新能源汽车镁合金零部件的开发分析

 新能源汽车是一种针对常规型燃料动力汽车的新车型，其中主要包括集中几个类型，即氢能源动力汽车、混合动力汽车以及太阳能汽车等。新能源汽车生产与制造期间，更多是以新材料为主，达到节省资源的目的。从1990年开始，镁合金开始在汽车零部件开发中得到应用，汽车用镁的增长速度开始逐年增大，现如今逐渐成为汽车材料技术中不可忽视的重要领域。现阶段，国内外的汽车行业开始对新能源汽车零部件开发展开研究，以期能够充分发挥镁合金零部件优势提高新能源汽车质量。

1 新能源汽车研究现状

新能源汽车有“可替代燃料汽车”之称，一般是以乙醇、压缩天然气这一类清洁燃料代替传统的柴油、汽油。另外，当前美国研发的新能源燃料范围也不断扩大，例如生物柴油、混合动力和氢燃料等，为新能源汽车发展提供了新的动力。对于新能源汽车的广泛应用，和政府部门推出的政策有直接关系，例如1993年美国政府便出台了“新一代汽车伙伴计划”，以支持新能源汽车的研发和发展，在这一政策下也有效降低了汽车的CO2排放量。

欧洲国家在研发新能源汽车方面，将关注点放在温室气体减排方面，要求新开发的汽车CO2排放量必须要满足要求。研究初期主要是以生物质燃料、天然气为主，进入到21世纪之后，便开始以生物质燃料、CNG、氢燃料代替23%石油，极大的降低了温室气体排放量。

我国现如今经济水平显著增长，广大群众的购车刚需也逐渐上涨，汽车保有量增长趋势十分可观。通过相关数据显示，截止到2017年12月份，我国民用汽车保有量已经突破了27527万辆，相比2016年提高了16.2%，其中包括15336万辆的私人汽车、15863万辆的民用轿车以及16224万辆的私人轿车。汽车保有量的不断增长，汽车能源消耗与排放随之增加，为了实现绿色生态建设，“863计划”被正式提上日程。从2015年开始，“十三五”规划开始落实，其中便包括新能源汽车推广计划，希望以此能够提升电动车产业化发展水平。但是因为新能源汽车一系列研究需要大量经费，加上研究人员有限，所以产业还处于发展阶段，相较于欧美等发达国家存在一定差距，尤其是新能源汽车零部件的研发，今后需要从高新技术着手，完善相关设施，立足于政府部门提出的相关优惠政策加快研发镁合金零部件，从而提高新能源汽车竞争力。

2 镁合金材料在零部件开发中应用优势

2.1质量密度较小

镁合金材料质量密度比较小，主要为2g/cm3，相比铝这种材料要轻36%左右，比锌合金材料则轻73%左右。如果将其应用在新能源汽车的零部件开发中，镁合金将有效减轻其质量。

2.2减振性极佳

镁合金材料的阻尼容量与减振性极佳，能够承受比较大的冲击振动，与铝、钢等材料相比性能极佳，可以用户研发汽车内部承受冲击载荷以及振动零部件，提高其运行的稳定性。

2.3比强度与比刚度较高

如果质量条件一致，那么镁合金的比刚度更高。镁合金质量和钢、铝合金等材料相比较低，比强度和比刚度更高。

2.4支持回收利用

镁合金材料的提取主要是以再生资源为主，可以完全实现回收利用，因为镁的熔点比较低，回收利用消耗的能源也比较少。

3 新能源汽车镁合金零部件的开发

3.1镁合金材料在新能源汽车开发中的应用

从20世纪初期开始，德国是最先将镁合金应用于汽车制造中的国家，发展到50年代，大众公司生产研发甲壳虫汽车的结构零件中便运用了大量的镁合金材料。随后，欧美国家也开始投入到镁合金零部件的研发中。现如今，北美在全世界的汽车用镁量居领先地位，欧洲紧随其后，相比之下日本落后于欧美地区，早期只是应用镁合金生产气缸盖和座椅架等零部件。但是随着其技术的不断发展，对于镁合金材料的应用也更为普遍，例如丰田企业专门研发了镁合金转向盘，近年来推出了镁合金骨架的前排座椅。

相比之下，我国汽车工业对于镁合金的使用比较晚，现如今依然停留在开发阶段。上汽企业在研发过程中将镁合金应用在变速器壳体以及离合器外壳中，一汽则主要是以镁合金作为发动机罩盖和离合器壳等零部件的主要材料，二汽在研发镁合金材料的过程中，逐渐形成了成熟的研发体系，投入了大量的镁合金压铸件生产线，支持更多汽车零部件的生产。

镁合金在新能源汽车中的应用，目前研发工作更多是集中在动力系统零件。为了满足发动机零件运行期间温度的规定，最近欧美地区的国家开始对高强度镁合金材料进行研发，例如AE、Mg-Al-Ca等。现如今，一些新型镁合金材料也相继研发成功，例如耐蚀镁合金、变形镁合金、高强高韧镁合金以及阻燃镁合金等。其中变形镁合金更多是被应用于车身，比如车身组件外板以及车门窗、座椅、底盘和车身的框架。

3.2镁合金零部件在新能源汽车中的运用

3.2.1镁合金仪表板骨架

常规车型的仪表板骨架更多是采用钢件焊接制成，为了满足汽车轻量化这一要求，需要在保证原本功能的基础上，确保装配面与孔的部位不改变，所以将仪表板骨架零部件替换为镁合金。镁合金仪表板骨架制作时主要应用挤压、弯曲这两种工艺，所有镁合金件之间以氢弧焊进行连接。因为镁合金与钢这两种材料接触之后会被腐蚀，所以仪表板骨架和车身、仪表板等零部件进行连接，建议采用钢质渗铝螺栓作为连接件。经过实践得知，轻量化镁合金仪表板骨架的质量是1.957kg，相比常规车型所采用的原钢件质量减轻了62.9%。

3.2.2镁合金副驾驶座椅骨架

常规车型的驾驶座椅骨架主要为钢件，其中包括靠背骨架、座垫骨架、滑轨这三个部分。因为城规车型的改制存在一定的限制，按照轿车座椅设计的有关规定，为了保证汽车性能，将副驾驶座位的椅骨架替换为镁合金。制作工艺主要应用挤压、弯曲和冲压三种，镁合金件的焊接技术为氢弧焊，使用结构胶连接所有材料零部件。经过实践之后，镁合金副驾驶座椅骨架的质量显示为12.66kg，和钢结构件对比质量减轻了8.3%。

3.2.3镁合金前、后副车架

为保证镁合金前、后副车架技术参数能够满足规定要求，需要完善原本的结构设计。设计过程中，通过楔形加强筋、局部位置设置纵向加强梁以及局部增厚这三种要求进行结构设计，并对最终设计成果展开有限元验证、分析，可以得出设计而成的镁合金前、后副车架技术参数与规定相符。这一部分所应用的工艺主要有挤压、弯曲和整形三种，焊接制造则是以分段制造、环形焊与角焊为主，结束焊接操作之后压入支承套橡胶内衬，使用螺栓连接轿车，同时设置复合材料垫圈，达到良好的联接效果。经过轻量化设计之后的镁合金前、后副车架，其质量与钢件相比分别减轻了50.5%、62.3%。

3.2.4镁合金轮辋

按照镁合金制造的有关规定，轮辋小辐条根部位置必须要进行挖深处理，镁合金车轮必须要满足性能要求，弯曲疲劳、径向疲劳的最大应力相比镁合金材料的疲劳强度必须小于110MPa，使用期限超过107次。经过实践可知，轻量化设计之后的镁合金轮辋质量降低为7.9kg，相比铝合金材料的轮惘减轻了37%。

3.2.53D打印

现如今，汽车行业的竞争趋势越发激烈，各个企业为了在市场中占据有利地位，均投入到新科技技术的研发中。3D打印技术是诸多新技术的一种，是以新车模型、工具的实际运用为前提研发的先进技术，应用原理如图1所示。通过扫描镜、激光束等部件制作镁合金零部件，有效提升了零部件制作的速度。现如今，3D打印技术已经在汽车企业中实现普及，节省研发成本的同时，很好的提升了研发效率，可以满足要求多、批量小的客户。 

4 新能源汽车镁合金零部件开发前景

 

现如今，随着环境保护理念的提升，绿色技术与产品的研发成为关键。镁合金是新环境下最炙手可热的绿色材料，是工业研究的一个重点。当前我国在新能源汽车结构研究过程中，逐渐明确了今后行业发展的主要方向，即低排放、低污染，实现节能环保。在这一目标的引领下，今后一段时间镁合金材料发展速度将不断攀升。预计在一段时间内，欧美地区国家镁材料的消费量将持续增长。在全世界范围内，亚、欧洲是镁材料消费增长速度最快的地区，尤其是亚洲，目前我国镁材料的增长速度超过了30%，有望成为亚洲乃至于全世界的领先地区。立足于新能源汽车行业发展情况，压铸行业是镁材料最为核心的增长点，若其年均增长率为10%，那么到2020年镁材料的消费量将显著提升。

5 结论

综上所述，新能源汽车中镁合金零部件的开发与应用，代表汽车行业的创新与升级，同时也为今后行业发展明确了方向，必须要深入研究包括镁合金在内的新材料，减轻汽车质量，提高汽车性能，从而推动我国汽车行业快速、稳定发展。