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汽车设计材料的应用

2016-07-07 17:19 来源:汽车设计论文 人参与在线咨询

摘要:

汽车材料的发展是汽车技术发展的重要方面,新材料新工艺对于汽车工业的发展是至关重要。介绍设计人员能够利用的各种类型材料,材料选择过程和与设计的交互性

关键词:

材料;设计;性能

金属是材料的过去,塑料是现在的材料,陶瓷是将来的材料。对各种类型材料的理解构成进行相互比较的基础。这样对于具体的工程设计及其实施,能够准确选择材料。一般设计人员要试验不同的材料及生产方法,以改进产品。工程设计人员毫不例外,虽然目前汽车工程问题要比过去更为复杂,相应的是有多种材料及生产技术可供选择,特别是对于复合材料。

1设计过程

设计是一种活动,对于有一定约束的工程问题,使用多种经验去寻找最佳的解决方案。更理想地看,设计是创造性的,而不是解决问题性的,涉及到从概念到评价的整个求解过程,包括审美、人机工程、制造和成本各方面。由于顾客的变化需要和新计算技术的发展,设计随时间而改变,如汽车向更小的、更轻的方向发展。设计是一个整体的多阶段过程,必须有足够的柔性,以允许当设计过程中问题出现时,为具体的问题而修改。设计通常开始于问题的认识或接受,与客户一起准备设计纲要或调查表,明确所涉及的真正任务。设计人员首先要完全理解用户的要求及设计限制条件。随后进行调查和研究,分析过去的、现有的产品,并进一步讨论,制定补充调查表。在此基础上,制定产品的具体参数规格,如尺寸、形状、功能和外表。其他的因素包括材料,制造,成品,保养,可靠性,成本,安全和人机工程学。这些因素将会冲突,所以在下一步开始之前要平衡或协调。创意是设计活动的创造性部分。创意不是自动地按照要求产生。创意来自于思考、勾划,和形成。不幸的是,工程设计问题的方案不能等待创意到达。必须钻研创意,以确定方案。创意有多种方法。设计组人员的集体讨论一般是最有效果的。创意的评价是关键阶段。这一阶段决定设计方案,方案要满足设计规范、参数规格、制造约束和成本约束。所提出的一项或多项解决方案必须转变成现实。这通常涉及到用传统的模型制造或快速原型,来生产部件或产品模型。在这一阶段,必须知道对材料性能的要求,以便选择具有适当性能的材料。所提出方案经细化和研发后,它的实现必须要被规划。规划涉及到制作报告书、产品图纸和实现的组织机构。应提前确定需要的材料及专用设备。样机和成品将被生产,试验阶段会发现求解方案在各种复合的环境条件下的工作情况。审美和人机工程因素也包括在试验程序中。实验结果可以表明一些要做的重新设计,以改进错误或改进求解方案。最后,新的部件设计和它的实现必须要评价,以建设性的、批评的方式,以解决在将来可能出的类似问题。

2材料选择

材料选择取决于设计小组的技能和经验,虽然现在可利用材料数据库以帮助这个过程。成功的选择需要有关各种材料的知识,理解和工作经验。机械和汽车工程需要多种金属及聚合物、复合材料和其他陶瓷材料。在材料选择过程,需要考虑一些因素。材料的性能必须满足具体要求。选用的材料必须与部件或装置要完成任务相匹配。重要的是要考虑整个使用要求,如机械载荷,载荷范围、硬度、刚度及柔性,汽车设计对重量的特别要求,各种物理特性等。然后对上述这些要求进行研究,与合适的材料的特性及特点相匹配。具体的,既要考虑材料的特性,也要考虑加工过程。综合考虑材料的电阻、耐热、耐磨损、耐腐蚀性等性能,以提高可靠性和产品的使用寿命。这些现在可用计算机软件进行分析试验,特别是对于塑料和聚合物,所以可以进行比较。通过这样材料选择范围缩少,有可能选择合适的材料。质量和样式要求作为性能要求的扩展,也需要考虑。象噪声和振动这样的因素可能引起相当大的令人讨厌的故障,通过材料选择和加工也要控制产品表面的性质,如美学特点,静态造型,色彩、纹理,感觉和气味。又如皮座椅和木制装饰板受到材料选择和加工工艺控制。部件或产品的制作方法和规模对材料也有较大影响。加工因素也是重要的,以便取得最大的效果及最经济,精确的和高标准的产品。这样材料的选择不仅考虑使用特性,也要考虑制造过程的影响、优点和限制。例如,小客车车身板可以由木材、钢、铝或GRP复合材料制造。这些材料的内在特性不仅不同,而且将它们制成板件也要用不同的方法。供应商以常规的或标准化的形式提供材料。这些材料包括导线、圆形材和方形材、薄膜、板材、角形材和其他挤压形材、细粒、碎末、小球状、和粘性液体。这些形状是常用的标准尺寸,他们按照实际和要求被设计。多数类型的材料和部件的参数规格是标准化的。非标准尺寸和数量增加成本。材料和部件的结构、特性和使用性能要有质量保证,以确保满足参数要求。常见的做法是对于大公司,如汽车总装配厂,购买原材料和部件,然后对他们做质量审查。总装配公司,如福特、罗孚、日产通常被称为原始设备制造厂(OEM),现在减小他们对新产品设计和开发队伍的大小,如结构化的小总成、座椅和车身板。这项工作由与他们合作的一级供应商来做,一级供应商又把合作工作调派到二、三、四级供应商,像原材料制造厂。这样的同时工程下降的产品供应链可以使OEM集中于最终的产品制造问题,如汽车本身,应满足所有客户的要求。经济因素和商业因素在汽车工程设计中起到至关重要的作用。部件或产品的销售价格由许多因素组成,如原材料的价格、制造、营销、运输、安装、维护和利润。材料或制造成本下降将会使利润最大化或确保以现实的市场价格销售,然而部件的规格必须满足,通过使用的材料和制造方法。对于类似的汽车部件,如轮胎,参数变化很大,导致使用不同的材料和制造方法。轮胎可以用于家用车、运动车和赛车,厢式货车或载货车农用拖拉机和推土机械。这些应用使用高和低本材料,及手工制作和大批生产技术。法规要求对汽车部件的材料选择有影响。健康和安全因素制约一些项目,如油箱的完整性、风挡的视野。碳和氮氧化物的废气污染,摩擦材料中的石棉基于溶剂/水的油漆。对于处置方法,垃圾成本及在循环的经济需要,现在需要设计人员认真的考虑。单一组成的材料部件的再循环利用相对容易,如聚苯烯合成橡胶,保险杠;多种材料的产品,如起动机、蓄电池,是更为复杂的事情。但挑战实质是对在循环利用的设计以及制造及使用情况。所有这些材料选择因素是对材料技术的人员挑战。从试验及对材料工作的获得的经验有助于增强分工选择材料及特定部件的设计决策能力。最后的材料选择经常是折中的。在某些情况,功能要求占主要地位。在其他方面,成本、法规是主要因素。只有在所有方案比较后,才能做出满意的材料选择决策。材料的选择方案很少是唯一的。

作者:袁秀忠 单位:牡丹江市交通职业中等专业学校

参考文献

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