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鎂合金汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)支架,你值得擁有 |
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目前,強(qiáng)韌性及制造工藝是制約鎂合金在汽車(chē)上廣泛應(yīng)用的主要因素。鎂合金在汽車(chē)上的應(yīng)用主要是強(qiáng)韌性要求不高且易于壓鑄成形的非結(jié)構(gòu)件。不過(guò),現(xiàn)在有專(zhuān)家利用微量多元合金化技術(shù)開(kāi)發(fā)出一種高強(qiáng)韌鎂合金材料能夠滿(mǎn)足汽車(chē)結(jié)構(gòu)件的性能要求,同時(shí)利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)能夠優(yōu)化鑄件結(jié)構(gòu),澆注系統(tǒng)及工藝參數(shù),縮短產(chǎn)品研發(fā)周期,降低試制成本,提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的可靠性,這些對(duì)于開(kāi)發(fā)復(fù)雜鎂合金汽車(chē)結(jié)構(gòu)件具有重要的指導(dǎo)意義。
利用這種低成本高強(qiáng)韌鎂合金,專(zhuān)家成功試制出高性能復(fù)雜薄壁鎂合金汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)支架,其主要用于固定發(fā)動(dòng)機(jī),同時(shí)減少發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的震動(dòng),是汽車(chē)的主要結(jié)構(gòu)件之一。該鎂合金支架實(shí)現(xiàn)了高性能鎂合金在汽車(chē)結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用,對(duì)加快汽車(chē)輕量化進(jìn)程,實(shí)現(xiàn)汽車(chē)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有劃時(shí)代意義。同時(shí),鎂合金汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)支架的應(yīng)用也標(biāo)志著我國(guó)鎂合金產(chǎn)品正在逐漸由一些室溫下強(qiáng)韌性要求不高且易于壓鑄成形的非結(jié)構(gòu)件向高強(qiáng)韌復(fù)雜薄壁結(jié)構(gòu)件方向轉(zhuǎn)型,這對(duì)于提高我國(guó)鎂合金產(chǎn)品的檔次,促進(jìn)我國(guó)汽車(chē)工業(yè)趕超國(guó)際先進(jìn)水平都具有重要的戰(zhàn)略意義。
近年來(lái),北美、歐洲和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家相繼出臺(tái)了各自的鎂研究計(jì)劃,投資數(shù)十億美元,組織聯(lián)合各方面的研究力量,實(shí)施大型的綜合性鎂合金材料及工藝研究,并取得一批研究成果。美國(guó)汽車(chē)材料公司和美國(guó)能源部在 2001年啟動(dòng)了用于動(dòng)力系統(tǒng)的鎂合金鑄件開(kāi)發(fā)課題,目標(biāo)是開(kāi)發(fā)耐熱鎂合金以應(yīng)用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng),擬開(kāi)發(fā)V6 發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體,油底盤(pán)和前閥蓋。德國(guó)大眾(VW) Passat,Audi A2,A4和A6的鎂合金用量達(dá)到了14kg。奔馳公司最早將鎂合金鑄件用于汽車(chē)座支架。而 BMW全面使用鎂合金輪轂,比鋁制品輕3.85kg,同時(shí)抗震能力也有很大提高。BMW推出的鎂合金發(fā)動(dòng)機(jī),使鎂合金在汽車(chē)上的應(yīng)用達(dá)到一個(gè)新臺(tái)階。日本豐田汽車(chē)的方向盤(pán)加裝安全氣囊后質(zhì)量增加,而采用AM60B合金壓鑄件后,質(zhì)量比過(guò)去的鋼制品和鋁制品分別減少45%和15%,并降低了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的振動(dòng)。三菱公司與澳大利亞工業(yè)科技部合作,開(kāi)發(fā)出鎂合金超輕量發(fā)動(dòng)機(jī)。目前日本的各家汽車(chē)公司都生產(chǎn)和應(yīng)用了大量的鎂合金殼體類(lèi)壓鑄件。
我國(guó)是鎂資源大國(guó),儲(chǔ)量居世界首位。目前,國(guó)內(nèi)鎂合金在汽車(chē)上的應(yīng)用主要是一些非結(jié)構(gòu)件(如殼體類(lèi)),而鎂合金研究幾乎都圍繞應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題,或以應(yīng)用為背景的基礎(chǔ)研究。鎂合金在汽車(chē)上的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到人們預(yù)想的程度,無(wú)論從產(chǎn)量還是從質(zhì)量上與國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比都存在較大差距。
就汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)支架而言,目前主流材料還是鋼和鋁合金,難以滿(mǎn)足21世紀(jì)汽車(chē)輕量化、合理化、環(huán)保化的要求。而鎂合金憑借其密度小,比強(qiáng)度高,比剛度高,減震性能好,優(yōu)異的鑄造、切削加工性能,易于回收利用以及豐富的資源等一系列優(yōu)點(diǎn)奪得了“21世紀(jì)最輕的綠色金屬結(jié)構(gòu)材料”的美譽(yù)。因此,鎂合金作為汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)支架的材料其優(yōu)越性相當(dāng)可觀(相比鋼和鋁合金)。
然而AZ91、AM60, AM50合金的強(qiáng)韌性偏低,壓鑄件的縮松較多,致使鎂合金在汽車(chē)結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用難以實(shí)現(xiàn)。 因此,在采用微量多元方法成功研發(fā)了一種新的高性能鎂合金的基礎(chǔ)之上,利用UG造型軟件對(duì)零件進(jìn)行建模,根據(jù)支架檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),采用ANSYS有限元分析軟件對(duì)支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,以確定支架結(jié)構(gòu)的可行性。利用理論計(jì)算與計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬軟件Anycasting設(shè)計(jì)并優(yōu)化鑄件的澆注系統(tǒng)及壓鑄工藝參數(shù),并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。利用力學(xué)性能試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)和無(wú)損探傷等手段對(duì)鑄件性能進(jìn)行評(píng)估,為鎂合金在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)支架上的應(yīng)用提供試驗(yàn)依據(jù)。
有限元分析結(jié)果表明,鎂合金發(fā)動(dòng)機(jī)支架的結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,在加載條件下,支架四個(gè)底座部位變形量較小,其中最大變形量為0.010457mm,最大應(yīng)力為58.885MPa。通過(guò)理論計(jì)算結(jié)合計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬能夠設(shè)計(jì)出合理的發(fā)動(dòng)機(jī)支架澆注系統(tǒng),并通過(guò)充型模擬試驗(yàn)確定了合適的排溢系統(tǒng)位置;通過(guò)正交模擬試驗(yàn)對(duì)支架的壓鑄工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,獲得最佳的工藝參數(shù)為澆注溫度690℃,模具溫度220℃,壓射速度為4.8m/s。在此工藝參數(shù)下,支架成形良好,表面光潔,組織致密,鑄件力學(xué)性能可以達(dá)到:抗拉強(qiáng)度254.44MPa,屈服強(qiáng)度232.71MPa,伸長(zhǎng)率為7.33%。壓縮試驗(yàn)結(jié)果表明,底座最大變形量0.08mm,其滿(mǎn)足檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求。剖切試驗(yàn)結(jié)果表明,在支架上端厚壁部位存在較小的縮孔缺陷,其模擬結(jié)果基本吻合。
高性能復(fù)雜薄壁鎂合金汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)支架的研制和推廣,實(shí)現(xiàn)了鎂合金汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)支架的應(yīng)用,解決了鎂合金難以成為結(jié)構(gòu)件的重大難題;同時(shí),采用計(jì)算機(jī)模擬輔助優(yōu)化過(guò)程的設(shè)計(jì)方法,縮短了研發(fā)時(shí)間,減少了資金消耗,增強(qiáng)了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的技術(shù)附加值,沖破了環(huán)保制約汽車(chē)行業(yè)發(fā)展的“瓶頸”,最終實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)行業(yè)的利益和環(huán)保的“共贏”,以此推動(dòng)汽車(chē)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的進(jìn)程。
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