复材与工程车辆的发展

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机械工程材料也可按用途分类，如结构材料（结构钢）。工模具材料（工具钢）。耐蚀材料（不锈钢）、耐热材料（耐热钢）、耐磨材料（耐磨钢）和减摩材料等。由于材料与工艺紧密联系，也可结合工艺特点来进行分类，如铸造合金材料、超塑性材料、粉末冶金材料等。粉末冶金可以制取用普通熔炼方法难以制取的特殊材料，也可直接制造各种精密机械零件，已发展成一类粉末冶金材料。    目前工程机械尽管在发动机技术、底盘系统、操作环境等设施中不断改进，性能已有一定的提升，但仍存在许多薄弱环节。尤其是一些配件易疲劳磨损、密封性差等缺点，影响着整机的使用性能，尚需改进。目前各种机械配件基本上采用传统的各种合金钢，其优点有强度和弹性模量高、韧性好、各向受力均匀、可靠性高、对动载的适应性强以及设计计算理论成熟等，但重量大、机动性差、耐腐蚀性差、维修保养费用高等缺点也很明显，特别是重量大引起的一系列问题，如不良作业环境的适应性差、不利于机动灵活等等。
    复合材料由于各组分材料在性能上协调作用，可以得到单组分材料无法比拟的优越性能，具有刚度大、强度高、重量轻等优点。根据基体不同大致可分为三类：金属基复合材料(MMC)、陶瓷基复合材料(CMC)和各种纤维增强的树脂基复合材料(FRP)。它们主要优点有：比强度和比模量高；化学稳定性优良；减摩、耐磨、自润滑性好；韧性和抗热冲击性好；有很大的材料设计自由度，具有耐烧蚀性、耐辐射性、耐蠕变性及特殊的光、电、磁效能。由于性能优异，在许多领域已得到广泛应用。但现今机械装备业中仅有密封及耐磨部件等少部分装置中采用了复合材料，因此研究如何将复合材料应用于工程机械从而改进现有机械的性能，有着重要的实际意义。
    复合材料按用途可分为功能性和结构性两种，将功能性复合材料如耐磨、耐高温及防护性材料应用于机械零部件中，可延长部件的使用寿命，提高机械的使用性能；将结构性复合材料用于车体，由于它质量轻、强度和模量高，用作承力结构后可大大减轻车身重量，提高机械的作业效率和机动灵活性。据粗略计算，在一定的范围内机械重量尤其是工装重量每减少5％，作业效率可提高15％，燃油经济性可提高5％ ～10％，车身的机动性也可大大提高。

    工程机械装备适用复合材料
    1、在机械内燃机系统上的应用
    工程机械内燃机长期工作在高温高压下，活塞与活塞环、缸壁间不断产生摩擦，润滑条件不充分，工作条件非常恶劣，尤其是在大功率的发动机中，普通的铸铁或铝合金活塞易发生变形、疲劳热裂。可采用：
    （1）陶瓷纤维增强金属基复合物，如陶瓷增强铝基复合材料的耐磨性已达到最好材料Ni—resist铸铁的水平，国外推出了氧化铝纤维增强铝镁合金制造的活塞，高温强度和抗热疲劳性能明显提高，并具有较低的线膨胀系数；
    （2）金属基复合材料，比一般的金属材料耐磨性可提高50％左右，耐热性也有极大提高，而且改善了发动机活塞的强度；
    （3）碳化硅颗粒或晶须增强铝也正在试用制造发动机活塞，其耐热性、耐磨性和强度均佳。在活塞头的局部或全部采用复合材料后可以提高活塞工作稳定性和使用寿命，降低油耗和废气排放量，解决目前工程机械发动机功率大、活塞易磨损的突出现象，有广阔的应用前景。传统的铝合金钢套，重量较大，气缸易变形，耐磨性也不高。70年代国际镍公司研制石墨铝基复合材料以代替铸铁钢套，在一定程度上提高了耐磨性、抗咬合性、自润滑性和功率。如采用碳合金增强的铝合金钢套，不但重量较小，减轻气缸变形，提高耐磨性，而且可降低线膨胀系数和油耗，改善导热性。提高柴油机缸体抗磨性可采用铝基复合材料，并用1120 与碳纤维的混合物作为增强物，在铝合金缸体的内表层形成2mm厚含纤维体积约为15％的复合材料层。发动机进气和燃油系统零部件采用玻璃纤维增强尼龙材料可改善效能，尼龙12／不锈钢复合材料制成的滤清器，可以比以往材料过滤效果好，耐腐蚀，重量轻且降低成本。气门、挺柱、摇臂、弹簧以及涡流增压器的涡轮等部件改用陶瓷复合材料后，可提高其工作耐疲劳度，允许发动机小幅度提高转速来提高功率。另外，气缸盖、活塞销以及排气管等部件采用陶瓷复合材料，较传统材料更轻量化、耐疲劳、耐腐蚀、耐冲压、使用寿命长。美国杜邦公司新开发出的刚玉纤维增强铝锂合金，其重量轻、强度好、抗拉强度很大且膨胀系数小。若将其铸造连杆虽成本有所提高，但可大幅度提高发动机效率，刚度、强度和疲劳极限都能满足高性能发动机的要求。另外开发的一种不锈钢加强的铁合金造价较低，制造成连杆重量比传统材料可减轻30％，发动机功率和燃料经济性能也有所提高。


    2、在车体、工作装置及部分零部件上的应用
    1984年，碳纤维复合材料已成功地用于制造汽车的主动轴、弹簧、发动机盖、离合器磨擦片、支架推杆、制动盘及其总成等，但其存在易变形、磨损等缺点，采用碳纤维改性材料与金属基体的复合物，可提高使用寿命，降低维护和修理的费用。在保持原有的结构性能、不影响作业性能的情况下适当采用复合材料如玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)做成车身骨架可使传统的钢质车身骨架减重，最多可减轻20％ ～30％，这将提高机械车辆的机动性和作业效能。若由于作业要求需保持原有重量，也可在部分采用复合材料车身后加装其它设备。
    传统的工装往往都是由合金钢制成，当机械有较长作业臂时如挖掘机，挖掘装置需自重较大。将复合材料应用于工装中，可以以较轻的重量取得相同的性能，这样，车体重心将更加稳固，在相同马力情况下，可以加大工作装置的尺寸，完成更多的工作量，提高了作业效率。例如，在挖掘机作业装置中，工作臂中斗杆属于强力结构件，需用能承受较大拉压应力和弯矩的材料。采用硼纤维增强铝基复合材料与合金钢相结合，重量减轻2／3，即可达到相同的力学性能指标。铲斗则可采用碳纤维增强金属基复合材料，既重量小，又不粘土、易于物料的自由流动、可设计性也得到提高。用石墨／铝复合材料制成的轴承重量可比巴氏合金减少一半，但摩擦系数却同样小且耐磨性、导热性优良。碳铜复合材料同样可作为自润滑轴承材料。在中等载荷及润滑条件下铝／石墨复合材料可代替铜基或锡基合金，具有更好的耐磨性。制动鼓传统用铸铁制造，但铸铁比重大，导热性差，用碳化硅颗粒增强铝合金金属基复合材料可用来解决这个问题，重量比铸铁轻50％ ～60％ ，惯性力、噪音、都大大减小，且磨损小导热性比铸铁提高5～7倍。
   结论：
    机械产品的可靠性和先进性，除设计因素外，在很大程度上取决于所选用材料的质量和性能。新型材料的发展是发展新型产品和提高产品质量的物质基础。各种高强度材料的发展，为发展大型结构件和逐步提高材料的使用强度等级，减轻产品自重提供了条件;高性能的高温材料、耐腐蚀材料为开发和利用新能源开辟了新的途径。现代发展起来的新型材料有新型纤维材料、功能性高分子材料、非晶质材料、单晶体材料、精细陶瓷和新合金材料等，对于研制新一代的机械产品有重要意义。如碳纤维比玻璃纤维强度和弹性更高，用于制造飞机和汽车等结构件，能显著减轻自重而节约能源。精细陶瓷如热压氮化硅和部分稳定结晶氧化锆，有足够的强度，比合金材料有更高的耐热性，能大幅度提高热机的效率，是绝热发动机的关键材料。还有不少与能源利用和转换密切有关的功能材料的突破，将会引起机电产品的巨大变革。

    随着科学技术的发展，尤其是材料测试分析技术的不断提高，如电子显微技术、微区成分分析技术等的应用，材料的内部结构和性能间的关系不断被揭示，对于材料的认识也从宏观领域进入微观领域。在认识各种材料的共性基本规律的基础上，正在探索按指定性能来设计新材料的途径。

  近日，继80米全球最长七节臂六桥碳纤维泵车成功下线后，中联重科融合CIFA最新欧洲技术自主研发的又一碳纤维系列——63米泵车在混凝土机械公司总装车间成功下线，它是目前世界上最长的六节臂五桥碳纤维泵车，它的成功下线，再次创造了中联泵车的又一新突破。标志着碳纤维在工程车辆上的使用进一步深化，大大促进纤维行业的发展。
  （我公司是一家专业化生产复合材料的企业，以研究、开发和生产高性能树脂基体、各种预浸料、高档民用复合材料为主。
2010年，公司引进瑞士Santex集团最为先进的，幅宽1600mm的热熔预浸料生产线，具有年生产碳纤维、芳纶、玻璃纤维及其织物预浸料1000万平方米的能力。该生产线还配置了缺陷和疵点检测与消除系统，是目前国际最先进、控制精度最高的预浸料生产线。可为民用飞机、能源、汽车、交通运输、医疗器械、高档体育休闲用品等先进复合材料制品生产企业提供各种规格预浸料。
公司还与清华大学汽车工程系、美国雅奇公司签订了战略技术合作协议，加强在碳纤维复合材料领域的技术合作。
目前公司主要提供高、中、低温固化树脂、碳纤维预浸料，并可以与客户共同开发碳纤维复合材料。欢迎各位朋友联系、咨询。
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联系人：龚先生
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