汽車用新材料的研究發(fā)展?fàn)顩r

僅供個人參考汽車用材的研究展況1內(nèi)汽用材發(fā)狀1.1國外汽用新材的發(fā)展現(xiàn)狀趨勢當(dāng)前世界汽車材料技術(shù)發(fā)展的主要特征如下Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse(1)輕量化與環(huán)保是當(dāng)今汽車材料發(fā)展的主要方向；(2)盡管近階段鋼鐵材料仍保持主導(dǎo)地位,但各種材料在汽車上的應(yīng)用比例正在發(fā)生變化。主要變化趨勢是高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鎂合金、塑料和復(fù)合材料的用量將有較大的增長,鑄鐵和中、低強(qiáng)度鋼的比例將會逐步下降但載重車的用材變化不如轎車明顯；(3)輕量化材料技術(shù)與汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造工藝的結(jié)合將更為密切汽車車身結(jié)構(gòu)材料將趨向多材料設(shè)計(jì)方向；Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse(4)更重視汽車材料的回收技術(shù)；(5)電動汽車、代用燃料汽車專用材料以及汽車功能材料的開發(fā)和應(yīng)用工作不斷加強(qiáng)。減輕汽車自身質(zhì)量是降低汽車排放提高燃油經(jīng)濟(jì)性的最有效措施之一世界鋁業(yè)協(xié)會的報(bào)告指出,汽車的自身質(zhì)量每減少10%,燃油的消耗可降低~8%,根據(jù)最新資料,國外汽車自身質(zhì)量同過去相比減輕了0~26%。預(yù)計(jì)在未來的10年內(nèi),轎車自身質(zhì)量還將繼續(xù)減輕20%。鋁合金、鎂合金、工程塑料、復(fù)合材料和高強(qiáng)度鋼高強(qiáng)度鋼等輕量化材料的開發(fā)與應(yīng)用在汽車的輕量化中將發(fā)揮重大作用以看出,盡管鋼鐵材料在當(dāng)前仍然占主導(dǎo)地位但其份額卻在逐年減少,而鋁合金鎂合金塑料等輕量化材料的用量則呈持續(xù)上升的趨勢在最近投產(chǎn)的某些新車型中,鋼鐵材料的比例更低,例如在奧迪A2中,鋼材的比例僅為34%,輕質(zhì)材料則高達(dá)52%。國外開發(fā)的全鋁車身已經(jīng)在AUDIA8、BMWZ8、FERRARI360等很多車型上使用,甚至全鋁發(fā)動機(jī)、輪轂都已經(jīng)開始實(shí)際應(yīng)用。Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse雖然聯(lián)邦政府和歐共體有多種與材料有關(guān)的研究項(xiàng)目但整體上主要還是體現(xiàn)在墓礎(chǔ)研究方而汽車行業(yè)的應(yīng)用性研究來講主要依靠企業(yè)的自身力量,這與美國汽車行業(yè)的情況很不相同,后者可從國家得到各種資助僅如此,德國政府在支持進(jìn)和推廣新材料在汽車行業(yè)的應(yīng)用以及采用新材料的汽車的生產(chǎn)銷信等方而也沒有任何鼓勵的政策與措施雖然從長遠(yuǎn)戰(zhàn)略上說汽車采用新材料具有多種重要意義,但就口前的實(shí)際而言,首要目的是減輕重量高效率、降低能耗、減少環(huán)境污染。從根木上來講汽車減輕屯量很有好處,既可增加使用面積,又可節(jié)省燃料消耗,減少環(huán)境污染。汽車能耗的70%與汽車重量有關(guān),如中型轎車的自重每減少100公斤,每百公里的燃料消耗就可減少.4公升。此外,自重減輕對加速和彈性等行駛效率也有積極影響同時可使轉(zhuǎn)動和振動部件的噪音明顯降低。試驗(yàn)證明,假如負(fù)荷是單軸的或者在結(jié)構(gòu)上可以沿纖維方不得用于商業(yè)用途

僅供個人參考向伸展的話,纖維強(qiáng)化的材料明顯比金屬優(yōu)越。近年來,雖然日本汽車工業(yè)由于各種原因而陷于持續(xù)的不景氣狀況之中但各汽車廠商從長遠(yuǎn)利益出發(fā),仍繼續(xù)著各種汽車用新材料及其相關(guān)伎術(shù)的研究開發(fā),并取得品些進(jìn)展的來看,這一領(lǐng)域研究開發(fā)的重點(diǎn)主要集中在三個方面。一是大力開發(fā)各類“低公害車”所需材料；二是繼續(xù)發(fā)展汽車以鋁、塑等代鋼技術(shù)；三是提高汽車用材料再生利用率。一、“低公害車”所需材料的發(fā)展?fàn)顩rForpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse隨著全球環(huán)保呼聲日益高漲,電動汽車甲醇汽車天然氣汽車等不以汽油為動力源的所“低公害車”展現(xiàn)出誘人的發(fā)展前景但是目前這類汽車離實(shí)用化都還相距甚遠(yuǎn)。其有待解決的主要問題之一就是所需的各種材料技術(shù)尚未過關(guān)在被認(rèn)為是最理想“低公害車”的電動汽車的研究中目前面臨的主要課題仍然是車體的輕量化和蓄電池的高性能化而這都與材料技術(shù)密切相關(guān)東京電力公司和日產(chǎn)汽車公司分別開發(fā)的高性能電動汽車的概念車IZAFEV,為了減輕車休重量,外板均采用了碳纖維強(qiáng)化塑料,底盤均采用了各種招合金材料而,這兩種概念車的開發(fā)者一致認(rèn)為,對批量生產(chǎn)而言,采用昂貴的CFRP材料是不現(xiàn)實(shí)的出路在于能多大程度地采用鋁合金材料比車體輕量化更為重要、也更為復(fù)雜的問題是蓄電池的高性能化。在ZA和FEV中采用的是鎳鎘電池,它是已能實(shí)用的各種蓄電池中能量密度高的因鎘資源很少故對大批量生產(chǎn)電動汽車并不合適。據(jù)日本通產(chǎn)省估計(jì),全球鎘儲藏量僅約97萬噸,只能供制造1000萬輛電動汽車使用。二、鋁、塑代鋼技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r從80年代起,主要為了減輕汽車重量以降低耗油量節(jié)約能源保護(hù)環(huán)境,在汽車制造中以鋁、塑代鋼技術(shù)開始發(fā)展起來,但至今仍未出現(xiàn)成熱的批量生產(chǎn)車型其重要原因是以鋁塑代鋼并不僅僅意味著材料的替換還意味著汽車的設(shè)計(jì)加工裝配各個環(huán)節(jié)都必須進(jìn)行大幅度的更動,因而風(fēng)險(xiǎn)很大目前除馬自達(dá)公司外,日本各大汽車廠商都還只在少量零部件或特殊車如運(yùn)動車試制中應(yīng)用鋁、塑代鋼佼術(shù)。三、汽車用材料再生利用發(fā)展?fàn)顩r為了節(jié)省資源保護(hù)環(huán)境,日本于1992年10月開始實(shí)“關(guān)于促進(jìn)再生資源利用的法律”。汽車是該法律適用對象之一要求制造商在設(shè)計(jì)階段就對再生利用作出評價,并從材料構(gòu)分等各方面進(jìn)行積極研究法實(shí)施以來日本有關(guān)汽車用材料再生利用的研究進(jìn)一步受到重視取得了一些新進(jìn)展。豐田、日產(chǎn)田等公司均已開始通過各自的銷售網(wǎng)來系統(tǒng)地回收在維修中換下的保險(xiǎn)杠,經(jīng)洗凈、粉碎后,加工成貨物周轉(zhuǎn)箱（豐田）、通風(fēng)管迸（日產(chǎn)）、換氣口（本田等等重新加以利用為了進(jìn)一步提高由高級聚丙烯材料制成的保險(xiǎn)杠的再生利用率,各汽車公司正在加緊研究能完全消除舊保險(xiǎn)杠表面油漆的影響從而用舊材料制造新保險(xiǎn)杠的有關(guān)技術(shù),升已取得階段性成果。如日產(chǎn)公司的“有機(jī)鹽系溶劑分解、剝離法”、富士重工業(yè)公司的“微粉碎法”、豐田公司的“加壓水分解法”等,在不遠(yuǎn)的將來,即可望獲得實(shí)際應(yīng)用。汽車車身、底盤(含懸掛系統(tǒng))、發(fā)動機(jī)三大件約占一輛轎車總重量的65%以上其中車身外內(nèi)覆蓋件的重量又居首位因此減少汽車車身重量對降低發(fā)動機(jī)的功耗和減少汽車總重量具有雙重的效應(yīng)是汽車輕量化的重要途徑身輕不得用于商業(yè)用途

僅供個人參考量化的研究是現(xiàn)代車身設(shè)計(jì)的一大主流。當(dāng),節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適、智能和網(wǎng)絡(luò)是汽車技術(shù)發(fā)展的總趨勢,尤其是節(jié)能和環(huán)保更是關(guān)系人類可持續(xù)發(fā)展的重大問題車油耗與車重關(guān)系密切,汽車行駛過程中受到空氣阻力胎阻力、加速阻力和爬坡阻力等,其中后面三項(xiàng)均與車身本身的重量成正比,這直接影響轎車的油耗,因此,降低燃油消耗少向大氣排出O2和有害氣體及顆粒已成為汽車界主要的研究課題小汽車自身質(zhì)量是汽車降低燃油消耗及減少排放的最有效措施之一其是當(dāng)前全球能源缺少的危機(jī)之下輕量化技術(shù)對于未來轎車發(fā)展有著巨大的意義現(xiàn)輕質(zhì)車身,最主要就是大量應(yīng)用使車身輕量化的材料,同時進(jìn)行車身輕量化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等前,車身輕量化的主要途徑有2條:效果比較明顯的是用輕型材料(如鎂、鋁、塑料盒復(fù)合材料等)替代車身骨架及內(nèi)壁板原有的鋼材,目前已制造出部分產(chǎn)品另一種有效的方法是通過優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)輕量化,其代表性成果為ULSAB(UltraLightAutoBody)項(xiàng)目112?，F(xiàn)代汽車車身除滿足強(qiáng)度和使用壽命的要求外還應(yīng)該滿足基本性能、外觀、安全、價格、環(huán)保、節(jié)能等方面的需要。在九十年代以以轎車為例其整車質(zhì)量中,鋼鐵占有80%,鋁占3%,樹脂占4%。由于能源價格不斷上升作為輕量化材料的高強(qiáng)度鋼板面處理鋼板用量逐年上升有色金屬材料的用量也在不斷增加,其中,鋁合金材料的應(yīng)用明顯增加,非金屬材料也逐步增加文主要就車身輕量化材料的發(fā)展做研究。1.2國內(nèi)汽用材料展?fàn)顩r分析我國汽車材料是伴隨著汽車工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來的。尤其是在七五0至/九五0期間,我國通過合資的方式引進(jìn)了國外先進(jìn)的汽車產(chǎn)品技術(shù)縮短了與發(fā)達(dá)國家之間的差距。在引進(jìn)技術(shù)的帶動下,/九五0期間/轎車新材料技術(shù)開發(fā)0被列入國家科技攻關(guān)計(jì)劃,同時在國家863高技術(shù)計(jì)劃新材料領(lǐng)域的支持下先后開發(fā)出了一批轎車國產(chǎn)化急需的金屬材料和非金屬材料促進(jìn)了國產(chǎn)汽車材料的技術(shù)進(jìn)步。但是,同國外相比,我國汽車工業(yè)整體技術(shù)水平還比較落后汽車材料領(lǐng)域的差距更大要表現(xiàn)為企業(yè)開發(fā)能力不足,缺乏創(chuàng)新爭能力;技術(shù)與管理水平落后,生產(chǎn)規(guī)模小,勞動生產(chǎn)率低,產(chǎn)品質(zhì)量差;產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理,技術(shù)含量低,低檔產(chǎn)品過剩,高端產(chǎn)品依靠進(jìn)口;汽車行業(yè)采用的材料系列與品種繁雜量少,使汽車專用材料的產(chǎn)量難以達(dá)到經(jīng)濟(jì)規(guī)模汽車材料基礎(chǔ)技術(shù)研究薄弱,缺少材料評價技術(shù)與體系,材料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)混亂,基礎(chǔ)數(shù)據(jù)貧乏。從總體上看,國內(nèi)汽車材料領(lǐng)域的現(xiàn)狀還不能滿足我國汽車工業(yè)的發(fā)展需要內(nèi)汽車工業(yè)的迅速發(fā)展以及加入WTO,使我國汽車材料領(lǐng)域面臨著前所未有的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。不僅汽車材料的需求量持續(xù)增長預(yù)計(jì)從現(xiàn)在起到2020年,年均增長率可達(dá)20%以上),而且對材料的品質(zhì)提出了更高的要求這為我國汽車材料領(lǐng)域的發(fā)展創(chuàng)造了十分有利的條件。2車動連新料工的用究當(dāng)今，汽車工業(yè)的主體技術(shù)正步入轉(zhuǎn)型換代的新時期，輕量化、智能化、節(jié)能、安全和環(huán)保是重要的發(fā)展方向。汽車用材料屬于技術(shù)含量高、性能指標(biāo)高、附加值高的三高產(chǎn)品，代表著材料發(fā)展的最高水平。連桿是發(fā)動機(jī)主要零件之一是傳遞動力的重要運(yùn)動部件又是發(fā)動機(jī)的安全件所以連桿的質(zhì)量直接影響發(fā)動機(jī)的使用性能和安全連桿從結(jié)構(gòu)上看并不復(fù)雜但其精度要求特別高因此連桿加工工藝比較復(fù)雜傳統(tǒng)連桿材料為高強(qiáng)不得用于商業(yè)用途

僅供個人參考度碳鋼和中碳合金鋼，如45、40Cr或40MnB等，其加工工藝是連桿體和連桿蓋分別加工，該工藝對連桿體和連桿蓋接合面要求比較高，至少需要-4道工序，然后合體加工連桿新材料主要是高碳鋼和粉末冶金其塑性變形非常小連桿毛坯整體加工，利用撐斷技術(shù)，使連桿體和連桿蓋分開，斷面整齊、變形小，利用斷口進(jìn)行定位，無須再加工。1.連桿的功用、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及主要技術(shù)要求連桿功用是將活塞的力傳給曲軸變活塞的往復(fù)運(yùn)動為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動連桿的小頭隨活塞作往復(fù)運(yùn)動大頭隨曲軸作回轉(zhuǎn)運(yùn)動桿身在大小頭運(yùn)動的合成下作擺動，所以，連桿除承受周期性變化的氣體沖擊外，還要承受較大的慣性力。這就要求連桿耐疲勞、抗沖擊，并具有足夠的強(qiáng)度、剛度及較好的韌性。由于發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)不同連桿結(jié)構(gòu)略有差異基本上都由活塞銷孔（小頭端，曲軸銷孔端（大頭端）及桿身三部分組成（如1示）。大頭與曲軸的連桿軸頸相連一般做成分開式即連桿體大頭和連桿蓋連桿桿身和蓋用螺栓連接小頭用來安裝活塞銷以連接活塞桿身常做成“工”字形斷面連桿大小頭端的高度根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同有等高和不等高兩種在型發(fā)動機(jī)中了使結(jié)構(gòu)緊湊，連桿經(jīng)常采用不等高結(jié)構(gòu)。圖1

連桿結(jié)構(gòu)不得用于商業(yè)用途

僅供個人參考現(xiàn)代的高性能發(fā)動機(jī)對連桿的要求是重量輕強(qiáng)度高剛度好慣性力小且盡量采用強(qiáng)化工藝其發(fā)展趨勢是采用短連桿結(jié)構(gòu)發(fā)動機(jī)運(yùn)動部件重量的減輕有助于降低能耗和噪聲，可以改善發(fā)動機(jī)的排放。對短連桿的需求是因?yàn)榘l(fā)動機(jī)正朝著體積小和功率大的方向發(fā)展。連桿機(jī)械加工的主要技術(shù)要求見表一表一

連桿機(jī)械加工的主要技術(shù)要求2.連桿材料及毛坯汽車發(fā)動機(jī)連桿材料及其選擇標(biāo)準(zhǔn)連桿在工作中承受多向的交變載荷要求有很高的強(qiáng)度因此毛坯大都采用高強(qiáng)度碳鋼和中碳合金鋼模鍛而成近年來由于在連桿加工中所采用得撐斷新工藝和粉末冶金技術(shù)的發(fā)展，高碳鋼、可鍛鑄鐵和粉末冶金材料也被廣泛應(yīng)用。特別是粉末冶金鍛造工藝的應(yīng)用使粉末冶金件的密度和強(qiáng)度都大大提高密度可達(dá)7.8克/厘米3抗拉強(qiáng)度可達(dá)140~240公斤/毫米2粉末冶金零件毛坯的尺寸精度高，可以減少機(jī)械加工量和材料浪費(fèi)，從而能降低成本。另外，一些具有新型組成或微觀結(jié)構(gòu)的材料，如復(fù)合材料、鋁纖維增強(qiáng)合金材料等也有應(yīng)用。連桿的毛坯形式有兩種一種是體分開鍛造另一種是先將體蓋鍛成一體，在加工過程中再切開后一種具有材料損耗少鍛造工時少等優(yōu)點(diǎn)故其應(yīng)用愈來不得用于商業(yè)用途

僅供個人參考愈多成為一種主要的毛坯形式為了保證連桿的質(zhì)量和加工精度各廠對連桿毛坯都有較嚴(yán)格的要求，連桿毛坯必須達(dá)到一定的技術(shù)要求并經(jīng)過嚴(yán)外觀檢查毛坯表面應(yīng)光潔非加工表面不允許有凹陷飛刺及分層并通過磁力探傷以檢查是否有裂紋此外我們還要對毛坯的總重量及大小頭重量也有嚴(yán)格的要求，對毛坯重量的公差也有相關(guān)規(guī)定。3.連桿的機(jī)械加工典型工藝路線連桿形狀復(fù)雜不易定位和夾緊剛性差容易變形此其加工精度較高。3.1.連桿體檢查及驗(yàn)收毛坯→粗磨大小頭兩平（半自動雙頭立軸圓臺平面磨床→鉆鉸小頭孔及一面倒角（鉆鉸組合機(jī)）→小頭孔倒角（立式鉆床）→拉半圓、結(jié)合面、兩側(cè)面及倒連續(xù)拉床拉螺栓座20T雙溜板拉床拉小頭去重20T雙溜板拉床→鉆鉸連桿體的螺栓孔銑軸瓦鎖口槽精銑結(jié)合面以及鉆油道階梯孔（13工位自動線）→清理毛刺→清洗并吹凈（清洗機(jī)）→檢查零件。3.2.連桿蓋檢查及驗(yàn)收毛坯→拉連桿蓋兩平面（連續(xù)拉床）→拉半圓、結(jié)合面、兩側(cè)面及倒角（連續(xù)拉床）→拉螺母座面及去重塊三面（連續(xù)拉床）→鉆鉸螺栓孔、銑軸瓦鎖口槽、精銑結(jié)合面（13工位自動線）→清理毛刺→清洗并吹凈（清洗機(jī)）→檢查零件。3.3.連桿總成裝配連桿體及蓋→擰緊連桿螺栓并保證力矩（螺栓擰緊機(jī)）→精磨大小頭兩平面（半自動雙頭立軸圓臺平面磨床）→粗鏜大頭孔（單面臥式金剛鏜床）→大頭孔倒角（立式鉆床）→半精鏜、精鏜大小頭孔并兩面倒角工位鏜孔自動線）→清理毛刺→稱重、精銑連桿大小端凸臺至規(guī)定重量（去重平衡銑）→中間檢查→清理毛刺→零件清洗（清洗機(jī)）→珩磨連桿大小頭孔（單軸液壓珩磨機(jī)、珩磨自動線）→零件清洗（清洗機(jī)）→復(fù)檢重量并分組（連桿總成專用秤）→修磨重量（砂輪機(jī)）→去凈連桿總成全部毛刺→最終檢查。4.連桿主要部位的加工工藝分析4.1.兩端平面的加工連桿加工的首道工序就是加工兩端平面在大小頭孔精加工前往往還要對此兩平面進(jìn)行精加工連桿端面加工一般采用磨削工藝在連桿毛坯鍛造時對這兩端面進(jìn)行精壓尺寸精度可達(dá)±0.15～±0.20mm精壓的目的就是提高毛坯精度，減少余量，使其不再經(jīng)過車、銑粗加工就可直接磨削。4.2.體蓋分合面及其它平面的加工連桿除了兩端面以外的其它平面包括體蓋分合面及作定位用的大小頭側(cè)面及整體連桿毛坯的體蓋開和切開后的半圓面多在連續(xù)式拉床上拉削。4.3.螺栓孔的加工連桿螺栓孔一般分為定位部分和緊固部分定位部分為光孔緊固部分為螺孔，因此，螺栓孔的尺寸和位置精度要求