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新能源汽車鎂合金零部件的開發分析

放大字體??縮小字體 發布日期:2019-04-23 16:02:50 ??瀏覽次數:610
核心提示:新能源汽車是一種針對常規型燃料動力汽車的新車型,其中主要包括集中幾個類型,即氫能源動力汽車、混合動力汽車以及太陽能汽車等。新能源汽車生產與制造期間,更多是以新材料為主,達到節省資源的目的。從1990年開始
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 新能源汽車是一種針對常規型燃料動力汽車的新車型,其中主要包括集中幾個類型,即氫能源動力汽車、混合動力汽車以及太陽能汽車等。新能源汽車生產與制造期間,更多是以新材料為主,達到節省資源的目的。從1990年開始,鎂合金開始在汽車零部件開發中得到應用,汽車用鎂的增長速度開始逐年增大,現如今逐漸成為汽車材料技術中不可忽視的重要領域。現階段,國內外的汽車行業開始對新能源汽車零部件開發展開研究,以期能夠充分發揮鎂合金零部件優勢提高新能源汽車質量。

1 新能源汽車研究現狀

新能源汽車有“可替代燃料汽車”之稱,一般是以乙醇、壓縮天然氣這一類清潔燃料代替傳統的柴油、汽油。另外,當前美國研發的新能源燃料范圍也不斷擴大,例如生物柴油、混合動力和氫燃料等,為新能源汽車發展提供了新的動力。對于新能源汽車的廣泛應用,和政府部門推出的政策有直接關系,例如1993年美國政府便出臺了“新一代汽車伙伴計劃”,以支持新能源汽車的研發和發展,在這一政策下也有效降低了汽車的CO2排放量。

歐洲國家在研發新能源汽車方面,將關注點放在溫室氣體減排方面,要求新開發的汽車CO2排放量必須要滿足要求。研究初期主要是以生物質燃料、天然氣為主,進入到21世紀之后,便開始以生物質燃料、CNG、氫燃料代替23%石油,極大的降低了溫室氣體排放量。

我國現如今經濟水平顯著增長,廣大群眾的購車剛需也逐漸上漲,汽車保有量增長趨勢十分可觀。通過相關數據顯示,截止到2017年12月份,我國民用汽車保有量已經突破了27527萬輛,相比2016年提高了16.2%,其中包括15336萬輛的私人汽車、15863萬輛的民用轎車以及16224萬輛的私人轎車。汽車保有量的不斷增長,汽車能源消耗與排放隨之增加,為了實現綠色生態建設,“863計劃”被正式提上日程。從2015年開始,“十三五”規劃開始落實,其中便包括新能源汽車推廣計劃,希望以此能夠提升電動車產業化發展水平。但是因為新能源汽車一系列研究需要大量經費,加上研究人員有限,所以產業還處于發展階段,相較于歐美等發達國家存在一定差距,尤其是新能源汽車零部件的研發,今后需要從高新技術著手,完善相關設施,立足于政府部門提出的相關優惠政策加快研發鎂合金零部件,從而提高新能源汽車競爭力。

2 鎂合金材料在零部件開發中應用優勢

2.1質量密度較小

鎂合金材料質量密度比較小,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。如果將其應用在新能源汽車的零部件開發中,鎂合金將有效減輕其質量。

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,與鋁、鋼等材料相比性能極佳,可以用戶研發汽車內部承受沖擊載荷以及振動零部件,提高其運行的穩定性。

2.3比強度與比剛度較高

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

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,可以完全實現回收利用,因為鎂的熔點比較低,回收利用消耗的能源也比較少。

3 新能源汽車鎂合金零部件的開發

3.1鎂合金材料在新能源汽車開發中的應用

從20世紀初期開始,德國是最先將鎂合金應用于汽車制造中的國家,發展到50年代,大眾公司生產研發甲殼蟲汽車的結構零件中便運用了大量的鎂合金材料。隨后,歐美國家也開始投入到鎂合金零部件的研發中。現如今,北美在全世界的汽車用鎂量居領先地位,歐洲緊隨其后,相比之下日本落后于歐美地區,早期只是應用鎂合金生產氣缸蓋和座椅架等零部件。但是隨著其技術的不斷發展,對于鎂合金材料的應用也更為普遍,例如豐田企業專門研發了鎂合金轉向盤,近年來推出了鎂合金骨架的前排座椅。

相比之下,我國汽車工業對于鎂合金的使用比較晚,現如今依然停留在開發階段。上汽企業在研發過程中將鎂合金應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動機罩蓋和離合器殼等零部件的主要材料,二汽在研發鎂合金材料的過程中,逐漸形成了成熟的研發體系,投入了大量的鎂合金壓鑄件生產線,支持更多汽車零部件的生產。

鎂合金在新能源汽車中的應用,目前研發工作更多是集中在動力系統零件。為了滿足發動機零件運行期間溫度的規定,最近歐美地區的國家開始對高強度鎂合金材料進行研發,例如AE、Mg-Al-Ca等。現如今,一些新型鎂合金材料也相繼研發成功,例如耐蝕鎂合金、變形鎂合金、高強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用于車身,比如車身組件外板以及車門窗、座椅、底盤和車身的框架。

3.2鎂合金零部件在新能源汽車中的運用

3.2.1鎂合金儀表板骨架

常規車型的儀表板骨架更多是采用鋼件焊接制成,為了滿足汽車輕量化這一要求,需要在保證原本功能的基礎上,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主要應用擠壓、彎曲這兩種工藝,所有鎂合金件之間以氫弧焊進行連接。因為鎂合金與鋼這兩種材料接觸之后會被腐蝕,所以儀表板骨架和車身、儀表板等零部件進行連接,建議采用鋼質滲鋁螺栓作為連接件。經過實踐得知,輕量化鎂合金儀表板骨架的質量是1.957kg,相比常規車型所采用的原鋼件質量減輕了62.9%。

3.2.2鎂合金副駕駛座椅骨架

常規車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、滑軌這三個部分。因為城規車型的改制存在一定的限制,按照轎車座椅設計的有關規定,為了保證汽車性能,將副駕駛座位的椅骨架替換為鎂合金。制作工藝主要應用擠壓、彎曲和沖壓三種,鎂合金件的焊接技術為氫弧焊,使用結構膠連接所有材料零部件。經過實踐之后,鎂合金副駕駛座椅骨架的質量顯示為12.66kg,和鋼結構件對比質量減輕了8.3%。

3.2.3鎂合金前、后副車架

為保證鎂合金前、后副車架技術參數能夠滿足規定要求,需要完善原本的結構設計。設計過程中,通過楔形加強筋、局部位置設置縱向加強梁以及局部增厚這三種要求進行結構設計,并對最終設計成果展開有限元驗證、分析,可以得出設計而成的鎂合金前、后副車架技術參數與規定相符。這一部分所應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、環形焊與角焊為主,結束焊接操作之后壓入支承套橡膠內襯,使用螺栓連接轎車,同時設置復合材料墊圈,達到良好的聯接效果。經過輕量化設計之后的鎂合金前、后副車架,其質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規定,輪輞小輻條根部位置必須要進行挖深處理,鎂合金車輪必須要滿足性能要求,彎曲疲勞、徑向疲勞的最大應力相比鎂合金材料的疲勞強度必須小于110MPa,使用期限超過107次。經過實踐可知,輕量化設計之后的鎂合金輪輞質量降低為7.9kg,相比鋁合金材料的輪惘減輕了37%。

3.2.53D打印

現如今,汽車行業的競爭趨勢越發激烈,各個企業為了在市場中占據有利地位,均投入到新科技技術的研發中。3D打印技術是諸多新技術的一種,是以新車模型、工具的實際運用為前提研發的先進技術,應用原理如圖1所示。通過掃描鏡、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。現如今,3D打印技術已經在汽車企業中實現普及,節省研發成本的同時,很好的提升了研發效率,可以滿足要求多、批量小的客戶。 

4 新能源汽車鎂合金零部件開發前景

現如今,隨著環境保護理念的提升,綠色技術與產品的研發成為關鍵。鎂合金是新環境下最炙手可熱的綠色材料,是工業研究的一個重點。當前我國在新能源汽車結構研究過程中,逐漸明確了今后行業發展的主要方向,即低排放、低污染,實現節能環保。在這一目標的引領下,今后一段時間鎂合金材料發展速度將不斷攀升。預計在一段時間內,歐美地區國家鎂材料的消費量將持續增長。在全世界范圍內,亞、歐洲是鎂材料消費增長速度最快的地區,尤其是亞洲,目前我國鎂材料的增長速度超過了30%,有望成為亞洲乃至于全世界的領先地區。立足于新能源汽車行業發展情況,壓鑄行業是鎂材料最為核心的增長點,若其年均增長率為10%,那么到2020年鎂材料的消費量將顯著提升。

5 結論

綜上所述,新能源汽車中鎂合金零部件的開發與應用,代表汽車行業的創新與升級,同時也為今后行業發展明確了方向,必須要深入研究包括鎂合金在內的新材料,減輕汽車質量,提高汽車性能,從而推動我國汽車行業快速、穩定發展。

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關鍵詞: 新能源汽車 鎂合金


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