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摘要：為了推動(dòng)新能源汽車(chē)行業(yè)發(fā)展，需要針對(duì)零部件材料的應(yīng)用進(jìn)行研究。首先探討了大環(huán)境下新能源汽車(chē)的研究發(fā)展現(xiàn)狀，了解到目前全世界對(duì)于鎂合金這一材料的使用情況，隨后分析了鎂合金材料在汽車(chē)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，確定了該材料的重要性，再次從常規(guī)汽車(chē)、新能源汽車(chē)兩個(gè)方面探討了鎂合金零部件的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，并分析了包括3D打印在內(nèi)的先進(jìn)技術(shù)，總結(jié)今后鎂合金材料在新能源汽車(chē)零部件中應(yīng)用有廣闊的前景，最后得出結(jié)論，加強(qiáng)對(duì)先進(jìn)材料與技術(shù)的應(yīng)用，有利于推動(dòng)新能源汽車(chē)行業(yè)發(fā)展。

引言

新能源汽車(chē)是一種針對(duì)常規(guī)型燃料動(dòng)力汽車(chē)的新車(chē)型，其中主要包括集中幾個(gè)類(lèi)型，即氫能源動(dòng)力汽車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)以及太陽(yáng)能汽車(chē)等。新能源汽車(chē)生產(chǎn)與制造期間，更多是以新材料為主，達(dá)到節(jié)省資源的目的。從1990年開(kāi)始，鎂合金開(kāi)始在汽車(chē)零部件開(kāi)發(fā)中得到應(yīng)用，汽車(chē)用鎂的增長(zhǎng)速度開(kāi)始逐年增大，現(xiàn)如今逐漸成為汽車(chē)材料技術(shù)中不可忽視的重要領(lǐng)域。現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外的汽車(chē)行業(yè)開(kāi)始對(duì)新能源汽車(chē)零部件開(kāi)發(fā)展開(kāi)研究，以期能夠充分發(fā)揮鎂合金零部件優(yōu)勢(shì)提高新能源汽車(chē)質(zhì)量。

1 新能源汽車(chē)研究現(xiàn)狀

新能源汽車(chē)有“可替代燃料汽車(chē)”之稱(chēng)，一般是以乙醇、壓縮天然氣這一類(lèi)清潔燃料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的柴油、汽油。另外，當(dāng)前美國(guó)研發(fā)的新能源燃料范圍也不斷擴(kuò)大，例如生物柴油、混合動(dòng)力和氫燃料等，為新能源汽車(chē)發(fā)展提供了新的動(dòng)力。對(duì)于新能源汽車(chē)的廣泛應(yīng)用，和政府部門(mén)推出的政策有直接關(guān)系，例如1993年美國(guó)政府便出臺(tái)了“新一代汽車(chē)伙伴計(jì)劃”，以支持新能源汽車(chē)的研發(fā)和發(fā)展，在這一政策下也有效降低了汽車(chē)的CO2排放量。

歐洲國(guó)家在研發(fā)新能源汽車(chē)方面，將關(guān)注點(diǎn)放在溫室氣體減排方面，要求新開(kāi)發(fā)的汽車(chē)CO2排放量必須要滿(mǎn)足要求。研究初期主要是以生物質(zhì)燃料、天然氣為主，進(jìn)入到21世紀(jì)之后，便開(kāi)始以生物質(zhì)燃料、CNG、氫燃料代替23%石油，極大的降低了溫室氣體排放量。

我國(guó)現(xiàn)如今經(jīng)濟(jì)水平顯著增長(zhǎng)，廣大群眾的購(gòu)車(chē)剛需也逐漸上漲，汽車(chē)保有量增長(zhǎng)趨勢(shì)十分可觀(guān)。通過(guò)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，截止到2017年12月份，我國(guó)民用汽車(chē)保有量已經(jīng)突破了27527萬(wàn)輛，相比2016年提高了16.2%，其中包括15336萬(wàn)輛的私人汽車(chē)、15863萬(wàn)輛的民用轎車(chē)以及16224萬(wàn)輛的私人轎車(chē)。汽車(chē)保有量的不斷增長(zhǎng)，汽車(chē)能源消耗與排放隨之增加，為了實(shí)現(xiàn)綠色生態(tài)建設(shè)，“863計(jì)劃”被正式提上日程。從2015年開(kāi)始，“十三五”規(guī)劃開(kāi)始落實(shí)，其中便包括新能源汽車(chē)推廣計(jì)劃，希望以此能夠提升電動(dòng)車(chē)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展水平。但是因?yàn)樾履茉雌?chē)一系列研究需要大量經(jīng)費(fèi)，加上研究人員有限，所以產(chǎn)業(yè)還處于發(fā)展階段，相較于歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家存在一定差距，尤其是新能源汽車(chē)零部件的研發(fā)，今后需要從高新技術(shù)著手，完善相關(guān)設(shè)施，立足于政府部門(mén)提出的相關(guān)優(yōu)惠政策加快研發(fā)鎂合金零部件，從而提高新能源汽車(chē)競(jìng)爭(zhēng)力。

2 鎂合金材料在零部件開(kāi)發(fā)中應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1質(zhì)量密度較小

鎂合金材料質(zhì)量密度比較小，主要為2g/cm3，相比鋁這種材料要輕36%左右，比鋅合金材料則輕73%左右。如果將其應(yīng)用在新能源汽車(chē)的零部件開(kāi)發(fā)中，鎂合金將有效減輕其質(zhì)量。

2.2減振性極佳

鎂合金材料的阻尼容量與減振性極佳，能夠承受比較大的沖擊振動(dòng)，與鋁、鋼等材料相比性能極佳，可以用戶(hù)研發(fā)汽車(chē)內(nèi)部承受沖擊載荷以及振動(dòng)零部件，提高其運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2.3比強(qiáng)度與比剛度較高

如果質(zhì)量條件一致，那么鎂合金的比剛度更高。鎂合金質(zhì)量和鋼、鋁合金等材料相比較低，比強(qiáng)度和比剛度更高。

2.4支持回收利用

鎂合金材料的提取主要是以再生資源為主，可以完全實(shí)現(xiàn)回收利用，因?yàn)殒V的熔點(diǎn)比較低，回收利用消耗的能源也比較少。

3 新能源汽車(chē)鎂合金零部件的開(kāi)發(fā)

3.1鎂合金材料在新能源汽車(chē)開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用

從20世紀(jì)初期開(kāi)始，德國(guó)是最先將鎂合金應(yīng)用于汽車(chē)制造中的國(guó)家，發(fā)展到50年代，大眾公司生產(chǎn)研發(fā)甲殼蟲(chóng)汽車(chē)的結(jié)構(gòu)零件中便運(yùn)用了大量的鎂合金材料。隨后，歐美國(guó)家也開(kāi)始投入到鎂合金零部件的研發(fā)中。現(xiàn)如今，北美在全世界的汽車(chē)用鎂量居領(lǐng)先地位，歐洲緊隨其后，相比之下日本落后于歐美地區(qū)，早期只是應(yīng)用鎂合金生產(chǎn)氣缸蓋和座椅架等零部件。但是隨著其技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)于鎂合金材料的應(yīng)用也更為普遍，例如豐田企業(yè)專(zhuān)門(mén)研發(fā)了鎂合金轉(zhuǎn)向盤(pán)，近年來(lái)推出了鎂合金骨架的前排座椅。

相比之下，我國(guó)汽車(chē)工業(yè)對(duì)于鎂合金的使用比較晚，現(xiàn)如今依然停留在開(kāi)發(fā)階段。上汽企業(yè)在研發(fā)過(guò)程中將鎂合金應(yīng)用在變速器殼體以及離合器外殼中，一汽則主要是以鎂合金作為發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋和離合器殼等零部件的主要材料，二汽在研發(fā)鎂合金材料的過(guò)程中，逐漸形成了成熟的研發(fā)體系，投入了大量的鎂合金壓鑄件生產(chǎn)線(xiàn)，支持更多汽車(chē)零部件的生產(chǎn)。

鎂合金在新能源汽車(chē)中的應(yīng)用，目前研發(fā)工作更多是集中在動(dòng)力系統(tǒng)零件。為了滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)零件運(yùn)行期間溫度的規(guī)定，最近歐美地區(qū)的國(guó)家開(kāi)始對(duì)高強(qiáng)度鎂合金材料進(jìn)行研發(fā)，例如AE、Mg-Al-Ca等。現(xiàn)如今，一些新型鎂合金材料也相繼研發(fā)成功，例如耐蝕鎂合金、變形鎂合金、高強(qiáng)高韌鎂合金以及阻燃鎂合金等。其中變形鎂合金更多是被應(yīng)用于車(chē)身，比如車(chē)身組件外板以及車(chē)門(mén)窗、座椅、底盤(pán)和車(chē)身的框架。

3.2鎂合金零部件在新能源汽車(chē)中的運(yùn)用

3.2.1鎂合金儀表板骨架

常規(guī)車(chē)型的儀表板骨架更多是采用鋼件焊接制成，為了滿(mǎn)足汽車(chē)輕量化這一要求，需要在保證原本功能的基礎(chǔ)上，確保裝配面與孔的部位不改變，所以將儀表板骨架零部件替換為鎂合金。鎂合金儀表板骨架制作時(shí)主要應(yīng)用擠壓、彎曲這兩種工藝，所有鎂合金件之間以氫弧焊進(jìn)行連接。因?yàn)殒V合金與鋼這兩種材料接觸之后會(huì)被腐蝕，所以?xún)x表板骨架和車(chē)身、儀表板等零部件進(jìn)行連接，建議采用鋼質(zhì)滲鋁螺栓作為連接件。經(jīng)過(guò)實(shí)踐得知，輕量化鎂合金儀表板骨架的質(zhì)量是1.957kg，相比常規(guī)車(chē)型所采用的原鋼件質(zhì)量減輕了62.9%。

3.2.2鎂合金副駕駛座椅骨架

常規(guī)車(chē)型的駕駛座椅骨架主要為鋼件，其中包括靠背骨架、座墊骨架、滑軌這三個(gè)部分。因?yàn)槌且?guī)車(chē)型的改制存在一定的限制，按照轎車(chē)座椅設(shè)計(jì)的有關(guān)規(guī)定，為了保證汽車(chē)性能，將副駕駛座位的椅骨架替換為鎂合金。制作工藝主要應(yīng)用擠壓、彎曲和沖壓三種，鎂合金件的焊接技術(shù)為氫弧焊，使用結(jié)構(gòu)膠連接所有材料零部件。經(jīng)過(guò)實(shí)踐之后，鎂合金副駕駛座椅骨架的質(zhì)量顯示為12.66kg，和鋼結(jié)構(gòu)件對(duì)比質(zhì)量減輕了8.3%。

3.2.3鎂合金前、后副車(chē)架

為保證鎂合金前、后副車(chē)架技術(shù)參數(shù)能夠滿(mǎn)足規(guī)定要求，需要完善原本的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)楔形加強(qiáng)筋、局部位置設(shè)置縱向加強(qiáng)梁以及局部增厚這三種要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)最終設(shè)計(jì)成果展開(kāi)有限元驗(yàn)證、分析，可以得出設(shè)計(jì)而成的鎂合金前、后副車(chē)架技術(shù)參數(shù)與規(guī)定相符。這一部分所應(yīng)用的工藝主要有擠壓、彎曲和整形三種，焊接制造則是以分段制造、環(huán)形焊與角焊為主，結(jié)束焊接操作之后壓入支承套橡膠內(nèi)襯，使用螺栓連接轎車(chē)，同時(shí)設(shè)置復(fù)合材料墊圈，達(dá)到良好的聯(lián)接效果。經(jīng)過(guò)輕量化設(shè)計(jì)之后的鎂合金前、后副車(chē)架，其質(zhì)量與鋼件相比分別減輕了50.5%、62.3%。

3.2.4鎂合金輪輞

按照鎂合金制造的有關(guān)規(guī)定，輪輞小輻條根部位置必須要進(jìn)行挖深處理，鎂合金車(chē)輪必須要滿(mǎn)足性能要求，彎曲疲勞、徑向疲勞的最大應(yīng)力相比鎂合金材料的疲勞強(qiáng)度必須小于110MPa，使用期限超過(guò)107次。經(jīng)過(guò)實(shí)踐可知，輕量化設(shè)計(jì)之后的鎂合金輪輞質(zhì)量降低為7.9kg，相比鋁合金材料的輪惘減輕了37%。

3.2.53D打印

現(xiàn)如今，汽車(chē)行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)趨勢(shì)越發(fā)激烈，各個(gè)企業(yè)為了在市場(chǎng)中占據(jù)有利地位，均投入到新科技技術(shù)的研發(fā)中。3D打印技術(shù)是諸多新技術(shù)的一種，是以新車(chē)模型、工具的實(shí)際運(yùn)用為前提研發(fā)的先進(jìn)技術(shù)，應(yīng)用原理如圖1所示。通過(guò)掃描鏡、激光束等部件制作鎂合金零部件，有效提升了零部件制作的速度。現(xiàn)如今，3D打印技術(shù)已經(jīng)在汽車(chē)企業(yè)中實(shí)現(xiàn)普及，節(jié)省研發(fā)成本的同時(shí)，很好的提升了研發(fā)效率，可以滿(mǎn)足要求多、批量小的客戶(hù)。

4 新能源汽車(chē)鎂合金零部件開(kāi)發(fā)前景

現(xiàn)如今，隨著環(huán)境保護(hù)理念的提升，綠色技術(shù)與產(chǎn)品的研發(fā)成為關(guān)鍵。鎂合金是新環(huán)境下最炙手可熱的綠色材料，是工業(yè)研究的一個(gè)重點(diǎn)。當(dāng)前我國(guó)在新能源汽車(chē)結(jié)構(gòu)研究過(guò)程中，逐漸明確了今后行業(yè)發(fā)展的主要方向，即低排放、低污染，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。在這一目標(biāo)的引領(lǐng)下，今后一段時(shí)間鎂合金材料發(fā)展速度將不斷攀升。預(yù)計(jì)在一段時(shí)間內(nèi)，歐美地區(qū)國(guó)家鎂材料的消費(fèi)量將持續(xù)增長(zhǎng)。在全世界范圍內(nèi)，亞、歐洲是鎂材料消費(fèi)增長(zhǎng)速度最快的地區(qū)，尤其是亞洲，目前我國(guó)鎂材料的增長(zhǎng)速度超過(guò)了30%，有望成為亞洲乃至于全世界的領(lǐng)先地區(qū)。立足于新能源汽車(chē)行業(yè)發(fā)展情況，壓鑄行業(yè)是鎂材料最為核心的增長(zhǎng)點(diǎn)，若其年均增長(zhǎng)率為10%，那么到2020年鎂材料的消費(fèi)量將顯著提升。

5 結(jié)論

綜上所述，新能源汽車(chē)中鎂合金零部件的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，代表汽車(chē)行業(yè)的創(chuàng)新與升級(jí)，同時(shí)也為今后行業(yè)發(fā)展明確了方向，必須要深入研究包括鎂合金在內(nèi)的新材料，減輕汽車(chē)質(zhì)量，提高汽車(chē)性能，從而推動(dòng)我國(guó)汽車(chē)行業(yè)快速、穩(wěn)定發(fā)展。

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