鎂合金在汽車輕量化應(yīng)用中的問題與建議

2021-03-09 17:44:44· 來源：汽車工藝師作者：唐靖林

建立有效的鎂合金輕量化設(shè)計(jì)手段和產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫對(duì)于鎂合金輕量化技術(shù)，在研發(fā)階段需要材料、加工、設(shè)計(jì)等方面的專業(yè)人才密切協(xié)作，將多學(xué)科、多種技術(shù)融為一體，開展輕量化成本與性能收益平衡的系統(tǒng)研究，以獲得更廣闊的發(fā)展空間。我們?cè)谧非笃囕p量化效果

對(duì)于鎂合金輕量化技術(shù)，在研發(fā)階段需要材料、加工、設(shè)計(jì)等方面的專業(yè)人才密切協(xié)作，將多學(xué)科、多種技術(shù)融為一體，開展輕量化成本與性能收益平衡的系統(tǒng)研究，以獲得更廣闊的發(fā)展空間。

我們?cè)谧非笃囕p量化效果的同時(shí)也不能忽視產(chǎn)品的性價(jià)比，而產(chǎn)品性價(jià)比取決于輕量化材料的價(jià)格、成形加工成本以及由材料性能決定的減重潛力，需要隨著發(fā)展不斷更新材料及工程參數(shù)，見表1。

在汽車輕量化設(shè)計(jì)中，在滿足使用性能要求的前提下，需要綜合評(píng)估材料價(jià)格和工藝（包括成形、機(jī)加、涂裝、連接、腐蝕防護(hù)及裝配等）成本與整體減重效果的關(guān)系，即要考慮輕量化后的整體技術(shù)經(jīng)濟(jì)特征，在新材料替代原有材料時(shí)這方面的工作非常重要。在基于鎂的產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，除了材料本身的物性參數(shù)，還需要不斷完善常用材料在性能、成形加工、工藝設(shè)計(jì)以及制造特征等方面的數(shù)據(jù)庫，以對(duì)不同材料的使用效果綜合對(duì)比，見表2?表4。

綜上所述，鎂合金在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用必須要從系統(tǒng)整體出發(fā)，對(duì)汽車輕量化展開系統(tǒng)性考量與實(shí)踐，從車身輕量化設(shè)計(jì)、零部件輕量化設(shè)計(jì)、造型輕量化設(shè)計(jì)等方面，對(duì)汽車的輕量化策略進(jìn)行探討。

在現(xiàn)代汽車工業(yè)中，CAE 技術(shù)是汽車輕量化設(shè)計(jì)的重要手段。利用CAE技術(shù)，可以對(duì)汽車的零備件及整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化處理，以提高汽車的輕量化水平。結(jié)合參數(shù)化模型的構(gòu)建與優(yōu)化、拓?fù)鋬?yōu)化、斷面優(yōu)化、成型性與材料利用率的優(yōu)化，對(duì)提高汽車的輕量化水平、穩(wěn)定性、安全性、強(qiáng)度及剛度，降低生產(chǎn)成本、材料成本、高動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性等都有非常積極的作用。

關(guān)于我國鎂產(chǎn)業(yè)發(fā)展的其他建議

1. 組建具有國際競(jìng)爭(zhēng)能力的企業(yè)集團(tuán)和現(xiàn)代化專業(yè)工廠

當(dāng)前，國內(nèi)鎂企業(yè)大多實(shí)力不強(qiáng)，很少能直接參與國際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，一個(gè)重要原因就是鎂行業(yè)中的生產(chǎn)企業(yè)小而分散、條塊分割和各行其事，造成了財(cái)力、物力和人力的耗散。鎂行業(yè)未來需要更多的企業(yè)是技術(shù)裝備先進(jìn)、具備完整的加工體系、能提供大批量高質(zhì)量產(chǎn)品的工廠或大型企業(yè)集團(tuán)，以形成在國內(nèi)行業(yè)中起骨干主導(dǎo)地位和在國際上有強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)能力的規(guī)模經(jīng)濟(jì)。

2. 開發(fā)大型高速、連續(xù)、自動(dòng)化、高精化和智能化的工藝裝備

建立高效、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、現(xiàn)代化專業(yè)工廠或集團(tuán)的前提是配置大型、高速、連續(xù)、自動(dòng)化、高精化和智能化的工藝裝備，而這正是當(dāng)前鎂行業(yè)的短板。

3. 開發(fā)高效節(jié)能、低成本、短流程以及提高產(chǎn)品精度和性能的新工藝新技術(shù)

在合金制備方面，開發(fā)專題主要有以下幾點(diǎn)。

集中熔化、快速連續(xù)熔化、無溶劑熔化新工藝新技術(shù)。
熔體處理關(guān)鍵技術(shù)，包括：組織控制技術(shù)、微量元素控制技術(shù)、熔體凈化技術(shù)。
現(xiàn)代化的爐前檢測(cè)技術(shù)、設(shè)備及標(biāo)準(zhǔn)。

在擠壓方面，提高材料利用率、擠壓精度、擠壓生產(chǎn)效率是鎂擠壓領(lǐng)域亟待解決的問題。擠壓工藝裝備要向大型化、現(xiàn)代化、精密化和智能化方向發(fā)展。鎂合金的等溫等速擠壓、快速連續(xù)擠壓、半固態(tài)擠壓、短流程擠壓等新技術(shù)、新工藝也將提到議事日程。

當(dāng)前的軋制工藝使鎂合金板帶價(jià)格居高不下，在很大程度上制約了鎂合金板帶的推廣與應(yīng)用。因此，低成本的鎂板帶生產(chǎn)新技術(shù)和新工藝的研究開發(fā)是鎂行業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。中國鎂板帶的消費(fèi)量達(dá)到5萬t/年，全世界的達(dá)到15萬t/年時(shí)，以鑄軋帶坯為原料的全尺寸(full size)卷-卷可逆式溫軋生產(chǎn)技術(shù)是未來理想的選擇。當(dāng)難燃鎂合金板的價(jià)格降到約為鋁材的1.8倍，零部件的制造成品率幾乎與鋁相當(dāng)，這樣的鎂加工材就可以在輕量化材料領(lǐng)域與鋁材展開競(jìng)爭(zhēng)。

4. 開發(fā)適應(yīng)汽車工業(yè)發(fā)展的新合金和新材料品種

在汽車領(lǐng)域，未來的鎂合金零部件會(huì)向著高精度、高性能、低成本、有利于環(huán)境保護(hù)與資源綜合利用等方向發(fā)展，從而對(duì)鎂合金材料也提出了更高的要求。隨著鑄造工藝向著多元化方向發(fā)展，各種鑄造鎂合金將向著提高合金純度、綜合性能等方向發(fā)展。鎂合金塑形加工難度大于鋁合金、加工成本高，開發(fā)高性能、高純度、加工性良好、難燃的系列變形合金是鎂合金加工材在汽車領(lǐng)域大量應(yīng)用的一個(gè)亟待解決的挑戰(zhàn)性課題。

結(jié) 語

汽車輕量化已成為汽車行業(yè)未來發(fā)展的必然趨勢(shì)，作為最輕的工程結(jié)構(gòu)金屬材料，鎂合金材料的應(yīng)用還存在著諸多有待突破的“瓶頸”問題，這就需要汽車行業(yè)和鎂行業(yè)的多方力量密切合作，加大研發(fā)力度，共同推進(jìn)汽車輕量化的工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程。