新材料在模具设计及汽车制造工艺中运用

王斌 康飞

陕西黄河工模具有限公司 陕西 西安 710043

引言

为了满足发展的需求，新材料在施工技术、工艺、材料等方面必须作出重大的创新与改革，根据我国的环保要求，各种新型的施工材料开始诞生，并渐渐地往高质量、环保、节能的方向发展，提高了人们的居住舒适度，同时也为我国的环保事业献出了一份力量。

1 汽车材料发展趋势及其新材料阐述

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。

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

2.1 石墨烯材料

石墨烯是人类已知最薄的材料，兼具最强面内强度和抗破坏能力的平面材料，具有极高的导电、导热和电磁场吸收能力，其面内热导率超过金刚石，对几乎所有波段都有电磁吸收或光吸收作用,是极为理想的结构复合和功能设计材料。石墨烯的平面结构和柔韧性使其很容易与各种材质、各种形状材料形成叠层式复合。与常见的以晶粒型、纤维型增强相材料相比，石墨烯与其他材料复合时是以原子层级平面存在，有效提升了界面结合力，因此，新型石墨烯叠层复合结构可以使材料比强度、抗冲击力等力学性能大幅提升，具有抗热冲击、激光冲击和超高吸能作用，易形成力-光-电-热耦合传感的一体化智能结构。目前国际上石墨烯复合结构的研究主要可归为两大类型，一种是基于氧化石墨烯和氧化还原石墨烯，另一种是化学气相沉积的高质量石墨烯。经过石墨烯复合调制后的结构可以大幅提升结构比强度和比模量，实现结构减重，提升结构材料负荷分配和冲击传导能力，增强抗冲击韧性，也能提升结构的吸波、导热能力。

2.2 热塑性复合材料

与热固性复合材料（密度1.7～2.0g/cm3）相比，热塑性复合材料具有非常明显优势，包括密度更低（1.4～1.6g/cm3）、减重更明显、比刚度和比强度更高、韧性更好、抗蠕变和抗冲击能力更强、成形周期短（以分钟计）、生产效率高、使用成本更低、耐水性极优、储存要求低、维修性好和可回收再利用等优点，是一种很有发展前途的飞机和发动机结构材料。由于热塑性树脂基体熔点高、熔融时黏度大，树脂基体对纤维的浸润性差、层间孔隙难以排除、成形过程中树脂流动不均匀、易造成纤维弯曲等因素使得热塑性复合材料预浸料制造难度大，材料成本高且制件成形需要高温高压，对设备和辅料要求苛刻，因此在相当一段时期里制约了其广泛的应用。

3 新材料在汽车制造工艺中的应用

3.1 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[3]。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。

3.2 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，现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。