。 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， １．２液压成型工艺 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 液压成型工艺，其是利用模具以及液体对金属等材料进 动者整个汽车轻量化进程的不断推进［４】。 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 ２新型材料 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： ２．１轻金属材料 首先，液压成型工艺的应力状态很好，能够在使用中配合压 目前在汽车轻量化的道路上广泛使用的轻质金属材料主 印、冲孔以及弯曲等多道工序，并且承变形能力也很强；其 要有钛、镁和铝三种。 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 钛金属是一种银白色的稀有过滤金属，其在地球上的总 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 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， 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， 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 收稿日期：２Ｏ１７＿Ｊ０３＿Ｊ０１ 量，现阶段钛金属在汽车的离合器、车轮、气门座以及转型 作者简介：黄前飞（１９７７一），男（苗族），主要研究方向为机械与电 齿轮等广泛的被使用，但是钛金属缺点是价格很高，因此现 气工程。 阶段在一般汽车中的应用较少【５】。 ・４３・ 第４３卷第３期 ２０１７年３月 新材料与新技术 Ｎｅｗ Ｍａｔｅｒｉａｌ ａｎｄ Ｎｅｗ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 化工设计通讯 Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ 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 。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 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 成本嘲。 为复杂，同时也容易受到酸性物质的腐蚀。因此要实现镁金 ３结束语 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 综上所述，进行汽车的轻量化是实现汽车行业持续发展 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 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。 参考文献 ［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． 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１４０１ｇｆ／ｍｍ 、抗拉强 度大于１６５ｋｇｆ／ａｒｍ２，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 ［２］方鲲，顾轶卓，刘建才，等．碳纤维增强（树脂基）热塑性复合材 料汽车轮毂的ＣＡＥ分析【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，（２０）：１９１．１９５． ［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［４］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， ２Ｏｌ３，（２Ｏ）：６０． 容易出现误差；检测参数影响因素较多等。笔者现根据目前 上声波在正常压实泥岩中传播的声波时差；Ａｔ 为实际测量声 技术提出几点趋势预测：可以根据有效应力原理测定地层压 力；预测过程中参考邻井的相关资料进行检测；设法考虑到 波在泥岩中传播的声波时差；Ⅳ为伊顿系数。 正常压实趋势线的确定对测量结果影响很大。同时伊顿 欠压实以外的因素影响加入到测试方法中。 指数Ⅳ回归的效果决定了采用的伊顿系数，也就是决定了测 参考文献 （上接第３０页） 量结果。 ［１刘春莹．随钻测井地层压力预测技术研究【１］Ｄ】．青岛：中国石油大学， ２０１４． ６结束语 ２】孙超，高晶，王晓波，等．基于测井资料的地层压力分析技术［Ｊ］． 现有技术仍存在一些局限，比如：不适用于非泥岩地层； ［钻采工艺，２００８（３１）：１—５． 不适用于不平衡压实以外的异常压力机制；正常趋势线确定 －－● 一・ －◆－－．－◆ ◆－・● ０ （上接第３９页） 来更多的效益，有利于我国经济的快速发展。 部分，积极地推动着我国各种产业的快速发展，因此电气的 参考文献 １】孙学龙．电气节能技术在工程设计中的研究及应用［Ｊ］．科技创新与 节能技术在我国石油化工产业中的应用就显得至关重要了。 ［应用，２０１６（２６）：ｌ１６． 当前能源资源较为紧张，需要给予电气节能足够的重视，这 ２］毕利媛，潘亮．电气节能技术在石油化工工程设计中的应用［Ｊ］．中 就需要加快对电气节能原理的研究，努力发展节能技术，提 ［国高新技术企业，２０１５（１８）：１０１．１０２． 高我国节能技术的科技含量，以便于能够为石油化工产业带 ・４４・