新材料在模具设计和汽车制造工艺中的应用

罗栋 马启涛

摘要：随着科学技术水平的不断进步，人们在传统材料不足以满足生产生活需求的现状驱动下开始转战新材料的研究。新材料具有高强度、高硬度、耐高温、高抗腐蚀性、高抗辐射等优点，在工业领域、军事领域等拥有广阔的应用前景。21世纪，新材料的研制及应用将成为重点科技发展方向之一。本文主要介绍了新材料在模具设计以及汽车制造工艺方面的应用。

关键词：新材料；模具设计；汽车制造工艺

模具设计和汽车制造行业是我国经济的重要组成部分，而模具设计和汽车制造所采用的材料在整个流程中的作用更是重中之重。近年来，社会发展迅速，对材料的要求更加严格，而传统的材料在性能方面存在一些瑕疵，不能很好的满足现代化的需求，由此改进材料性能使之顺应社会发展潮流显得尤为必要。由此，新材料应运而生，被应用到模具设计和汽车制造工艺中，极大地满足人们的高要求。

1新材料的解析和汽车材料的发展趋势

1.1新材料的解析

新材料顾名思义就是最新发展的材料，与传统的材料相比，最明显的特点就是性能突出。极大符合人们对高科技的要求。新材料在国家“十三五”规划中被称为“后起之秀”成为我国一项新兴产业。并且根据相关材料市场的报告，材料行业的总产值增长率较高，增速较快，是我国行业发展新的方向。新材料可以按照不同标准进行划分，比如按结构组成和性能以及用途和性质进行分类。其中按性能主要有结构材料和功能材料两大类，按结构组成上主要由金属、有机高分子、先进复合材料和无机非金属材料组成，极大满足生活生产的多种需求。

1.2汽车材料的发展趋势

随着时代的高速发展，汽车行业也发展迅速，人们对汽车性能有了新的要求，以便更好满足多种需求。针对汽车未来发展趋势来说，需要从三大方面入手，分别是轻量化、节能和环保。要达到汽车轻量化的要求，就必须在传统材料的基础上，不断深入改进汽车材料性能，使用新型材料，有效减少能源消耗和排放尾气污染，提高汽车技术全面发展。对于汽车材料的未来发展方向主要是：钢材材料使用率降低，新材料比如：有色金属、复合材料等用量大大提高，新材料逐渐取代传统材料，不断应用到模具设计和汽车制造中。

2新材料在模具设计和汽车制造中的应用

2.1新材料在模具设计中的应用

模具产业是我国的基础产业，在一定程度上影响我国社会经济的全面发展。根据我国目前情况，基礎模具的制造水平关乎着大多工业产品的质量，新材料正是顺应了社会发展潮流，也为模具设计带来新的发展方向。模具设计需要考虑的因素比较全面，比如：在材料选取和制造工艺上要格外注意，特别是材料的选取对模具设计具有重要影响。新材料能有效提高模具设计的生产效率和质量。新材料与传统材料相比，具有较好的灵活性和耐腐蚀性，优势明显突出。应用模具设计中的材料主要由不同种类组成，分别是普通钢、invar钢、环氧树脂以及铝合金钛合金等。普通钢的特点是力学性能突出，成本也相对较低，比较适合型面曲率要求较小模具。invar钢优势相较于普通钢来说更加明显，不仅具有良好力学性能，同时成本和热膨胀系数都比较低，能够全面满足结构复杂的模具设计要求，同时也能满足不同尺寸和曲率要求。此外新材料在模具设计中一般采用的是数控加工技术，这种技术的特点是能够提高模具的精准度和生产效率。同时新型材料在模具设计中需要对模具表面进行处理，传统材料耐腐蚀效果差，新材料极大地弥补传统材料的不足，在模具设计中添加了特殊的工艺，比如：对模具表面进行激光和化学处理，同时进行表面覆盖工艺，这样能有效保证模具表面光滑，同时抗腐蚀性大大增加，模具也不易变形。

2.2新材料在汽车制造中的应用

1）高强度钢板在汽车制造中的应用。与传统的高强度钢板相比，新型的钢板是在低碳钢的基础上，融入了适量的微量元素，经过复杂的工序而成，具有较好的抗拉强度和深拉延性能，是车身轻量化的重要组成材料，能大大减轻整车重量，改善车身性能。新型钢板具有多种类型，其中低合金高强度钢板主要有含磷冷轧钢板，此外还有冷轧双向钢板和烘烤硬化冷轧钢板，不同新型钢板都有其自身优势，一般汽车外板、顶盖和车门等主要是用含磷冷轧钢板，具有较高的强度和耐腐蚀性特点，此外点焊性能也较高。另外冷轧双向钢板能很好满足车身零件的要求，特别是形状较复杂和强度要求高的零件。

2）蜂窝夹芯复合板和泡沫合金板的应用。蜂窝夹芯复合板具有多种分类，主要是根据夹芯材料的不同划分的，比如有玻璃布蜂窝和铝蜂窝等，不同材料都有明显优势，在汽车制造工艺中发挥着重要的作用。蜂窝夹芯复合板在车身上得到广泛的应用，主要是源于其轻质抗震隔热等突出特点的原因。其中以聚丙烯作为芯的钢板有效减轻零件重量，同时冲压成型更加简单。另外泡沫合金板密度较小，同时具有较好的弹性，能够承受外力的冲击，被广泛应用到汽车制造中。泡沫合金板也有很多细小的分类，汽车制造中可以根据不同需求进行不同选择。

3）轻量化迭层钢板的应用。迭层钢板属于复合材料，与传统材料相比，具有较好的隔热性能和防震功能，被大量应用到发动机罩和车身底板等部件中。铝作为应用于汽车制造中我们较为熟悉的新材料，具有较强的比强度和比刚度，密度较小但抗腐蚀性能良好，因此在整个汽车配件中所占的比例越来越高。镁合金具有密度较小，导热性能好等特点，特别适合在汽车工业中的应用。镁合金在车身中应用较多，比如车门采用镁合金材料制造，车门重量极大降低，另外在前后挡板和方向盘中也有应用。此外铝合金优势也比较多，比如：比强度高和热稳定性好等，奥迪a2采用铝合金材料，整车重量降低，有效达到汽车轻量化要求。还有一个重要特点就是铝合金可以回收利用，避免不必要的资源浪费。

AUDIA8的车身钣金件即采用了国外开发出的高纯度及高稳定性6000系列铝合金，代替了传统的钢铸件，大大减轻了车体重量。新材料的出现也催生了新的汽车制造工艺。发泡铝材技术因其采用了新型三明治铝材也被称为“三明治式发泡铝材技术”。这种新型的铝材采用了三层结构：内部两层采用坚实的铝板或钢板，内部中间层发泡铝材质。在制造工艺上，首先将需要的材料进行拉延成板材的半成品，然后把这个半成品放置于模具之中不断加热，使板材半成品不断进行膨胀，成为我们所需的材料。因技术水平及对新材料的认知有限，目前这项制造工资所需成本较高，但这种制造工艺所得的三层结构使汽车总体质量减轻，但却能吸收各种能量，可有效的用来隔音、隔热以及耐高温。

结语

在传统材料不足以满足生产生活需求的现状下，新材料应运而生。尽管目前国际上已研制成功众多新型材料，但由于新材料的制作工艺大都较为复杂，制作成本要高于传统工艺，因此新材料在我们日常生活中不为常见。但随着科学技术的发展以及社会的进步，新材料肯定不会仅局限于上文中提到的模具设计以及汽车制造等领域。“十三五”规划将会引导新材料在我国战略性新兴产业的培育及发展过程中成为产业转型升级中关键。

参考文献：

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