镁合金在汽车零部件上应用

镁合金在汽车零部件上应用

镁合金材料是当今最轻的工程结构材料，采用镁合金制造汽车特别是新能源电动车零部件可取得明显的节能减排效果，现在工业发达国家都尽量多地采用轻质材料制造汽车零部件。

镁合金材料在零部件开发之中的应用优势大致有以下四点：其一，镁合金材料质量密度较小，将其应用于新能源汽车开发之中，能够显著减轻质量；其二，镁合金材料具备优异的减震性，能够承受较大的冲击以及振动，较之铝、钢等材料性能更为突出，对于维系汽车运行的稳定性效果好；其三，比强度、比刚度良好。对比钢、铝合金而言，在相同质量条件下，镁合金的比刚度、比强度都更高一些；其四，镁合金材料可回收利用。镁合金材料的提取以再生资源为主，能够实现回收利用。此外，镁的熔点相对较低，回收利用所消耗的能源也相对较少。

特斯拉汽车公司在临港的工厂今年的产量可超过1000辆。特斯拉汽车是一类新能源电动车，在确保安全与乘坐舒适的条件下，其自身质量当然是越轻越好了。在充电相等的情况下，较轻的车身续航里程可远一些。当前除了在设计方面多加改进外，尽量多地用轻质材料制造零部件，是减轻车辆净重的最佳措施。铝和镁是最可取的轻质材料，铝的密度为2.70 g／cm3，而镁的密度只有1.74 g／cm3，镁的减重效果比铝的更大，镁及镁合金成了制造特斯拉电动汽车的最佳材料之一。采用镁合金制造电动车的优点可归纳为：显著减轻车的净重、降低电耗、减少温室气

体排放；提高零部件集成度，降低零部件加工制造和装配费用；设计灵活性大，采用成形性能好的镁合金可以提高车的抗震性及抗撞性；改善车的刚度；提高废旧零部件回收率；改善车的安全性能和可操作性能。汽车每减重10％，可以节省约5.6％的燃料，相应地可降低温室气体排放。镁合金是制造汽车、摩托车等交通运输装备的上乘材料，不仅能降低车的净质量、减少能耗、提高整车加速和制动性能，而且能显著降低行驶震动和噪声，提高驾驶和乘坐舒适性。镁合金在汽车中的应用以压铸件与铸件为主，特别是压铸件，当前75％以上的压铸件用于汽车与摩托车制造业。

1．可用镁合金制造的汽车零件

目前汽车上有70多个零件是由镁合金制造的，其中90％以上为压铸件与铸件，而用得最多的有7种：仪表盘基座及转向管柱、座位框架、方向盘轴、发动机阀盖、进气岐管、车身、3D 打印。

1．1仪表盘基座及转向管柱

仪表盘基座对制造材料的要求：良好的变形性能、质量轻、高的尺寸精度、简化零件结构等，镁合金都能满足这些要求。20世纪80年Audi V8型车，是一个整体压铸件，长1440 mm、壁厚3.5 mm、质量约4.3 kg。与钢件相比，质量减轻了约65％，结构大大简化，它将过去需要30个～60个零件组装的基座集成为一块整体。这种整体式基座可以为“A”型支柱、HVAC(采暖通

风和空调)控制器、安全气囊箱、空调器管路、驾驶杆、刹车、离合器踏板及其他零部件提供支撑结构，近期又加上了横梁和速度表、收音机及手套箱支架。

常规车型的转向系统的支架和导向筒以钣金件和圆钢为主，其转向管柱是通过螺栓拧紧在车身骨架上，但由于现在大部分车型的车身支架都是冲压焊接钣金件，会产生一定的焊接变形量，从而导致转向管柱安装在车身骨架上，钣金支架会随车身骨架的变形而发生变形，并使整根转向管柱都随之变形，是的部分零部件变形偏离设计位置，从而会产生滑移力偏大，调节发卡和调节异响现象。由于镁合金的刚度极大，不会在安装后随车身支架的变形而产生变形，从而避免了上述现象的产生，全面保证转向系统在整车碰撞过程中，转向管柱可以按照设计的行程和吸能曲线完成整个动态溃缩过程，提供整车碰撞的安全性，并且大大提高了这个转向系统的刚度和频率，而且做到了轻量化设计，其质量较之常规车型原件减轻了5% 以上。

1．2座椅框架

汽车座椅框是可以用镁合金压铸的又一典型零件，因为镁合金具有成型性好、密度小、简化结构效果好等特点，还具有易实现零件集成化、提高抗震性等优点。德国梅赛德斯汽车公司用AM系镁合金压铸座椅框架，由5件镁合金厚壁压铸件装配而成，重仅8．5 kg，比原来的钢框架轻了11.5 kg，即轻了57.5％，之后又研制成功仅2 kg的座椅框架，由一件座底框和一件座背框组

成，他们的壁厚仅2 mm-4 mm，组装前不需要进行机械切削深加工。镁合金座椅框架的应用大大刺激了镁应用的发展，以镁代钢、铝可以取得显著的减重效果与节能减排，并提高了车的抗冲击性能。

1．3驾驶系统

在驾驶系统中加入气袋后增加了其质量，从而影响到车的可操纵性，如果一部分零件改用镁合金制造则可以显著减少质量，提高车的驾驶性能。丰田汽车公司用AM60镁合金压铸方向盘，它的盘芯用AM50镁合金压铸，其他的零件是用AZ91镁合金，整个方向盘的质量减轻45％以上。镁合金具有质量轻、操作性能好、价格合理等优点。

1．4发动机阀盖

汽车发动机阀盖可用铝、镁、钢、塑料等制造。其主要优点：轻量化效益大；可一次压铸成型，深加工费大幅下降；杜绝了漏油，抗蠕变性能高；经久耐用等。

1．5车身结构件

通常，汽车车身的镁合金构件有高压铸造件与挤压材料制造的工件。用高压铸造法生产的车身构件的壁厚仅2.0 mm-2.5 mm，比铝合金的更薄，模具寿命也更长，力学性能也高。用铝合金和镁合金挤压型材制造的混合结构车门可以减小工件尺寸、降低生产成本；车门也可以整体压铸，采用镁合金整体压铸件制造的轿车遮阳篷，比钢结构框架轻50％以上。

1．6 进气歧管与发动机支架

发动机支架也是可用镁合金压铸的主要零件，具有明显的减重和吸震效果，获得了广泛的应用。

1．7 车轮及其他零部件

车轮、膝垫加强板也可以用AM 60镁合金压铸。菲亚特汽车公司压铸的第二代镁合金车轮仅重5.4 kg，比铝合金的轻28％。

1．8 3D打印

目前，汽车行业的竞争日趋激烈，各大企业为了在市场竞争之中抢占先机，均投入了大量的人力、物力、资金用以科学技术研发，其中以3D 打印术应用范围最广，成效良好。3D 打印即快速成型技术的一种，在汽车行业的]应用之中，主要是以新车模型、工具应用为前提，通过扫描镜、激光束等部件来制作镁合金零部件，能够大幅促进零部件制作效率的提升。该技术在汽车企业之中应用十分广泛，不仅能够有效节省研发成本，同时也能大幅促进研发效率的提升，对于要求细致且批量较小的客户具有很好的应用效果。

2 结束语

随着环保理念的风靡，对于各行各业而言，绿色技术以及产品的研发是日后工作的一大关键。镁合金是目前社会环境之下最具发展前景的绿色材料。在我国汽车研究过程之中，明确了行业今后的发展方向，即低排放、低污染，节能环保。可以遇见的是，在未来很长一段时间之内，镁合金材料的发展速度将急剧提升，