新材料与工艺手册

[轻量化工艺] 浅谈用于汽车生产中不同轻量化材料的加工工艺

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发表于 2021-5-27 16:20:17 | 显示全部楼层 |阅读模式

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浅谈用于汽车生产中不同轻量化材料的加工工艺

秦超,王丽萍
(中汽研汽车工业工程(天津)有限公司 ,天津 300300)
摘要:阐述了常用汽车生产轻量化材料的加工工艺方法,并详细介绍了其工艺分类、工艺原理以及工艺特点,指出了加工工艺的技术难点,最后提出了汽车轻量化研究的热点和发展趋势,对轻量化设计具有一定的参考作用。
关键词:汽车;轻量化材料;加工工艺
0 引言

汽车材料未来发展的一个趋势是实现汽车轻量化。近年来,在汽车行业中,铝合金镁合金塑料碳纤维等密度小的材料的应用越来越广泛,其加工工艺越来越受到车企关注。通过分析和总结不同车身材料的加工工艺,研究不同车身材料加工工艺的优缺点,最终实现合适的材料使用合适的加工工艺。

1 轻量化材料加工工艺

现行国家政策鼓励汽车产品实现轻量化,目前国内外常用的轻量化材料主要有高强钢、铝合金、镁合金、塑料及碳纤维复合材料等,不同轻量化材料需要开发适合其自身的加工工艺。下面分别介绍。

1.1 先进高强钢的加工工艺

先进高强钢的加工工艺(表1)主要有激光拼焊、液压成型、辊压成型、差厚板、热成型等,在不同的情况要求下选择合适的加工工艺是汽车生产过程中的重要一环。

表1 先进高强钢的加工工艺

续表1

1.2 铝合金的加工工艺

在诸多轻量化材料中,铝是最早替代钢材成为车企欢迎的一种新型汽车制造材料。与汽车用钢铁材料相比,铝及其合金具有强度高、耐蚀性优良、适合多种成型加工方法、较易再生利用、抗冲击性能好等优点,因而成为应用上比较成熟的轻量化材料。铝合金的加工工艺(表2)主要有磁脉冲辅助冲压、热冲压、超塑成型、等温锻造工艺、挤压工艺等。

表2 铝合金的加工工艺

续表2

1.3 镁合金的加工工艺

镁是实用金属中最轻的金属,具有高刚性、高强度的特点。镁合金是在镁的基础上加入其他金属元素组成的合金,具有密度小、强度高、弹性模量大、散热好、消震性好的特点,耐有机物和碱的腐蚀性能好,承受冲击载荷能力比铝合金大。正因为具有如上优点,镁合金的加工工艺现已成为现行汽车轻量化材料的热点之一[4]。

从成型工艺上划分,镁合金可分为铸造镁合金(图1)和变形镁合金(图2)。

图1 镁合金的液态成型方法

图2 镁合金的塑性成型与深加工方法

铸造镁合金通过在熔融状态下充填铸型,获得最终使用形状和尺寸的毛坯。其中,镁合金最主要且应用最广泛的铸造方法是压铸。用传统压铸方法生产的镁合金压铸件虽然已被广泛应用,但其不能在较高温度下使用,也不能通过热处理强化。近年来工程技术人员在传统压铸工艺的基础上开发了一系列新的压铸技术,如半固态压铸、真空压铸等,以消除以上缺陷,从而提高压铸件的内在质量。此外,用于生产壁厚较厚铸件的重力铸造工艺也是传统的镁合金铸造方法之一。重力铸造主要包括半金属型铸造、金属型铸造、砂型铸造等。

变形镁合金是指利用挤压、锻造、轧制和冲压等方法加工的镁合金。由于镁合金为密排六方晶体结构,其在室温下只有基面滑移系可以启动。提高成型温度是改善镁合金成型性能的一个有效途径。因此,变形镁合金大多在温热状态下进行塑性加工,常见的成型方式有锻造成型、板材成型和挤压成型。镁合金可以通过锻造形成不同的尺寸和形状,锻件形状和尺寸稳定性较好,且具有良好的综合力学性能。

1.4 塑料的加工工艺

塑料复合材料作为重要的轻量化材料,其比重轻、耐腐蚀,具有很强的设计性和良好的工艺性能。典型的塑料成型工艺根据塑料注入模具的方式不同,可分为挤出成型、注射成型和模压成型3种方式(表3)。

表3 塑料的加工工艺

1.5 碳纤维复合材料加工工艺

碳纤维复合材料作为汽车部件,相比于传统铝合金、高强钢和玻纤复合材料等材料,具有高强轻质、耐冲击性好、零部件一体化、可设计性好、耐腐蚀性能好等优点,其减重效果和强度优势更加明显。在全球节能减排的大环境下,采用碳纤维复合材料替代现有的金属结构,是实现减少汽车尾气污染并达到节能的有效途径。碳纤维复合材料的加工工艺主要有树脂传递模塑(RTM)成型、热压成型、片状模压成型(SMC)、缠绕成型(表4)[5]。

表4 碳纤维复合材料的加工工艺

2 结束语

在汽车轻量化材料加工工艺方面,我国要实现轻量化材料加工工艺的跨越式发展,就必须投入大量的人力物力财力。现如今,单一的材料已很难满足汽车刚度和强度方面的需求,除了克服单一材料现有加工工艺上的技术难点,如何将多种轻量化材料的加工工艺形成技术融合,也是当前轻量化研究领域的热点和发展趋势。



发表于 2021-7-16 15:17:46 | 显示全部楼层
好内容,谢谢分享
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