新材料与工艺手册

新能源汽车镁合金零部件

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发表于 2020-7-14 19:24:31 | 显示全部楼层 |阅读模式

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蓝强

[摘 要]人们对于新能源汽车的发展非常重视,希望能够代替传统的汽车工艺,以缓解对石油等资源的消耗,并减轻环境污染。在新能源汽车的生产和研发中,生产材料起着关键性的作用,镁合金材料以其独特的优势逐渐受到重视,开始广泛的应用到汽车工业中。本文在此探讨在系能源汽车中应用镁合金零部件的技术,以期为更好的在应用该技术提供参考。

[关键词]新能源汽车;镁合金;零部件

中图分类号:G178 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2018)30-0078-01

引言

自上世纪末以来,汽车中开始普遍应用镁材料。伴随技术升级,镁在汽车中的应用工藝不断优化,应用范围也越来越广泛,应用的速度也在快速增长。镁合金材料具有非常好的使用性能,在汽车材料技术领域具有不可替代的作用。现阶段,国内很多大型车企都在研究,如何在发动机和传动系统以及行走系统和车轮中,应用镁材料来替代传统的钢或铝等材料。

一、汽车工业中常规应用镁合金材料的技术

德国的汽车工业非常发达,早在上世纪20年代,在制造汽车时就开始应用镁合金材料。德国大众公司早在上世纪50年代开始就大量的应用镁合金材料,此后欧美汽车公司也开始跟随这一趋势。现阶段,在汽车工业中,应用镁合金材料最多的地区是北美,欧洲位居第二。实际上,美国汽车行业使用镁合金压铸件的情况非常普遍,福特和通用公司在车身上分别使用镁合金压铸件的数量是30个和45个,平均重量在20千克到40千克[1]。就汽车实际应用镁合金的情况而言,日本要比欧美国家落后,其最初只在气缸盖和座椅以及仪表板等位置应用镁合金。但是日本近年来汽车工业发展非常迅速,比如丰田公司在转向盘等部位也开始应用镁合金材料。对于我国来说,应用镁合金的起步比较晚,大多正处于研究阶段。总的来说,在汽车中应用镁合金,多是应用其铸件,其应用数量占镁合金压铸件产量的比例超过80%。对镁合金材料的应用主要是为了代替传统的铁和铝合金以及塑料等部件。

在汽车工业中应用镁的下阶段的主要目标就是将其作为动力系统的零部件,满足发动机在高温条件下公祖的需求。欧美地区对镁合金的研究非常深入,开发出了很多抗蠕变镁合金和高温镁合金材料等,并且还着手开发阻燃镁合金以及耐腐蚀镁合金等[2]。在车身上应用镁合金具有非常大的潜力,可以将其应用于车身组件,比如车门和发动机罩盖等的外板,也可以应用在底盘框架和座椅框架等部位。

二、新能源汽车开发应用镁合金零部件的技术概况

为更好的实施国家能源主战略,促进我国新能源汽车产业的发展,上汽开始着重培养系能源汽车的技术创新,不断增强研发能力,进而掌握关键技术,以引领国内甚至全球新能源汽车产业的发展[3]。上汽最早在2008年成立专门的项目组负责汽车轻量化技术开发,也获得了政府和很多科研机构的支持。该项目的平台是荣威750的燃料电池,在改制整车的过程中,应用了多项轻量化技术,在成功改制以后,轻量化样车的重量与原来同款车型相比减轻了大约7%到10%之间。在车身和底盘等部位,应用了许多镁合金材料,其具体的技术如下:

(一)仪表骨架

在原型车中,仪表骨架是由钢件焊接而成,而新技术中在确保功能条件得以满足的情况下,将仪表板骨架的全部部件均使用镁合金材料。此类镁合金运用了挤压和弯曲工艺进行制造,在各个镁合金之间所使用的连接工艺是氩弧焊。考虑到镁合金如果和钢直接接触,很有可能发生腐蚀,所以使用钢质渗铝螺栓连接仪表板的骨架与车身及其周围,进而起到防腐蚀的效果。采用新的镁合金骨架,其质量相对于原来减轻了大约65%。

(二)副驾驶座椅骨架

原来的副驾驶座椅骨架的制作材料是钢件,包括靠背骨架和坐垫骨架以及滑轨。考虑到原车型的诸多因素以及相关法律的规定,在满足原车性能的前提下,该项目只在副驾驶位置应用了镁合金用于对靠背骨架进行取代。对于该骨架的制作,采用了挤压和弯曲以及冲压等工艺。镁合金件之间进行连接时,采用的工艺也是氩弧焊。对于不同的材料,在进行连接时,使用的是铝制的螺栓,以确保连接的可靠性。在轻量化处理以后,副驾驶的座椅骨架的重量只有11.5千克,相对于原件来说,减轻了大约9.2%,而靠背骨架仅重1.24千克,相对于原钢件来说,其重量减轻了大约50%。

(三)前后副车架

要确保应用镁合金以后,前后副车架的各项性能都能达到原始水平,项目组对原结构的设计进行了改造,使用了楔形加强筋,并在局部地区增加了纵向加强梁,同时重新设计了局部厚度[4]。通过验证分析以后,发现最新设计的前后副车架的各项指标都与原车型基本相当。对镁合金前后副车架进行制作时,主要应用了挤压和弯曲,然后进行整形的工艺,对其进行分段制造,并进行环形焊和角焊,并且在焊接结束以后,压入支承套橡胶内衬。在和轿车的本体进行连接时,采用的工艺是在螺栓的基础上,加入复合材料垫圈。在进行轻量化处理以后,镁合金前后副车架的质量与原型车相比,减轻的比重都超过了50%。

(四)轮毂

由镁合金的铸造要求可知,在铸造轮毂时,要求要挖深小幅条的根部,才能确保镁合金的车轮性能可以达到原型车的标准。此外,对于弯曲疲劳和径向疲劳,要求其最大应力要比110兆帕小,而且要求其寿命要高于107。在运用轻量化技术进行处理以后,镁合金轮毂的重量相对于原型车来说,减轻的比重达到了30%,仅为8千克。

结语

在新能源汽车产业中,应用镁合金进行整车的改制,对于实现汽车轻量化,节约能源资源具有非常重要的意义。虽然镁合金本身在实际应用在新能源汽车的过程中,存在非常多的局限性,应用过多也可能会影响汽车的性能。但是镁合金却始终具有其他材料不可取代的优点,比如密度、强度以及刚度等,而且这种材料可以进行回收再利用。因此,在运用汽车轻量化技术研发新能源汽车时,镁合金材料是最为合适的材料。而且我国具有非常丰富镁资源,可以实现产业化发展,为新能源汽车的研发提供批量的镁合金材料。由当前时期,我国在汽车工业中,应用镁合金材料的情况来看,依然具有非常大的空间和潜力,对于促进新能源汽车产业化,进而促进整个行业发展而言,具有非常大的价值。

参考文献

[1] 罗思东.镁合金在汽车上的开发与应用[J].汽车工艺与材料,2004(6):38-41.

[2] 曾小勤.镁合金在新能源汽车中的应用[J].铸造纵横,2010(11):50-51.

[3] 周李洪.新能源汽车零部件用镁合金的改性研究[J].热加工工艺,2015(14):117-119.

[4] 冯奇,范军锋,干频,等.新能源汽车镁合金零部件开发及应用趋势[J].汽车工艺与材料,2010(11):51-55.


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