汽车新材料及新加工工艺-专题论文

汽车新材料及新加工工艺-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 汽车新材料 国内外汽车工业新材料的发展趋势 一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 ?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 ?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 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 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 ?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 ?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210Nmm2 超高强度钢板 屈服强度大于550Nmm2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 二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 三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 四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CADCAPPCAM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 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 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 , 年代 钢铁 铝合金 塑料 其他 1980 69 4 9 18 1990 60 55 125 16 2000 51 12 18 19 国内外载重车用高强度钢板强度对比 应用部分 材料抗拉强度MPa 国内 国外 车架 375,590 440,780 车身 270,440 270,590 车轮 320,550 490,650 轻量化材料减重效果及相对成本 零部件 材料相对成本 零件相对成本 减重幅度, 铸 件 铸铁 10 10 比较基准 铝铸件 18,22 10 50,60 镁铸件 30 10 65,75 车 身 构 件 软钢 10 10 比较基准 高强度钢 11 10 10 铝合金 40 20 40,50 玻璃纤维材料 30 08 25,35 2新材料种类及当前应用状况 一车身新材料的种类 ? 新型结构材料 ?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420Nmm2是普通低碳钢板的23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?0005,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0203mm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 ?铝合金 铝合金具有密度小27gcm3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 ?镁合金和钛合金 镁的密度为18gcm3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46gcm3仅是铁的12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 ?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0407g,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 ?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 ?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中国工程塑料工业普遍存在工艺落后设备陈旧规模小品种少质量不稳定的状况而且价格高缺乏市场竞争力工程塑料用于汽车可实现轻量化和节能且可回收和循环利用目前六大类的塑料PPPURPVCABSPA和PE在汽车上得到广泛的应用通常用于制造车身覆盖件车门门褴车身内外装饰件和水箱面罩保险杠和车轮护罩等 ?高强度纤维复合材料 复合材料是一种多相材料是由有机高分子无机非金属和金属等原材料复合而成目前玻璃纤维增强树脂复合材料和碳纤维增强树脂复合材料在汽车上已经获得成功的应用玻璃纤维增强树脂复合材料耐腐蚀绝缘性好特别是有良好的可塑性对模具要求较低对制造车身大型覆盖件的模具加工工艺较简易生产周期短成本较低在轿车和客车上采用玻璃纤维增强树脂复合材料制造的轿车车身覆盖件客车前后围覆盖件和货车驾驶室等零部件高强度纤维复合材料特别是碳纤 维复合材料CFRP因其质量小而且具有高强度高刚性有良好的耐蠕变与耐腐蚀性因而是很有前途的汽车用轻量化材料 ?陶瓷材料 由于陶瓷本身具有的特殊力学性能以及对热电光等的物理性能陶瓷材料特别是特种陶瓷在汽车上的应用日益受到人们的重视我国已成功研制钛酸铝陶瓷-铝合金复合排气管氮化硅陶瓷柴油机涡轮增压转子和球轴承等汽车部件 汽车的构造材料可反映人类所应用材料的技术水平 目前6类主要材料如钢、铁、塑料、铝、橡胶、玻璃共占轿车质量的90其余10为其他多种材料包括有色金属铜铅锌锡等车中装备的液体燃油润滑剂其他油品和水基液等油漆纤维制品 汽车材料构成 ? 新型功能材料 ?稀土材料 中国稀土资源丰富居世界前列世界已探明的稀土储量中国占世界已探明资源的80为我国大力开发稀土材料提供了得天独厚的条件使用汽车废气净化催化剂是控制汽车废气排放减少污染的最有效的手段含稀土的汽车废气净化催化剂价格低热稳定性好活性较高使用寿命长汽车废气净化稀土催化剂所用的稀土成分主要是氧化铈氧化镧和氧化镨等用于汽车废气净化催化剂的载体通常为蜂窝陶瓷稀土还可以作为陶瓷载体的稳定剂以及活性涂层材料等 ?纳米材料 纳米技术将在汽车上的结构材料节能环保等方面获得广泛的应用纳米陶瓷材料的耐磨性和质量减小稳定性增强纳米陶瓷轴已经应用在奔驰等高级轿车上使机械转速加快质量减小稳定性增强使用寿命延长纳米汽油是一种利用现代最新纳米技术开发的汽油微乳化剂纳米汽油可以降低油耗10-20可降低废气中有害气体含量50-80纳米润滑剂是采用纳米技术改善润滑油分子结构的石油产品它不对任何润滑油添加剂稳定剂处理剂发动机增润剂或减磨剂等产生不良作用只是在零件金属表面自动形成纯烃类单个原子厚度的一层薄膜纳米增强增韧塑料可以代替金属材料由于它们比重小重量轻因此广泛用于汽车上可以大幅度减轻汽车重量达到节省燃料的目的可用于汽车上的保险杠座椅翼子板顶蓬盖车门发动机盖行李舱盖以及变速器箱体齿轮传动装置等一些重要部件抗紫外线老化塑料能够吸收和反射紫外线比普通塑料的抗紫外线能力提高20倍以上能有效延长其使用寿命无机纳米抗菌塑料加工简单广谱抗菌24h接触杀菌率达90无副作用可以用在车门把手方向盘座椅面料储物盒等易污部件 二新材料应用的发展趋势 ?新材料回收再利用性的研究 研究汽车新材料的最终处置问题至关重要从某种程度上讲关系到它的生存与发展目前汽车上约占自重25,的材料无法回收再用其中三分之一为各种塑料三分之一为橡胶还有三分之一为玻璃纤维现在可以通过三种途径进行回收颗粒回收重新碾磨化学回收高温分解能源回收将废弃物作为燃料 ?减少材料的品种 未来汽车在工程塑料类型的选择上将会发生巨大的变化目前汽车使用的塑料由几十种高分子材料组成当前世界各大汽车公司致力于减少车用塑料种类并尽量使其通用化这将有利于材料的回收再生和生态环境的保护 ?降低成本 制约汽车车身新材料应用的重要因素是价格作为主要新材料的高强度钢玻璃纤维增强材料铝和石墨增强其成本分别为普通碳钢的11倍3倍4倍和20倍只有大幅度降低这些新材料的制造成本才可能使诸多新材料进入批量生产 ?先进的制造工艺的研发 采用新材料与先进的制造工艺是相辅相成的汽车工业正在努力开发新的制造 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 对传统的工艺进行更新 汽车典型零件用材的简要 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 二汽车新加工工艺 1冲压工艺 冲压技术在汽车制造业占有重要地位据统计汽车上有60,70的零件是用冲压工艺生产出来的因此冲压技术对汽车的产品质量生产效率和生产成本都有重要的影响 冲压工艺的特点及冲压工序的分类 冲压是一种金属加工方法它是建立在金属塑性变形的基础上利用模具和冲压设备对板料施加压力使板料产生塑性变形或分离 从而获得一定形状尺寸和性能的零件 冲压件 冲压工序按加工性质的不同可以分为两大类型分离工序和成形工序 冲压工序可分为四个基本工序 ?冲裁使板料实现分离的冲压工序 包括冲孔落料修边剖切等 ?弯曲将板料沿弯曲线成一定的角度和形状的冲压工序 ?拉深将平面板料变成各种开口空心零件或把空心件的形状尺寸作进一步改变的冲压工序 ?局部成形用各种不同性质的局部变形来改变毛坯 包括翻边胀形校平和整形工序等 几种汽车覆盖件的冲压工艺 汽车覆盖件的冲压工艺通常都是由拉深修边冲孔翻边整三个基本工序组成有的还需要落料或冲孔有的需要多次修边冲孔或翻边有的工序还可以合并因此对于一个具体的汽车覆盖件来说要确定其冲压工艺就必须具体地 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 该零件的形状结构材料和技术要求结合生产批量 纲领 和生产设备条件才能最后确定 2汽车车身装焊工艺 汽车车身是由薄板构成的结构件冲压成形后的板料通过装配和焊接形成车身壳体 白车身 所以装焊是车身成形的关键装焊工艺是车身制造工艺的主要部分汽车车身壳体是一个复杂的结构件它是由百余种甚至数百种 例如轿车 薄板料大都是具有良好焊接性能的低碳钢所以焊接是现代车身制造中应用最广泛的联结方式 汽车制造中常用的焊接方法 汽车车身装焊工艺 点焊通过导电和电阻加热使金属熔合 点焊的过程预压-焊接-保压-休止 点焊相关工艺参数电流,电压,电极压力,焊接时间,电极直径等 点焊设备固定式点焊机移动式点焊机包括供电系统变压器和二次回路焊具部分机臂电极夹持器电极加压机构气压液压等冷却系统机体等 ,,,气体保护焊接一种熔化极气体保护电弧焊接法利用焊丝与工件间产生的电弧来熔化金属由,,,作为气体保护气并采用光焊丝填充 焊接工艺参数电源极性,焊丝直径,电弧电压,焊接电流,气体流量,焊接速度,焊丝伸出长度,直流回路电感等 3涂装工艺 涂装目的是保护被涂物并对被涂物起装饰作用提高产品使用寿命和美化外观汽车车身的涂装质量要求最高要长期在各种气候条件下使用而不发生漆膜劣化和锈蚀还要能维持其光泽色彩和美观典型的轿车车身涂装工艺是电泳底漆中涂面漆 汽车涂装工艺流程 汽车装配工艺 汽车装配是汽车全部制造工艺过程的最终环节是把经检验 合格的数以千万计的各类零件按规定的精度标准和技术要求组合成分总成总成整车并经严格 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 程序确认其是否合格的整个工艺过程汽车产品要求有好的动力性经济性和耐久性以实现在各种复杂环境中的运载功能现代汽车产品更要求安全可靠造型美观乘坐舒适并满足环保要求这些要求最终是通过装配工艺来保证的若装配不当以昂贵的代价制造出的合格零件不一定能装出合格的汽车因此装配是保证产品质量的重要环节 汽车装配特点是零件种类多数量大作业内容复杂装配零部件除发动机传动系车身悬架车轮转向系制动系空调系等之外还有大量内外饰件电器线束软管硬管玻璃各类油液加注等汽车总装工作量约占全部制造工作量的20,25其操作内容包括过盈配合焊接铆接镶嵌配管配线螺纹连接各类油液加注等 装配方法 ?螺纹联接法螺钉螺栓联接是机械装配的基本方法它约占汽车装配作业工作量31个别部位的螺纹联接采用手动扳手较普遍的是采用风动扳手或电动扳手以及电动螺丝刀等 ?粘接法需粘接的零部件内饰件一般有衬垫隔音材料车门内装饰护板外饰件一般有挡风玻璃车灯标志等 粘接方法小件预先在车身上涂粘接剂大件则在需要装在零件上直接涂粘接剂 ?充注法是指装配时发动机机油变速器齿轮油散热器冷却液制动液动力转向液压油空调制冷剂挡风玻璃洗涤液燃油等各种液体的 方法 装配设备 ?地面输送机浅托链 ?高架空中悬挂式输送机 ?板式输送链 汽车装配工艺流程图 参考文献 主要以网络资源为主