新能源汽车镁合金零部件的开发分析

王昱

摘 要：对于新能源汽车零部件的开发研究，有利于该行业的持续性发展。本文对当前环境之下新能源汽车开发研究的现状 进行了分析，并分析了镁合金材料的应用情况及其优势，着重探讨了镁合金材料在新能源汽车行业应用之中的重要性，对镁合金材料在新能源汽车发展的之中的前景进行了展望。

关键词：新能源汽车;镁合金;零部件;应用;前景

1 引言

新能源汽车的生产以及制造引入了大量的新材料、技术，以求实现节省能源的目的。自上世纪90年代初，汽车用镁的增长速度逐年攀升，直至如今，镁已成为汽车材料之中所不可或缺的存在。目前，世界各国对于新能源汽车的重视度逐步提升，相关零部件的研究开发也随之深入。我国在这一方面虽起步较晚，但发展迅猛，尤其是在政府部门的大力支持之下，希望能够借助时代的东风，加强对于镁合金零部件的开发研究，推动我国能源汽车质量的提升。

2 新能源汽车研究现状

所谓新能源汽车，指的是采用非常规燃料驱动的汽车，譬如乙醇、压缩天然气等清洁燃料。目前，在欧美等发达国家之中，对于新能源燃料的研究范围逐步扩大，囊括了生物柴油、混合动力以及氢燃料等等，为当前新能源汽车的发展提供了较为明确的方向。目前，在世界范围之内，各国政府均支持、鼓励新能源汽车的研究发展，以求降低汽车的一氧化碳排放。以欧洲等发达国家为例，开发新能源汽车的主要目的在于温室气体减排，要求所有处于开发阶段的新能源汽车均能符合当前一氧化碳排放的需求。以欧洲新能源汽车的研究为例，研究早期多是以生物质燃料、天然气居多，自迈入新世纪以来，对于氢燃料的研究也随之增多，大幅降低了温室气体的排放。

目前，我国社会发展势头迅猛，小型轿车已步入千家万户，汽车保有量增长趋势相当可观。然后在这样的形式之下，汽车的能源消耗以及排放量随之逐年增长，我国政府也开始着手推行新能源汽车的计划，并希望藉此推动我国电动车行业的发展进步。不过，由于该项目的研究需要投入大量的资金，同时我国专业性技术人员十分有限，因此我国该产业尚处于一个发展阶段，对比欧美等发达国家存在一段不少的距离。以新能源汽车零部件开发而言，需要积极引入尖端技术人才，吸纳高新技术，逐步完善各项设施，深化对于镁合金零部件的研发，以求提升我国新能源汽车行业的竞争力。

3 镁合金材料在零部件开发之中的应用优势

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奇佳;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。

4 鎂合金零部件开发

4.1 新能源汽车中镁合金零部件的开发应用

自二十世纪初期，德国率先将镁合金应用于汽车制造之中，直至二十世纪中叶，大众公司在汽车结构零件的研发之中已应 用了大量的镁合金材料。随后，欧美等国家均纷纷投入到镁合金零部件的开发研究之中。目前，欧美等发达国家在汽车用镁量方面要远远高于世界其他各国。在亚洲范围之内，日本在镁合金零部件的开发研究之中居于领先地位，虽远不及欧美等国家，不过伴随着科学技术的发展，日企对于镁合金材料的应用日益广泛。譬如，丰田便研发了镁合金转向盘、镁合金骨架座椅等。相较而言，我国汽车行业对于镁合金的应用相对较晚，现如今尚处于开发阶段。诸如上汽、一汽、二汽等企业均开始广泛投入到镁合金汽车零部件的研究开发之中，也取得了一定的成果。 直至今日，镁合金在新能源汽车之中开发研究，主要集中于动力系统零件。考虑到发动机零部件在运行期间的温度，欧美等发达国家致力于对高强度镁合金材料展开了研究开发。目前，诸如耐蚀镁合金、变形镁合金、自然镁合金等新型镁合金材料相继研发成功，在新能源汽车之中得以广泛的应用。

5 镁合金零部件在新能源汽车中的应用

5.1 镁合金转向管柱支架

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。而现在在一款新能源车型的转向系统的开发中，引用了以镁合金为材料设计成型的转向支架（图1）和导向筒（图2）。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。

5.2 镁合金仪表板骨架

常规车型的仪表板骨架均以钢件焊接制作而成。在汽车轻量化的发展趋势之下，我们需要以维持其功能为基本前提，确保其装配面与孔的部位不产生变动，因此可采用镁合金用以替换板骨架零部件。镁合金仪表板骨架在制作过程之中，挤压、弯曲是其主要工艺，因此镁合金件均以氢弧焊接。考虑到镁合金以及钢在接触之上会产生腐蚀，所以在各零部件进行连接时，可考虑采用钢质渗铝螺栓作为连接件。经由实践可知，镁合金仪表板骨架的应用，能够大幅减轻仪表板骨架的质量，较之常规车型的原件质量减轻了60%以上。

5.3 镁合金副驾驶座椅骨架

常规车型的架势座椅骨架以钢件为主，其主要构架包括背骨架、坐垫骨架、滑轨。考虑到轿车座椅设计的相关规定，为了确保汽车性能，可将副驾驶椅骨架替换为镁合金。该部件的制作工艺主要包括挤压、弯曲以及冲压，沿用氢弧焊接技术，并以结构胶将材料零部件予以连接。经由实践可知，镁合金副驾驶座椅骨架的质量约在2kg左右，相较于常规车型的原件质量减轻了8%左右。

5.4 镁合金前、后副车架

为了确保镁合金前、后车架的技术参数与规定要求保持一致，那么就必须对其原本的结构设计予以进一步完善。在设计工作之中，可通过楔形加强筋、局部增厚、纵向加强梁对结构设计予以优化，并对最终成果予以验证分析，直至得出的镁合金前、后副车架技术参数与相关规定相符。在该部件制作之中所使用到的工艺主要包括挤压、弯曲、以及整形，焊接方面则以环形焊以及角焊为主，待焊接结束之后，压入支撑套橡胶内衬，并以螺栓连接轿车，并设置复合材料垫圈，以期达到更为优异的连接效果。镁合金前、后副车架对于实现汽车轻量化具有积极的作用，其质量较之常规车型原件均减轻了50%以上。

5.5 镁合金轮辋

根据镁合金制造相关规定，需要对其小辐条根部位置予以挖深处理，镁合金车轮必须具备高强度、高性能，弯曲、径向疲劳的最大应力对比材料疲劳强度需小于110MPa，使用期限需超过107，经由大量实践证实，镁合金轮辋的质量较之铝合金轮辋要轻40%左右。

5.6 3D打印

目前，汽车行业的竞争日趋激烈，各大企業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打印书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。时下，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。

6 新能源汽车镁合金零部件前景展望

目前，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。以新能源汽车的发展而言，镁合金是目前社会环境之下最具发展前景的绿色材料。在我国新能源汽车研究过程之中，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，世界范围之内各个国家的材料消费量将不断增长，尤其是发展中国家，我国作为世界上最大的发展中国家，镁材料的消费量年增速达到了30%以上，有望成为世界领先区域。此外，站在新能源汽车行业发展的视角来看，压铸行业是镁材料增长的核心，故而我们也要关注该行业的发展。

7 结语

综上所述，新能源汽车之中镁合金零部件的开发及应用，是当前汽车行业创新升级的一大趋势，也是汽车行业未来发展的基本方向，加强对于镁合金零部件在内的新型材料的开发研究，对于实现汽车轻量化，提升汽车性能，促进汽车行业的稳定发展具有重要意义。

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