新材料在模具设计及汽车制造工艺中运用

牛勤丽

摘 要：随着时代的发展，汽车的模具设计与制造工艺的应用逐渐受到人们的重视。如何在汽车制造工艺以及模具设计中进行新材料的应用俨然成为各个汽车制造企业的主要课题。基于此，文章针对新材料在磨具设计及其汽车制造工艺中的应用进行分析研究。关键词：汽车制造工艺;新材料;模具设计中图分类号：U466  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）01-173-03

Abstract： With the development of The Times， the application of automobile mold design and manufacturing process is gradually paid attention to. How to apply the new materials in the automobile manufacturing process and mold design has become the main subject of each automobile manufacturing enterprise. Based on this， this paper analyzes and studies the application of new materials in abrasive tool design and automobile manufacturing process.Keywords： Automobile manufacturing process; New materials; Mold designCLC NO.： U466  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）01-173-03

前言

基于我国科学技术的发展，汽车制造工艺与模具设计中材料的应用有着更为严格的要求和标准。而传统材料的应用已经无法适用于现代化汽车制造中，无法达到预期的汽车制造要求。因此，需要侧重对新材料的应用，并结合对现阶段汽车制造工艺及其模具设计工作的开展，进而实现汽车制造工艺与模具设计效果的提升。

1 汽车材料发展趋势及其新材料阐述

1.1 新材料分析

新材料是指现阶段所研发出的新型材料，相较于传统材料，其应用在性能、质量方面都有着非常大的优势。新材料在现代化汽车制造中有效应用，可以在满足民众对汽车质量要求的基础上，实现对汽车科技效果的提升。据相关统计研究表明新材料行业发展势头较为迅猛，在总产值方面呈现出不断提升的趋势，成为现阶段我国行业发展的主要趋势和方向[1]。针对新材料而言，可以按照不同的标准实现对材料的有效区分，例如按照新材料的性能、结构、性能、用途进行分类。而针对材料性能划分而言，则主要分为功能材料与结构材料进行分类。

1.2 新材料发展趋势阐述

纵观现阶段我国汽车行业的发展，已经逐渐朝着环保、节能以及轻量化的方向发展。而要想在不断创新的背景下满足汽车行业的发展，就必须进行传统材料的创新和替代，对材料的性能和质量进行不断提升[2]。在具体应用过程中，通过对新材料的应用，可以实现对尾气污染有效减少，并降低能源的消耗，进而促进我国汽车行业的可持续发展。而在现阶段汽车行业发展过程中，有色金属、复合材料等材料的使用量大幅度的提升，在当前模具设计与汽车制造工艺中得到广泛应用。

2 新材料在模具设计中的应用

模具设计作为我国经济发展中基础性产业，对我国经济发展有着重要的影响。而纵观现阶段模具设计的应用，其中基础模具的制造质量直接影响到工业产品的性能与质量[3]。而在模具设计中进行新材料的应用，则为模具设计行业的发展提供保障。而针对模具设计的实际开展，其中需要涉及到诸多方面，例如模具材料的选择以及模具设计工艺的选择。通过在模具设计中进行新材料的科学应用，可以实现模具设计效率和质量的大幅度提升。

而相较于传统材料，模具设计中新材料的应用具有更好的性能和质量表现。而在现阶段模具设计中进行新材料的应用，主要包括普通钢、环氧树脂、invar钢、铝合金、钛合金等。针对普通钢材料的应用，在具体应用中具备力学性能突出、成本等优势，该材料主要适用与型面曲率较低模具中。针对invar钢材料而言，在力学性能方面表现更為良好，优势相较于普通钢更为明显，并且invar钢材料在成本、材料膨胀系数方面表现更为出色，所以该材料适用于各种复杂要求的模具中[4]。与此同时，模具设计中应用新材料，其中还涉及到对数控加工技术的应用，进而在提升模具设计效率的同时，保障模具设计的精准性。另外，新材料应用于模具设计中，还需依据具体情况进模具表面的处理，并且新材料的应用可以有效避免传统材料在应用过程中存在耐腐蚀性较差的问题。此外，新材料的运用其中还包括相应的特殊工艺，例如激光处理、化学处理、表面覆盖工艺等，进而在提升新材料模具表面光滑性的同时，实现对模具性能的替身，避免模具后期出现变形的现象。

3 新材料在汽车制造工艺中的应用

3.1 高强度钢板的应用

在汽车制造工艺中，高强度钢板新材料的应用所取得的效果非常显著，相较于传统普通钢板，高强度钢板材料的制作，主要基础元素为低碳钢，然后进行相关微量元素的应用，结合对相关精密、复杂工艺与工序，实现对高强度钢板的有效制作，在深拉延伸性、抗拉强度方面表现更为良好，也正因此，高强度钢板在汽车制造工艺中的应用可以实现对汽车的轻量化与高质量生产，实现对车身性能的改善[5]。而针对新型钢板的具体应用，现阶段主要应用类型包括烘烤硬化冷轧钢板、冷轧双向钢板等，而不同类型的钢板，在实际应用中都具备不同的优势与特点。针对含磷冷轧钢板的应用，主要包括汽车外板、顶盖以及车门等位置的应用较为常见，此类型钢板在耐腐蚀性能以及强度方面表现较为良好。

3.2 泡沫合金板与蜂窝夹芯复合板的应用

在现阶段汽车制造过程中，泡沫合金板与蜂窝夹芯复合板的应用较为常见，而在具体应用过程中，夹芯材料的种类包含多种，具体包括铝蜂窝以及玻璃布蜂等，而不同类型的蜂窝夹芯复合板有着不同的优势和特点，并且在汽车制造过程中都能发挥出自身最大化的作用。针对蜂窝夹芯复合板的应用，主要源自于轻质抗震隔热等特点[6]。钢板制作过程中以聚乙烯为芯的复合材料，可以在提高材料冲压成型效果的同时，实现对零件重量的有效降低。而针对泡沫合金板的应用，则在密度方面表现良好，并且材料的弹性特点突出，实现对外来压力的有效承载。当然，在具体应用泡沫合金板过程中，其合金板类型分为多种，而针对不同类型合金板材料的应用，则需依据实际情况进行不同材料的合理选择[7]。

3.3 轻量化佚层钢板的应用

佚层钢板的应用，其性质为复合型材料，在具体应用过程中，相较于传统材料，佚层钢板的防震性能与隔热性能表现较为良好，所以轻量化佚层钢板被广泛应用到车身底板与发动机罩等部件的制造生产之中。在具体汽车制造过程中，镁合金的应用具备较强的导热性能以及密度，所以镁合金汽车制造过程中常用于对车门的制造。通过新材料的应用，实现车门重量的大幅度降低。另外，镁合金常被用于方向盘以及前后挡板部件的制造[8]。针对镁合金材料的具体应用，其优势体现在：具有较强的热稳定性、比强度较高，例如奥迪汽车，在具体制造过程中，就涉及到对铝合金材料的应用，在提高汽车整体性能的同时，实现汽车制造的轻量化。此外，针对镁合金的应用，可以进行回收利用，进而最大化将新材料的作用和价值进行发挥。

3.4 铝合金材料

铝合金作为现阶段汽车制造工艺中常用新材料，在比刚度和比强度方面表现出色，并且还具备较强的抗腐蚀能力以及较小的密度。也正因此，现阶段汽车制造已经逐渐广泛应用铝合金新材料。以车型“奥迪 A8”为例，该车型在制造生产过程中，其中车身钣金件的制造，主要制造材料为6000系列铝合金，在稳定性方面较为出色，并且合金浓度较高，实现对传统钢铸件的有效替代，在降低车身整体重量的同时，提高车身的整体强度。而纵观现阶段新材料的应用，催生出较多全新汽车制造工艺技术，例如“三明治式发泡铝材技术”，是指基于新型三明治铝材的发泡铝材技术。针对新型三明治铝材而言，主要结构为三层，其中内部中间层为发泡铝材质，而内部两层则是铝板或者是钢板。针对其制造工艺而言，包括以下步骤：1.将新型材料结合实际情况进行板材半成品的制造;2.以模具为载体，将半成品放置其中采取加热处理，以此促使板材半成品呈现出不断膨胀的趋势;3.最终形成汽车制造所需材料。制造工艺的应用可以实现对汽车整体重量的降低，并起到能量吸收的作用，  提供隔热和隔音的保障，提高汽车整体耐高温能力。

3.5 高性能磁性材料

我国汽车行业朝着混动、电动、智能化的方向不断发展，这就促使高性能材料在现阶段汽车制造行业中得到广泛的应用，例如汽车的传感器、电机以及电动机等部件中，都涉及到对高性能磁性材料的应用。在具体应用中，高性能磁性材料的应用具有较强的实用性，并促使汽车的部件系统变得更为轻量化，提升汽车部件的功率，并降低激磁损耗的现场产生，进而大幅度提升汽车整体的性能。

4 结束语

总而言之，現阶段汽车制造与模具设计中，针对传统材料的应用，已经无法达到预期效果，并且无法满足实际生产需求。在此背景下，新材料应势而生，并被广泛应用到汽车制造工艺与模具设计中。虽然其中仍尚存些许问题，但是新材料的应用价值与作用愈发凸显。基于此，通过对新材料的应用进行深入分析，进而提高当前我国汽车制造质量和效果，大幅度提升汽车性能与质量，促进我国汽车制造企业的可持

续发展。

参考文献

[1] 郭容，刘咸超，杨越.新材料在模具设计和汽车制造工艺中的应用[J].南方农机，2018.

[2] 陈玲琳.CAD/CAE软件在汽车塑料内饰件模具造型设计中的应用[J].塑料工业， 2018， 46（12）：95-100.

[3] 王小川，孙琦，秦信武.车身新材料应用及制造工艺发展研究[J].汽车工艺与材料， 2015（3）：10-15.

[4] 王昱.浅谈冲孔落料模的机械设计制造与工艺[J].黑龙江科技信息， 2014（33）：101-101.

[5] 王晓康，万世明，唐实，et al.模具数字化设计制造技术应用现状与展望[J].航空制造技术， 2015（9）.

[6] 石峰，王煜，叶朋飞，et al.简议工业铝合金型材的应用与生产技术[J].轻合金加工技术， 2010（2）.

[7] 余晓明，朱飞雷，黄小伟，et al.绳锯橡胶成型模具设计及应用[J].超硬材料工程， 2017（01）：19-22.

[8] 应昊.数字化技术在冲压模具设计与制造中的应用[J].军民两用技术与产品， 2017（18）.