新型汽車材料被不斷推出，其目的都是改善汽車的碰撞安全性、噪音和振動(dòng)、節(jié)約燃油和總體成本。

雖然以前的汽車完全由鋼制產(chǎn)品組成，但制造商正在向鋁、鎂和復(fù)合材料過渡，以提高汽車性能。為了適應(yīng)這些新材料，制造商也正在采用新的制造技術(shù)。

正如汽車研究中心(CAR)的2017年技術(shù)路線圖報(bào)告中指出的那樣，這些是未來幾年中要關(guān)注的一些最重要的汽車制造趨勢(shì)。新的汽車材料、創(chuàng)新部件的制造和自動(dòng)化裝配流程將迅速重新定義汽車供應(yīng)商行業(yè)的運(yùn)作方式。

然而，汽車行業(yè)存在一些不確定性，可能會(huì)改變這些先進(jìn)的汽車技術(shù)成為市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)的速度。如果要用新材料制造更多的車輛部件，那么它必須要安全、具有成本效益并且可商業(yè)化。但要達(dá)到這些生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，必須得先改進(jìn)制造過程本身。

CAR 2017年技術(shù)路線圖報(bào)告確定了目前在42輛車中使用的材料和制造技術(shù)，這些車包括2015/2016年的四個(gè)車型(轎車、CUV、SUV、輕型卡車)。取樣的42款車型約占美國輕型汽車銷量的50%。

毫無意外的是，研究發(fā)現(xiàn)目前的車輛主要是鋼結(jié)構(gòu)，還有一些用的是鋁。車輛框架，包括底板、門、車頂，車身側(cè)板和擋泥板通常都由鋼制成。因?yàn)檫@些部件對(duì)駕駛員的安全最重要，所以很難用其他材料替換掉。用于汽車引擎蓋、天窗、保險(xiǎn)杠或發(fā)動(dòng)機(jī)架等其他不那么重要的部件的材料經(jīng)常被用來做實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樗鼈冇锌赡軠p少整體車重。

· 輕鋼：輕鋼易成型，這使其成為使用冷沖壓和其他過時(shí)制造工藝的汽車零部件制造商的首選。它們的最大拉伸強(qiáng)度為270MPa。

· 高強(qiáng)度鋼(HSS)：高強(qiáng)度鋼使用的是傳統(tǒng)鋼材并在烘烤過程中去除碳。這意味著它們可以形成較軟的鋼，然后被烘烤成較硬的金屬。其典型抗拉強(qiáng)度等級(jí)為250到550MPa之間。

· 高強(qiáng)度低合金(HSLA)：HLSAs是通過添加鈦、釩或鈮等微合金元素進(jìn)行強(qiáng)化的碳錳鋼。它們的抗拉強(qiáng)度高達(dá)

800MPa，并且依然可以被壓制成形。

· 先進(jìn)的高強(qiáng)度鋼(AHSS)：先進(jìn)的高強(qiáng)度鋼屈服強(qiáng)度一般超過550MPa。它們是由多種金屬制成的復(fù)合材料，然后在整個(gè)制造過程中加熱并冷卻以符合零件的規(guī)格。

· 超高強(qiáng)度鋼(UHSS)：這些鋼的性能與AHSS相似，但其強(qiáng)度等級(jí)至少保持在780MPa。

·硼/馬氏體：馬氏體是最堅(jiān)硬和最結(jié)實(shí)的鋼，同時(shí)也是最不易形成的。它與硼具有相同的特性，硼的抗拉強(qiáng)度約為1200至1800MPa。它們通常會(huì)與軟鋼結(jié)合形成復(fù)合材料。

· 鋁5000/6000(AL 5000/6000)：5000系列鋁與鎂合金。6000系列鋁含有硅和鎂，它們會(huì)形成鎂硅化物并讓鋁合金可以進(jìn)行熱處理。

· 鎂：由于重量較輕，鎂成為了汽車行業(yè)很有吸引力的材料。合金化后，鎂具有所有結(jié)構(gòu)金屬中最高的強(qiáng)度重量比。

· 碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)：碳纖維增強(qiáng)塑料是非常堅(jiān)固、質(zhì)輕的塑料，并含有可以提高其強(qiáng)度的碳纖維。它們的生產(chǎn)成本很高，但隨著成本的降低，未來汽車行業(yè)對(duì)它的需求量將增加。

如上所述，車輛的組成正在迅速變化，變得極其多樣化。在2010年到2020年的10年中，低碳鋼用量將減半，并將被更高強(qiáng)度的鋼材、鋁材和復(fù)合材料所取代。隨著汽車材料與傳統(tǒng)鋼材相比變得更加先進(jìn)、更有成本優(yōu)勢(shì)，未來這一趨勢(shì)還將繼續(xù)。

冷成型鋼仍然是制造汽車零部件的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但正如上述創(chuàng)新材料所述，高強(qiáng)度的材料才是未來大勢(shì)。高強(qiáng)度鋼很難冷成形，這使得近期興起了熱成形/沖壓，用這種方法可以制造更強(qiáng)、更薄、更輕的部件。

包括：

· 熱成型鋼：增加鋼的熱量可提高其延展性，有利于在不會(huì)開裂的情況下形成復(fù)雜的形狀。

· 熱成型鋁：鋁需要較少的熱量，但與加熱鋼道理相似。鋁要在大約200-300攝氏度下加熱并成型，以提高其柔韌性，然后再冷卻增加其強(qiáng)度。

· 高壓薄壁鋁壓鑄：鋁較高的熔點(diǎn)和凝固溫度點(diǎn)意味著在溫度冷卻之前需要快速填充薄鋁模。這就需要高熱量、高壓力的制造工藝。

· 樹脂傳遞成型：樹脂在高壓下被泵入模具中，并與預(yù)先插入的纖維預(yù)制件混在一起。這會(huì)將輕型預(yù)成型材料轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚?qiáng)度的汽車零部件。

· 3D打?。?/span>3D打印為制造商提供了開發(fā)原型和全面部件的機(jī)會(huì)，這些部件在成型或模塑時(shí)極其復(fù)雜?？梢杂酶邚?qiáng)度塑料或鋁或一些較強(qiáng)的金屬等各種介質(zhì)打印零件。

隨著冷成型和傳統(tǒng)壓制/成型方法變得不那么受歡迎，上述更新、更具創(chuàng)新性的技術(shù)將得到普及。熱成形技術(shù)目前最受歡迎，并且將繼續(xù)領(lǐng)先于其他汽車制造方法，因?yàn)樗軌蛑圃斐龈鼜?qiáng)更輕的鋼材。

汽車裝配流程：現(xiàn)在和未來

手動(dòng)和自動(dòng)點(diǎn)焊讓金屬表面接觸電流產(chǎn)生的極端熱量。這是幾十年來在汽車產(chǎn)業(yè)中加入鋼鐵的標(biāo)準(zhǔn)方法，但這對(duì)整合非金屬基零件沒有作用。

將多種材料結(jié)合在一起。有些包括：

· 粘合劑：含有多種膠狀物質(zhì)，目前可以加進(jìn)地毯、擋風(fēng)玻璃等中，但隨著塑料零件的增加，預(yù)計(jì)未來會(huì)有更多用途。

· 無縫焊接/軋制毛坯和激光焊接坯料(TWB / TRB / LWB)：結(jié)合多種鋼材的等級(jí)、厚度和涂層，把最佳材料放在最佳位置。

· 鉚釘/自沖鉚接(SPR)：使用高速機(jī)械緊固工藝來連接板材，通常為鋼和鋁合金。

· 螺栓：使用預(yù)先鉆好的孔來插入螺栓和螺母，螺栓和螺母可以擰緊并鎖定，將兩種相似或不相似的材料放在一起。

· 激光點(diǎn)焊(LSW)：使用先進(jìn)的激光系統(tǒng)創(chuàng)建焊點(diǎn)，將金屬熔合到剛性聯(lián)接處。

· 流鉆螺釘(FDS)：使用自沖孔和擠壓緊固件來連接金屬板層。這結(jié)合了摩擦鉆孔和螺紋成型的特點(diǎn)，因?yàn)槁葆敿瓤捎米骶o固件又可用作鉆孔和螺絲工具。

點(diǎn)焊的使用已經(jīng)在減少，它的受歡迎度將使其很快被有效地連接塑料和金屬部件的專門粘合劑超越。隨著新材料的引入，焊接毛坯和鉚接也可能成為最突出的裝配技術(shù)。

CAR報(bào)告中提供的汽車制造時(shí)間線或“路線圖”是根據(jù)當(dāng)前的材料和流程趨勢(shì)對(duì)未來進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果。雖然預(yù)測(cè)不可能完全準(zhǔn)確，但它們提供了一種計(jì)算方法，可以解決技術(shù)和成本競(jìng)爭(zhēng)力的問題。每種創(chuàng)新的制造技術(shù)和材料都含有可能影響預(yù)測(cè)時(shí)間線的因素。取決于這些因素，行業(yè)內(nèi)的廣泛采用可能會(huì)加快或延遲。

促進(jìn)因素

· 燃油經(jīng)濟(jì)性：更輕的材料會(huì)制造出需要更少燃油推進(jìn)的輕型車輛。燃油經(jīng)濟(jì)性對(duì)客戶來說是一個(gè)很有吸引力的銷售特點(diǎn)，因此汽車制造商會(huì)盡力滿足這種需求。

· 減少車輛排放：立法要求可能迫使汽車制造商提高燃油經(jīng)濟(jì)性，作為降低溫室氣體(GHG)排放的方法。

· 自動(dòng)車輛：自動(dòng)駕駛車輛的零件要比非自動(dòng)駕駛車車輛多很多。這種額外的重量和空間需要通過減輕其他部件來彌補(bǔ)。

· 電動(dòng)動(dòng)力總成：電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)和電池比現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)的重量更重。選用電動(dòng)動(dòng)力總成要求其他材料要更輕以做補(bǔ)償。

· 新增內(nèi)容：每個(gè)車型年份，駕駛員都期望能有新的車輛特性。要做到這一點(diǎn)，汽車部件需要越來越輕，否則燃油經(jīng)濟(jì)性將受到影響。

消極因素

· 混合材料連接：不同材料的熔點(diǎn)差異意味著必須創(chuàng)新傳統(tǒng)的焊接技術(shù)。

· 腐蝕：隨著時(shí)間的推移，暴露在空氣中可能會(huì)破壞新材料，導(dǎo)致車輛系統(tǒng)失效。

· 熱膨脹：當(dāng)部件進(jìn)入烤漆爐時(shí)，由某些材料制成的部件可能會(huì)膨脹或造成其涂層與其他材料不同。

· 周期時(shí)間：由創(chuàng)新材料制成的零件需要按與傳統(tǒng)技術(shù)相似的速度進(jìn)行生產(chǎn)，以確保相似的生產(chǎn)量。

· 成本：諸如碳纖維等新材料的價(jià)格可能比傳統(tǒng)材料高很多。

· 供應(yīng)鏈：全球的制造商必須能夠采購材料并維護(hù)設(shè)備對(duì)材料的處理能力。較為復(fù)雜的材料難以在全球范圍內(nèi)再生產(chǎn)，容易導(dǎo)致供應(yīng)鏈中斷。

· 使用周期結(jié)束后的回收：車輛退役時(shí)，汽車材料應(yīng)該可以回收利用。一些先進(jìn)的材料不符合回收要求。

· 維修：使用更復(fù)雜的材料時(shí)維修成本更高，這會(huì)增加購置成本，包括持續(xù)維護(hù)費(fèi)用。

· 人才差距：工程師和制造工廠工人需要接受新的復(fù)雜材料和工藝方面的培訓(xùn)。

比爾斯坦

至今已有100多年的歷史，專業(yè)生產(chǎn)，嚴(yán)格把控冷軋加工每一道工序，高效和智能的流程為完美的冷軋帶奠定了基礎(chǔ)，煅造出高精度與高性能的冷軋鋼。