汽车构造专题论文

汽车新材料及新加工工艺机械与汽车工程学院车辆工程1111班李涵 2011138142

摘要：资源和环境问题是当今人类社会面临的巨大挑战，为实现人类社会的可持续发展，对新一代汽车产品在安全、环保和节能方面提出了更为严苛的要求。现代汽车材料除满足强度和使用寿命的要求外，还应满足性能、外观、安全、价格、环保、节能等方面的需求。轻量化、节能降耗和降低排放污染是现代汽车发展的趋势，研制性能更好更轻的汽车材料可以使能源消耗降低，排放污染减少。汽车新材料和新加工工艺对于汽车工业的发展是至关重要的。

关键词：新材料, 新加工工艺

一、汽车新材料

1、国内外汽车工业新材料的发展趋势

㈠轻量化材料的开发与应用是当前汽车材料技术发展的主导方向

①铝在汽车中的应用范围进一步扩大，并将成为仅次于钢的第二大汽车材料。

铝是应用较早且技术日趋成熟的轻量化材料，其用量持续增长，将成为仅次于钢的第二大汽车材料，并将呈现铸件、型材、板材并举的局面。在轻量化的推动下，铝合金材料及其应用技术发展的很快，铝的应用正朝着车身零件及结构件的方向发展，如铝合金车箱盖、发动机罩、提升式后车门、前端翼子板、发动机支架以及全铝车身骨架等。

②镁应用呈现快速增长趋势，但近期内在汽车中所占的比例预计不会超过1％。

镁是比铝更轻的金属材料，它可在铝的质量基础上再减轻15％－20％。目前，已实现工业化生产并大量用于装车的镁合金零件主要是车身和底盘零件，包括仪表板骨架与横梁、座椅骨架、转向盘、进气歧管，以及各种支架、罩盖等。制约镁在汽车中大量应用的最主要因素是技术问题，就结构件而言，由于存在诸如对镁材料的特性缺乏深层次理解，镁零件的防蚀技术未取得突破，镁材料的性

能数据缺乏（尤其缺少工艺－性能数据），镁零件的设计、使用经验不足等问题，使镁在汽车中的普及程度暂时还难以与铝匹敌。

③泡沫材料的开发与应用研究十分活跃

泡沫材料是一种应用日益普及的汽车轻量化材料，分为非金属泡沫材料和金属泡沫材料两大类。泡沫是一种具有复合功能的材料，它不仅可减轻零部件的质量，而且还可以提高其刚度与抗压陷性能、减振、降噪、隔热、吸收较高的冲击能量。其应用方式通常有如下两种：一是作为中间夹层材料与两侧金属板材组合在一起，构成所谓的复合板，这种复合板的外板一般为碳钢板、铝板和不锈钢板，复合板目前主要用于生产的汽车车身与发动机上的板壳类零件，如缓冲板、发动机气门罩、油底壳、SUV的飞轮室与车辕顶部、小型载货车车顶外板与地板等，复合板在承载零件的应用方面同样具有广阔的前景。二是作为填充材料（结构泡沫）直接填入零部件中需要加强的部位，常用作结构泡沫基材的有聚氨酯、环氧树脂和尼龙/玻璃纤维复合材料等。结构泡沫材料作为加强内衬用于轿车车身骨架中的各类构件，如前部车架、摆梁、后侧骨架和保险杠、A型柱－铰链柱、车顶纵梁－B 型柱等的结合部位，可显著提高车身的刚度和抗碰撞性能。在对车门、提升式后车门和车箱盖等车身部件的研究表明，采用结构泡沫构材料同样可取得较好的减轻质量效果。

④钢铁材料仍占据主导地位

钢铁材料在汽车材料构成中所占的比例保持相对稳定，但是其内部结构将发生变化，主要变化趋势是高强度钢和超高强度钢的用量将有较大的增长，铸铁和中、低强度钢的比例将会逐步下降。高强度钢的应用是汽车钢铁材料今后的主要发展方向之一，为了应对来自轻质材料的挑战，钢铁企业将开发的重点放在了高强度材料上，先后开发出了高强度钢板(屈服强度大于210N/mm2)、超高强度钢板(屈服强度大于550N/mm2）和先进的高强度钢，取得了良好的减轻质量的效果。高强度钢已成为颇具竞争力的汽车轻量化材料，在抗碰撞性、耐蚀性和成本方面较其他材料仍具有较大的优势。最新的应用情况表明，有些铝、镁合金零件又转而采用高强度钢设计，如保险杠、车轮、骨架、前门、后门、横梁等。安全法规是推动高强度钢应用的重要动力，为满足更为严格的安全法规要求(如侧面碰撞)，各大汽车公司均加快了高强度钢在汽车车身、底盘、悬架和转向系零件上的应用。

㈡新材料在解决轻量化与车辆安全的冲突问题中将发挥重要作用

在世界各国日益严格的安全法规推动下，汽车行业正在致力解决轻量化与车辆安全的矛盾。在不增加自身质量的前提下，提高车辆被动安全性能的有效措施如下：一是加大车辆的外形尺寸，对轻量化的车身构件进行优化设计。二是开发出质量轻，强度、刚度高，吸收冲击能量能力大的车身构件，而这些都离不开高性能的新材料，如动静态屈服强度比高的高强度钢，冲击能量吸收率高的轻合金以及结构泡沫材料等。

㈢与环境的协调发展已成为汽车材料技术发展必须遵循的一项基本原则

由于人类社会发展所导致的环境问题日趋严峻，与环境的协调发展已成为汽车材料技术必须遵循的一项基本原则。世界各国对汽车材料的环保问题高度重视，制定了大量与之相关的法律法规，并从政府的角度进行引导，取得了显著的效果。现今环保理念已渗透到从汽车材料开发，零部件设计到工艺边角余料及废旧汽车零件，车辆回收再生的各个环节。发达国家正逐步淘汰或已不再使用容易对环境造成污染的材料，如采用半金属、玻璃纤维、碳纤维和有机纤维摩擦材料取代石棉摩擦材料，逐步实现了摩擦材料的无石棉化。广泛使用水性涂料、高固体涂料及粉末涂料等低公害和无公害的汽车涂料，开发了环保的水基粘接剂并用于生产。国外在汽车材料的回收再利用方面也取得了重要进展，如在涂装、电镀等容易破坏环境的工艺中进行工艺余料、废料的回收再利用，废水的处理与循环使用。

㈣材料技术与产品设计、制造工艺的结合将更为密切

与产品设计、制造工艺的结合越来越紧密是当今汽车材料技术发展的特点，而推动力则是技术与经济的因素。汽车零部件的多材料设计、部件的零件化（减少零件设计）的发展趋势，在客观上促使了材料与设计、工艺的紧密结合，而随着CAD、CAPP、CAM的出现，汽车零件设计、材料与制造工艺之间的界限也越来越淡化，逐步成为一体。同时，随着世界经济全球化进程的不断加快，汽车行业的竞争愈演愈烈，汽车制造商面临的成本压力越来越大，从而也要求将设计、材料与制造工艺作为一体进行综合考虑，以谋求总体效益的最大化，如激光拼焊、