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镁合金压铸件在汽车中的应用和生产实践
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2008-11-17 9:44:17 |
镁合金压铸件在汽车中的应用和生产实践 汽车尾气排放对地球环境的污染问题越来越严重, 已占大气污染总量的65% , 故各国对其限制也越来越严格, 采用轻质材料制造某些汽车部件, 可显著减轻车重。据报道, 汽车自重每减轻10% , 燃油效率可提高5. 5%。近年来,随着能源的日益紧张及环保意识的增强, 现代汽车工业正朝着燃料效率型轻型汽车方向发展, 而迫使汽车制造商竞相开发镁合金汽车零件以减轻车重。 1. 镁合金是目前最理想的汽车轻型结构材料 镁合金作为最轻的工程金属材料(镁的密度1.8,为铝的2/3,钢的1/4),具有比重轻、比强度及比刚度高、阻尼性及切削加工性好、导热性好、电磁屏蔽能力强、以及减振性好和易于回收等一系列优点,满足了汽车工业减重、节能、环保和轻薄小型化的要求。表1为铸造镁合金与铝合金、铸铁及工程塑料的常规物理机械性能和35Mpa载荷下的减震性能比较。如表中资料所示,铸造镁合金特别适合于对比机械性能和阻尼性能要求高的汽车结构件制造。采用镁合金制造汽车发动机、减速箱、轮毂、减震系统等结构和运动部件,不仅能降低重量和能耗、提高整车加速、制动性能,还能降低行驶振动和噪声、提高驾乘舒适度。因此,在汽车结构件上应用镁合金,是提高性能和技术含量,增加产品市场竞争力的良好的材料学手段。 铸造是镁合金在汽车应用中的主要成形手段,其中压铸占90%以上。镁合金不仅具有良好的使用性能,而且还具有良好的工艺性能。这主要表现在: (1)良好的铸造性能--在保持良好的结构条件下,镁允许铸件壁厚小至0.6mm。这是塑料制品在相同强度下,无法达到的壁厚。至于铝合金也要在1.2-1.5mm范围下,才可以和镁相比。另外,镁合金在长时间使用及温度升高不会产生组织变化,低温(-10度以下)时,亦无脆裂问题。镁合金目前一般可以压铸到0.8mm。 (2)高的模具寿命和生产效率--由于熔融的镁不会与钢起反应,这使得它更易于实现在热室压铸机中进行自动生产操作,同时也延长了钢制模具的寿命。与铝的压铸相比,镁铸造模具寿命可比前者高出2-3倍,通常可维持20万次以上的压铸操作。同时,镁有更低的单位体积热含量,这意味着它在模具内能更快凝固。一般说来,其生产率比铝压铸高出40-50%,最高时可达到压铸铝的两倍。 (3)良好的切削性能--镁比铝和锌有更好的加工及切削特性,这促使镁成为最易切削加工的金属材料。镁的良好切削性表现在:允许较高的切削速度;减少切削加工时间;比其它金属有高出几倍的刀具寿命(极少停机换刀并节省了操作时间与刀具成本);有优良的表面光洁度,并一次切削获得;极少出现积屑瘤;有良好的断屑特性及温度传导性,可免除使用冷却液或润滑液。 正是由于镁合金优异的使用性能和工艺性能,美、欧、日等发达国家投入大量人力和物力,实施多项大型联合研究发展计划,研究用镁合金制造汽车零部件,国外的汽车厂商正极力争取采用镁合金零件的多少来做为自身车辆领先的标志。图1为镁合金压铸件在汽车中的典型应用,目前,镁合金压铸汽车零部件至少已超过60种,例如,已经使用并在近期要快速推广的零部件有轮毂、仪表盘、座椅框架、变速箱壳体、转向系统、汽缸盖、进气岐管和刹车踏板架。正在加紧着手开发的有门框、大的车体外部件、支撑柱、发动机箱体、油底盘。其中,安装安全气囊的汽车都开始改用镁合金方向盘,这既可减重,又可降低震动,在发生意外撞击时,镁合金可吸收更多的能量,有利保证驾驶员的安全。20世纪80年代以来, 世界汽车工业中镁合金铸件的应用不断增加, 近年来其增长速度更快, 2006 年镁合金压铸件的需求将是1996 年的4倍, 达到每年20 万吨, 同时镁合金和塑料零部件相比易于二次回收, 这些都有利于减少环境污染。 2、临沂三力新材料有限责任公司汽车镁合金压铸件的生产实践 我国是镁的资源大国,菱镁矿储量居世界首位,约27亿吨,占全球储量的22.5%。近年来全球原镁生产格局发生变化,全球镁产量的80%来自中国,现在西方镁工业只有美国镁业公司和以色列镁业公司在生产原镁,中国成为全球最大原镁生产国和出口国,然而镁工业产业链的深加工和研究开发薄弱。伴随着汽车轻量化要求和汽车工业迅速发展,我国汽车用镁合金压铸业得到了迅猛的发展。尽管2007年中国镁价持续走高(价格涨幅超过100%),国内镁合金压铸业受到了极大的挑战,但作为最轻的工业金属材料,汽车减重和提高能源效率的呼声成为汽车用镁的强大动力,汽车工业用镁数量仍在增加。伴随中国镁业的发展,费县镁加工业成为世界镁牺牲阳极产品的生产基地,在镁合金熔炼铸造上具有极高的声誉。在镁合金压铸业和汽车行业迅速发展的背景下,临沂三力新材料有限责任公司迅速成长。目前为中国镁业协会会员、山东省汽车行业协会会员和中国电动车协会会员单位,拥有180-500吨压铸机5台和数控加工、表面处理等生产设备,与中国重汽集团等单位建立了稳定的供货关系,并将产品出口到海外市场。图2为临沂三力新材料有限责任公司的产品。作为一民营企业,我们在镁合金压铸生产中认为以下两点尤为重要: (1) 精细管理,精益生产是企业产品质量的保障。镁合金压铸总体技术难度较大,但其后段工序繁琐,用于汽车业时,各种性能测试复杂且验证耗时要求高,因此,镁合金压铸件质量是企业的生命线,在生产中必须对全过程进行全面监控,优化生产过程,做到精细管理,精益生产。 (2) 技术创新是企业发展的永恒动力。镁合金在合金熔炼、压铸装备及压铸工艺、压铸模具、后处理、机加工,表面处理及涂装等各环节都有其一些特殊的技术要求,由于利润极为丰厚,前景又相当看好,发展潜力极为深远广阔,致使相当厂商贸然进入,若投资过速,在技术达未至出货能力后或原材料涨价的压力下而难以为继。临沂三力新材料有限责任公司始终将技术创新作为企业的核心目标,同时与南京航空航天大学等建立了长期合作关系,成功开发了高强韧性耐热稀土镁合金及其压铸技术,稀土镁合金精炼剂及其精炼技术以及稀土镁合金的表面处理技术。镁合金产品耐蚀性能经4000h中性盐雾试验(GB/T8013.3-2007)后不腐蚀,经4000h湿热试验(GB/T 1740)后,其变化≤1级。这些技术创新有力地提高了本公司产品的质量和技术水平。
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