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摘要：
汽車材料的發展是汽車技術發展的重要方面，新材料新工藝對于汽車工業的發展是至關重要。介紹設計人員能夠利用的各種類型材料，材料選擇過程和與設計的交互性
關鍵詞：
材料；設計；性能
金屬是材料的過去，塑料是現在的材料，陶瓷是將來的材料。對各種類型材料的理解構成進行相互比較的基礎。這樣對于具體的工程設計及其實施，能夠準確選擇材料。一般設計人員要試驗不同的材料及生產方法，以改進產品。工程設計人員毫不例外，雖然目前汽車工程問題要比過去更為復雜，相應的是有多種材料及生產技術可供選擇，特別是對于復合材料。
1設計過程
設計是一種活動，對于有一定約束的工程問題，使用多種經驗去尋找最佳的解決方案。更理想地看，設計是創造性的，而不是解決問題性的，涉及到從概念到評價的整個求解過程，包括審美、人機工程、制造和成本各方面。由于顧客的變化需要和新計算技術的發展，設計隨時間而改變，如汽車向更小的、更輕的方向發展。設計是一個整體的多階段過程，必須有足夠的柔性，以允許當設計過程中問題出現時，為具體的問題而修改。設計通常開始于問題的認識或接受，與客戶一起準備設計綱要或調查表，明確所涉及的真正任務。設計人員首先要完全理解用戶的要求及設計限制條件。隨后進行調查和研究，分析過去的、現有的產品，并進一步討論，制定補充調查表。在此基礎上，制定產品的具體參數規格，如尺寸、形狀、功能和外表。其他的因素包括材料，制造，成品，保養，可靠性，成本，安全和人機工程學。這些因素將會沖突，所以在下一步開始之前要平衡或協調。創意是設計活動的創造性部分。創意不是自動地按照要求產生。創意來自于思考、勾劃，和形成。不幸的是，工程設計問題的方案不能等待創意到達。必須鉆研創意，以確定方案。創意有多種方法。設計組人員的集體討論一般是最有效果的。創意的評價是關鍵階段。這一階段決定設計方案，方案要滿足設計規范、參數規格、制造約束和成本約束。所提出的一項或多項解決方案必須轉變成現實。這通常涉及到用傳統的模型制造或快速原型，來生產部件或產品模型。在這一階段，必須知道對材料性能的要求，以便選擇具有適當性能的材料。所提出方案經細化和研發后，它的實現必須要被規劃。規劃涉及到制作報告書、產品圖紙和實現的組織機構。應提前確定需要的材料及專用設備。樣機和成品將被生產，試驗階段會發現求解方案在各種復合的環境條件下的工作情況。審美和人機工程因素也包括在試驗程序中。實驗結果可以表明一些要做的重新設計，以改進錯誤或改進求解方案。最后，新的部件設計和它的實現必須要評價，以建設性的、批評的方式，以解決在將來可能出的類似問題。
2材料選擇
材料選擇取決于設計小組的技能和經驗，雖然現在可利用材料數據庫以幫助這個過程。成功的選擇需要有關各種材料的知識，理解和工作經驗。機械和汽車工程需要多種金屬及聚合物、復合材料和其他陶瓷材料。在材料選擇過程，需要考慮一些因素。材料的性能必須滿足具體要求。選用的材料必須與部件或裝置要完成任務相匹配。重要的是要考慮整個使用要求，如機械載荷，載荷范圍、硬度、剛度及柔性，汽車設計對重量的特別要求，各種物理特性等。然后對上述這些要求進行研究，與合適的材料的特性及特點相匹配。具體的，既要考慮材料的特性，也要考慮加工過程。綜合考慮材料的電阻、耐熱、耐磨損、耐腐蝕性等性能，以提高可靠性和產品的使用壽命。這些現在可用計算機軟件進行分析試驗，特別是對于塑料和聚合物，所以可以進行比較。通過這樣材料選擇范圍縮少，有可能選擇合適的材料。質量和樣式要求作為性能要求的擴展，也需要考慮。象噪聲和振動這樣的因素可能引起相當大的令人討厭的故障，通過材料選擇和加工也要控制產品表面的性質，如美學特點，靜態造型，色彩、紋理，感覺和氣味。又如皮座椅和木制裝飾板受到材料選擇和加工工藝控制。部件或產品的制作方法和規模對材料也有較大影響。加工因素也是重要的，以便取得最大的效果及最經濟，精確的和高標準的產品。這樣材料的選擇不僅考慮使用特性，也要考慮制造過程的影響、優點和限制。例如，小客車車身板可以由木材、鋼、鋁或GRP復合材料制造。這些材料的內在特性不僅不同，而且將它們制成板件也要用不同的方法。供應商以常規的或標準化的形式提供材料。這些材料包括導線、圓形材和方形材、薄膜、板材、角形材和其他擠壓形材、細粒、碎末、小球狀、和粘性液體。這些形狀是常用的標準尺寸，他們按照實際和要求被設計。多數類型的材料和部件的參數規格是標準化的。非標準尺寸和數量增加成本。材料和部件的結構、特性和使用性能要有質量保證，以確保滿足參數要求。常見的做法是對于大公司，如汽車總裝配廠，購買原材料和部件，然后對他們做質量審查。總裝配公司，如福特、羅孚、日產通常被稱為原始設備制造廠（OEM），現在減小他們對新產品設計和開發隊伍的大小，如結構化的小總成、座椅和車身板。這項工作由與他們合作的一級供應商來做，一級供應商又把合作工作調派到二、三、四級供應商，像原材料制造廠。這樣的同時工程下降的產品供應鏈可以使OEM集中于最終的產品制造問題，如汽車本身，應滿足所有客戶的要求。經濟因素和商業因素在汽車工程設計中起到至關重要的作用。部件或產品的銷售價格由許多因素組成，如原材料的價格、制造、營銷、運輸、安裝、維護和利潤。材料或制造成本下降將會使利潤最大化或確保以現實的市場價格銷售，然而部件的規格必須滿足，通過使用的材料和制造方法。對于類似的汽車部件，如輪胎，參數變化很大，導致使用不同的材料和制造方法。輪胎可以用于家用車、運動車和賽車，廂式貨車或載貨車農用拖拉機和推土機械。這些應用使用高和低本材料，及手工制作和大批生產技術。法規要求對汽車部件的材料選擇有影響。健康和安全因素制約一些項目，如油箱的完整性、風擋的視野。碳和氮氧化物的廢氣污染，摩擦材料中的石棉基于溶劑/水的油漆。對于處置方法，垃圾成本及在循環的經濟需要，現在需要設計人員認真的考慮。單一組成的材料部件的再循環利用相對容易，如聚苯烯合成橡膠，保險杠；多種材料的產品，如起動機、蓄電池，是更為復雜的事情。但挑戰實質是對在循環利用的設計以及制造及使用情況。所有這些材料選擇因素是對材料技術的人員挑戰。從試驗及對材料工作的獲得的經驗有助于增強分工選擇材料及特定部件的設計決策能力。最后的材料選擇經常是折中的。在某些情況，功能要求占主要地位。在其他方面，成本、法規是主要因素。只有在所有方案比較后，才能做出滿意的材料選擇決策。材料的選擇方案很少是唯一的。
作者：袁秀忠 單位：牡丹江市交通職業中等專業學校
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