新能源汽車鎂合金零部件的開發分析

王昱

摘 要：對于新能源汽車零部件的開發研究，有利于該行業的持續性發展。本文對當前環境之下新能源汽車開發研究的現狀 進行了分析，并分析了鎂合金材料的應用情況及其優勢，著重探討了鎂合金材料在新能源汽車行業應用之中的重要性，對鎂合金材料在新能源汽車發展的之中的前景進行了展望。

關鍵詞：新能源汽車;鎂合金;零部件;應用;前景

1 引言

新能源汽車的生產以及制造引入了大量的新材料、技術，以求實現節省能源的目的。自上世紀90年代初，汽車用鎂的增長速度逐年攀升，直至如今，鎂已成為汽車材料之中所不可或缺的存在。目前，世界各國對于新能源汽車的重視度逐步提升，相關零部件的研究開發也隨之深入。我國在這一方面雖起步較晚，但發展迅猛，尤其是在政府部門的大力支持之下，希望能夠借助時代的東風，加強對于鎂合金零部件的開發研究，推動我國能源汽車質量的提升。

2 新能源汽車研究現狀

所謂新能源汽車，指的是采用非常規燃料驅動的汽車，譬如乙醇、壓縮天然氣等清潔燃料。目前，在歐美等發達國家之中，對于新能源燃料的研究范圍逐步擴大，囊括了生物柴油、混合動力以及氫燃料等等，為當前新能源汽車的發展提供了較為明確的方向。目前，在世界范圍之內，各國政府均支持、鼓勵新能源汽車的研究發展，以求降低汽車的一氧化碳排放。以歐洲等發達國家為例，開發新能源汽車的主要目的在于溫室氣體減排，要求所有處于開發階段的新能源汽車均能符合當前一氧化碳排放的需求。以歐洲新能源汽車的研究為例，研究早期多是以生物質燃料、天然氣居多，自邁入新世紀以來，對于氫燃料的研究也隨之增多，大幅降低了溫室氣體的排放。

目前，我國社會發展勢頭迅猛，小型轎車已步入千家萬戶，汽車保有量增長趨勢相當可觀。然后在這樣的形式之下，汽車的能源消耗以及排放量隨之逐年增長，我國政府也開始著手推行新能源汽車的計劃，并希望藉此推動我國電動車行業的發展進步。不過，由于該項目的研究需要投入大量的資金，同時我國專業性技術人員十分有限，因此我國該產業尚處于一個發展階段，對比歐美等發達國家存在一段不少的距離。以新能源汽車零部件開發而言，需要積極引入尖端技術人才，吸納高新技術，逐步完善各項設施，深化對于鎂合金零部件的研發，以求提升我國新能源汽車行業的競爭力。

3 鎂合金材料在零部件開發之中的應用優勢

鎂合金材料在零部件開發之中的應用優勢大致有以下四點：其一，鎂合金材料質量密度較小，將其應用于新能源汽車開發之中，能夠顯著減輕質量;其二，鎂合金材料具備優異的減震性，能夠承受較大的沖擊以及振動，較之鋁、鋼等材料性能更為突出，對于維系汽車運行的穩定性效果奇佳;其三，比強度、比剛度良好。對比鋼、鋁合金而言，在相同質量條件下，鎂合金的比剛度、比強度都更高一些;其四，鎂合金材料可回收利用。鎂合金材料的提取以再生資源為主，能夠實現回收利用。此外，鎂的熔點相對較低，回收利用所消耗的能源也相對較少。

4 鎂合金零部件開發

4.1 新能源汽車中鎂合金零部件的開發應用

自二十世紀初期，德國率先將鎂合金應用于汽車制造之中，直至二十世紀中葉，大眾公司在汽車結構零件的研發之中已應 用了大量的鎂合金材料。隨后，歐美等國家均紛紛投入到鎂合金零部件的開發研究之中。目前，歐美等發達國家在汽車用鎂量方面要遠遠高于世界其他各國。在亞洲范圍之內，日本在鎂合金零部件的開發研究之中居于領先地位，雖遠不及歐美等國家，不過伴隨著科學技術的發展，日企對于鎂合金材料的應用日益廣泛。譬如，豐田便研發了鎂合金轉向盤、鎂合金骨架座椅等。相較而言，我國汽車行業對于鎂合金的應用相對較晚，現如今尚處于開發階段。諸如上汽、一汽、二汽等企業均開始廣泛投入到鎂合金汽車零部件的研究開發之中，也取得了一定的成果。 直至今日，鎂合金在新能源汽車之中開發研究，主要集中于動力系統零件?？紤]到發動機零部件在運行期間的溫度，歐美等發達國家致力于對高強度鎂合金材料展開了研究開發。目前，諸如耐蝕鎂合金、變形鎂合金、自然鎂合金等新型鎂合金材料相繼研發成功，在新能源汽車之中得以廣泛的應用。

5 鎂合金零部件在新能源汽車中的應用

5.1 鎂合金轉向管柱支架

常規車型的轉向系統的支架和導向筒以鈑金件和圓鋼為主，其轉向管柱是通過螺栓擰緊在車身骨架上，但由于現在大部分車型的車身支架都是沖壓焊接鈑金件，會產生一定的焊接變形量，從而導致轉向管柱安裝在車身骨架上，鈑金支架會隨車身骨架的變形而發生變形，并使整根轉向管柱都隨之變形，是的部分零部件變形偏離設計位置，從而會產生滑移力偏大，調節發卡和調節異響現象。而現在在一款新能源車型的轉向系統的開發中，引用了以鎂合金為材料設計成型的轉向支架（圖1）和導向筒（圖2）。由于鎂合金的剛度極大，不會在安裝后隨車身支架的變形而產生變形，從而避免了上述現象的產生，全面保證轉向系統在整車碰撞過程中，轉向管柱可以按照設計的行程和吸能曲線完成整個動態潰縮過程，提供整車碰撞的安全性，并且大大提高了這個轉向系統的剛度和頻率，而且做到了輕量化設計，其質量較之常規車型原件減輕了5%以上。

5.2 鎂合金儀表板骨架

常規車型的儀表板骨架均以鋼件焊接制作而成。在汽車輕量化的發展趨勢之下，我們需要以維持其功能為基本前提，確保其裝配面與孔的部位不產生變動，因此可采用鎂合金用以替換板骨架零部件。鎂合金儀表板骨架在制作過程之中，擠壓、彎曲是其主要工藝，因此鎂合金件均以氫弧焊接。考慮到鎂合金以及鋼在接觸之上會產生腐蝕，所以在各零部件進行連接時，可考慮采用鋼質滲鋁螺栓作為連接件。經由實踐可知，鎂合金儀表板骨架的應用，能夠大幅減輕儀表板骨架的質量，較之常規車型的原件質量減輕了60%以上。

5.3 鎂合金副駕駛座椅骨架

常規車型的架勢座椅骨架以鋼件為主，其主要構架包括背骨架、坐墊骨架、滑軌?？紤]到轎車座椅設計的相關規定，為了確保汽車性能，可將副駕駛椅骨架替換為鎂合金。該部件的制作工藝主要包括擠壓、彎曲以及沖壓，沿用氫弧焊接技術，并以結構膠將材料零部件予以連接。經由實踐可知，鎂合金副駕駛座椅骨架的質量約在2kg左右，相較于常規車型的原件質量減輕了8%左右。

5.4 鎂合金前、后副車架

為了確保鎂合金前、后車架的技術參數與規定要求保持一致，那么就必須對其原本的結構設計予以進一步完善。在設計工作之中，可通過楔形加強筋、局部增厚、縱向加強梁對結構設計予以優化，并對最終成果予以驗證分析，直至得出的鎂合金前、后副車架技術參數與相關規定相符。在該部件制作之中所使用到的工藝主要包括擠壓、彎曲、以及整形，焊接方面則以環形焊以及角焊為主，待焊接結束之后，壓入支撐套橡膠內襯，并以螺栓連接轎車，并設置復合材料墊圈，以期達到更為優異的連接效果。鎂合金前、后副車架對于實現汽車輕量化具有積極的作用，其質量較之常規車型原件均減輕了50%以上。

5.5 鎂合金輪輞

根據鎂合金制造相關規定，需要對其小輻條根部位置予以挖深處理，鎂合金車輪必須具備高強度、高性能，彎曲、徑向疲勞的最大應力對比材料疲勞強度需小于110MPa，使用期限需超過107，經由大量實踐證實，鎂合金輪輞的質量較之鋁合金輪輞要輕40%左右。

5.6 3D打印

目前，汽車行業的競爭日趨激烈，各大企業為了在市場競爭之中搶占先機，均投入了大量的人力、物力、資金用以科學技術研發，其中以3D打印術應用范圍最廣，成效良好。3D打印書即快速成型技術的一種，在汽車行業的應用之中，主要是以新車模型、工具應用為前提，通過掃描鏡、激光束等部件來制作鎂合金零部件，能夠大幅促進零部件制作效率的提升。時下，該技術在汽車企業之中應用十分廣泛，不僅能夠有效節省研發成本，同時也能大幅促進研發效率的提升，對于要求細致且批量較小的客戶具有很好的應用效果。

6 新能源汽車鎂合金零部件前景展望

目前，隨著環保理念的風靡，對于各行各業而言，綠色技術以及產品的研發是日后工作的一大關鍵。以新能源汽車的發展而言，鎂合金是目前社會環境之下最具發展前景的綠色材料。在我國新能源汽車研究過程之中，明確了行業今后的發展方向，即低排放、低污染，節能環保?？梢杂鲆姷氖牵谖磥砗荛L一段時間之內，鎂合金材料的發展速度將急劇提升，世界范圍之內各個國家的材料消費量將不斷增長，尤其是發展中國家，我國作為世界上最大的發展中國家，鎂材料的消費量年增速達到了30%以上，有望成為世界領先區域。此外，站在新能源汽車行業發展的視角來看，壓鑄行業是鎂材料增長的核心，故而我們也要關注該行業的發展。

7 結語

綜上所述，新能源汽車之中鎂合金零部件的開發及應用，是當前汽車行業創新升級的一大趨勢，也是汽車行業未來發展的基本方向，加強對于鎂合金零部件在內的新型材料的開發研究，對于實現汽車輕量化，提升汽車性能，促進汽車行業的穩定發展具有重要意義。

參考文獻：

[1]魏云，趙行.含鈦鎂合金新能源汽車型材擠壓工藝優化[J].鋼鐵釩鈦，2019，40（6）：155-159.

[2]汪海洪.新能源汽車輕量化技術研究[J].時代汽車，2020，（5）：68-69.

[3]張淬.新能源汽車用變形鎂合金表面改性實驗研究[J].電鍍與環保，2018，38（6）：23-25.

[4]趙海斌.TOX鉚接技術在新能源汽車的應用[J].汽車工藝師，2019，（7）：58-60.

[5]陸建邦，李賀強，王崇.新能源汽車車身材料及連接工藝概述[J].汽車工藝師，2018，（8）：54-56.

[6]李淑英，鄭德潤.新能源汽車鎂合金零部件的開發分析[J].新型工業化，2019，9（1）：66-69.