压铸件在汽车轻量化中能普及吗

2020-06-13172

轿车轻量化和智能化已成为全球轿车产业技能开展新趋势。近年来,跟着全球节能减排压力和开展趋势,各国纷繁拟定严厉的乘用车燃料消耗量标准法规,对乘用车燃料消耗量及对应的CO2排放提出愈加严厉的要求,轿车的轻量化更是世界轿车的开展趋势。尤其是我国,到2020年轿车燃油消耗降幅显着大于其他,燃油排放压力更大,下降轿车整车分量是轿车轻量化最有用途径。

轿车轻量化便是为轿车“瘦身”,在确保安稳提升性能的基础上,节能化规划各零部件,持续优化车型。实验证明,若轿车整车分量下降10%,燃油功率可提高6%~8%;轿车分量下降1%,油耗可下降0.7%;轿车整备分量每削减100千克,百公里油耗可下降0.3~0.6升。

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轿车的轻量化趋势

清华大学欧阳明教授代表节能与新动力轿车开展战略咨询委员会曾对节能和新动力轿车技能路线图的内容进行了发布,该路线图提出的轻量化技能开展思路,首要分三个阶段完成轿车逐年减重。

阶段为2016年~2020年,完成整车较2015年减重10%。重点开展超高强度钢和先进高强度钢技能,包括资料性能开发、轻量化规划办法、成型技能、焊接工艺和测验评价办法等,完成高强度钢在轿车运用份额到达50%以上,展开铝合金板材冲压制作技能研讨并在车身实践,研讨不同资料的连接技能。

第二阶段为2021年~2025年,完成整车较2015年减重20%。以第三代轿车钢和铝合金技能为主线,完成钢铝等多种资料混合车身,全铝车身的大范围运用,完成铝合金掩盖件和铝合金零部件的批量出产和产业化运用,一起加大对镁合金和碳纤维复合资料零部件出产制作技能的开发,增加镁合金和碳纤维零部件的运用份额,单车用铝量到达350kg。

第三阶段为2026年~2030年,完成整车较2015年减重35%。重点开展镁合金和碳纤维复合资料技能,解决镁合金及复合资料循环再运用问题,完成碳纤维复合资料混合车身及碳纤维零部件的大范围运用,打破杂乱零件成型技能和异种零件连接技能。单车用镁合金到达45kg,碳纤维运用量占车重5%。

据统计,2016年,在我国出产的单车镁合金用量只要7.3kg,与2030年单车镁合金用量目标45kg还有巨大差距,镁合金在未来轿车轻量化运用商场宽广,潜力无限。

镁合金性能及长处

密度低

压铸镁合金的密度仅为铝合金的2/3,钢铁的1/4,比强度和比刚度均优于钢和铝合金,远高于工程塑料,因而压铸镁合金是一种优良的在许多运用范畴内可与上述资料竞赛的轻质结构资料。

吸振性好

有利于减振和降噪,例如在35MPa的应力水平下,镁合金AZ91D的衰减系数为25%,铝合金A380仅为1%。在100MP应力水平下,镁合金AZ91D、AM60、AS41分别为53%、72%和70%,铝合金A380则仅为4%。

尺寸安稳性高

使镁合金压铸件因环境温度和时间改变所形成的尺寸不安稳减小。

热导率高

镁合金热导率(60~70W/m-1 K-1),仅次于铝合金(约100~70W m-1 K-1),故热扩散性杰出。

无磁性,可用于电磁屏蔽。

耐磨性好

镁合金还具有杰出的阻尼系数,减振量大于铝合金和铸铁,用于壳体能够下降噪声,用于座椅、轮毂能够削减振荡,提高了轿车的安全性和舒适性。镁合金分量轻、吸震性能强、铸造性能好,自动化出产能力和模具寿数高、尺寸安稳,作为最轻的工程资料,镁合金不仅是最合适铸造轿车零部件的资料,也是最有用的轿车轻量化资料。

镁合金轿车压铸件职业现状

轿车轻量化开展,使镁铝等轻合金铸件的需求量逐年增加。自1990年以来,轿车用镁正以年均20%的增长速度迅速开展,镁合金已成为轿车资料技能开展的一个重要范畴。压铸镁合金资料以其可循环运用和少无切屑工艺的先进性,特别合适循环经济和节能低碳及清洁出产要求,在轿车向轻量化开展的进程中占主导地位。各大轿车零部件制作商积极掌握开展时机,纷繁投入到镁合金轿车压铸件的出产研发中来。据《我国镁合金轿车压铸件职业分析报告》数据显示,2015年,我国镁合金轿车压铸件职业需求量到达14.9万吨,同比增长23.12%。现在,国内外各轿车企业正致力于研讨占车重份额大的车身(约30%)、发动机(约18%)、传动体系(约15%)、行走体系(约16%)、车轮(约5%)等钢或铝零部件的镁合金化。

结合我国出产的单车镁合金运用量来看,2017年我国镁合金轿车压铸件职业商场容量将达22.9万吨,到2022年商场容量将达66万吨,年均复合增长率将到达23.5%。

全球轿车单车用镁量较低,轿车用镁合金需求扩张潜力强劲。一直以来,高强度钢、铝合金、工程塑料等轻量化资料广泛运用于轿车及轿车零部件制作的各个方面,而镁合金鉴于种种原因没有得到大力推广和运用,镁合金现在首要运用在仪表盘支架,转向支架,发动机罩盖、方向盘、座椅支架、车内门板、变速器外壳等方面。现在,北美区域每辆轿车运用镁合金3.8kg,日本为9.3kg,欧洲PASSAT和Audi A4上每辆车运用镁合金到达 14kg,而国产轿车每辆用量均匀仅 1.5kg。

镁合金在轿车轻量化中详细运用

轿车内部构造

虽然镁合金耐腐蚀性差,可是关于轿车内部构造来说,防腐不是首要考虑的问题,因而镁合金在轿车内部构造得到了比较广泛的运用,尤其是在仪表盘和转向结构中。据悉,支镁合金仪表盘支柱是由通用公司在1961年压铸出产,比运用锌合金压铸出产的相同部件节省了4kg资料。过去十多年间,选用镁合金压铸的仪表盘支柱取得了极大进展。

镁合金在座椅上运用始于1990年代的德国,首要是奔跑公司在 SL Roadster中运用了镁压铸出产的带有三点安全带的座椅结构。与镁合金在仪表盘上的运用状况类似,近几年,选用镁合金规划、制作的座椅也阅历了一个显着提高的进程。现在选用镁合金的座椅结构最薄能够到达2mm,大大减轻了分量。虽然其他资料如高强度钢、铝、复合资料等也得到运用,可是专家预测,镁合金未来将会成为轿车座椅部件轻量化和具有本钱效益的一个首要资料。

车身

镁合金在车身运用中受限,可是也得到了整车厂的运用。通用轿车在1997年引入C-5 Corvette时,运用了整片镁合金压铸的车顶结构,此外,镁合金也被运用在凯迪拉克XLR敞篷车的可弹性硬顶敞篷车顶和顶部结构,福特F-150货车和SUV也运用了有涂层镁铸件作为散热器的支架。在欧洲,大众轿车公司和奔跑已首先完成了薄壁镁合金铸件在车身面板中的运用。

底盘

当时,铸造或铸造镁合金车轮已被用于许多高价位的赛车或高性能跑车。然而,相对较高的本钱和镁合金车轮潜在的腐蚀问题阻止其在大批量出产车辆上的运用。

未来,轻量化、低本钱的镁合金底盘部件,如轮毂、发动机悬架以及控制臂等零部件的出产将依靠镁合金铸造工艺的大力提高,已经在铝合金轮毂和底盘部件上开发的各种铸造工艺经过改造后能够成功适用于镁合金。此外,低本钱、耐腐蚀图层和新的具有抗疲劳和高冲击强度的镁合金开发也都将加速镁合金在底盘上的运用。

动力总成

动力总成的大部分铸造件如发动机缸体、汽缸盖、传动箱、油底壳等是由铝合金制成。现在,北美出产的皮卡和SUV已经镁合金变速器,大众和奥迪的镁合金手动变速器也在欧洲和我国大批量出产。

当时,通过对镁强化的发动机原型进行的测功仪实验已经取得了有用的进展,这就意味着未来在动力体系中会有更多镁合金得到运用。

镁合金在推广运用中首要挑战

耐腐蚀性差、本钱和废品率高是镁合金遍及“拦路虎”。

镁合金制作轿车零部件确实存在压铸本钱高、废品率高、存在安全出产隐患等问题。我国轿车工业协会顾问杜芳慈说,镁是一种很生动的元素,耐腐蚀性很差,我国在镁合金零部件抗腐蚀性方面的技能能力要差一些。另外镁在加工进程中,容易发生燃烧和爆破,存在安全出产问题。出产现场需要严厉的办理来保证安全出产。

跟着城市化进程的加速,动力变得越来越短缺、环境污染越来越严重,节能减排成为关乎国计民生的重要事情。无论是传统轿车,还是新兴的新动力轿车都非常注重车身轻量化规划,以到达节能环保的意图。

轿车用镁合金蓬勃崛起,一起镁合金压铸工艺日渐老练,运用范围不断扩大,大型镁合金压铸轿车零部件将推动轿车轻量化的进程。