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、液压成形、半固态金属加工、喷射成形以及不同材料的连接技术等新技术的出现。

伴随着我国汽车工业的全面发展，社会拥有量的大量增加，汽车在国民经济中的地位显得越来越重要。

汽车新材料的发展和应用是促进汽车工业技术发展的重要因素。

从发展汽车新材料来说，以下三点尤为重要：（1）汽车材料要适应整车向智能化、电动化方向发展的基本要求，大力开发新型材料；（2）汽车材料要围绕整车低能耗、低排放的要求，开发新型结构材料和功能材料；（3）应该跟踪世界先进的汽车新材料的发展趋势，开发自主知识产权的新材料，通过优先发展汽车新材料来提高材料工业的整体水平。

相关数据美国中型轿车材料构成比例变化情况（％）国内外载重车用高强度钢板强度对比轻量化材料减重效果及相对成本2、新材料种类及当前应用状况㈠车身新材料的种类■新型结构材料①高强度钢板现在的高强度钢板是在低碳钢内加入适当的微量元素，经各种处理轧制而成，其抗拉强度高达420N/mm2，是普通低碳钢板的2~3倍，深拉延性能极好，可轧制成很薄的钢板，是车身轻量化的重要材料。

含磷高强度冷轧钢板：主要用于轿车外板、车门、顶盖和行李箱盖升板，也可用于载货汽车驾驶室的冲压件。

主要特点为：具有较高强度，比普通冷轧钢板高15％~25％；良好的强度和塑性平衡，即随着强度的增加，伸长率和应变硬化指数下降甚微；具有良好的耐腐蚀性，比普通冷轧钢板提高20％；具有良好的点焊性能。

烘烤硬化冷轧钢板（BH）：经过冲压、拉延变形及烤漆高温时效处理，屈服强度得以提高，既薄又有足够的强度，是车身外板轻量化设计首选材料之一。

冷轧双向钢板：具有连续屈服、屈强比低和加工硬化高、兼备高强度及高塑性的特点，经烤漆后强度可进一步提高。

适用于形状复杂且要求强度高的车身零件。

主要用于要求拉伸性能好的承力零部件，如车门加强板、保险杠等。

超低碳高强度冷轧钢板：在超低碳钢（C≤0.005％）中加入适量钛或铌，以保证钢板的深冲性能，再添加适量的磷以提高钢板的强度，实现了深冲性与高强度的结合，特别适用于一些形状复杂而强度要求高的冲压零件。

轻量化迭层钢板：在两层超薄钢板之间压入塑料的复合材料，表层钢板厚度为0.2~0.3mm，塑料层的厚度占总厚度的25％~65％。

与具有同样刚度的单层钢板相比，质量只有57％。

隔热防振性能良好，主要用于发动机罩、行李箱盖、车身底板等部件。

②铝合金铝合金具有密度小（2.7g/cm3）、比强度高、耐锈蚀、热稳定性好、易成形、可回收再生等优点，技术成熟。

根据车身结构设计的需要，采用激光束压合成型工艺，将不同厚度的铝板或者用铝板与钢板复合成型，再在表面涂覆防腐蚀材料使其结构轻量化且具有良好的耐腐蚀性。

铝合金已成为仅次于钢材的汽车用金属材料，能够为汽车提供各种铝合金铸件、冲压结构件和拉制的铝型材。

铝合金主要用于制造发动机缸体、活塞、进气支管、气缸盖、变速器壳体、轿车的骨架、车身、座椅支架、车轮等部件。

③镁合金和钛合金镁的密度为1.8g/cm3，仅为钢材密度的35％，铝材密度的66％，比强度、比刚度高，阻尼性、导热性好，电磁屏蔽能力强，尺寸稳定性好，因此在航空工业和汽车工业中得到了广泛的应用。

铸造镁合金的车门由成型铝材制成的门框和耐碰撞的镁合金骨架、内板组成。

另一种镁合金制成的车门，它由内外车门板和中间蜂窝状加强筋构成，每扇门的净质量比传统的钢制车门轻10kg，且刚度极高。

随着压铸技术的进步，已可以制造出形状复杂的薄壁镁合金车身零件，如前、后挡板、仪表盘、方向盘等。

钛的比重为4.6g/cm3，仅是铁的1/2，但强度和硬度超过了钢，且不易生锈。

用钛合金铸造的汽车发动机部件更轻、更坚固和更耐腐蚀，钛合金车身可以承受更大的作用力。

④泡沫合金板泡沫合金板由粉末合金制成，其特点是密度小，仅为0.4~0.7g／cm3，弹性好，当受力压缩变形后，可凭自身的弹性恢复原料形状。

泡沫合金板种类繁多，除了泡沫铝合金板外，还有泡沫锌合金、泡沫锡合金、泡沫钢等，可根据不同的需要进行选择。

由于泡沫合金板的特殊性能，特别是出众的低密度、良好的隔热吸振性能，深受汽车制造商的青睐。

目前，用泡沫铝合金制成的零部件有发动机罩、行李箱盖等。

⑤蜂窝夹芯复合板蜂窝夹芯复合板是两层薄面板中间夹一层厚而极轻的蜂窝组成，面板可以采用玻璃钢、塑料、铝板和钢板等材料。

根据夹芯材料的不同，可分为纸蜂窝、玻璃布蜂窝、玻璃纤维增强树脂蜂窝、铝蜂窝等。

由于蜂窝夹芯复合板具有轻质、比强度和比刚度高、抗振、隔热、隔音和阻燃等特点，故在汽车车身上获得较多应用，如车身外板、车门、车架、保险杠、座椅框架等。

⑥工程塑料与通用塑料相比，工程塑料具有优良的机械性能、电性能、耐化学性、耐热性、耐磨性、尺寸稳定性等特点，且比要取代的金属材料轻、成型时能耗少。