新能源汽車鎂合金零部件的開發(fā)分析

王昱

摘 要：對于新能源汽車零部件的開發(fā)研究，有利于該行業(yè)的持續(xù)性發(fā)展。本文對當(dāng)前環(huán)境之下新能源汽車開發(fā)研究的現(xiàn)狀 進(jìn)行了分析，并分析了鎂合金材料的應(yīng)用情況及其優(yōu)勢，著重探討了鎂合金材料在新能源汽車行業(yè)應(yīng)用之中的重要性，對鎂合金材料在新能源汽車發(fā)展的之中的前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：新能源汽車;鎂合金;零部件;應(yīng)用;前景

1 引言

新能源汽車的生產(chǎn)以及制造引入了大量的新材料、技術(shù)，以求實(shí)現(xiàn)節(jié)省能源的目的。自上世紀(jì)90年代初，汽車用鎂的增長速度逐年攀升，直至如今，鎂已成為汽車材料之中所不可或缺的存在。目前，世界各國對于新能源汽車的重視度逐步提升，相關(guān)零部件的研究開發(fā)也隨之深入。我國在這一方面雖起步較晚，但發(fā)展迅猛，尤其是在政府部門的大力支持之下，希望能夠借助時代的東風(fēng)，加強(qiáng)對于鎂合金零部件的開發(fā)研究，推動我國能源汽車質(zhì)量的提升。

2 新能源汽車研究現(xiàn)狀

所謂新能源汽車，指的是采用非常規(guī)燃料驅(qū)動的汽車，譬如乙醇、壓縮天然氣等清潔燃料。目前，在歐美等發(fā)達(dá)國家之中，對于新能源燃料的研究范圍逐步擴(kuò)大，囊括了生物柴油、混合動力以及氫燃料等等，為當(dāng)前新能源汽車的發(fā)展提供了較為明確的方向。目前，在世界范圍之內(nèi)，各國政府均支持、鼓勵新能源汽車的研究發(fā)展，以求降低汽車的一氧化碳排放。以歐洲等發(fā)達(dá)國家為例，開發(fā)新能源汽車的主要目的在于溫室氣體減排，要求所有處于開發(fā)階段的新能源汽車均能符合當(dāng)前一氧化碳排放的需求。以歐洲新能源汽車的研究為例，研究早期多是以生物質(zhì)燃料、天然氣居多，自邁入新世紀(jì)以來，對于氫燃料的研究也隨之增多，大幅降低了溫室氣體的排放。

目前，我國社會發(fā)展勢頭迅猛，小型轎車已步入千家萬戶，汽車保有量增長趨勢相當(dāng)可觀。然后在這樣的形式之下，汽車的能源消耗以及排放量隨之逐年增長，我國政府也開始著手推行新能源汽車的計(jì)劃，并希望藉此推動我國電動車行業(yè)的發(fā)展進(jìn)步。不過，由于該項(xiàng)目的研究需要投入大量的資金，同時我國專業(yè)性技術(shù)人員十分有限，因此我國該產(chǎn)業(yè)尚處于一個發(fā)展階段，對比歐美等發(fā)達(dá)國家存在一段不少的距離。以新能源汽車零部件開發(fā)而言，需要積極引入尖端技術(shù)人才，吸納高新技術(shù)，逐步完善各項(xiàng)設(shè)施，深化對于鎂合金零部件的研發(fā)，以求提升我國新能源汽車行業(yè)的競爭力。

3 鎂合金材料在零部件開發(fā)之中的應(yīng)用優(yōu)勢

鎂合金材料在零部件開發(fā)之中的應(yīng)用優(yōu)勢大致有以下四點(diǎn)：其一，鎂合金材料質(zhì)量密度較小，將其應(yīng)用于新能源汽車開發(fā)之中，能夠顯著減輕質(zhì)量;其二，鎂合金材料具備優(yōu)異的減震性，能夠承受較大的沖擊以及振動，較之鋁、鋼等材料性能更為突出，對于維系汽車運(yùn)行的穩(wěn)定性效果奇佳;其三，比強(qiáng)度、比剛度良好。對比鋼、鋁合金而言，在相同質(zhì)量條件下，鎂合金的比剛度、比強(qiáng)度都更高一些;其四，鎂合金材料可回收利用。鎂合金材料的提取以再生資源為主，能夠?qū)崿F(xiàn)回收利用。此外，鎂的熔點(diǎn)相對較低，回收利用所消耗的能源也相對較少。

4 鎂合金零部件開發(fā)

4.1 新能源汽車中鎂合金零部件的開發(fā)應(yīng)用

自二十世紀(jì)初期，德國率先將鎂合金應(yīng)用于汽車制造之中，直至二十世紀(jì)中葉，大眾公司在汽車結(jié)構(gòu)零件的研發(fā)之中已應(yīng) 用了大量的鎂合金材料。隨后，歐美等國家均紛紛投入到鎂合金零部件的開發(fā)研究之中。目前，歐美等發(fā)達(dá)國家在汽車用鎂量方面要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于世界其他各國。在亞洲范圍之內(nèi)，日本在鎂合金零部件的開發(fā)研究之中居于領(lǐng)先地位，雖遠(yuǎn)不及歐美等國家，不過伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，日企對于鎂合金材料的應(yīng)用日益廣泛。譬如，豐田便研發(fā)了鎂合金轉(zhuǎn)向盤、鎂合金骨架座椅等。相較而言，我國汽車行業(yè)對于鎂合金的應(yīng)用相對較晚，現(xiàn)如今尚處于開發(fā)階段。諸如上汽、一汽、二汽等企業(yè)均開始廣泛投入到鎂合金汽車零部件的研究開發(fā)之中，也取得了一定的成果。 直至今日，鎂合金在新能源汽車之中開發(fā)研究，主要集中于動力系統(tǒng)零件?？紤]到發(fā)動機(jī)零部件在運(yùn)行期間的溫度，歐美等發(fā)達(dá)國家致力于對高強(qiáng)度鎂合金材料展開了研究開發(fā)。目前，諸如耐蝕鎂合金、變形鎂合金、自然鎂合金等新型鎂合金材料相繼研發(fā)成功，在新能源汽車之中得以廣泛的應(yīng)用。

5 鎂合金零部件在新能源汽車中的應(yīng)用

5.1 鎂合金轉(zhuǎn)向管柱支架

常規(guī)車型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的支架和導(dǎo)向筒以鈑金件和圓鋼為主，其轉(zhuǎn)向管柱是通過螺栓擰緊在車身骨架上，但由于現(xiàn)在大部分車型的車身支架都是沖壓焊接鈑金件，會產(chǎn)生一定的焊接變形量，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)向管柱安裝在車身骨架上，鈑金支架會隨車身骨架的變形而發(fā)生變形，并使整根轉(zhuǎn)向管柱都隨之變形，是的部分零部件變形偏離設(shè)計(jì)位置，從而會產(chǎn)生滑移力偏大，調(diào)節(jié)發(fā)卡和調(diào)節(jié)異響現(xiàn)象。而現(xiàn)在在一款新能源車型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的開發(fā)中，引用了以鎂合金為材料設(shè)計(jì)成型的轉(zhuǎn)向支架（圖1）和導(dǎo)向筒（圖2）。由于鎂合金的剛度極大，不會在安裝后隨車身支架的變形而產(chǎn)生變形，從而避免了上述現(xiàn)象的產(chǎn)生，全面保證轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在整車碰撞過程中，轉(zhuǎn)向管柱可以按照設(shè)計(jì)的行程和吸能曲線完成整個動態(tài)潰縮過程，提供整車碰撞的安全性，并且大大提高了這個轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛度和頻率，而且做到了輕量化設(shè)計(jì)，其質(zhì)量較之常規(guī)車型原件減輕了5%以上。

5.2 鎂合金儀表板骨架

常規(guī)車型的儀表板骨架均以鋼件焊接制作而成。在汽車輕量化的發(fā)展趨勢之下，我們需要以維持其功能為基本前提，確保其裝配面與孔的部位不產(chǎn)生變動，因此可采用鎂合金用以替換板骨架零部件。鎂合金儀表板骨架在制作過程之中，擠壓、彎曲是其主要工藝，因此鎂合金件均以氫弧焊接?？紤]到鎂合金以及鋼在接觸之上會產(chǎn)生腐蝕，所以在各零部件進(jìn)行連接時，可考慮采用鋼質(zhì)滲鋁螺栓作為連接件。經(jīng)由實(shí)踐可知，鎂合金儀表板骨架的應(yīng)用，能夠大幅減輕儀表板骨架的質(zhì)量，較之常規(guī)車型的原件質(zhì)量減輕了60%以上。

5.3 鎂合金副駕駛座椅骨架

常規(guī)車型的架勢座椅骨架以鋼件為主，其主要構(gòu)架包括背骨架、坐墊骨架、滑軌?？紤]到轎車座椅設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)定，為了確保汽車性能，可將副駕駛椅骨架替換為鎂合金。該部件的制作工藝主要包括擠壓、彎曲以及沖壓，沿用氫弧焊接技術(shù)，并以結(jié)構(gòu)膠將材料零部件予以連接。經(jīng)由實(shí)踐可知，鎂合金副駕駛座椅骨架的質(zhì)量約在2kg左右，相較于常規(guī)車型的原件質(zhì)量減輕了8%左右。

5.4 鎂合金前、后副車架

為了確保鎂合金前、后車架的技術(shù)參數(shù)與規(guī)定要求保持一致，那么就必須對其原本的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)予以進(jìn)一步完善。在設(shè)計(jì)工作之中，可通過楔形加強(qiáng)筋、局部增厚、縱向加強(qiáng)梁對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)予以優(yōu)化，并對最終成果予以驗(yàn)證分析，直至得出的鎂合金前、后副車架技術(shù)參數(shù)與相關(guān)規(guī)定相符。在該部件制作之中所使用到的工藝主要包括擠壓、彎曲、以及整形，焊接方面則以環(huán)形焊以及角焊為主，待焊接結(jié)束之后，壓入支撐套橡膠內(nèi)襯，并以螺栓連接轎車，并設(shè)置復(fù)合材料墊圈，以期達(dá)到更為優(yōu)異的連接效果。鎂合金前、后副車架對于實(shí)現(xiàn)汽車輕量化具有積極的作用，其質(zhì)量較之常規(guī)車型原件均減輕了50%以上。

5.5 鎂合金輪輞

根據(jù)鎂合金制造相關(guān)規(guī)定，需要對其小輻條根部位置予以挖深處理，鎂合金車輪必須具備高強(qiáng)度、高性能，彎曲、徑向疲勞的最大應(yīng)力對比材料疲勞強(qiáng)度需小于110MPa，使用期限需超過107，經(jīng)由大量實(shí)踐證實(shí)，鎂合金輪輞的質(zhì)量較之鋁合金輪輞要輕40%左右。

5.6 3D打印

目前，汽車行業(yè)的競爭日趨激烈，各大企業(yè)為了在市場競爭之中搶占先機(jī)，均投入了大量的人力、物力、資金用以科學(xué)技術(shù)研發(fā)，其中以3D打印術(shù)應(yīng)用范圍最廣，成效良好。3D打印書即快速成型技術(shù)的一種，在汽車行業(yè)的應(yīng)用之中，主要是以新車模型、工具應(yīng)用為前提，通過掃描鏡、激光束等部件來制作鎂合金零部件，能夠大幅促進(jìn)零部件制作效率的提升。時下，該技術(shù)在汽車企業(yè)之中應(yīng)用十分廣泛，不僅能夠有效節(jié)省研發(fā)成本，同時也能大幅促進(jìn)研發(fā)效率的提升，對于要求細(xì)致且批量較小的客戶具有很好的應(yīng)用效果。

6 新能源汽車鎂合金零部件前景展望

目前，隨著環(huán)保理念的風(fēng)靡，對于各行各業(yè)而言，綠色技術(shù)以及產(chǎn)品的研發(fā)是日后工作的一大關(guān)鍵。以新能源汽車的發(fā)展而言，鎂合金是目前社會環(huán)境之下最具發(fā)展前景的綠色材料。在我國新能源汽車研究過程之中，明確了行業(yè)今后的發(fā)展方向，即低排放、低污染，節(jié)能環(huán)保?？梢杂鲆姷氖牵谖磥砗荛L一段時間之內(nèi)，鎂合金材料的發(fā)展速度將急劇提升，世界范圍之內(nèi)各個國家的材料消費(fèi)量將不斷增長，尤其是發(fā)展中國家，我國作為世界上最大的發(fā)展中國家，鎂材料的消費(fèi)量年增速達(dá)到了30%以上，有望成為世界領(lǐng)先區(qū)域。此外，站在新能源汽車行業(yè)發(fā)展的視角來看，壓鑄行業(yè)是鎂材料增長的核心，故而我們也要關(guān)注該行業(yè)的發(fā)展。

7 結(jié)語

綜上所述，新能源汽車之中鎂合金零部件的開發(fā)及應(yīng)用，是當(dāng)前汽車行業(yè)創(chuàng)新升級的一大趨勢，也是汽車行業(yè)未來發(fā)展的基本方向，加強(qiáng)對于鎂合金零部件在內(nèi)的新型材料的開發(fā)研究，對于實(shí)現(xiàn)汽車輕量化，提升汽車性能，促進(jìn)汽車行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義。

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