涨知识丨一辆汽车出厂前需要经历的“九九八十一难” 汽车

汽车，是我们出行必不可少的交通工具之一，看看每天早上拥堵的交通状况和永远也拍不到的牌照足可见汽车市场的火爆程度。

而出行安全则是我们目前最挂心的事。对于我们日常需要使用的这一代步工具，大家了解多少呢？你们可知，能够成功出厂的汽车也真的是经历了“九九八十一难”呢！

今天，就让我们走进汽车制造环节中那些保障安全的测试环节吧！

机械性能测试的重要性

测试汽车材料以及零部件的性能对于汽车供应商来说是至关重要的，尤其是在质量控制方面，此外，这对于新产品的研发也是极其重要的。

在汽车产品的生产过程中，有许许多多的材料都需要进行机械测试，因为汽车行业是一个竞争非常激烈的行业，其所用的材料性能将直接影响着客户对于车辆的使用体验。

近年来，汽车行业发展的一个主要方向就是减少汽车尾气排放以满足更加严格的监管规定。这个可以通过许多方法来实现：例如提高空气动力性能，提高引擎效率以及较少车辆本身重量等。在全球范围内来看，减少汽车重量的努力与尝试已经大大的刺激了材料行业的研究开发，因此，研究人员也需要对材料进行更多的机械性能测试。

金属机械性能测试

用轴向和横向伸长仪测试金属材料来确定其塑性应变比（R值）

图片来源：Instron

由于汽车的大部分结构仍然是采用各种不同金属材料进行制造的，因此，通过优化车辆所使用的金属来使得汽车更加轻量化将是一个巨大的机会。为了保证汽车工业对于钢铁材料的不断需求，新一代高强度的钢材正处在开发和生产中。

除此之外，汽车制造商如今正在努力与铝材料生产商展开合作并不断提高铝金属在汽车产品中的应用比例。金属铝材料具有较低的密度，优良的成形性，优异的耐腐蚀性能，而且具有与铁质材料相当的力学强度。

利用金属材料制造汽车及相关零部件的一个主要优点在于金属材料具有各向同性以及均一性。这意味着他们的性质是一致的，与方向无关。这对于进行机械测试来说是极为有利的，因为通过进行单轴拉伸试验就可以对大多数机械性能进行计算得出。

典型的计算包括屈服强度，极限抗拉强度、拉伸和塑形应变比（R值）以及应变硬化指数（n值）等。其中R值和n值是定义这些产品可成形性的一个关键机械属性。

在以前，人们通常需要在金属材料的强度和成形性能之间进行权衡，因为一般来说，强度较高，成形性就会较差。但是现在，金属材料生产商正在研发一些更高等级的金属板材，使其具有更高的机械强度，而且成形性下降很少。

塑料机械性能测试

聚合物材料特性的测试表征在材料的开发和制造过程中是非常重要的，此外，其对于在质量控制过程中判断最终产品质量好坏等方面也是至关重要的。

这种材料在汽车机构中几乎所有的部件中都有使用到，而且，随着聚合物材料的发展进步，其机械强度明显得到了提升，因此，在某些过去必须采用金属材料制备的汽车零部件现在甚至可以考虑采用一些塑料材料来进行代替，例如车身板件等。

聚合物材料，从原材料到半成品，再从半成品加工成最终产品，在这些过程中材料的性质都会发生变化，理解这些特性以及变化是非常重要的。

在一个具有自动升降以及称重应用的设备上对材料的热变形温度和维卡软化点温度进行测量

图片来源：Instron

由于一些材料或零部件是并行开发的，因此对于其中某一部分的改变，无论是材料还是设计相关方面的，都可能会导致其他部件的改变，因此不得不重新评估其它相关的零部件的性能，即使这些零部件是由其他公司开发的。

对于塑料材料而言，一些新型的材料可能会有不同的收缩系数，收缩系数不同则会改变零部件的整体尺寸，这就会最终导致该零部件与相邻部件产生结实度与外观不佳等问题。

同时，材料之间的协调、匹配对于降低整体成本也是非常重要的，因为这会使得制造商只需要使用更少量的材料即可。更少的材料使用将会进一步简化制造业，提升更多的购买力。

因此，出于这些原因，正确的对这些塑料材料进行一系列合适的机械测试是非常重要的。

复合材料机械性能测试

用于测试复合材料拉伸性能的实验装置

图片来源：Instron

复合材料的使用被视为最有望减少汽车质量的一种方法。

与金属不同，复合材料通常是呈现各向异性的，这意味着材料的性质取决于方向。这为人们提供了很大的好处，因为工程师们可以通过把强度增强在需要的地方和关键的轴上来设计组件。

但是，从一个单轴拉伸测试中只可以得到很少的假设或常量，这意味着测试需求的分布范围将要大得多。例如，要确定复合材料的静态整体性能，往往需要进行拉伸，压缩和剪切测试。为了确定材料的不均匀性，还需要进行其他测试，例如层间断裂韧性（其主要是用于测量材料的抗分层性）。

在汽车行业内广泛使用复合材料的一个最大挑战在于难以大规模生产制造这类材料。但是这个情况正在得到改善，而且现在已经有很多的投资用于实现这一可能性。所以我们预计，随着复合材料产量的增加，针对此类材料的机械测试要求也将会增加。

除了难以大规模生产之外，在复合材料的进一步推广使用过程中还遇到了另一个大挑战，也即是材料的再回收问题。但是，随着现在针对这种材料进行的广泛研究，人们已经发现了在这类汽车材料达到使用寿命后将其进行回收、再循环利用的一些有效方法。

组件机械性能测试

在质量控制方面，测试汽车组件的性能，无论是在物理强度上还是在运行过程中，对于许多汽车供应商来说都是至关重要的，此外，其对于新产品的研发也是非常重要的。但这同样也是具有很大挑战性的，因为没有多少被测试的组件是非常相似的，因此需要针对个别组件定制一些特殊测试夹具。

为了获得重复性较高的测试结果，确保这些固定夹具处在同一个地方并居中妥善固定是非常重要的。T型槽底座一般会用于通用型测试机器上以固定夹具；然而，这些可能难以适用在一些特殊的测试机器上。建议的解决方案是使用测试板——一种可以确保固定装置得到安全紧固的配件，从而提高测试结果的可重复性。

某些组件需要采取模拟其使用条件的方式进行测试。为此，可能需要在测试软件中创建加载一些配置文件。无论控制的变量是基于力的反馈还是运动，在一个特定的周期内加载和卸载样品以及根据每个加减速度的结果计算并输出测试结果都是非常重要的。

连接件

在汽车制造过程中，连接不同材料的方式对车辆的整体强度，安全性和质量非常重要。这也使得材料的机械测试显得更加关键。连接方式可以包括紧固件，焊接和粘合剂等，每个都有需要单独解决的测试问题。

对于汽车原始设备制造商来说，从紧固件的使用到焊接技术的转换显着的减少了部件的重量。作为第二个优势，它还可以改善汽车产品的噪音振动和粗糙度；这些都是消费者视为和汽车质量同等重要的评价因素。

例如，塑料部件的振动焊接可以增加整体的结合强度，并减少运行过程中的噪音。甚至在随后的装配体中可以使用更少量的部件以减少部件的整体质量。一旦将其引入生产，质量控制过程将需要确保所有组件都是最高质量的，因此，机械测试对于确保产品的这些性能至关重要。

纺织材料测试

纺织材料的应用可能会与金属材料、聚合物材料、复合材料有所不同，但是当用户进入车辆时，他们将会被纺织品包围着：对质量和产品寿命有很大影响的地毯和车内装饰品，影响到人身安全的安全气囊和安全带等。出于不同的原因，这些纺织品都需要进行一些不同的测试。

乘客最关心的安全功能之一就是安全带。安全带能够确保乘客在发生事故时最大程度上减少伤害，其具有足够的强度和伸长度，以减缓人员冲击而不会造成额外伤害。安全带的性能测试采用传统的夹具解决方案进行极具挑战性，所以一般依靠利用绞盘原理的夹具来确保测试结果的准确性和可重复性。

另一个关键的安全功能则是安全气囊的使用。以前在车上可能只有两个安全气囊，如今的数量则更多了，这也意味着必须进行更多的测试。确定所用材料的强度以及连接处的强度是至关重要的，这有助于确保安全气囊在受到巨大冲击下能够正常使用。

对安全带性能进行测试的实验装置

图片来源：Instron

车辆中的其他纺织品也需要进行相应的测试，以确保整个产品耐用性。用于车内装饰和地毯的织物通常需要进行穿刺和撕裂测试。穿刺测试可以使用不同几何形状的探针进行以测试材料对不同物体的抗穿刺性。撕裂测试有助于验证汽车的织物在正常使用期间不会分解。制造商可以将机械性能测试作为一种常用手段，以确保车辆中存在的纺织品能够在车辆的使用寿命内不会损坏。

温度测试

在能够模拟低温和高温环境的设备上进行测试

图片来源：Instron

上面所述的这些测试要求非常重要，但能够在车辆的运行环境下确定这些特性则显得更为重要。因此，对于环境测试也是非常常见的。而且，为了确保汽车产品不会在不同的环境或地区使用时出现故障，还需要在一些次环境以及高于周围环境的温度下进行相关测试。

总结

近年来，汽车行业继续保持不断发展的趋势。随着市场竞争越来越激烈，监管越来越严格，进一步研究和开发出更先进的汽车材料势在必行。而材料测试则为这些新材料的研究和探索保驾护航。

译者：Vince

译自：qualitymag