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鎂合金在汽車輕量化應用中的問題與建議

2021-03-09 17:44:44·  來源:汽車工藝師  作者:唐靖林
 
建立有效的鎂合金輕量化 設計手段和產品數據庫 對于鎂合金輕量化技術,在研發階段需要材料、加工、設計等方面的專業人才密切協作,將多學科、多種技術融為一體,開展輕量化成本與性能收益平衡的系統研究,以獲得更廣闊的發展空間。 我們在追求汽車輕量化效果
對于鎂合金輕量化技術,在研發階段需要材料、加工、設計等方面的專業人才密切協作,將多學科、多種技術融為一體,開展輕量化成本與性能收益平衡的系統研究,以獲得更廣闊的發展空間。

我們在追求汽車輕量化效果的同時也不能忽視產品的性價比,而產品性價比取決于輕量化材料的價格、成形加工成本以及由材料性能決定的減重潛力,需要隨著發展不斷更新材料及工程參數,見表1。
在汽車輕量化設計中,在滿足使用性能要求的前提下,需要綜合評估材料價格和工藝(包括成形、機加、涂裝、連接、腐蝕防護及裝配等)成本與整體減重效果的關系,即要考慮輕量化后的整體技術經濟特征,在新材料替代原有材料時這方面的工作非常重要。在基于鎂的產品設計時,除了材料本身的物性參數,還需要不斷完善常用材料在性能、成形加工、工藝設計以及制造特征等方面的數據庫,以對不同材料的使用效果綜合對比,見表2?表4。
綜上所述,鎂合金在汽車領域的應用必須要從系統整體出發,對汽車輕量化展開系統性考量與實踐,從車身輕量化設計、零部件輕量化設計、造型輕量化設計等方面,對汽車的輕量化策略進行探討。
 
在現代汽車工業中,CAE 技術是汽車輕量化設計的重要手段。利用CAE技術,可以對汽車的零備件及整體結構進行優化處理,以提高汽車的輕量化水平。結合參數化模型的構建與優化、拓撲優化、斷面優化、成型性與材料利用率的優化,對提高汽車的輕量化水平、穩定性、安全性、強度及剛度,降低生產成本、材料成本、高動力經濟性等都有非常積極的作用。
 
關于我國鎂產業發展的其他建議

1. 組建具有國際競爭能力的企業集團和現代化專業工廠
當前,國內鎂企業大多實力不強,很少能直接參與國際市場競爭,一個重要原因就是鎂行業中的生產企業小而分散、條塊分割和各行其事,造成了財力、物力和人力的耗散。鎂行業未來需要更多的企業是技術裝備先進、具備完整的加工體系、能提供大批量高質量產品的工廠或大型企業集團,以形成在國內行業中起骨干主導地位和在國際上有強大競爭能力的規模經濟。
 
2. 開發大型高速、連續、自動化、高精化和智能化的工藝裝備
建立高效、優質、高產、現代化專業工廠或集團的前提是配置大型、高速、連續、自動化、高精化和智能化的工藝裝備,而這正是當前鎂行業的短板。
 
3. 開發高效節能、低成本、短流程以及提高產品精度和性能的新工藝新技術
在合金制備方面,開發專題主要有以下幾點。
  1. 集中熔化、快速連續熔化、無溶劑熔化新工藝新技術。
  2. 熔體處理關鍵技術,包括:組織控制技術、微量元素控制技術、熔體凈化技術。
  3. 現代化的爐前檢測技術、設備及標準。
 
在擠壓方面,提高材料利用率、擠壓精度、擠壓生產效率是鎂擠壓領域亟待解決的問題。擠壓工藝裝備要向大型化、現代化、精密化和智能化方向發展。鎂合金的等溫等速擠壓、快速連續擠壓、半固態擠壓、短流程擠壓等新技術、新工藝也將提到議事日程。
 
當前的軋制工藝使鎂合金板帶價格居高不下,在很大程度上制約了鎂合金板帶的推廣與應用。因此,低成本的鎂板帶生產新技術和新工藝的研究開發是鎂行業的當務之急。中國鎂板帶的消費量達到5萬t/年,全世界的達到15萬t/年時,以鑄軋帶坯為原料的全尺寸(full size)卷-卷可逆式溫軋生產技術是未來理想的選擇。當難燃鎂合金板的價格降到約為鋁材的1.8倍,零部件的制造成品率幾乎與鋁相當,這樣的鎂加工材就可以在輕量化材料領域與鋁材展開競爭。
 
4. 開發適應汽車工業發展的新合金和新材料品種
在汽車領域,未來的鎂合金零部件會向著高精度、高性能、低成本、有利于環境保護與資源綜合利用等方向發展,從而對鎂合金材料也提出了更高的要求。隨著鑄造工藝向著多元化方向發展,各種鑄造鎂合金將向著提高合金純度、綜合性能等方向發展。鎂合金塑形加工難度大于鋁合金、加工成本高,開發高性能、高純度、加工性良好、難燃的系列變形合金是鎂合金加工材在汽車領域大量應用的一個亟待解決的挑戰性課題。
 
結 語  
汽車輕量化已成為汽車行業未來發展的必然趨勢,作為最輕的工程結構金屬材料,鎂合金材料的應用還存在著諸多有待突破的“瓶頸”問題,這就需要汽車行業和鎂行業的多方力量密切合作,加大研發力度,共同推進汽車輕量化的工業化發展進程。
 
 
本文已在《汽車工藝師》雜志
2021年第 1-2 合刊 “特別策劃” 欄目    P27-P31  發表,歡迎聯系小編索取。
 編輯:   暢 達   
 
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