镁合金铸件在汽车中的应用状况与趋势研究.pdf

镁合金铸件在汽车工业中的应用与研究状况 为了提高汽车的燃油效率和降低其废气排放，减轻汽车的重量至关重要。为 了达到这一目的，用镁合金来制造合适的汽车零部件似乎是一种显而易见的明智 之举。作为一种最轻的结构金属，镁比钢轻 75%，比铝轻 33%左右。 01 前沿 研究表明，约 75%的油耗与汽车整车质量有关， 减轻汽车整车质量可以有效降 低油耗及排放。减轻整车质量，还可以明显减小动力传动负荷，可在较低的牵引 负荷下达到更好的操控性能。在保证汽年零部件强度和刚度要求下尽可能选用质 量较轻的材料，是汽车轻量化的重要途径之一。镁合金是当前常用金属结构材料 中最轻的，而且储量丰富，因而成为汽车减重以提高其燃油经济性和可操控性的 首选材料。 02 镁合金用于汽车工业的优势 镁合金部件应用于汽车工业中主要有如下优势： 质量轻，其密度只有铝合金的 2/3； 比强度高于铝合金和铸铁，略低于比强度最 高的纤维增强塑料，有一定的承载 能力； 比刚度与其他几种材料基本相同，可以取代铝合金和钢部件； 具有良好的铸造性能和尺寸稳定性，易于加工，废品率低； 具有良好的阻尼系数，减振量大于铝合金和铸铁，用于制造壳体可以降低噪声， 用于制造座椅、轮圈可以减小振动，从而提高汽车的安全性和舒适性； 抗电磁干扰及屏蔽性好，减少噪声； 对环境污染小，可重复利用。 03 国内外镁合金汽车零部件的应用概况 3.1 国外应用概况 德国大众汽车公司是最早在汽车上大规模应用镁合金的汽车公司，早在 20 世纪 30 年代，大众汽车就开始使用镁合金，特别是 90 年代以来，德国在镁合金领域 一直处于世界领先地位；奔驰汽车公司最早将镁合金压力铸造件应用于汽车座支 架，奥迪汽车公司第一个推出镁合金压力铸造仪表板。近年来，帕萨特、奥迪 A4 和奥迪A6 等汽车的齿轮箱壳体使用AZ91D 镁合金，与铝合金部件相比减重 25%。 美国在 1948~1962 年间，采用压力铸造生产了数百万件镁合金铸件供汽车使用。 美国的福特、通用和克莱斯勒等汽车公司在过去的十几年里一直致力于镁合金汽 车铸件如转向柱架、离合 器壳体、进气管、离合器片、汽缸盖、座架、滤油器 壳体等的开发和应用，替代效果明显，大大促进了镁合金的发展。 日本开发出镁合金低压力铸造造装置，由此， 经过研究相继开发了一系列镁合 金压力铸造产 品，如丰田汽车公司首先制造出镁合金汽车轮毂、转向轴系统、 凸轮罩等零部件，目前，日本的各家汽车公司都生产和应用了大量镁合金壳体类 压力铸造件。 3.2 国内应用概况 在我国采用铸造镁合金已有 30 多年的历史，但最初主要用于航空航天工业的壳 体、机轮和机座等，在汽车行业起步较晚，目前仅近百家企业从事镁合金压力铸 造件的生产和研究。上汽、一 汽、东风汽车公司及长安汽车在研究和开发镁合 金 在汽车领域应用方面发挥了重要作用。 20 世纪 90 年代初，上汽在国内最早将镁合金 应用在汽车上，首次在桑塔纳轿 车上采用镁合金变 速器壳盖、壳体和离合器外壳。目前，其镁合金 汽车变速器 外壳生产和应用技术已经十分成熟，镁合金电机壳体铸件正在电动汽车上进行装 车试验。 一汽开发了高性能镁合金，可用于制造高温负载条件下的汽车动力系统部件，还 成功开发出脚踏板、气缸罩盖、增压器壳体、转向盘、传动箱罩 盖等镁合金压 力铸造件，并已应用于生产。 东风汽车公司结合我国汽车零部件压力铸造生产企业设备现状，开发了镁合金冷 室压力铸造 工艺生产汽车零部件的全套技术。 长安汽车在国家科技支撑计划的支持下，完成了以镁合金变速器壳体、油底壳和 气缸盖罩为 代表的大型复杂镁合金压力铸造件的设计、分析、模具开发制造和 样件生产，成功开发出国内第一 个镁合金座椅并装车通过法规试验验证，并联 合重庆大学开发了挤压力铸造造镁合金汽车轮毂。 3.3 典型零件 目前，镁合金在汽车上应用的零部件有100 多 种，可分为两类： 壳体类，如离合器壳体、阀盖、阀板、变速器 壳体、仪表板、曲轴箱、发动机 前盖、气缸箱、仪表 板、过滤器壳体等，这类件不仅可以减轻整车质 量，而且 由于镁合金的阻尼衰减能力强，可以降低 汽车运行时的噪声； 支架类，如转向支架、转向盘、灯托架、制动 器、离合器踏板托架、制动支架、 座椅框架、车镜支 架、分配支架和轮毂等，这类件有很好的抗冲击韧 性，大大 提高了汽车行驶过程中的平稳性和安全性。 随着镁合金汽车零部件的开发，镁合金在汽 车上的应用有如下特点，由体积小 的零件过渡到体积大的零件；由结构简单件过渡到复杂件；由简单受力件过渡到 适应特殊性能要求的件；由分件 组合向过渡