第2章冲压成形数值模拟技术基本理论
2.1 引言
板材成形过程是一个大挠度、大变形的塑性变形过程，涉及金属板料在拉深、弯曲和胀形等复杂应力状态下的塑性流动和塑性强化，以及由此引起的回弹、起皱和开裂等问题，同时，冲压过程也是一个复杂的多体接触的力学分析问题。板料成形CAE分析技术是解决这一难题的有效手段，已经成为国际塑性加工领域的一个研究热点。
板材成形模拟的核心技术是有限元法。有限元法(Finite Element Method)是随着计算机技术的发展而出现的一种有效的离散数值计算的方法，它是将求解未知场变量的连续体介质划分为有限个单元，单元用节点连接，每个单元内用插值函数表示场变量，插值函数由节点值确定，单元之间的作用由节点传递，建立单个单元的物理方程，再将全部单元的插值函数集合成整体场变量的方程组，然后进行数值计算。目前己在很多领域得到了广泛应用，从力学领域发展到电磁学、热传导、流体力学和材料科学等领域，在金属塑性加工领域也得到迅速而深入的发展。对于板料成形，由于宽度远远大于厚度，故不能忽略弹性变形在成形中的影响，采用弹塑性有限元理论可以得到较为精确的解。虽然采用弹塑性有限元理论分析金属成形过程要求较多的加载步长，造成计算机容量、时间等方面的问题，但是利用弹塑性有限元法可以求解变形体塑性区的扩展、弹性恢复、内部的应力—应变分布、残余应力等问题。因此弹塑性有限元理论自提出后，在塑性加工领域的应用得到了迅速发展。
2.2 冲压成形数值模拟的基本理论(有限元理论)
2.2.1 有限元方程的建立
弹塑性有限元法由Marcal，King和Y amada等人开创于上世纪六十年代，使用这种方法可以方便的求解板料成形过程中的变形和应力、应变分布等问题。
在连续介质力学中，对物体质点的运动，可以有两种描述方法：拉格朗日描述(物质描述)和欧拉描述(空间描述)，如图2.1所示。拉格朗日描述将空间坐标看作是时间的函数，能够反映物体中每个质点的整个运动历史，适用于固体力学问题的描述；而欧拉描
述则将空间坐标和时间作为彼此独立的变量来处理，一般用于流体力学问题的描述。对于板料成形问题的运动研究，通常采用拉格朗日方法进行描述。
图2.1 物体的运动和变形
i t t i i t t u x x ?+?++=0
?????????????+??+??=?+?+?+?+?+i k t t i k t t j j t t i j t t ij t
t t x u x u x u x u E 000021 (2-1)
式中 左上标——各变量所处的构形；
左下标——各变量的参考构形；
右下标——坐标轴；
u ——物体中某点在变形前后的位移矢量；
ij E —— Green 应变，它是以参考构形定义的，是一个二阶张量。
上式即为大变形下的几何关系，等式右端第三项是非线性项。
物体在塑性变形过程中，同时存在着弹性变形和塑性变形。如果用)(e ij ε和)(p ij ε分别表示弹性变形部分和塑性变形部分，则
??+=+=v v p ij ij e ij
ij p e d d W W W )()()()(εσεσ (2-2)
式中 v ——物体体积；
ij σ——应力张量；
ij ε——应变张量；
)(e W ——弹性变形功；
)(p W ——塑性变形功
根据物体变形过程中满足虚功原理的原则，采用虚功原理方程来表示物体的平衡条件，即积分形式的平衡方程。在t t ?+时刻，用拉格朗日描述的虚功方程为：
{}{}{}W dV S E t t t
t T t t ?+?+?+=?00δ (2-3)
式中 左端——内力所做的虚功；
右端——外力(体力i P 、面力i T 和节点力)所做的虚功；
{}S t
t ?+0——第二Piola-Kirchhoff 应力分量。
式(2-3)是建立拉格朗日有限元法求解方程的基础。
2.2.2 冲压成形有限元算法
金属塑性加工是不可逆的，因为变形功的一部分转变成了热能。材料的性质与应力和变形的历史有关，即是由加载和卸载的历程决定的。因此，在模拟过程中，为了尽可能的反映真实，将增加刚度矩阵和求解方程的次数，从而使求解效率下降。
根据对时间积分方法的不同，板料成形有限元算法可以分为静力隐式、静力显式和动力显式。隐式算法是非条件稳定的，它在解决低速接触问题中更有优势，而在解决复杂的三维模型时将会遇到困难：当时间步长减小时，内存消耗会急剧增大，甚至造成收敛失败问题；局部的不稳定性很难达到力的平衡，这也不符合静态隐式的先决条件。显式算法克服了隐式算法的缺点，然而它的不足之处在于，在解决像板料成形这样的条件稳定问题时，必须尽量消除惯性力的影响。对此一般有两个办法可采用：一个就是将运动能限制在应变能的5%以下；另外就是限制元素类型，一般只采用四节点的四边形或者八节点的实体型单元。
2.2.3 接触与摩擦的处理
接触与摩擦是板料成形模拟中不可避免的两大问题，由于对于摩擦和接触这两种物理现象的认识尚不够深入，对于它们的计算尚未形成统一有效的方法。
2.2.
3.1 常用的接触算法
接触是高度非线性的复杂的边界条件，对其模拟必须准确跟踪接触前物体间的相互运动、接触后物体间的相互作用(包括正确模拟接触面间的摩擦行为)及确定合理可行的
接触体分离条件。接触算法必须保证产生接触的两个物体相互间无穿透现象，称之为无穿透约束条件。目前比较常用的接触算法主要有以下几种：
(1) 拉格朗日乘子法：拉格朗日乘子法是利用拉格朗日乘子将无穿透约束条件引入到系统中。这种方法从数学描述的角度来看是将约束加入系统的理想方法。但该方法增加了系统变量的数目，并有可能使系统矩阵的主对角元素中有零元素。这就要求求解算法能处理非正定系统，数学上将增加难度，需要增加额外的措施才能保证计算精度；
(2) 罚函数法：罚函数法是一种施加接触约束的数值方法，原理是一旦接触区发生穿透，罚函数将大幅度提高系统的势能，从而使系统处于不稳定状态，只有当约束条件满足后，才能求解出符合最小势能原理的解，即求解出具有实际物理意义的结果。用罚函数法施加接触约束的方法可以类比在物体间施加非线性弹簧，该方法不增加未知量的数目，但增加系统矩阵的带宽。其优点是数值上容易实现，在显式动力分析中广泛应用。但不足之处在于罚因子选择不当将对系统的数值稳定性及求解的精度造成不良影响。
(3) 直接约束法：直接约束法处理接触问题的方法是追踪物体的运动轨迹，一旦探测出接触的发生，便将接触所需的运动约束作为边界条件直接施加在产生接触的节点上。这种方法对接触的描述精度高，具有普遍的适用性，不增加特殊的界面单元。该方法不增加系统自由度数，但由于接触关系的变化会增加系统矩阵的带宽。
2.2.
3.2常用的摩擦处理方法
摩擦是一种非常复杂的物理现象，其与接触面间的相对硬度、表面粗糙度、温度、法向应力及相对滑动速度等因素有关，有时在变形过程中还会发生变化。在板材成形中，摩擦有着非常重要的影响，如何正确的计算摩擦力，直接影响计算的准确性。目前塑性加工中的摩擦问题还没有得到圆满的解决，计算中需作一些假设简化，常采用的方法有以下几种：
(1) 常摩擦因子法：该方法假设摩擦表面上的摩擦因子是一常数，即
s m
mk στ3== (2-4)
式中 τ——切应力(MPa)；
m ——摩擦因子；
k ——剪切屈服极限(MPa)
这种方法计算最为简单，但与实际情况有一定的差距。
(2) 假设摩擦耗功为相对滑动速度的函数：假设摩擦耗功是相对滑动速度的函数，在泛函中增加了一项F φ
∑=?=M
i i p F u A 1)(τ
φ (2-5)
式中 u ?——平均相对滑动速度，()21221
++=
?k k u u u ，其中k u ，1+k u 分别为两节点间的相对滑动速度()s m ；
p τ——剪切流动极限()MPa ；
A
——接触面积()2m ； M ——具有摩擦接触的编码单元数。
(3) 假设摩擦力为相对滑动速度的反正切函数 假设摩擦力F 为相对滑动速度的反正切函数，即
???????????? ??-=?-s dS V a V tg mk F 012π (2-6)
式中 m ——摩擦因子；
a ——一般取值为10-5
；
0V ——单位速度(m/s)。 这种方法求解的特点在于能很好地处理速度方向发生变化的中性流动点。
2.3 冲压成形模拟系统
2.3.1 冲压成形模拟系统的工作过程
冲压成形模拟系统是有限元理论、塑性成形工艺学、计算机图形学等理论和技术的有机结合。采用有限元技术分析板料成形过程时，按功能可分为三个步骤：前置处理部分、有限元求解部分和后置处理部分，其工作过程可以描述如下：由CAD 三维造型软件完成的数据模型通过接口程序转换为成形CAE 软件可以识别的图形文件，之后赋予材料、压力等参数。在对图形数据进行网格划分（有些软件自动完成）之后得到离散化的数据模型，并按照一定的收敛准则进行计算。计算得到的数据结果需要经过后置处理
才可以形象地表示成易于识别的形式，比如曲线、云图等等。这些结果直观地表示出了冲压成形过程中产生的种种问题，易于识别，对于实际生产有指导意义。
图2.2为冲压成形模拟系统的工作过程简图。
图2.2 冲压成形模拟系统工作过程
2.3.1 常用冲压成形分析软件简介
随着力学、计算数学、计算机技术、特别是大变形弹塑性有限元的发展使得使用计算机进行模拟汽车覆盖件冲压成形过程成为可能，并相继出现了许多有限元分析软件。这些软件在功能、性能、使用上均达到了较高水平。在功能上，一些软件的前处理器可以调用CAD中的几何模型，并可以便捷地实现网格划分、灵活地施加各类边界条件、定义材料特性、设置不同的计算工况条件和对特殊问题实现用户子程序的调用等；求解器带有适合不同问题的求解算法，如线性方程组、非线性方程组、特征值等；后处理器可给出所需要的可视化的技术结果如等值线、等值面、云图、动画等。性能上，可完成线性与非线性问题、静力与动力问题、多材料、各类边界条件问题的求解。从20世纪70年代后期开始，经过二十多年的发展，汽车覆盖件冲压成形模拟技术逐渐走向成熟，目前，己经出现了许多商品化的汽车覆盖件冲压成形进行模拟的专用软件，如美国的DYNA-FORM、法国的PAM-STAMP和瑞士的AUTOFORM等。
目前国内外应用较为广泛的专业冲压分析软件主要有以下几种：
(1) PAM-STAMP 2G专用冲压成形仿真软件
PAM-STAMP 2G是由法国ESI GROUP推出的冲压成形模拟软件，由于它把侧重点放在应用方面而受到了企业的青睐。PAM-STAMP 2G是基于有限元分析方法的冲压成形计算机三维仿真系统，可以帮助模具设计人员显著减少模具开发设计时间及试模周期，不但具有良好的易用性，而且包括大量的智能化自动工具，可方便地求解薄板成形问题。目前，PAM-STAMP 2G己在世界各大汽车、航空、重工、精密制造、钢铁公司
得到了广泛的应用，己成为板材冲压成形数字模拟领域的事实工业标准。目前德国的奔弛，VOLVO，日本的MAZDA, NISSAN, NIPPON等均在使用此软件做冲压分析。
(2) DYNAFORM专用冲压成形仿真软件
DYNAFORM是由Engineering Technology Associates C ETA)公司开发的一个基于LS-DYNA的板料成形模拟软件包。它集成了ETA公司开发的有限元前后置处理软件eta/FEMB和美国Livermore Technology Corporation (LSTC)公司开发的有限元动力显式求解器LS-DYNA及隐式求解器LS-NIKE3D。DYNAFORM主要用于板料成形工业中模具的设计与开发，可以帮助模具设计人员显著减少模具开发设计时间和试模周期，不但具有良好的易用性，而且包括了大量的智能化工具，可方便地求解各类板料成形问题。同时，DYNAFORM也最大限度地发挥了传统CAE技术的作用，可减少产品开发的成本和周期。DYNAFORM可以较好地预测成形过程中板料的破裂、起皱、减薄、划痕、回弹，评估板料的成形性能，可指导模具几何形状板料、冲压工艺(拉延筋位置、分布、摩擦润滑、压边等)的设计和优化，从而为板料成形工艺及模具设计提供帮助。DYNAFORM在汽车工业中应用较广，重要用户包括：德国的奔弛，沃尔沃VOLVO，美国的CHRYSLER，日本的TOYOTA等。
(3) KMAS冲压成形仿真软件
KMAS作为国家“九五”重点科技攻关项目的重要组成部分，是由原吉林工业大学汽车覆盖件成形技术研究所研制的，具有独立知识产权的，面向汽车、冲压加工及冲压模具行业的板材冲压成形性分析的CAE软件系统。其核心算法是基于虚功原理及求解持续平衡方程的半显式弹塑性大变形有限元方法。目前，该软件系统己能够进行各种复杂冲压件拉延模的成形缺陷分析，并与CAD软件实现了高效率的数据交换，从而形成了冲压模具CAD/CAE/CAM一体化技术，能够向工业界直接提供复杂模具的设计、成形性分析以及优质模具的加工制造。该系统在北京汽车摩托车公司、第一汽车集团公司得到应用，己为国内工业界解决了一些复杂、关键性模具的设计、分析与加工的疑难问题，并给企业提供了详细的技术方案论证以及最佳的工艺方案。
(4) AutoForm冲压成形仿真软件
AutoForm是由瑞士联邦工学院开发的，后来成立了AutoForm Engineering公司。Autoform自面世至今拥有众多的行业用户，对工程应用的辅助功能全面，在提高工程方案的可靠性，缩短方案制定周期等方面都具有强大的功能。
AutoForm界面简单，操作简便，无需用户具备有限元知识，消除了一般工程技术人员对CAE仿真分析的神秘感，促进了CAE分析的工业应用。由于在众多有限元技术上的突破，使得AutoForm在计算速度上具有很大的优势，也推翻了动态显式算法计算效率优于静态隐式算法的传统观念。其在接触处理算法上的突破，使得应用者从此无需再将大量宝贵的时间耗费在单元网格处理之中。其功能强大的模面设计模块，使得应用者无需再将大量时间耗费在繁冗的CAD数据处理之中，而将精力专注于方案本身。其在单元技术上的突破，使得用户可以选择多种单元类型，对成型过程进行精确模拟计算。其在自适应网格技术上的突破，使得用户能精确模拟出最细微处的材料变形流动情况。其完善的输入/输出接口，保证了不仅可以输入多种格式的外部数据，也可以将在Autoform中生成的曲面以多种格式输出，甚至可将仿真后产品的各种成型信息(如应力、应变等)以多种格式(如Nastran，Dyna，Pam，Abaqus等)输出，以备后续碰撞仿真分析使用。
AutoForm软件原来是由瑞士联邦工学院开发。它是一款采用全拉格朗日理论的弹塑性有限元分析软件。目前，在板材冲压成形仿真领域，AutoForm软件的市场占有率为全球第一。在我国也拥有很多用户，如上海大众、一汽模具中心、天津汽车模具、成飞模具等。AutoForm能够成为在薄板成型仿真领域工业应用最为广泛的一款CAE软件，主要具有以下特点：
(1) 可以全自动网格划分。AutoForm由于在接触算法上的重大突破，从而在根本上改变了网格划分对技术人员的要求，整个过程自动进行，无需用户干预，具有快速、准确、稳定和简单的特点。自动网格划分，使得CAE分析的瓶颈问题得到解决，对普通技术人员而言，CAE分析不再是一个神秘领域，使得CAE工业应用的普及化真正成为现实。
(2) 模拟精度高。AutoForm不仅在瑞士设有研发部门，而且在德国还专门设有工业应用部门，其与欧洲的一些著名的汽车生产商和模具生产商之间也己建立了良好的联系和反馈机制。经过多年的工业应用反馈积累改进和版本升级，目前，AutoForm的模拟精度己经在世界范围内得到了广泛认可，这一点也己经在NUMISHEET'2002的试题结果中得到了很好的反映。
(3) 全参数化驱动，各模块无缝集成。AutoForm中涉及模面设计及几何操作的地方，都是参数化驱动，用户修改任意一处，相应的地方都自动改变。不同模块无缝集成，在
任意一模块中都可调用其它模块中的结果。
(4) 完善的输入/输出接口。不仅可以输入多种格式的外部数据，也可以将在AutoForm中生成的曲面以多种格式输出，甚至可将仿真后产品的各种成型信息(如应力、应变等)以多种格式(如Nastran，Dyna，Pam，Abaqus等)输出以备后续碰撞仿真分析使用。
2.3.4 冲压成形模拟系统的应用范围
在汽车覆盖件的设计开发过程中，可以在以下几个阶段使用冲压成形数值模拟技术：
(1) 概念及外型设计阶段。此阶段进行冲压成形模拟的主要目的是估计一个零件能否在保证质量的前提下被加工出来。在这个阶段，因为模具结构和加工工艺等都未完全确定，所以尚无法进行深入的模拟。
(2) 工艺和模具设计阶段。在产品设计完成后，开始工艺和模具设计，这是一个反复的过程，也是新产品开发中的重要环节。在此阶段，数值模拟对缩短产品开发周期、降低成本、提高产品质量有决定性的作用。
(3) 生产试验阶段。在此阶段要依据对工艺和模具设计的精确模拟结果，研究缺陷的形成和扩展，对工艺参数进行进一步优化。
2.4 本章小结
本章首先总结了冲压成形数值模拟技术的基本理论，包括有限元方程的建立和计算方法以及接触与摩擦问题的处理方法。之后，文章简要阐述了冲压成形模拟系统的工作过程，并对比分析了当前流行的几种商用冲压分析软件的优劣。最后，本章对冲压成形软件在车身覆盖件设计各个阶段的应用做了介绍。
2012年10月（下）工业技术科技创新与应用 复合材料在汽车制造中的应用 刘莉 （兰州职业技术学院，甘肃兰州730070） 汽车工业是我国国民经济的重要产业支柱之一，近年来已取得迅猛的发展。截至2010年，我国汽车产销量分别为1826.7和1806.9万辆，跃居世界第一。按照“十二五”规划，到2015年将形成2500万辆的产能[1]。汽车工业的快速发展伴随着能源匮乏、环境污染等问题。汽车节能、环保、安全既是国际汽车技术的发展方向，也是我国产业政策的要求[2]。由于钢材料刚性好、易加工，能满足汽车各零部件对材料性能的要求，但钢材料也存在易腐蚀、密度大、能量消耗多的缺点，因此以轻质材料取代传统钢材料势在必行。近年来，复合材料在汽车制造业的开发应用减轻了重量、降低了油耗、提高了强度和改善震动等性能[3]。复合材料是由两种或者多种不同性质的材料用物理或化学方法在宏观尺度上组成的具有新性能的材料。一般复合材料的性能优于其组成材料的性能，并且有些性能是原来组成材料所没有的，如改善材料的刚度、强度和热学等性能等。 1汽车制造业发展趋势 为缓解日益减少的石油资源的压力，节能减排是影响可持续发展的关键因素。用高性能轻质材料是实现汽车轻量化的一条重要途径。减轻了汽车重量，滚动阻力随之减少，每公里油耗也就随之下降，不但降低了石油资源的损耗，还减少了尾气排放，缓解了温室效应的压力[2]。近年来，由于机械和汽车领域对材料强度和硬度方面的要求越来越高，使得复合材料得到广泛的应用。但与复合材料在宇航方面的应用相比，汽车工业应用复合材料的发展较为缓慢，主要是受限于材料价格高，复合材料的成型加工困难等因素。目前，伴随高性能复合材料研发与应用，已可通过减轻材料重量来节约成本。复合材料与金属材料相比，具有能耗低、加工方便、材料性能高和使用寿命长的特点，目前已大规模应用于汽车零部件和内部装饰等方面[4]。 2复合材料在汽车零部件开发应用 2.1在汽车发动机上的应用 发动机的主要部件是活塞，它的工作环境为高温高压，并且活塞在运动过程中不断与活塞环、汽缸壁之间产生摩擦，极易损坏，因此要保证发动机正常工作，要选择耐磨的复合材料。目前，应用于活塞的材料主要由低密度金属和增强陶瓷纤维组成。此外，国外又推出了氧化铝纤维增强活塞顶的铝活塞及氧化铝增强的镁合金制造的活塞等[5]。由于陶瓷材料质量较轻，若将配气机构中的附件也用陶瓷复合材料替换后，可以通过提高转速的方法来提高发动机的功率，或者转速不变，也可通过降低气门弹簧的弹力而降低功率损耗，从而达到节能减排的目的。气门座和摇臂头等易磨损部件再采用陶瓷材料后，也可减少磨损，延长使用寿命。在柴油机的涡流室安装陶瓷镶块后，改善了发动机低负荷时的燃烧，及低温启动性能，降低了燃烧噪声。涡轮增压器零件中使用最普遍的是增压器陶瓷涡轮，与金属涡轮相比，陶瓷涡轮质轻，转动惯量仅为金属涡轮的20%，“涡轮滞后”现象得以改善，提高了增压器的动态性能，能在金属涡轮不能承受的高温下工作[6]。韩鹏[7]从碳纤维复合材料的力学性能和发动机罩的结构特点出发，按照等刚度原则，设计并分析了碳纤维复合材料发动机罩。用有限元分析方法，确定了发动机罩性能参数。结果发现，复合材料发动机罩在满足刚度条件下，可减重约16%左右。 2.2车轮 刘国军[4]数值模拟了碳纤维/环氧(T300/5208）复合材料车轮与铝合金车轮的弯曲疲劳试验。通过对汽车车轮建模，用有限元AN－SYS软件，按国家标准车轮弯曲疲劳试验，分别分析了铝合金和复合材料汽车车轮的强度。结果发现，在相同应力水平下，复合材料车轮比铝合金车轮轻了40.74%。同时，优化设计碳纤维/环氧(T300/ 5208）复合材料汽车车轮的轮辋厚度、车轮安装凸缘厚度和车轮的轮廓尺寸，也可以使车轮的重量降低。 2.3其他部件 东风汽车公司开发的共聚甲醛与钢背复合润滑滑动轴承复合材料，已应用于汽车的制动系、传动系、转向系等轴承中。具有综合性能优于青铜合金，工艺稳定、生产率高、价格低廉等优点。此外，铜材质的散热器管材也逐渐被复合材料取代。目前一般采用30%GF 增强的PA66注射成型，并以机械方式与散热器接合，可明显提高设备的耐腐蚀性并节约了金属材料。用橡胶密封圈使接合面上达到密封的目的，还可以起到防振作用[8]。张泽书[9]用玻璃纤维和改性丙纶为原料，设计开发了GMT复合材料，并用于汽车内饰。产品规格为单位质量1150~1250g/m2，幅宽为2200mm。研究了GMT复合材料成型加工工艺参数与其力学性能之间的关系。结果发现，采用玻璃纤维和改性丙纶直接混合方法，用非织造布设备进行制备GMT复合材料，成功解决了玻璃纤维和改性丙纶均匀混合、梳理成网均匀等技术问题。 3展望 含有陶瓷纤维、玻璃纤维、高分子材料以及其他新型非金属原料的高性能复合材料在汽车制造业中的广泛研究与应用，极大减小了汽车材料对金属的依赖，实现汽车轻量化，有效缓解了对资源的压力。伴随我国汽车产业的迅猛发展，探索并开发高性能新型复合材料，进一步减轻重量，增强材料力学及加工性能，降低成本，促进汽车产业的节能减排，已经成为一种必不可挡的趋势。 参考文献 [1]黄茂松,贾润萍.中国汽车用聚氨酯材料发展方向[J].聚氨酯, 2012,3:61-66 [2]郑学森.国内汽车复合材料应用现状与未来展望[J].玻璃纤维, 2010,3:35-42 [3]刘军,王腾宁.复合材料在汽车中的应用[J].工程塑料应用, 1996,3:31-33 [4]刘国军.复合材料汽车车轮的强度分析及优化设计[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2006 [5]曹令俊.复合材料在汽车工业中的应用及趋势[J].天津汽车, 2000,1:28-31 [6]罗鹰.复合材料在现代汽车发动机中的应用[J].汽车工程师, 2009,2:50-52 [7]韩鹏.碳纤维复合材料发动机罩优化设计研究[D].长春:吉林大学,2011 [8]向乐新,潘典三.树脂基复合材料及其在汽车中的应用[J].武汉工学院学报,1995,4:19-25 [9]张泽书.汽车内饰用GMT复合材料的制备与研究[D].郑州:中原工学院,2009 摘要：根据当前汽车制造业的发展趋势，从节能减排角度入手，分析了汽车轻量化是当今汽车工业发展的方向，综述了复合材料在我国汽车制造中的开发与应用。 关键词：复合材料；汽车制造；应用 110 --
粉末冶金零件制品应用广泛汽车领域提升空间巨大 粉末冶金是指制取金属粉末或者用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术，属于多学科交叉的综合性技术，涉及到化工、冶金、材料制备、热工、机械、自动控制等学科技术。粉末冶金的工艺过程包括制粉、成形、烧结、后处理四大步骤。 近年来，粉末冶金行业发展很快，特别是汽车行业、机械制造、金属行业、航空航天、仪器仪表、五金工具、工程机械、电子家电及高科技产业等迅猛发展，为粉末冶金行业带来了较大的发展机遇。现阶段，粉末冶金产品主要应用于汽车、家电、电动工具、摩托车、农业机械及工程机械等工业，下游产业的发展会拉动上游行业的发展，整个行业的容量在不停扩大。 国内汽车粉末冶金搭载量较低，提升空间巨大。国内粉末冶金行业规模稳步上升，据前瞻产业研究院发布的《2018-2023年中国粉末冶金制造行业产销需求预测与转型升级分析报告》数据显示，2012-2016年中国粉末冶金行业市场规模持续上升，从2012年的54.2亿元，增长至2016年的64.6亿元，复合增速为6.03%。前瞻产业研究院预计2018~2020年可达92.76亿元、113.28亿元、137.29亿元，年均复合增速为20.78%;其中汽车市场为主驱动力，2018~2020年的市场空间预计为66.59、86.09、108.99亿元，年均复合增速为28.41%。 中国粉末冶金市场规模及增速 资料来源：前瞻产业研究院整理
前瞻产业研究院指出，我国粉末冶金市场空间广阔。一方面，汽车行业是中国粉末冶金零件行业最大市场，虽然其占粉末冶金零件市场的比例从2005年的32.0%增加至2017年的60.0%，但仍远低于发达国家90%的占比水平，提升空间潜力大。另一方面，随着《中国制造2025》的颁布，我国现有的粉末冶金生产技术、规模有望不断突破，进口替代或加速落地，利好国内东睦股份等一系列粉末冶金生产商。 国内汽车市场粉末冶金渗透率提升空间较大。欧洲汽车产业对粉末冶金零件的需求占粉末冶金市场的 90%左右，日本达到了95%，北美达到77%。而2016年中国的渗透率仅为62%左右。在欧美等汽车成熟市场，粉末冶金制品的单车使用量高。美国平均每辆汽车的粉末冶金制品使用量是19.5kg以上，预计未来几年可达到22kg，欧洲为14kg，日本为9kg，而中国的单车使用量仅为5-6kg(因中国汽车市场中部分进口汽车部件中有可能已经包含粉末冶金件，因此中国单车使用量估计略低于实际水平)，在汽车轻量节油化和工艺绿色化的趋势下，中国的粉末冶金制品单车使用量有望持续提升。 目前粉末冶金行业受到汽车市场应用的驱动，未来10年技术的应用领域包括能源，医疗器械，航空航天，电气和电磁，国防以及工业和消费品，其中能源、医疗、航天将会成为三大主要应用行业。替代能源需求推动PM新应用粉末冶金技术可满足燃料电池极板的多孔结构及复合材料并有效降低成本。 相关阅读 2020年全球便利店行业市场分析：市场规模将近4万亿美元行业净利润率普遍较低 2020年中国智能快递柜行业市场现状及发展趋势分析疫情后资本+利好政策双推动发展 2020年中国电梯行业市场现状及发展趋势分析房地产+旧楼加装政策双驱动市场增长 2020年中国她游戏行业市场现状及发展前景分
浅谈热塑性复合材料在汽车上的应用 本文阐述了热塑性复合材料在汽车上的应用。 标签：热塑性；复合材料；汽车 热塑性复合材料是以热塑性树脂为基体的复合材料。常用的热塑性树脂有聚丙烯、聚碳酸酯、聚酰胺和聚砜等。主要的增强纤维是短玻璃纤维、碳纤维、织物纤维及其他充填物，一般纤维体积含量约为20%～30%，最大可达到40%～55%。大多数情况下，纤维及充填物无方向随机排布。纤维的主要增强效果是提高强度和耐磨性，改善基体的耐热性和蠕变抗力，使用玻璃纤维和碳纤维增强的热塑性树脂，其拉伸强度和抗弯模量可提高2倍至6倍，但冲击强度有所降低，广泛用于汽车工业、化工、电子及航空工业。 随着热塑树脂基复合材科学技术的不断成熟以及可回收用的发展，该品种的复会材料发展较快，欧美发达国家热热塑性复合材料已占到树基复合材料总量的30%以上。 1.在汽车外饰件上的应用 汽车外饰主要指汽车前后保险杠、汽车车身裙板、进气格栅、散热器面罩、外侧围、扰流板、防擦条、车门外开手柄、前后风挡玻璃等等。 在以往汽車外饰中经常使用的材料一般是热固性材料，这种材料的废弃件和边角余料经常是通过掩埋或者焚烧进行处理的，这样的处理方式会造成环境的污染问题。但是使用热塑性材料则不会出现些类似问题，热塑新材料不仅可以进行循环利用，还具有密度低、成本低、生产效率高等特点。在生产中使用这一材料代替金属材料或者是热固性材料可以实现轻量化的设计和生产，所以这种材料在汽车中的使用范围越来越广。 在过去的一段时间内，没有使用热塑性材料是因为其无法进行喷涂，而且表面的质量较差，使其无法再外饰件中广泛使用。但是经过新兴技术的不断研发，使其在外饰件中的使用成为可能，而且逐渐成为热门。 戴姆勒福莱纳车型的挡泥板和保险杠采用了30%长玻纤增强PP材料，解放J6的保险杠支架采用了40%长玻纤增强PP材料。 2.在汽车内饰件上的应用 汽车内饰系统是汽车车身的重要组成部分，而且内饰系统的设计工作量占到车造型设计工作量的60%以上，远超过汽车外形，是车身最重要的部分之一。 汽车内饰主要包括以下子系统：仪表板系统、副仪表板系统、门内护板系统、
淮安信息职业技术学院 选修课论文 汽车被动安全新技术 班级 ****** 学生姓名 **** 学号 ******** 指导教师 ***** 二○ 一二年六月 摘要 汽车被动安全技术是指一旦事故发生时，保护车辆内部乘员及外部人员，使直接损失降到最小的技术。被动安全技术主要包括碰撞安全技术、碰撞后伤害减轻与防护技术等，尽管随着科学技术的发展，汽车主动安全技术在交通安全中起着越来越大的作用，但仍然不可避免发生意外情况。此时，汽车被动安全技术将是避免乘员伤亡的唯一保障。因此，汽车被动安全技术的开发研究仍将是汽车安全技术研究的热点之一。我国也应有计划、有步骤地发展现代汽车被动安全技术。 一．主动安全配置 主动安全配置主要是指发生撞击之前所做动的辅助装置，这些装置在车辆接近失控时便会开始启动，以各种方式介入驾驶的动作，希望能利用机械及电子装置，保持车辆的操控状态，全力让驾驶人能够恢复对于车辆的控制，避免车祸意外的发生。
防碰撞控制系统、ABS、VSC(车身稳定控制系统) 、DSC（动态稳定控制）、ESP（车身电子稳定系统）等驾驶上的辅助装置等属于主动安全配置。 被动安全系统是指在交通事故发生后尽量减小损伤的安全系统，包括对乘客和行人的保护。 被动安全装置是指在意外发生不可避免，车辆已经失控的状况之下，对于乘坐人员进行被动的保护作用，希望通过固定装置，让车内的乘员固定在安全的位置，并利用结构上的引导与溃缩，尽量吸收撞击的力量，最大限度确保车内乘员的安全。 主动头部保护系统、安全带、气囊、笼型车体结构等属于被动安全配置与设计。 二．欧洲新车安全评价体系NCAP 包括两个方面，正面和侧面碰撞。正面碰撞速度为64公里/小时，侧面碰 撞速度为50公里/小时。碰撞测试成绩则由星级（★）表示，共有五个星级， 星级越高表示该车的碰撞安全性能越好。 近年来，增加了车辆对被撞行人的安全保护程度的测试，并将结果划分 为4个等级级：★★★★分数为28-36分，★★★分数为19-27分，★★分数 为10-18分，★分数为1-9分。 三．主动安全装置
汽车复合材料的历史和现状 作为一种新型的轻量化材料，树脂基复合材料正日益成为汽车制造业中的新宠。 汽车复合材料的历史 自开始制造汽车以来，复合材料，包括天然复合材料和人工合成复合材料便以各种形式应用于汽车中。早在1908年，美国福特汽车公司第一款大批量开发生产的T型车，其引擎盖就是采用天然复合材料——木头制造而成的。其后，很多汽车的车身框架、车底板和汽车装饰品等也均由木质材料制成。在汽车制造史上，复合材料被大规模地应用于汽车部件生产的一个典型例子是汽车的轮胎。众所周知，轮胎的橡胶基体中含有大约50%的碳黑，它不仅使轮胎呈黑色，更主要的是，碳黑的加入显著地提高了轮胎的耐磨性。通过在轮胎纵向方向加入纤维和钢丝，还大大增加了轮胎的结构强度，这是典型的人工合成复合材料在汽车领域的应用案例。尽管现代轮胎的制造技术己取得了巨大进步，但从福特公司T型车诞生以来，轮胎的基本配方和结构形式却一直都没有改变。因此我们可以认为，汽车制造业的发展史，实际上也是复合材料在汽车上的应用史。当然，本文主要介绍的是树脂基汽车复合材料，其历史应该追溯到树脂基复合材料诞生之后。 树脂基复合材料（以下简称“复合材料”）自1932年在美国诞生以来，至今已有近75年的发展历史。然而，其真正批量化应用于汽车工业则始于1953年。据资料记载，1951年，时任通用汽车公司车身设计负责人的Harley Early先生从通用汽车公司展示的玻纤增强复合材料概念车中得到启发，他憧憬着有朝一日能够设计出一款供批量生产的全玻纤增强复合材料车身的跑车，这款跑车可以结合所有欧洲汽车的优点。很快，他的想法得到了通用汽车公司副总裁Harlow Curtice先生的支持。1952年，通用汽车公司将一款原准备采用常规的钢材制造的跑车改为采用玻纤增强复合材料来制造，并将原名“Opel”改为“Corvette”，Corvette的英文原意是“轻巡洋舰”，其涵义充分表达了轻型、快速和操控性强的设计理念。 第一批Corvette车身采用手糊工艺制作而成：首先将剪切好的玻纤增强材料铺设在开放式的模具内，然后通过树脂浸渍、滚压赶泡、固化反应及脱模等一系列工序制作完成，这在当时是一种全新的车身制造工艺。经过全员努力，1952年12月22日，通用汽车公司成功地完成了该车身的开发制造。 1953年1月17日，一辆锃亮的配有红色内饰的白色Chevrolet Corvette跑车在美国纽约的Waldorf宾馆首次向观众展示（如图1所示），这是世界上第一款全复合材料车身的两座位跑车，这一天也因此成为了汽车复合材料史上值得永远纪念的日子。1953年6月30日，第一批试生产的300辆Corvette车在美国的Michigan投产。1954年，其生产地被移至美国的 St.Louis。从1984年至今，Chevrolet Corvette车型一直在Bowling Green生产。
粉末冶金材料在汽车零件上的运用 汽车09-1 韩韧09241006 粉末冶金材料 用粉末冶金工艺制得的多孔、半致密或全致密材料（包括制品）。粉末冶金材料具有传统熔铸工艺所无法获得的独特的化学组成和物理、力学性能，如材料的孔隙度可控，材料组织均匀、无宏观偏析（合金凝固后其截面上不同部位没有因液态合金宏观流动而造成的化学成分不均匀现象），可一次成型等。 粉末冶金制品节能、省材、性能优异、产品精度高且稳定性好,非常适合于大批量生产。另外,部分用传统铸造和机械加工方法无法制备的材料和复杂零件也可用粉末冶金技术制造,因而备受工业界的重视。 汽车粉末冶金零件产业发展前景展望 据资料显示，2006年国内粉末冶金零件总产量为7803万吨，其中汽车用粉末冶金零件的产量已达2887.7万吨；另外，就平均每辆轻型车（包括轿车）中使用的粉末冶金零件重量的进展情况看，2006年国内每辆车平均使用3.97公斤，日本为8.7公斤，北美则为19.5公斤。此外，汽车行业现在待开发的粉末冶金零件应用部分，大体上发动机零件为16~20公斤，变速器零件为15~18公斤，分动器零件为8~10公斤，其它为7~9公斤。 可以看出，中国发展粉末冶金汽车零件的市场潜力非常大。 汽车工业粉末冶金零件的应用情况 粉末冶金进、排气门座 同步器锥环 曲轴正时齿轮和凸轮轴正时齿轮 机油泵主、从动齿轮 减震器零件 烧结铜合钢背双金属轴 粉末冶金进、排气门座 发动机的进、排气门座控制燃气的吸入和废气的排出，在高温下经受气流的冲蚀和气门的冲击与磨损，工作条件比较恶劣。气门座的失效主要是因磨损而导致气门座下沉量过大，气密性差，进而影响发动机功率。 随着无铅汽油的大量应用，气门与气门座间的氧化铅没有了，从而使气门与气门座的冲击磨损加剧。 向粉末冶金制品中的孔隙渗铜或者使用含铅的粉末冶金制品，对于应用无铅汽油的气门座能起到减磨和耐磨作用。目前新型发动机大多采用含铅和含铜粉末冶金气门座。为了提高其耐热性能，排气门座大多添加有钴。 同步器锥环 同步器锥环是变速箱齿轮中的一个重要零件，如该零件失效，变速箱就不能换档了，在换档过程中该零件承受冲击与磨损，同步器锥环能否满足设计要求，需进行专门的换档台架试验
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/4815725123.html, 浅谈粉末冶金材料在汽车上的应用 作者：赵生莲 来源：《北极光》2016年第12期 摘要：粉末冶金具有密度可调可使质量减轻，孔隙的阻尼作用可使振动和噪音降低，通过组成调节可实现耐热和耐磨，模具化的量产可保证性能和尺寸的一致性，特殊工艺的采用可使复杂零件的生产成为可能的优点，在汽车制造业广泛应用粉末冶金零件。 关键词：粉末冶金；汽车 1引言 粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，經过成形和烧结，制取金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金作为一种独特的零件制造技术，因其具有无切削、成本低、效率高的优点，越来越受到重视。随着全球工业化的蓬勃发展，粉末冶金技术已被广泛应用于交通、机械、电子、航天、航空等领域。 汽车制造业中使用的粉末冶金零件非常多，粉末冶金零件在汽车制造业广泛被应用的原因除了其节材、省能、低成本之外，还在于粉末冶金工艺和其生产的零部件具有以下优势：密度可调可使质量减轻，孔隙的阻尼作用可使振动和噪音降低，通过组成调节可实现耐热和耐磨，模具化的量产可保证性能和尺寸的一致性，特殊工艺的采用可使复杂零件的生产成为可能。 2粉末冶金汽车零件的特点及其在汽车上的应用 2.1品种多，产量大 近年平均每辆轿车使用的粉末冶金件质量大幅上升，按用途构成为：发动机41.1%、传动部31.2%、底盘16.7%、电器4.2%、燃料3.1%、车身2.2%、其他1.4%。 粉末冶金结构件在汽车中的应用，常见的有带轮、链轮、齿毂、凸轮、连杆、阀座等。 2.2精度高、性能好 最高精度可达0.01mm，且表面光滑，与传统研磨工艺精度相仿。 用粉末冶金材料做同步器锥环，目前国内外已经有成品面世。同步器，是使在换挡中相互接合的齿轮实现同步的装置。在换挡过程中，应当使准备啮合的那一对齿轮的接合齿圈的圆周速度达到相等（即同步），才能平顺地挂上挡。否则，两齿轮齿圈间会发出冲击和噪音，影响齿轮的寿命。为了便于换挡，汽车变速器在常用的各挡间都装有同步器，使相啮合的一对齿轮先同步，而后啮合。而同步器锥环作为同步器的核心部件，是需要有高的精度和耐磨性。
典型汽车用簇绒地毯复合材料性能与构成 汽车用地毯与整车钣金接触面积比较大，因而对于整车的声学性能起着非常重要的作用，文章通过对典型汽车用簇绒地毯复合材料性能与构成的阐述，以期为业界开发乘用车簇绒地毯起到一定的参考意义。 标签：簇绒地毯声学性能复合材料性能与构成 0 引言 随着现代纺织技术和工艺的发展，汽车工业大量采用高性能纤维材料，充分满足了消费者的需求。就目前而言，汽车地毯类主要有针刺地毯及簇绒地毯两大类。前者所用纤维原料95%以上是聚酰胺纤维，其优点在于优异的回弹和耐磨性。针刺地毯所用纤维主要是聚酯和聚丙烯，由于聚丙烯价格上的优势，各国都投入了较大的人力和物力对其进行研究和开发，而国内目前针刺地毯主要应用在中低档的小型家轿上，中型及豪华轿车上大都采用了簇绒地毯。 下面就从汽车地毯的几个主要性能要求上，对典型汽车用簇绒地毯复合材料开发与应用做一简明的阐述。 作为汽车内饰件的地毯，其主要的性能包括：外观、声学、机械性能、气味、排放、阻燃性等。 图1即为一种典型的簇绒地毯复合材料构成，它是一种层迭式的复合结构，通过簇绒、涂胶、热压成型以及发泡等工艺流程制造。 1 簇绒地毯复合材料构成最上层-毯面的外观特性 首先，汽车用簇绒地毯外观，需满足人们对于舒适豪华感观上的追求，因而对于最上层结构的毯面设计，就需考虑两个要点：毯面的风格及颜色。产业用纺织品的纤维原料已经从过去主要采用棉、毛、麻等天然纤维逐步发展到采用粘胶、丙纶、绵纶、腈纶等化纤，从采用常规化纤发展到大量采用各种高强、高模、耐高温、耐酸碱、高氧化、耐水解的高性能纤维，由于聚酰胺纤维（俗称：尼龙纱线）优异的回弹和耐磨性，它迅速地在汽车簇绒地毯中得到广泛的应用，各供应商也积极地投入到此纱线的开发中来，目前国内比较大规模开发簇绒尼龙纱线的厂家中有Aquafil，Universal以及Invista等，随着中国汽车工业近几年的蓬勃发展，高中档家用轿车和商业用车产销两旺，合成化学纤维用量需求越来越大。 所谓簇绒，是将一束束的尼龙纱线植于无纺布的基布上，簇绒机将纱线剪断，纱线直立或弯曲形成绒感，背面将纱线束用PE胶粘附形成。对毯面的风格而言，主要体现在绒高，簇绒机的幅宽方向的纱线束的针脚距离，毯面的单位面积的克重等，目前国内外的毯面的加工过程大都通过簇绒机完成，以进口机器为主，绒线束针距现在较为普遍的有两种，一种为1/10”，另一种5/64”，是指在簇绒机的
汽车发展史 汽车历史 1．汽车的远祖 2．汽车发明家时代 3．汽车发展史——未来汽车4．法国汽车发展史 5．德国汽车发展史 6．美国汽车工业史 7．韩国汽车发展史 8．日本汽车发展史 汽车企业的辉煌 1．昨日奔驰 2．今日奔驰 3．奔驰“星光”灿烂 4．菲亚特百年史 5．丰田的发展史 6．雪铁龙自传 7．雷诺的发展历程 8．大众汽车发展史 9．奥迪的曲折发展史
10．福特汽车发展史 11．绅宝汽车之世纪梦回 12．宝马历史 13．劳斯莱斯天使的传奇 14．通用--庞蒂亚克发展史 15．捷豹传奇 16．越小越精神——“mini”的迷人故事 17．狂野不羁林宝坚尼 18．克莱斯勒家族史 19．法拉利之历史 20．甲壳虫的传奇神话 21．通用--奥兹莫比尔的历史 22．通用--卡迪拉克的百年传奇 23．保时捷的发展历史 24．开启“车器”时代的日产 25．东方车坛的菱钻―三菱汽车 26．朝鲜半岛的黑马―现代汽车 汽车发展历程拾零 1．汽车：对20世纪人类影响最大的产业2．越野车的历史 3．吉普车的诞生 4．消防汽车的发展史 5．楔形汽车
6．船型汽车 7．鱼型汽车 8．箱型汽车 9．子弹头型汽车 10．汽车发动机的发展史11．汽车灯的发展史12．汽车轮胎发展史13．汽车牌照趣史 汽车百年历程 历程回顾1886——1896 1897——1907 1908——1918 1919——1929 1930——1940 1941——1951 1952——1962 1963——1973 1974——1984 1985——1990 汽车行业精英轶事 1．卡尔·本茨
粉末冶金 一、概述 粉末冶金是一种制造金属粉末和以金属粉末（包括混入非金属粉末者）为原料，用成形烧结方法制造材料与制品的技术。广义的来说，它也包括以氧化物、氮化物、碳化物等非金属化合物粉末为原料，用成形烧结法制造材料和制品的技术。它的制品通称为粉末冶金零件或烧结零件。 粉末冶金零件可分为两大类：一类是只能用粉末冶金法制造的，如含油轴承、摩擦零件、多孔性金属制品、硬质合金及难熔金属制品等；另一类是烧结零件，虽可用铸、锻、冲压、机械加工等工艺制造，但用粉末冶金制造比较经济。 目前，由于粉末冶金零件的高强度化、高精度化发展以及低成本化，所以粉末冶金结构零件在汽车上的使用量越来越多。如粉末冶金链轮、皮带轮、气门座以及自动变速箱中的齿穀和锥环等零件。 二、粉末冶金结构零件制造 粉末冶金结构零件制造工艺有虽然有多种不同的制造工艺。它们最主要的工序都有粉末混合、成形、烧结和后续处理这几道工序。 1.金属原料的制造
目前，在烧结结构零件原材料的生产中，大多采用机械混合法生产原材料。随着世界制粉和混粉技术的发展，现可以使用由制粉企业直接供应高品质的部分合金化，完全合金化的低合金钢粉和经扩散粘结后各组元无偏析的，“开包可用”预合金钢铁粉末。由于调整了添加的润滑剂和粉末粒度分布的标准偏差，能够进行混粉处理。用这些合金粉末制得烧结材料得物理-力学性能见下表。 表：预合金粉末物理性能举例 2.粉末冶金结构零件主要成形工艺分类： 1)传统粉末冶金工艺 传统粉末冶金工艺生产首先将配制的高纯度的混合粉或合金化粉装于模具中，在一定的压力下压制成形，脱模后将压坯放于可控气氛的烧结炉中，在低于基粉熔点的温度下进行烧结，以使粉末之间形成冶金结合。 粉末冶金材料组织中通常含一定量的可控的微小孔隙，这些微小孔隙对声与振动有阻尼作用。利用这些微小孔隙还可赋予粉末冶金制品特殊性能，诸如含浸油与固体润滑剂而具有和自润滑轴承一样的自润滑性能；可浸渍树脂而密封互相连通的微小孔隙；可熔渗熔点较低的金属或合金而增高零件的材料强度与冲击韧度；可通过水蒸气处理而增强材料的耐蚀性。通过调整粉末特性、粉末组成、压制工艺及烧结条件可将微小孔隙的数量与特性控制在一定范围之内。可控孔隙度的一种常见应用耐蚀多孔性金属过滤器。 2)温压 温压工艺是目前一种制造密度7.0～7.6g/cm3的铁基粉末冶金制品的工艺。它是使用传统的成形设备，只是需要将粉末和模具加热到120～150℃进行压制。由于产品的密度提高，故可以大大的提高产品的力学性能。为保证良好的粉末流
一、名词解释 1、共轨技术 共轨技术是指在高压油泵、压力传感器、和EGC组成的闭环系统中，将喷射压力的产生和 喷射过程彼此完全分开的一种的供油方式。 2、制动防抱死系统 防止汽车在制动过程中车轮被抱死滑移，使汽车的制动力达到最大，缩短车辆的制动距离，并且能够提高汽车在制动过程中的方向稳定性和转向操纵力，被称为制动抱死系统。 3、空气弹簧 空气弹簧是以空气为弹性介质，即在一个密封的容器内装入压缩空气，利用气体的压缩弹性 实现弹簧的作用。 4、DSC动态控制 DSC是宝马汽车公司对车辆稳定控制系统的英文缩写，其意思是动态稳定控制是一种在动态 行驶极限范围内将行车稳定性保持在物理范围内的控制系统，此外其还能改善车辆的牵引力。 5、有刷直流电机 指将直流电能转换成机械能或将机械能转换成直流电能的旋转电机。 二、填空题 1、可变进气岐管技术是通过改变进气岐管的长度和截面积来提高燃烧效率使发动机转 速时更平稳、扭矩更充足，高转速时更顺畅、功率更强大。 2、共轨喷射是通过高压共用油道和各缸喷射电磁阀相结合的控制方式实现喷油控制。 3、防滑控制系统主要包括制动防滑系统和驱动防滑系统。 4、四驱系统的分类按照作用方式分类可以分为分时四驱系统，适时四驱系统和全时四 驱系统。 5、空气弹簧可分为囊式空气弹簧禾口膜式空气弹簧两种 6、主动安全系统是通过事先防范，避免事故发生的安全系统。 7、汽车轮胎气压检测系统TPMS主要用于汽车行驶过程中对轮胎气压进行实时检测及轮胎漏气和低压进行报警，以保证汽车行驶安全。 &无人驾驶汽车的智能主要体现在行车路径规划能力、环境实时感知能力、车辆行为决策能力、车辆驾驶控制能力。 9、自助导航系统由全球卫星定位系统GPS和液晶显示器组成。 10、电动汽车充电站主要由配气系统、电池调度系统、充电系统、充电站监控系统、电能计量仪构成。 三、判断题 1、双喷油器燃油供给系统比缸内直喷系统更适合大排量发动机。（X） 2、共轨喷射系统是采用脉动原理，而不是采用压力时间计量原理。（X 3、在1980年3月3日，第一辆Quattro全时四轮驱动技术汽车在瑞士日内瓦车展上亮相。（“ 4、电子差速锁利用的就是典型的驱动轮控制调节技术，它是ABS的一种扩展功能，用于鉴 别车的轮子是不是失去着地摩擦力，从而对汽车的打滑车轮进行控制。（动 5、湿式多片离合器靠液压动作，因此必须要添加单独的液压泵。（X 6、如果后轮的转速与前轮的转速相匹配（差别在误差允许范围内），那么视为正常转向。（“ 7、EPS（电动助力转向）是一种依靠电动机提供辅助扭矩的助力转向系统。（“ &在传统的转向系统上装配EPS后，在高速行驶中，转向助力减少，从而减少了车辆的转向稳定性。（X 9、膜式空气弹簧尺寸较小、弹性特征曲线更理想、刚度较小，常用于乘用车上。(“ 10、常见的汽车悬架类型主要有麦弗逊式悬架、双叉臂式独立悬架和多连杆式独立悬架。在 这三种悬架中，麦弗逊是结构最简单的，也是制造成本最低，用途最广的。(“
粉末冶金汽车离合器片生产中 的常见质量问题分析 王秀飞李东生周志伟 （北京百幕航材高科技股份有限公司，北京，１０００９５） 摘要：本文叙述了重载汽丰粉末冶金钢背一铜基离合器片生产过程中，可能出现的各种各样的 质量问题，在讨论的基础上分析，给出了解决的方法。 关键词：离舍嚣片；粉末冶金；质量控制 １前言 随着机械能量的增大，重载汽车离合器片的摩擦材料工作温度趋于提高，由于传统的摩擦材料在工作中易发生热衰退，寿命很短，因此，粉末冶金重载汽车离合器片开始得到应用，并得到了较大的发展。但在生产过程中会产生各种质量问题，分析并解决这些问题，才能保证离合器片生产时少产生废品，保证产品的质量稳定。 ２生产工艺流程 采用粉末冶金方 法生产的离合器片， 其主要生产工序如图 １所示”、“，比较典型 的粉末冶金生产工艺 方法主要为混合料的 固１粉末冶金膏台嚣片的生产＂１－艺漉程 制备、压制和烧结。 离合器片粉末部分的主要组成元素有ｃｕ。下面将分析生产过程中易出现的质量问题和解决办法。 ３常见质量问题分析 ３．１离合器片的外观及尺寸检测 在对离合器片进行粉末冶金烧结的生产规程中，半成品（粉料、压坯）要按工序进行质量检查，成品也要经过质量检验。 ４８８
（１）压制件的厚度尺寸不均匀 零件厚度尺寸的检查是应用螺旋测微器进行检查。为了使压坯在烧结过程中加压受力均匀，必须控制压坯尺寸与图纸要求相符。如果发生压制件的厚度尺寸不均匀，这是混合粉在加入到模腔时不均匀，又没有刮平所致；或者是压制件在装入烧结箱烧结过程中受力不均匀造成的。因此解决办法是：当混合粉料倒人压模时，要刮平粉末。在烧结过程中，要求垫板平整。 （２）压制件分层裂纹 其原因是压制模具的表面光洁度不高，或者压制压力选择不当，脱模过程不连续所致。或者是在混合料时加入的粘结剂不够等。可根据分析检查结果相应调整工艺。 （３）氧化 其原因是烧结时保护气氛干燥不够或保护气氛中含有氧；烧结箱密闭性差；烧结时中断了保护气氛；冷却时过早停止了保护气氛的供给等。当离合器片发生了轻微的氧化时。表面氧化层可在随后的机加工时磨去，如果氧化程度超过了允许值，则离合器片报废。 （４）摩擦材料表面的“熔珠” 因为离合器片为铜基材料，当烧结温度超过允许温度后，铜会熔化成“小珠子“；另外添加到材料中的易熔金属（Ｓｎ）熔出多为细小的金属珠，分布在粉末层的四周”、“。若熔珠较少且细小分布时，产品是合格的；当熔珠较多且较大时，就要考虑烧结温度和烧结压力是否与技术标准一致。 （５）变形 离合器片在烧结时发生变形，原因在于烧结温度和烧结压力超过了给定值。温度过高，材料软化严重；当压力增大时，导致粉末片变形。 （６）摩擦粉末片与钢背错位 其原因在于制品在组装时不细致，或由于在搬运离合器片、装人烧结炉时受到了较为强烈的震动所引起。允许的错位量在图纸（或技术条件）上有说明。如果超出允许值则为废品。 （７）其他缺陷 如果离合器片上的粉末件有割裂、裂纹、凹坑等缺陷，是由于使用了不合格的压坯；压坯运输和零件组装时的磕碰，或零件出炉后的剧烈冲撞等，至于零件是否报废，以技术条件和随后的机加工能否将零件缺陷消除而定。 ３．２硬度值的偏离 材料的硬度在成分确定之后，和材料密度（或称材料孔隙率）有重大关系，而孔隙率在很大程度上决定制品的性能，其中也包括摩擦性能。因此对摩擦制品来讲，在允许的硬度范围内，材料具有最好的摩擦性能。在一般情况下，硬度值偏高是允许的，而硬度值偏低则难以满足最终的性能要求…。硬度值发生偏离原因在于：混合料配制时的成分添加不准，导致烧结件中使基体变软的成分增多；烧结时加压不够，或零件受力不均；压力过大，使粉末层发生了压溃现象；压坯尺寸乎行度不合格等。可根据不同情况采取措施。 ３．３混合料化学分析不合格 在测定混合料的均匀程度时，一般只选取碳、硫两种元素来分析。原因在于碳是在汽车粉末冶金离合器片摩擦材料中所添加成分密度最小的元素（以片状石墨加人）。在混合过程中，由于石墨密度较小，易飘飞，在混料筒内转动时，易浮于粉末料的表面，较难与其他粉末 ４８９
（汽车行业）汽车车身新材料的应用及发展方向
汽车车身新材料的应用及发展趋势 现代汽车车身除满足强度和使用寿命的要求外，仍应满足性能、外观、安全、价格、环保、节能等方面的需要。在上世纪八十年代，轿车的整车质量中，钢铁占80％，铝占3％，树脂为4％。自1978年世界爆发石油危机以来，作为轻量化材料的高强度钢板、表面处理钢板逐年上升，有色金属材料总体有所增加，其中，铝的增加明显；非金属材料也逐步增长，近年来开发的高性能工程塑料，不仅替代了普通塑料，而且品种繁多，在汽车上的应用范围广泛。本文着重介绍国内外在新型材料应用方面的情况及发展趋势。 高强度钢板 从前的高强度钢板，拉延强度虽高于低碳钢板，但延伸率只有后者的50％，故只适用于形状简单、延伸深度不大的零件。当下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420N/mm2，是普通低碳钢板的2～3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。到2000年，其用量已上升到50%左右。中国奇瑞汽车X公司和宝钢合作，2001年在试制样车上使用的高强度钢用量为262kg，占车身钢板用量的46%，对减重和改进车身性能起到了良好的作用。低合金高强度钢板的品种主要有含磷冷轧钢板、烘烤硬化冷轧钢板、冷轧双相钢板和高强度1F冷轧钢板等，车身设计师可根据板制零件受力情况和形状复杂程度来选择钢板品种。含磷高强度冷轧钢板：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：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。这种简称为BH钢板的烘烤硬化钢板既薄又有足够的强度，是车身外板轻量化设计首选材料之壹；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，如经烤漆后其强度可进壹步提高。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≤0.005％）中加入适量的钛或铌，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。实现了深冲性和高强度的结合，特别适用于壹些形状复杂而强度要求高的冲压零件。 轻量化迭层钢板 迭层钢板是在俩层超薄钢板之间压入塑料的复合材料，表层钢板厚度为0.2～0.3mm，塑料层的厚度占总厚度的25％～65％。和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 和汽车钢板相比，铝合金具有密度小（2.7g/cm3）、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。德国大众X公司的新型奥迪A2型轿车，由于采用了全铝车身骨架和外板结构，使其总质量减少了135kg，比传统钢材料车身减轻了43％，使平均油耗降至每百公里3升的水平。全新奥迪A8通过使用性能更好的大型铝铸件和液压成型部件，车身零件数量从50个减至29个，车身框架完全闭合。这种结构不仅使车身的扭转刚度提高了60%，仍比同类车型的钢制车身车重减少50%。由于所有的铝合金都能够回收再生利用，深受环保人士的欢迎。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和钢板复合成型，再在表面涂覆防具有良好的耐腐蚀性。 镁合金 镁的密度为1.8g/cm3，仅为钢材密度的35％，铝材密度的66％。此外它的比强度、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。镁的储藏量十分丰富，镁可从石棉、白云石、滑石中提取，特别是海水的
复合材料在汽车上的应用 摘要: 概述了纤维增强树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等在汽车上的应用现状，并对复合材料在汽车上的应用前景进行了展望。国内外现状表明，复合材料在汽车上将有广阔的应用前景，同时，也有很多问题有待解决。 1 树脂基复合材料在汽车上的应用 随着汽车工业的飞速发展，节能、环保、安全日益成为当今世界汽车界的研究热点。汽车轻量化无疑是解决这些问题的最佳途径。而复合材料具有比模量高、比强度高、耐腐蚀、可设计性强、综合经济效益明显等优点，正日益成为汽车轻量化的首选材料，逐渐受到世界汽车生产商的青睐。 美国作为世界第一大复合材料生产与消耗国，据估算汽车用复合材料年消耗量超过70 万t，通用汽车公司、福特汽车公司、戴姆勒·克莱斯勒公司三大汽车公司以及Mack、Aero-star 等重型车厂，复合材料的使用都取得了明显收效。 在欧洲，复合材料也已经在梅赛德斯－奔驰、宝马、大众、沃尔沃、莲花、曼恩等欧洲汽车公司的各种车型中大量应用。 在中国，虽然目前复合材料年产量已达到180 万t，但在汽车工业中年用量很小，2008 年13 万t，因此具有很大的发展空间和广阔的发展前景。 常用的树脂基复合材料主要是由纤维来增强。与金属材料相比，纤维增强塑料(FRP) 不仅质量轻、比强度高、耐腐蚀性好，生产工序简单，且能实现大批量生产，因而生产效率高，成本较低。如果以单位体积计算，生产塑料制件的费用仅为有色金属的十分之一。另外，FRP 还可使形状复杂的金属部件设计简单化，可将相关零件集成在一个系统零件上，达到复杂零件一次成型的目的。如福特汽车通过将汽车发动机盖改成模塑件，可有效整合原来11 个金属部件，大大简化了生产过程。 1．1 玻璃纤维增强塑料(GFRP) GFRP 在中国俗称玻璃钢，它不仅质量稳定、资源丰富、成本低，而且吸收冲击能量的性能、耐腐蚀性能较好，降低噪音的效果较好，且设计灵活，因此是目前汽车上应用最多的树脂基复合材料，主要用于发动机、发动机周边部件及车身。 美国通用汽车公司从1990 年开始，首先用玻璃钢制造轿车发动机气门罩、壳，随后用于进气歧管、油底壳、空滤器壳、齿轮室盖、导风罩、进气管护板、风扇导风圈、加热器盖板、水箱部件、发动机隔音板等零件的制造，效果很好。 另外，玻璃钢还可用于车身结构件( 如骨架、梁、柱等)、覆盖件如格栅、前翼子板、顶盖、车门、行李箱盖、后侧板等)以及保险杠、油箱等，也有用于整个车身壳体，如美国的雪佛兰子弹头、东风客车公司生产的DHZ6122HR 高速客车等都是采用全玻璃钢车身制造。从减轻汽车自重来看，采用玻璃钢代替钢材已成为车身结构发展的必然趋势。 在欧洲、美国及日本等汽车制造业发达的国家，已普遍采用玻璃钢材料制造汽车零部件，如内装饰件( 仪表板、车门内板、座椅、发动机罩等);外装饰件( 保险杠、挡泥板、导流罩等);功能与结构件( 天然气气瓶、油箱、风扇叶片、油气踏板等)。为适应轻量化的要求，欧美等国家中重型卡车外包覆件几乎都是复合材料制造的。在很多名牌汽车上，使用玻璃纤维及其复合材料的也有很多，如美国林肯大陆使用的SMC 发动机罩、保险杠、后部行李箱盖、玻纤增强PET 空调管、排气门;美国凯迪拉克赛威的玻纤增强PPO 后窗下部件;美国道奇Interpid ESX2 跑车的玻纤增强PET 车身板; 法国Envivo的玻璃钢天然气瓶; 英国TVRChimaera 跑车选用玻璃钢作车身。 在中国，大型、豪华客车中应用玻璃钢较多，如厦门/苏州金龙、西沃、安凯、郑州宇通、
汽车复合材料主要加工工艺和技术 世界上第一辆全复合材料车身的汽车诞生55年以来，随着汽车工业的快速发展以及大众环保意识和节能意识的不断增强，尤其是在世界能源危机和石油涨价而使得汽车工业向轻量化方向发展的大背景下，作为汽车轻量化主流轻质材料之一的汽车复合材料的材料性能和加工工艺技术也因此而得到了快速发展。现在，无论是欧、美、日等汽车工业发达国家，还是中国、巴西和印度等汽车工业快速发展中国家，都已在汽车制造量采用汽车复合材料，涉及的车辆有商用车、乘用车、工程车、农用车、运动车以及休闲车、军用车和摩托车等几乎所有的车种，主要应用围也从外履件发展到汽车的各个部分，可以说从车头到车尾，从外饰件到饰件，从A级表面的车身面板到结构件、半结构件，从车门、车窗到车盖、车顶，从皮卡车厢、车身底护板到发动机气门盖、油底壳，从座椅骨架、底盘到储气罐、传动轴和板弹簧等，到处都有汽车复合材料的应用。那么，这些形状各异、技术性能各不相同，甚至规格和产量规模都相差甚远的汽车复合材料零部件是如何生产出来的呢？其主要生产工艺有哪些？与常规金属汽车零部件生产相比又有什么优缺点？……我们知道，汽车复合材料是一种可设计的材料，能够方便地实现整体综合优化设计。其中汽车复合材料制造工艺的可设计性带给了汽车复合材料制造行业无穷的想像力和创新机会。目前，我们己知的汽车复合材料制造工艺技术就多达几十种，并且还处于不断的创新发展之中。由于篇幅有限，本文就汽车复合材料主要且常用的6种加工工艺和技术做一初步介绍。 手糊成型工艺和技术 简单地说，手糊成型工艺(Hand Lay-up Molding)是手工作业把玻璃纤维织物和树脂交替地铺层在已被覆好脱模剂和胶衣的模具上，然后用压辊滚压压实脱泡，最后在常温下固化成型为汽车复合材料制品，如图1所示。尽管在现代汽车复合材料成型新工艺不断涌现的情况下，手糊成型工艺显得比较原始，但是，该工艺却具有其独特的不可替代性，仍然为世界各国汽车复合材料行业特别是中国汽车复合材料行业所广泛采用。 图1 手糊成型工艺示意图 图2所示为手糊成型工艺流程。从该工艺流程可以看出，手糊成型工艺具有以下优点：不需要复杂的设备和模具，投资低；生产技术容易掌握，且产品不受尺寸形状的限制，适合小批量和大型制件的生产；可与其他材料如金属、木材及塑料泡沫等同时复合制成一体。这些优点使得手糊成型工艺至今仍然作为汽车复合材料的一种主要成型工艺而被用于小批量地加工各种汽车复合材料制品，如客车和重型卡车的前/后围面板、高顶、导流罩、引擎罩盖、保险杠、挡泥板以及休闲车、农用车的车身等。此外该工艺还被用于新车开发，如制造概念车和新车样件试制。