新材料在模具设计和汽车制造工艺中的应用分析

新材料在模具设计和汽车制造工艺中的应用分析

王文磊徐伟

王文磊徐伟

宝鸡华山工程车辆有限责任公司陕西宝鸡721000

摘要：新材料指的是人类正在研发或新进发展的、性能优于传统材料的新型材料。2016年11月3日，我国发布《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十三个五年规划的建议》，建议中被誉为“后起之秀”新材料行业将会被纳入我国“十三五”国家战略性新兴产业的发展行列，并极有可能成为我国接下来的重点发展行业规划，带领我国国民经济加快转型升级建设。据《中国新材料行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》指出，材料行业的世界总产值增长率约在30%左右，化工新材料、新能源、光电子等行业将最有希望成为发展最为活跃、前景最为广阔的新材料发展领域。新材料作为改变我国行业发展的新力量，将会加快社会主义文明建设的步伐，促进技术及产业的革新、升级。

关键词：新材料；模具设计；汽车制造工艺；应用分析

1导言

在传统材料不足以满足生产生活需求的现状下，新材料应运而生。尽管目前国际上已研制成功众多新型材料，但由于新材料的制作工艺大都较为复杂，制作成本要高于传统工艺，因此新材料在我们日常生活中不为常见。但随着科学技术的发展以及社会的进步，新材料肯定不会仅局限于上文中提到的模具设计以及汽车制造等领域。“十三五”规划将会引导新材料在我国战略性新兴产业的培育及发展过程中成为产业转型升级中关键。

2新材料的解析和汽车材料的发展趋势

2.1新材料的解析

新材料顾名思义就是最新发展的材料，与传统的材料相比，最明显的特点就是性能突出。极大符合人们对高科技的要求。新材料在国家“十三五”规划中被称为“后起之秀”成为我国一项新兴产业。并且根据相关材料市场的报告，材料行业的总产值增长率较高，增速较快，是我国行业发展新的方向。新材料可以按照不同标准进行划分，比如按结构组成和性能以及用途和性质进行分类。其中按性能主要有结构材料和功能材料两大类，按结构组成上主要由金属、有机高分子、先进复合材料和无机非金属材料组成，极大满足生活生产的多种需求。

2.2汽车材料的发展趋势

随着时代的高速发展，汽车行业也发展迅速，人们对汽车性能有了新的要求，以便更好满足多种需求。针对汽车未来发展趋势来说，需要从三大方面入手，分别是轻量化、节能和环保。要达到汽车轻量化的要求，就必须在传统材料的基础上，不断深入改进汽车材料性能，使用新型材料，有效减少能源消耗和排放尾气污染，提高汽车技术全面发展。对于汽车材料的未来发展方向主要是：钢材材料使用率降低，新材料比如：有色金属、复合材料等用量大大提高，新材料逐渐取代传统材料，不断应用到模具设计和汽车制造中。

3新材料在模具设计和汽车制造中的应用

3.1新材料在模具设计中的应用

模具产业是实现我国国民经济发展的基础产业，大多数工业产品的设计质量取决于基础模具的制造水平。新材料的出现给模具制造业带来了新的灵感。模具的设计不仅需要考虑材料的选取及制造工艺，还需要考虑模具的运输及使用寿命等因素。目前模具设计发展的方向为：减轻模具质量、优化模具变形设计以及增强模具设计的人性化等。随着新材料的不断研发以及广泛应用，新材料势必会在模具设计中发挥不可替代的作用。新材料大都具有很强的灵活性及耐腐蚀性，应用于模具设计中的复合材料主要包括普通钢、INVAR钢、环氧树脂、稀土高强锌基合金以及铝合金等。普通钢拥有较好的力学性能，成本较低，但热膨胀系数较大，只适用于型面曲率要求较小的模具。INVAR钢材作为一种应用较为广泛的新材料，同样拥有良好的力学性能，但其热膨胀系数相比普通钢要低（2.2*10-t/℃，200℃），可完全满足于于结构复杂、尺寸大及曲率要求大的模具设计需求。新材料应用于模具设计制作中一般均采用数控加工技术。数控加工技术在生产新材料模具时能够有效的保证模具的精确度，并能提高模具生产效率。新型材料的模具设计过程中还应讲究对模具表面的处理，传统的钢性材料由于抗腐蚀性的缺失，模具使用过程一长便不可避免的导致模具出现不同程度的腐蚀，而由新材料设计而成的模具，在进行模具设计中对模具表面进行了激光处理、化学处理、表面覆盖等工艺，可保证模具表面即能光滑无痕，同时又增强了模具的抗腐蚀性。

3.2新材料在汽车制造中的应用

1）高强度钢板在汽车制造中的应用。与传统的高强度钢板相比，新型的钢板是在低碳钢的基础上，融入了适量的微量元素，经过复杂的工序而成，具有较好的抗拉强度和深拉延性能，是车身轻量化的重要组成材料，能大大减轻整车重量，改善车身性能。新型钢板具有多种类型，其中低合金高强度钢板主要有含磷冷轧钢板，此外还有冷轧双向钢板和烘烤硬化冷轧钢板，不同新型钢板都有其自身优势，一般汽车外板、顶盖和车门等主要是用含磷冷轧钢板，具有较高的强度和耐腐蚀性特点，此外点焊性能也较高。另外冷轧双向钢板能很好满足车身零件的要求，特别是形状较复杂和强度要求高的零件。2）蜂窝夹芯复合板和泡沫合金板的应用。蜂窝夹芯复合板具有多种分类，主要是根据夹芯材料的不同划分的，比如有玻璃布蜂窝和铝蜂窝等，不同材料都有明显优势，在汽车制造工艺中发挥着重要的作用。蜂窝夹芯复合板在车身上得到广泛的应用，主要是源于其轻质抗震隔热等突出特点的原因。其中以聚丙烯作为芯的钢板有效减轻零件重量，同时冲压成型更加简单。另外泡沫合金板密度较小，同时具有较好的弹性，能够承受外力的冲击，被广泛应用到汽车制造中。泡沫合金板也有很多细小的分类，汽车制造中可以根据不同需求进行不同选择。3）轻量化迭层钢板的应用。迭层钢板属于复合材料，与传统材料相比，具有较好的隔热性能和防震功能，被大量应用到发动机罩和车身底板等部件中。镁合金具有密度较小，导热性能好等特点，特别适合在汽车工业中的应用。镁合金在车身中应用较多，比如车门采用镁合金材料制造，车门重量极大降低，另外在前后挡板和方向盘中也有应用。此外铝合金优势也比较多，比如：比强度高和热稳定性好等，采用铝合金材料，整车重量降低，有效达到汽车轻量化要求。还有一个重要特点就是铝合金可以回收利用，避免不必要的资源浪费。

4结语

社会经济的高速发展必然带来新科技的发展，模具设计和汽车制造工业是我国行业发展的重要部分，传统材料显然不能很好满足现代化发展需求，所以新材料在模具设计和汽车制造中的应用尤为重要，关乎着我国整体经济的发展。所以在模具设计和汽车制造工艺中，我国要充分发挥新材料的优势，不断融入高新技术元素，提高模具质量和汽车整体性能，不断满足大众多种需求，同时也提高我国经济的整体竞争力。

参考文献：

[1]王春华.塑料模具设计过程中常见问题探讨[J].塑料包装，2016，26（01）：22-24.

[2]张立娟.铝车轮旋压模具设计的热膨胀系数确定[J].锻压技术，2014，39（03）：99-103.

[3]郑慧超.复杂压铸模具设计专家系统研究[D].机械科学研究总院，2012.