通过成型技术减轻汽车零部件的重量

前言

汽车的轻量化一直是汽车技术发展道路上热门的话题，前几天看了篇文章，文章通过成型技术来分析和探讨了汽车零部件的轻量化，从系统轻量化到子部件的轻量化，再到材料本身的轻量化，作者逐一的分析了，同时带来了一些新的成型技术来帮助实现轻量化，个人认为整体上论文非常值得一读。

因为原文较长，鄙人粗糙的翻译可能与原文部分细节有所不符，也存在部分语句有所不通顺等问题，敬请谅解，有条件朋友尽可能读一下原文；

文章来自Springer Link 创新3的板块文章：

《Lightweight in Automotive Components by Forming Technology》作者包括：斯蒂芬·罗森塔尔（ Stephan Rosenthal）法比安·马斯（FabianMaaß）迈克·卡马里耶夫（ Mike Kamaliev）马龙·哈恩（ Marlon Hahn）索伦·吉斯＆埃尔曼·特卡亚（A. Erman Tekkaya） 

通过成型技术减轻汽车零部件的重量

Lightweight in Automotive Components by Forming Technology

作者包括：Stephan Rosenthal、FabianMaaß、 Mike Kamaliev

Marlon Hahn、A. Erman Tekkaya） 

轻量化设计是当前减少车辆能耗的关键驱动因素之一。轻量化部件的设计方法，利用具有良好特殊性能的材料和混合材料的策略可用于提高汽车应用零件的性能。

在本文中，描述了制造轻型零件的各种成型工艺。讨论了轻质材料的设计，涵盖了制造混合组件的制造过程，例如纤维-金属，聚合物-金属和金属-金属复合材料，这些复合材料可用于后续的深冲或组合成型过程。提出了通过热机械成形工艺来增加比强度和刚度以及对这些部件的微结构进行原位控制的方法。结构轻巧的设计探讨了在板材，型材和管材成型操作中塑性形成高强度或高性能材料（如镁或钛）的可能性。为了经济地生产带有齿轮或功能元件的轻质零件，提出了增量钣金成形。作为重要的零件特性，将讨论成形操作过程中的损伤演变，以通过更可靠的设计实现更轻的零件。将展示预测和调整机械性能（如强度和残余应力）的新方法。提出了利用成型技术进行系统轻量化设计的可能性。将显示增材制造和成型的组合，以生产具有集成功能的高度复杂的零件。介绍了通过热挤压工艺制造形状记忆合金的功能集成。对新开发的过程，方法和效果的深入了解可以使组件的尺寸更准确。这有助于减少总质量并提高车辆部件的性能。

介绍

轻巧的设计是减少运输和汽车行业二氧化碳排放的关键驱动力。对电动和混合动力汽车的需求不断增长，需要新概念以及开发轻型技术和工艺来生产轻型零件和汽车零部件。轻量化是一种结构设计理念，旨在最大程度地减轻组件和模块的重量。使用三种不同的轻量级设计策略来具体分析。

材料轻巧的设计

这种设计策略利用了材料本身的优势。根据密度和材料特性，不同的材料会达到各种强度和/或刚度水平。材料轻量化设计可以通过使用具有高比性能的单一材料或通过材料组合来利用组合在一起的复合材料或混合材料中的各种最佳材料来完成。材料轻量化设计是结构轻量化设计的子集。

结构轻巧的设计

通过拓扑，形状和参数优化来开发和设计零件是一个概念。目的是在增加刚度和/或强度或保持恒定的同时改变形状和形式以减轻重量。将结构组合到组件上可以导致照明系统。因此，结构轻量化设计是系统轻量化设计的子集。

系统轻巧的设计

这意味着将零件组合成比参考系统更轻的系统。该系统始终由组合到组件的组件组成，例如汽车或类似结构笼子的汽车模块。为了产生照明系统，该系统的组件必须自己照明。功能集成或通过将它们集成到新组件中来减少零件也是系统轻量级设计。为了达到轻量化部件的目的，轻量化设计的下一个层次是系统轻量化设计的子集。

所有上述轻量级策略均旨在最大程度地减轻重量。一个关键方面是参考系统的选择，该参考系统用于减轻重量的计算。哈恩等人开发了一个新概念来评估轻量级的设计和级别-真正的轻量级。这个新因素克服了当前的工业惯例，在该惯例中，新零件通常比轻量化设计更轻巧。真正的轻量化程度确保了整个开发链的可加性，并且可以预测以刚度为导向的组件设计所需的最小质量的材料选择。

生产轻质组件需要创新的工艺和材料概念。大多数汽车零部件都是使用成型技术制造的。图 1示意性地示出了可以使用创新的成型工艺来制造的各种车辆部件。该图被设置为导航至本文的特定部分，以提供有关每个提到的过程的更多信息。在图1中也指出了可以用稍后提出的方法制造的相应零件 。

近年来，电动汽车发展迅速，并在未来的制造设施中发挥着越来越重要的作用。图 2显示了在这种相对较新的车辆类型中进行成型应用的潜在用例。比较燃油车辆和电动车辆，如图1和2所示。 在图1和图2中，差异清晰可见。几乎整个传动系统组件都被诸如电池组件和电动机之类的电气组件所代替。特别是电池盒，在碰撞安全性中起着关键作用，在发生事故时需要加以保护。

从理论上讲，高于所有制造过程和材料概念的零件特性是制造过程中的损坏演变，这将在本节中讨论。 损坏是处理轻型设计时的重要属性，并且定义为成形操作期间或之后零件内部的空隙发展。它使人们能够了解过程引起的空隙增长，从而削弱了零件的性能。对这种影响的深入了解有助于为特定的负载工况正确地定级和设计零件，而不会存在过度设计和使用不必要材料的危险。

本文重点介绍使用成形技术为汽车行业生产轻型零件的工艺和材料概念。

通过成型技术实现材料轻量化设计

注重材料轻量化设计的成型工艺通常会用具有更好比重特性的另一种材料代替主要材料。为此，使用高强度钢或轻金属，而工件的几何形状对重量没有显着影响。

基于颗粒介质的封闭轮廓冲压硬化

轻量化设计和碰撞安全性是汽车工程中要求合适成型工艺的目标冲突。热冲压是在汽车工业中使用的既定成型工艺，可以满足对安全性和轻量化设计的要求，并结合适当的机械性能设置。近30％的现代车身零件通过热冲压加工，并且数量不断增加。制造高强度和复杂形状的钣金零件的关键是成型和热处理的结合。像22MnB5这样的硼微合金化钢板在成型之前要加热到奥氏体化温度，并在封闭的工具中同时进行淬火。这些压硬化钢的强度最高可达1500 MPa 。

热冲压的工艺特征还可以扩展到具有高强度和高刚度的空心型材。形成封闭轮廓的典型成型工艺是液压成型，但结合高温需要特殊的成型介质。除气体外，无定形固体（如颗粒状材料）是合适的替代选择。

另一个具有挑战性的方面是，基于颗粒的介质不会像流体或气体介质一样具有静水压性能。力沿着力链分布，这取决于冲头的几何形状和介质内部以及介质与管之间的摩擦条件。低颗粒间摩擦，低泊松比和大管径的组合是有效传力并因此获得成功成形结果的最佳条件。

不同的粒状材料在力传递方面具有变化的特性。与氧化锆珠相比，在相同载荷条件下石英砂传递的径向压力更高。另一方面，它在与管壁相互作用期间产生更高的摩擦。因此，径向压力随着到装载区距离的增加而减小。

颗粒状介质也可以用作被动介质。将其放置在型材内部，并用冲头形成与外管表面直接接触的管。与主动使用介质不同，冲头和粒状介质之间没有接触。减少了由于管与颗粒介质之间的界面摩擦而引起的压力损失，并且优化了介质内部的压力生成。图 3显示了可以通过基于主动和被动颗粒介质的压力硬化形成的不同类型的零件。

所描述的过程使得能够通过压制硬化的材料制造具有高强度的零件，并且通过组合使零件具有非常独特的形状以满足需要的刚度要求。因此，这些部件为轻型设计提供了巨大的潜力，例如，分别在碰撞盒中的安全元件中，电动汽车的电池壳体中，如图2所示 。

快速感应加热辅助级进模中的钣金成形

在多级进模中使用热冲压，应以低成本和大批量实现对定制钢产品的高要求。

Löbbe等人开发了一种新的快速多步骤钣金成形工艺，以制造中小型零件，如图4所示 该方法基于原位感应加热和渐进或转移工具，由Becker等人发明。为了补偿较大的回弹并提高成形极限，已实现了闭环控制。回弹角的测量值用于调整工件的温度，直到产生稳定的过程为止。通过将成形和冷却分为几个阶段，可以达到与阶段数成比例的更高的冲程率，直到达到加热设备或整个工艺设备的极限为止。

这种工艺设计的限制因素通常是感应加热，它允许加热速率高达200 K / s ，这使其成为快速多步成型工艺的理想选择。基于大功率和过程集成加热方法的快速热成型是一种通过施加动态相变效应和局部适应的热循环来达到出色的机械性能和更灵活的设计的方法。

这种热辅助快速成型工艺提供了生产大量零件以在内部使用或保护乘客舱的可能性。一种可能的应用是制造具有特定形状的轻型制动踏板或油门踏板，以使这些部件变硬。

复合纤维-金属层压复合材料的深拉伸

在1980年代，由于油价上涨及其对重量特性的有益比强度，汽车行业开始在白车身部件中使用金属聚合物金属产品以减轻总重量。缺少制造工艺阻碍了用复合材料生产形状复杂的轻型部件。Mennecart等。分析了通过深冲和树脂传递模塑（RTM）以及与湿压相结合的深冲形成纤维-金属层压板的不同策略。深度拉伸和RTM的好处在于，可以在任意拉伸深度下开始注入热塑性树脂。因此，Mennecart等。一步研究了金属-纤维-金属复合材料的深冲成型与RTM的可成型性，即原位杂交，如图5所示 。

热塑性树脂通过深冲工具转移到复合材料中，注入纤维。镶嵌纤维对金属毛坯的可成形性具有显着影响，因此对整个复合材料也有显着影响。纤维由于高接触力而使金属表面局部变形，因此降低了整体可成形性。因此，具有高屈服应力的金属合金有利于这些复合材料的成型操作。

高强度纤维-金属层压板和高强度钢的结合可以成为用于深冲应用的轻质组件的有趣材料。具体地，用于电动车辆的电池外壳提供了需要这样的材料的应用领域，这些材料具有高的比强度和刚度与重量比。

杂化聚合物/镁复合材料

完全不同的材料特性可以有利地组合在混合聚合物/镁复合物中。镁具有六方晶体结构，在室温下会导致差的可成形性，因此镁合金制成的部件通常通过铸造制造。但是，由于通过金属成型制造的部件具有良好的机械性能，因此人们越来越关注通过块体和钣金成型工艺来加工镁锻造。因此，Hopmann等人开发了一种组合的深拉和回模工艺。用于处理镁-原始方法由van der Aa。对于这种工艺组合，如图6所示，将经典的深冲工艺的工具集成到注塑机或成型机中 。首先，将预热的镁合金薄板深拉。因此，形成了大约90％的金属成分。在第二成型步骤中，将熔化的塑料注入封闭的空腔中。镁合金的预热策略对其可拉伸性有很大影响。结果表明，由于这种加热策略 ，由于摩擦系数较低，所以工具的加热应优于烤箱加热。

钣金成型和注塑成型的结合可实现复合材料中的高功能集成，例如，用于降低噪音。通过聚合物模具对镁成分进行二次成型可起到保护作用，使其免受环境影响，从而防止腐蚀。

同时进行多材料零件的深冲和冷锻

多材料部件提供了一个机会来调整组件的局部性质（机械的，电的，光等）和通过材料的适当选择，以减轻重量。Napierala等人提出了一种冷锻和拉深的新工艺组合，用于制造多材料组件。。最后的两部分组件由冷挤压的内芯和外壳组成，外壳由深冲和重冲杯组成。该处理组合的基本处理原理如图7所示 。在图 7中，d B是坯料直径。t B是毛坯厚度；d C是芯直径；r C是核心边缘半径；r DD是拉拔模头半径；C是弹簧常数；d K为容器直径；d DL为模头直径；α是模头肩角；深拉伸比为β 1  =  d乙/ d Ç ; 和公称应变挤出是ε ED  = 2LN（d ç / d DL）。组合式拉拔锻造工具包括一个常规的冷挤压模，顶部延伸有一个深拉工具。在过程开始时，芯子位于薄板表面的中间。纸张放置在深拉工具和毛坯夹之间。毛坯夹持器的力可以通过毛坯夹持器的弹簧进行调节。该过程通过深拉拔处理，其中芯，作为具有预定边缘半径深冲压冲头，由冲头，其在图中所示向下推动启动 7湾 如图7所示，在深冲过程之后是连接过程，该过程由重新拉伸的杯子与挤压模肩部接触而启动。c，再次将片材深冲，并将芯子冷锻。通过对冲压钢板进行深冲和随后的前向挤压，甚至任何轴区域都可以用壳体材料覆盖。

例如，由钢毛坯和圆柱形铝芯制成的组件可以满足对表面的高要求（硬度，耐腐蚀性，导电性和重量减轻）。该方法允许生产轻质部件，例如在不同区域具有不同表面性能的轴，例如，通过根据应用要求组合各种外壳材料。该方法的优点在于可以进行多种材料的连接，可以使用芯片芯，并且可以通过向后倒杯挤出进行深冲。在拉拔锻造过程中，连接伙伴之间的基本连接基于正向和非正向连接的形成。芯部和套管的粘附力基于不同的弹性回弹。通过在边缘区域中增加毛坯的厚度，使得在轴向上的形状配合成为可能。另外，由于各向异性材料的堆积，在圆周方向上存在形状配合。粘结强度大于最弱材料的剪切屈服应力的40％。

图 8a示出了拉深锻造部件，该拉深锻造部件由深拉和再拉深的钢杯和铝制头部肩部轴构成。杯连接在轴的前部上方。这样的组件可被用作多材料驱动轴或在作为电动汽车用的铝芯的组合和铜壳，其在图呈现连接器元件 8

绝热消隐

使用先进的高强度钢（AHSS）可以减轻汽车工业的重量。这些材料需要适当的切割工艺。绝热落料是一种适合加工具有卓越切削表面质量且无需返工的AHSS零件的工艺。冲压硬化零件具有极高的强度和表面硬度，是绝热落料的另一个应用领域。该方法的特点是在局部有限体积的材料中，在很短的时间内温度就会大大升高。高局部应变率（\（\ dot {\ varepsilon} \）  ≥10 3  s -1）和较短的处理时间（t 小于2 ms的绝热消隐仅导致材料在消隐区域内温度引起的软化。冲头以速度v  \（\ geq \）  3 m / s前进。另外，如图9所示，部件的变形有限 。结果，与传统的用于AHSS的落料方法相比，可以减少加工路线，并具有较高的切割质量。由于高局部应变率和高温，在此过程中形成了绝热剪切带（ASB）。通过剪切表面可以实现特殊的技术性能。这包括剪切面的几何形状和机械性能。

增量钣金成形

增量钣金成型提供了多种轻巧的设计可能性。可以生产具有定制特性的复杂形状的零件和功能组件。用钣金生产高强度钢零件是该过程的主要优势之一。通过在两轴和三轴应力和应变条件下塑性变形，将块状成形工艺应用于金属薄板，以生产接近最终形状的零件。这意味着如图10所示，通过成形操作和/或功能元件，例如齿轮，附接点或厚度变化，在平面的平面方向上使平板变厚，这些功能，齿轮，附接点或厚度变化被集成在纸张的圆周上 。在图 10中，F是工具力量；F夹是夹紧力。零件的边缘可以加厚，并且可以集成齿轮齿之类的功能。

钣金成型工艺的一种改进是增量钣金成型工艺（iSBMF）。产生非旋转对称零件的可能性是该过程的特征。iSBMF工艺可以有效地制造负载适应性功能部件。此过程的可能应用是座椅调节器或起动器齿轮，它们目前通常是通过例如铣削生产的，但也可能是可以应用iSBMF来减轻部件重量而不降低部件性能的部件，尤其是在使用高强度部件时如图11所示 。

可以将iSBMF工艺应用于生产零件，以满足特定用例的特定尺寸和设计要求，如图11b所示 。为此，Sieczkarek等。开发了一种新颖的五轴成型压力机，以满足这种工艺的特殊需求，如图12所示 。

该领域的未来研究将涉及对混合零件和部件的成形行为的研究。iSBMF工艺的轻量化应用是制造传动系统齿轮和座椅调节器齿轮。

形成联接

成型连接是一种工艺概念，它通过至少一个连接伙伴的塑性变形来连接两种材料。在轻型设计中，此过程特别有趣，因为它在连接操作中通过形状，力或材料配合取代了螺钉，铆钉或其他零件。通过塑性变形进行连接提供了提高精度，可靠性和环境安全性的潜力，并提供了通过连接异种材料来设计新产品的机会。

电磁脉冲焊接

诸如混合动力传动轴之类的不同材料可以减轻重量，从而满足机械要求。对于常规的熔焊工艺而言，将异种金属管连接到混合部件上是具有挑战性的。因此，可以使用电磁脉冲焊接（MPW）来连接这些组件，因为它基于连接伙伴之间的高速碰撞而无需额外的热源。图13示出了MPW过程和由于放电引起的飞轮加速度 ，其中C是电容器；C是电容器。[R我是电阻。该过程允许材料接合的接头，其过程原理如下：电容器组提供可以在几微秒内释放的电能，并通过导电飞轮中的磁场感应产生次级电流。通过在线圈和飞轮之间作用的洛伦兹力，飞轮沿径向方向加速。飞轮以高速与固定的内部碰撞，并在连接伙伴界面处产生高压。结果，形成了所谓的射流，该射流由两个接合伙伴的表面颗粒组成，并伴随着特征性的发光来监视和控制MPW过程。

Lueg-Althoff等人利用MPW工艺。[ 26 ]提出了成功的实验研究，以减小壁厚的方式连接了不同的金属管（铝制飞片送给钢母，铝制飞片送给铜母）。一种可能的应用是由不同材料组成的传动轴的生产。通过这种方法，双金属短轴被制成铝钢驱动轴，如图14所示 。

通过无模液压成型加工

为了生产不需要外部热源的接头，可以使用无模液压成形（DHF）进行连接。Müller等人提出了一种通过水力膨胀来生产搭接接头的连接工艺。原理在于，两个连接伙伴由于变形以及因此在它们的接触区域中剩余的径向接触压力而导致的弹性恢复的差异。这为轻型应用中的零件连接提供了巨大的潜力。旋转对称和非旋转对称个人资料可以加入。可以生产过盈配合接头和形状配合接头。干涉配合接头依赖于连接伙伴重叠部分之间的摩擦。形锁合接头在内部和外部连接伙伴之间产生咬边，如图15所示 。形状配合接头具有很大的优势，因为所产生的底切用于在扭矩负载下进行连接。承受的负载已经以十分之几毫米的最小重叠率显着增加了。

对于制造轻型结构，DHF是基于热的连接工艺的绝佳替代品。

除了生产传动轴，另一个应用是生产轻型框架结构。Marré等。[ 31 ]研究了一个节点通过连接几个管状部件而创建的组件，该组件的灵感来自于BMW C1E摩托车的轻型车架结构，如图16所示

截面可变的型材/管

管直径和弯曲曲率的调整可用于生产具有可变管拓扑的负载调整结构，并有可能形成高强度材料，这是轻量化设计的当前趋势[ 32 ]。由于回弹趋势的增加，高强度材料很难弯曲[ 33 ]。

增量管成型

为了克服和减少与高强度材料回弹有关的问题，发明了增量管成型（ITF）工艺[ 34 ]。ITF结合了增量管旋转和连续管弯曲的技术，这两个过程同时进行。该方法提供了生产具有可变直径和可自由定义的弯曲曲率的管的可能性，如图17所示 ，其中R L是弯曲半径。

初始管通过旋转的纺丝辊喂入，以设置所需的管直径和应力叠加的大小。与此同时，弯曲工具叠加一个附加弯矩，得到管所需的形状，在图如图所示。  17一个。因此，管可以是由高强度钢弯曲如图所示分别DP 800和DP 1000， 17湾 与传统的管弯曲工艺相比，应力叠加导致弯曲力矩的显着降低[ 36 ]。几乎可以自由形成高强度材料的可能性可用于生产汽车用防倾杆之类的零件。

ITF工艺的另一个应用是钛管的制造，以在高温下运行[ 37 ]。钛管具有很高的强度重量比和耐腐蚀性，这使其成为轻型应用的理想选择，尤其是在腐蚀性环境中。不幸的是，钛的低可成形性与高强度相结合，因此在限定的弯曲操作中成形是具有挑战性的。ITF工艺与附加电感器的配合可用于加热钛管，以提高延展性。与通过应力叠加减小的弯曲力相结合，该设备提供了将钛管弯曲成具有良好尺寸稳定性的复杂形状的潜力[ 37 ]。

增量轮廓成型

开发了具有可变横截面的型材生产，增量型材成型（IPF）工艺。该方法允许沿着管或型材的中心线生产具有可变横截面设计的管和型材[ 38 ]。该工艺兼具高工艺灵活性和高工件复杂性。Grzancic等。[ 38 ]开发了一种新的机器概念和一个原型，该原型可以处理直径最大为80 mm的薄壁管和型材，如图18所示 。高度灵活的成型过程可以看作是渐进的，因为它需要几个步骤。

图 18示出的是首先由Staupendahl等人描述的一般工艺原理。[ 39 ]，其中z p是轮廓供稿；r st，1和r st，2是手写笔的提要；α是旋转。围绕轮廓轴呈圆形排列的各种笔针可以相互独立地移动到轮廓中。初始横截面可以多种多样，例如二次，圆形，矩形等。管的成型是在型材沿轴向进给且触笔沿径向穿透工件的过程中进行的[ 38]。为了提高灵活性，工件或触控笔都可以旋转-这两个概念对成型操作的影响相同。该过程可以应用一种对称或不对称的形状进入工件，这取决于模具的设置，如示于图 18湾 通过这一过程的灵活性，工具，工具的几何形状，处理设置和轮廓形状，包括最终工件形状的大量的多种组合可以实现，如示于图 18 ℃。通过特殊的刀具运动学，也可以从内部进行轮廓加工。此类轮廓可用于轻型应用中，以满足特定的设计要求或通过更改轮廓拓扑来增加多个方向的刚度。

损害控制的成型过程

金属成形零件的损坏不是失败，而是产品性能下降，降低了零件的性能，需要在产品尺寸上加以考虑[ 40 ]。由于空洞的出现和发展，在特定的成型操作过程中，零件中的损坏会不断发展，并降低其承载能力[ 40]。在处理延性损坏，故障和产品性能时，尤其是在处理金属成型零件的轻量化时，务必要理解这一点。由于零件内部的已知损坏状态，可以针对特定的使用情况对结构进行适当的评估。TR188合作研究中心“损害控制的成型工艺”旨在介绍成型行业的范式转变。不仅要考虑可制造性，还应在过程和产品设计周期中考虑由成形引起的产品特性（例如损坏），TR188研究中心开始从可成形性转向可用性。

冷锻中的损坏

产品性能取决于成型操作引入的损伤演变。减少并了解损坏程度有助于进一步增加轻量化的潜力。Tekkaya等。[ 41 ]通过实验研究了冷锻零件和空气弯曲零件的损伤演变和疲劳强度。挤出比的增加导致较低的损坏和增加的疲劳强度，而在空气弯曲操作中，损坏可能受到诸如应力叠加之类的工艺变化的影响。在挤出过程中表现出不同的损伤演变冷锻用不同的轴向应力值的部分，如示于图 19一个。建模参数如下：锥角2α  = 90°；摩擦系数m  = 0.08（库仑）；弹性模（55NiCrMoV6）; 弹塑性工件（16MnCr5）；初始杆直径d 0。

过程导致对更高的应变（图下损坏 19 b）所示，而表现出更低的应变试样具有更高的轴向拉伸应力（图 19 A）。其结果是，谁被拉紧至一个较低的值（试样的疲劳强度ε  = 0.5）示出了下疲劳强度（图 19 B）。因此，较大的挤压应变导致较小的损坏并增加疲劳强度[ 41 ]。

弯曲损坏

如图20a，b所示，进行了具有和不具有弹性体垫的空气弯曲实验 。用于仿真的参数如下：摩擦系数m  ＝ 0.3；摩擦系数m＝ 0.3。模具和工具被假定为刚体；钣金以弹塑性材料和各向同性硬化（DP1180）为模型；弹性体垫层采用Mooney-Rivlin模型建模。与弹性体衬垫的叠加压缩应力弯曲减小了应力三轴η  =  σ ħ /σ V（静水应力由von Mises应力划分）18％，如示于图 20c，d。三轴性通常定义为介于-1和1之间。负三轴性导致空隙减少和收缩，而正三轴性导致空隙增长和因此增加的损伤值。结果，由弹性体垫引起的损伤应该更低，这可以通过弯曲操作后的弯曲试样的显微照片来证明。结果，形成在弹性体垫中的样品的疲劳寿命提高了约10％。

Meya等人开发了一种新方法。[ 42 ]。开发了一种新颖的金属板弯曲工艺，以调节载荷路径，以通过在弯曲过程中叠加径向应力（即径向应力叠加（RSS）弯曲）来控制损伤的发展，如图21所示 [ 43 ]。通过改变新工艺的应力状态，可以降低三轴性，从而抑制空隙的产生和增长。通过控制弯曲过程中损伤的发展，可以获得更好的产品性能，例如在冲击吸收方面。

系统轻量化设计

系统轻巧的设计意味着将多个零件或功能集成到单个零件或系统中，以减轻组件的重量。前面提到的轻量级设计策略，即简介中的材料轻量级设计和Sect中的结构轻量级设计。 图3是系统轻量化设计的子集。通常，将它们组合到一个系统中以产生一个照明组件，通常比初步开发阶段要轻（请参阅真正的轻量化程度[ 1 ]）。

在成形技术的背景下，由于成形技术用于制造零件或加工新材料，因此很难通过成形来生产系统。

增材制造与成型的结合

生产轻型零件的新概念是增材制造（AM）和成型技术的结合。具有集成功能的高度复杂零件（例如冷却通道，传感器或连接器元件）的增材制造当前因制造时间短以及AM加工过程中建造室容积的使用效率低而导致加工效率低下。为了克服这个问题，Rosenthal等。[ 44]提出了一种新的工艺组合，该工艺组合利用了增材制造（生产复杂板材）和成形技术（导致应变硬化）的优势。随后形成增材制造零件的过程使得能够生产具有芯结构和集成功能的平板，这些平板堆叠在构建室中，并且几乎使用了整个可用构建室体积，如图22所示 。

在随后的成型操作中，设定最终的几何形状，受益于通过加工硬化提高强度。因此，与以最终几何形状相加生产的零件相比，可以减少最终零件的重量。这种方法的可用性已通过固态增材制造的板材的弯曲操作[ 45 ]得以展示。

结合增材制造和成型技术的另一种方法是两点增量成型（TPIF）和激光粉末沉积的结合。TPIF生产3维零件，并且在相同设置下，将功能元件（如肋，鳍或连接点）焊接在薄板[ 46 ]的顶部。这种过程组合的一个巨大好处是这两个过程的效率以及它们的灵活性，不需要特定的工具来生产不同的零件。从理论上讲，每个生产的零件都可以个性化。

形状记忆合金金属基复合材料

形状记忆金属基复合材料是一种在系统轻量化设计水平上生产组件的新颖方法。Dahnke等。[ 47 ]提出了一种基于铝基体内集成的镍钛（NiTi）线的新型执行器概念，该图是通过连续复合挤压工艺生产的，如图23所示 ，其中M f为马氏体起始温度。一个˚F是奥氏体的起始温度。当温度升高到临界值时，NiTi线的偏心定位和感应的预应变会在复合材料中产生弯曲力矩。结果，可以触发轮廓的弹性或弹塑性变形，因此，此类轮廓具有可重复改变形状的能力，可以通过环境温度来控制其重复。

上面介绍的用于系统轻量级设计的概念只是三个如何组合功能和过程以生产轻型零件的示例。通过成形技术生产的大部分零件都在组件级别，并在生产链的后期阶段组合到系统中。