摘要：闡述了常用汽車生產(chǎn)輕量化材料的加工工藝方法，并詳細(xì)介紹了其工藝分類、工藝原理以及工藝特點，指出了加工工藝的技術(shù)難點，最后提出了汽車輕量化研究的熱點和發(fā)展趨勢，對輕量化設(shè)計具有一定的參考作用。
引言
汽車材料未來發(fā)展的一個趨勢是實現(xiàn)汽車輕量化。近年來，在汽車行業(yè)中，鋁合金、鎂合金、塑料、碳纖維等密度小的材料的應(yīng)用越來越廣泛，其加工工藝越來越受到車企關(guān)注。通過分析和總結(jié)不同車身材料的加工工藝，研究不同車身材料加工工藝的優(yōu)缺點，最終實現(xiàn)合適的材料使用合適的加工工藝。
1 輕量化材料加工工藝
現(xiàn)行國家政策鼓勵汽車產(chǎn)品實現(xiàn)輕量化，目前國內(nèi)外常用的輕量化材料主要有高強鋼、鋁合金、鎂合金、塑料及碳纖維復(fù)合材料等，不同輕量化材料需要開發(fā)適合其自身的加工工藝。下面分別介紹。
1.1 先進(jìn)高強鋼的加工工藝
先進(jìn)高強鋼的加工工藝(表1)主要有激光拼焊、液壓成型、輥壓成型、差厚板、熱成型等，在不同的情況要求下選擇合適的加工工藝是汽車生產(chǎn)過程中的重要一環(huán)。
表1 先進(jìn)高強鋼的加工工藝
續(xù)表1
1.2 鋁合金的加工工藝
在諸多輕量化材料中，鋁是最早替代鋼材成為車企歡迎的一種新型汽車制造材料。與汽車用鋼鐵材料相比，鋁及其合金具有強度高、耐蝕性優(yōu)良、適合多種成型加工方法、較易再生利用、抗沖擊性能好等優(yōu)點，因而成為應(yīng)用上比較成熟的輕量化材料。鋁合金的加工工藝(表2)主要有磁脈沖輔助沖壓、熱沖壓、超塑成型、等溫鍛造工藝、擠壓工藝等。
表2 鋁合金的加工工藝
續(xù)表2
1.3 鎂合金的加工工藝
鎂是實用金屬中最輕的金屬，具有高剛性、高強度的特點。鎂合金是在鎂的基礎(chǔ)上加入其他金屬元素組成的合金，具有密度小、強度高、彈性模量大、散熱好、消震性好的特點，耐有機物和堿的腐蝕性能好，承受沖擊載荷能力比鋁合金大。正因為具有如上優(yōu)點，鎂合金的加工工藝現(xiàn)已成為現(xiàn)行汽車輕量化材料的熱點之一[4]。
從成型工藝上劃分，鎂合金可分為鑄造鎂合金(圖1)和變形鎂合金(圖2)。
圖1 鎂合金的液態(tài)成型方法
圖2 鎂合金的塑性成型與深加工方法
鑄造鎂合金通過在熔融狀態(tài)下充填鑄型，獲得最終使用形狀和尺寸的毛坯。其中，鎂合金最主要且應(yīng)用最廣泛的鑄造方法是壓鑄。用傳統(tǒng)壓鑄方法生產(chǎn)的鎂合金壓鑄件雖然已被廣泛應(yīng)用，但其不能在較高溫度下使用，也不能通過熱處理強化。近年來工程技術(shù)人員在傳統(tǒng)壓鑄工藝的基礎(chǔ)上開發(fā)了一系列新的壓鑄技術(shù)，如半固態(tài)壓鑄、真空壓鑄等，以消除以上缺陷，從而提高壓鑄件的內(nèi)在質(zhì)量。此外，用于生產(chǎn)壁厚較厚鑄件的重力鑄造工藝也是傳統(tǒng)的鎂合金鑄造方法之一。重力鑄造主要包括半金屬型鑄造、金屬型鑄造、砂型鑄造等。
變形鎂合金是指利用擠壓、鍛造、軋制和沖壓等方法加工的鎂合金。由于鎂合金為密排六方晶體結(jié)構(gòu)，其在室溫下只有基面滑移系可以啟動。提高成型溫度是改善鎂合金成型性能的一個有效途徑。因此，變形鎂合金大多在溫?zé)釥顟B(tài)下進(jìn)行塑性加工，常見的成型方式有鍛造成型、板材成型和擠壓成型。鎂合金可以通過鍛造形成不同的尺寸和形狀，鍛件形狀和尺寸穩(wěn)定性較好，且具有良好的綜合力學(xué)性能。
1.4 塑料的加工工藝
塑料復(fù)合材料作為重要的輕量化材料，其比重輕、耐腐蝕，具有很強的設(shè)計性和良好的工藝性能。典型的塑料成型工藝根據(jù)塑料注入模具的方式不同，可分為擠出成型、注射成型和模壓成型3種方式(表3)。
表3 塑料的加工工藝
1.5 碳纖維復(fù)合材料加工工藝
碳纖維復(fù)合材料作為汽車部件，相比于傳統(tǒng)鋁合金、高強鋼和玻纖復(fù)合材料等材料，具有高強輕質(zhì)、耐沖擊性好、零部件一體化、可設(shè)計性好、耐腐蝕性能好等優(yōu)點，其減重效果和強度優(yōu)勢更加明顯。在全球節(jié)能減排的大環(huán)境下，采用碳纖維復(fù)合材料替代現(xiàn)有的金屬結(jié)構(gòu)，是實現(xiàn)減少汽車尾氣污染并達(dá)到節(jié)能的有效途徑。碳纖維復(fù)合材料的加工工藝主要有樹脂傳遞模塑(RTM)成型、熱壓成型、片狀模壓成型(SMC)、纏繞成型(表4)[5]。
表4 碳纖維復(fù)合材料的加工工藝
2 結(jié)束語
在汽車輕量化材料加工工藝方面，我國要實現(xiàn)輕量化材料加工工藝的跨越式發(fā)展，就必須投入大量的人力物力財力?，F(xiàn)如今，單一的材料已很難滿足汽車剛度和強度方面的需求，除了克服單一材料現(xiàn)有加工工藝上的技術(shù)難點，如何將多種輕量化材料的加工工藝形成技術(shù)融合，也是當(dāng)前輕量化研究領(lǐng)域的熱點和發(fā)展趨勢。
參考文獻(xiàn)：
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[5] 韓維建，張瑞杰，鄭江，等.汽車材料及輕量化趨勢[M].北京：機械工業(yè)出版社，2017.
來源：秦超，王麗萍(中汽研汽車工業(yè)工程(天津)有限公司 ，天津 300300)
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