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、節約燃油和總體成本。

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

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

然而，汽車行業存在一些不確定性，可能會改變這些先進的汽車技術成為市場標準的速度。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化。但要達到這些生產標準，必須得先改進制造過程本身。

最常用的汽車材料是什么?

CAR 2017年技術路線圖報告確定了目前在42輛車中使用的材料和制造技術，這些車包括2015/2016年的四個車型(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，研究發現目前的車輛主要是鋼結構，還有一些用的是鋁。車輛框架，包括底板、門、車頂，車身側板和擋泥板通常都由鋼制成。因為這些部件對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、保險杠或發動機架等其他不那么重要的部件的材料經常被用來做實驗，因為它們有可能減少整體車重。

今天和在可預見的未來，

最常用的汽車材料包括：

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

· 高強度鋼(HSS)：高強度鋼使用的是傳統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。其典型抗拉強度等級為250到550MPa之間。

· 高強度低合金(HSLA)：HLSAs是通過添加鈦、釩或鈮等微合金元素進行強化的碳錳鋼。它們的抗拉強度高達800MPa，并且依然可以被壓制成形。

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

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

·硼/馬氏體：馬氏體是最堅硬和最結實的鋼，同時也是最不易形成的。它與硼具有相同的特性，硼的抗拉強度約為1200至1800MPa。它們通常會與軟鋼結合形成復合材料。

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

· 鎂：由于重量較輕，鎂成為了汽車行業很有吸引力的材料。合金化后，鎂具有所有結構金屬中最高的強度重量比。

　· 碳纖維增強塑料(CFRP)：碳纖維增強塑料是非常堅固、質輕的塑料，并含有可以提高其強度的碳纖維。它們的生產成本很高，但隨著成本的降低，未來汽車行業對它的需求量將增加。

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，并將被更高強度的鋼材、鋁材和復合材料所取代。隨著汽車材料與傳統鋼材相比變得更加先進、更有成本優勢，未來這一趨勢還將繼續。

汽車零件制造的創新方法

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

將重新定義汽車零件的創新生產工藝

包括：

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

· 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度。

· 高壓薄壁鋁壓鑄：鋁較高的熔點和凝固溫度點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，并與預先插入的纖維預制件混在一起。這會將輕型預成型材料轉變為高強度的汽車零部件。

· 3D打印：3D打印為制造商提供了開發原型和全面部件的機會，這些部件在成型或模塑時極其復雜。可以用高強度塑料或鋁或一些較強的金屬等各種介質打印零件。

隨著冷成型和傳統壓制/成型方法變得不那么受歡迎，上述更新、更具創新性的技術將得到普及。熱成形技術目前最受歡迎，并且將繼續領先于其他汽車制造方法，因為它能夠制造出更強更輕的鋼材。

汽車裝配流程：現在和未來

手動和自動點焊讓金屬表面接觸電流產生的極端熱量。這是幾十年來在汽車產業中加入鋼鐵的標準方法，但這對整合非金屬基零件沒有作用。

汽車裝配商必須在未來尋找新的選擇

將多種材料結合在一起,有些包括：

· 粘合劑：含有多種膠狀物質，目前可以加進地毯、擋風玻璃等中，但隨著塑料零件的增加，預計未來會有更多用途。

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

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

· 螺栓：使用預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。

· 激光點焊(LSW)：使用先進的激光系統創建焊點，將金屬熔合到剛性聯接處。

　· 流鉆螺釘(FDS)：使用自沖孔和擠壓緊固件來連接金屬板層。這結合了摩擦鉆孔和螺紋成型的特點，因為螺釘既可用作緊固件又可用作鉆孔和螺絲工具。

點焊的使用已經在減少，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。

汽車制造材料和工藝會如何演變?

CAR報告中提供的汽車制造時間線或“路線圖”是根據當前的材料和流程趨勢對未來進行計算的結果。雖然預測不可能完全準確，但它們提供了一種計算方法，可以解決技術和成本競爭力的問題。每種創新的制造技術和材料都含有可能影響預測時間線的因素。取決于這些因素，行業內的廣泛采用可能會加快或延遲。

促進因素

· 燃油經濟性：更輕的材料會制造出需要更少燃油推進的輕型車輛。燃油經濟性對客戶來說是一個很有吸引力的銷售特點，因此汽車制造商會盡力滿足這種需求。

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

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

· 電動動力總成：電動發動機和電池比現代內燃機的重量更重。選用電動動力總成要求其他材料要更輕以做補償。

· 新增內容：每個車型年份，駕駛員都期望能有新的車輛特性。要做到這一點，汽車部件需要越來越輕，否則燃油經濟性將受到影響。

　消極因素

· 混合材料連接：不同材料的熔點差異意味著必須創新傳統的焊接技術。

· 腐蝕：隨著時間的推移，暴露在空氣中可能會破壞新材料，導致車輛系統失效。

· 熱膨脹：當部件進入烤漆爐時，由某些材料制成的部件可能會膨脹或造成其涂層與其他材料不同。

· 周期時間：由創新材料制成的零件需要按與傳統技術相似的速度進行生產，以確保相似的生產量。

· 成本：諸如碳纖維等新材料的價格可能比傳統材料高很多。

· 供應鏈：全球的制造商必須能夠采購材料并維護設備對材料的處理能力。較為復雜的材料難以在全球范圍內再生產，容易導致供應鏈中斷。

· 使用周期結束后的回收：車輛退役時，汽車材料應該可以回收利用。一些先進的材料不符合回收要求。

· 維修：使用更復雜的材料時維修成本更高，這會增加購置成本，包括持續維護費用。

· 人才差距：工程師和制造工廠工人需要接受新的復雜材料和工藝方面的培訓。

精密絕非偶然

比爾斯坦

至今已有100多年的歷史，專業生產，嚴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，煅造出高精度與高性能的冷軋鋼。