目前,随着汽车制造业的快速发展,激光直接成型技术逐渐成为汽车制造业的发展趋势。以激光激活的热塑性塑料为基础,采用LDS技术,即可高效、经济地生产出优于传统电路板的模塑互连器件。

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中国是镁生产和镁资源的大国,也是汽车生产的大国,发展汽车用镁享有得天独厚的条件。

而作为汽车制造业的又一发展趋势,塑铝复合部件则为轻量化应用提供了新的解决方案。目前,朗盛化学已为这两项应用提供了定制化的材料方案。

朗盛的大面积结构部件是基于连续纤维强化、半成型热塑性复合材料设计的,表面积较大、极薄且轻。此种部件还上可集成各种功能,正如梅赛德斯-奔驰S系敞篷轿车中厚度仅为一毫米的新款模块支架,能够搭载多个控制器。德国朗盛特种化学公司开发了一种成熟的轻质结构部件生产方法——塑料金属混合技术。该技术系统地结合了塑料和金属的优点。多年来,朗盛公司一直利用这种技术来制造前端、踏板箱和刹车踏板等汽车零部件。这种混合技术利用玻纤增强尼龙6进行注射成型,而在金属部件方面则利用钢或铝板作为原料。而这种混合动力技术现在已经被朗盛公司扩展到圆形或矩形金属的空心型材制造中。高性能材料业务部门的轻量级结构项目经理Lukas
schrer解释说:“与板状金属相比,空心型材具有更高的尺寸稳定性以及更强的扭转强度和刚度。并且我们相信,这种新型的“空心轮廓混合技术”能够制造出交叉车梁之类的部件,而使用传统的塑料金属混合技术却无法使产品获得足够的弹性。”

镁与镁合金特性及汽车应用出发点

采用塑铝复合部件,可有效减轻重量,并降低油耗,提升操控性。新款奥迪TT轿车是第一部在车辆前端使用塑铝材料的车型。此前,汽车前端通常采用钢铁成份的混合材料。

朗盛采用的是一种成本效益高且一步到位的工艺,而该过程还面临着诸多挑战,HPM商业部门技术应用开发人员的混合技术专家Boris
Koch解释道:“它需要能够将金属平稳自动地插入到注塑模具中。而在生产过程中,这些金属插入物导致的尺寸公差又有可能会损坏工具。如果在工具系统中出现了尺寸不足的插入漏洞就可能会产生这种结果。”此外,为了避免在注射成型过程中由于熔体压力过大而导致的型材破裂,这个过程必须允许金属的插入。而这种工艺的另一个挑战则是如何在塑料和金属之间制造一个持久且形状合适的连接。而Koch还介绍道:“我们最后开发出一个适合大规模生产的工艺,该工艺只需要投资标准注塑模具和机器,就可以像标准注塑成型一样进行生产,并且可以缩短周期时间,整个生产过程就像金属板的经典混合技术一样简单。”

镁合金在汽车上的应用始于20世纪20年代用于赛车上。1936年大众Beetle汽车发动机和传动系统上用了超过18kg的镁合金,到20世纪80年代初,大众共生产1900万辆Beetle车,用掉约38万t镁合金。

据朗盛化学半结晶产品部“合必得”复合技术专家Martin
Klocke介绍,用铝替代钢铁制造汽车部件可以减轻15%的重量。因此,用于奥迪TT轿车的前端结构部件采用了模内组装法,将三层薄铝板与朗盛公司在复合技术领域中广泛应用的Durethan牌号的BKV
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PA6增强玻璃纤维组合在一起生产而出。这一部件由系统部件供应商佛吉亚集团在德国英戈尔斯塔特的工厂内制造出来,然后直接交付奥迪公司。

除了交叉车梁,这种新型混合技术在其他具有较高机械要求的结构部件生产方面也具有非常大的潜力。Schröer表示:“至于轻型汽车零部件,我们考虑则是座椅结构、前端、尾门和卡车上的镜架。但是同时我们也看到了这种技术在家具、梯子、和婴儿车制造上的潜力。”

1982年通过严格限制Fe、Cu、Ni等杂质的含量,镁合金的耐蚀性问题得到了解决,大大促进了镁合金在汽车行业的应用。

Martin
Klocke介绍说,塑铝复合前端部件不仅有助于降低汽车油耗,还可以通过减轻汽车前部的重量,提高汽车前部的稳定性,从而提升车辆的操控性。此外,塑铝复合部件的采用为奥迪的设计师们带来了更大的施展空间,他们可以为新款车型的前端赋予更多特性,例如,头灯和保险杠的接合点,引擎罩插销,冷却循环系统的组成零件,保险杠安装架螺母,电缆固定卡夹,以及在与行人发生碰撞时起到更好保护作用的位置更靠后的车底凸缘。

朗盛公司提供定制的聚酰胺化合物作为注塑成型的材料,用于中空成型的混合技术。Koch解释道:“这包括流动性较强的材料品种,用于生产形状复杂的肋状结构,还包括具有高度填充性材料如PA6,它们出色的机械性能将混合部件的结构性能提升到一个更高的水平。”

当今,钢铁、铝合金和塑料是汽车上使用最多的三大类材料,按重量计算,三类材料占整车比例合计约为80%,其中钢和铁约占62%,铝合金和塑料大体相当,均占8%~10%。镁合金在汽车上的应用比例约为0.3%,平均重量约5kg,但近几年的增幅却较大。

朗盛化学为佛吉亚和奥迪两家公司的塑铝复合前端部件的开发提供了一系列技术支持。通过与佛吉亚公司密切合作,朗盛化学的设计团队帮助优化了汽车的前端支架,提高了轿车的NVH特性(总成噪声、振动、声振粗糙度)。此外,朗盛化学还通过数据测算提高了轿车前部的总体强度;通过流变仿真优化了材料的流动,确保了模内的充满性,从而令部件的变形最小化;通过优化生产参数保证了初始产量的实现。

朗盛目前正致力于将混合技术应用到更简单且更有竞争力的压铸或挤压成型中去。“即使是由纤维增强复合材料制成的空心部件也可以用到这种新型混合技术。这使得制造商能够进一步减少大规模生产结构部件的重量。”
Koch说道。

镁的比重为1.74g/cm3,铝2.7g/cm3,钢和铁7.8g/cm3,塑料通常0.83~2.2g/cm3。镁比铝轻约三分之一,使用镁合金有利于汽车轻量化、有利于节能和减排。据资料介绍:轿车质量每减轻100kg,油耗可降低5%。如果每辆汽车使用70kg镁合金,CO2年排放量能减少30%以上。汽车减重可以提高其加速性能;顶部和车门减重,可以降低汽车重心,增强稳定性;前部减重,可以使汽车重心后移,改善操纵性能。镁合金具有较高比强度、比刚度,镁合金的比强度高于铝合金和钢,与工程塑料相当。其比刚度接近铝合金和钢,远高于工程塑料。

Martin
Klocke称,由于可以显著降低部件的重量,因此塑铝复合技术有望在车顶支架和仪表板加强件上得到广泛应用,其在汽车制造业中的应用潜力将非常巨大。为此,朗盛化学将积极为该应用提供先进的材料及技术解决方案。

文章链接:中塑在线

此外,镁的减振系数远高于铝和钢铁,具有优良的抗冲击性能,有利于减振降噪,因此在转向盘骨架、转向管柱支架、气门室罩盖等汽车零部件中得到较为广泛应用。镁合金具有良好浇铸性和尺寸稳定性,可以浇铸成薄壁、网状和复杂零件,可以整体浇铸,减少零件数目,提高模具使用寿命。同时,镁合金具有良好的可加工性,降低了生产成本。因此在整体仪表板骨架等汽车零部件中得到较为广泛应用。镁还具有强的抗电磁干扰能力,可以实现100%回收再利用。
但是,镁合金还存在耐高温和抗腐蚀性能较差的不足。
据中国有色金属工业协会镁业分会统计,2006年,中国生产原镁52.6万t、镁合金21.1万t,中国已是目前世界上最大的镁和镁合金生产国和出口国。由于中国镁业的竞争,2006年原国外最大镁生产企业宣布关闭其下属规模最大的加拿大工厂,并有意向出售另外两家工厂。目前,日本国内对镁的需求全部依靠进口,其中从中国进口比例超过90%。
关于镁合金的价格,长期以来镁合金价格高于铝合金,但从2006年起,两者价格大体持平。

镁合金在汽车上的应用

  1. 转向盘骨架

目前,在北美地区,约有80%的新车采用镁合金转向盘骨架。

TMGI(Tonsberg Magnesium Group
International)是一家在瑞典证券市场的上市公司,在挪威、瑞典、波兰、美国、墨西哥开展业务,主要产品为镁合金转向盘骨架,其研究报告指出:2004年全球6200万辆汽车产量中约2600万辆采用镁合金转向盘骨架。TMGI主要客户为天合、奥托立夫、凯安全系统等安全和汽车内饰汽车零部件一级供应商,一级供应商的产品再为福特、宝马等整车企业供货。TMGI为宝马配套的产量达20万件/年;其墨西哥工厂,为奥托立夫供货,2007年签署协议,5年供150万件,最终产品供给福特公司。

  1. 转向管柱支架

马瑞丁技术公司(Meridian Technologies
Inc.)是全球最大的镁合金汽车铸件供应商,总部位于加拿大,在全球5个国家建有6个工厂,加拿大、美国、意大利、英国各1个,中国2个(上海镁镁合金压铸有限公司、重庆玛瑞丁博奥镁业有限公司),全球共计员工1350人。原股东:Teksid(中文名:泰克西,意大利Fiat集团成员)51%,Hydro49%;后Hydro将股份转让给瑞士Estatia为首的财团公司,现该财团还计划收购Teksid所持公司股份以达到独资。

目前,公司每年生产转向管柱支架400万件。另外,还年产仪表板骨架400万件、四轮驱动变速器壳体和变速器盖200万件、前端支架80万件、座椅骨架40万件。

  1. 仪表板骨架

美国朗特制造公司(Lunt Manufacturing Co.,
Inc.)为宝马X5制造的仪表板骨架,材料AM60,设备4000t冷室压铸。该项目2007年荣获北美铸造协会(The
North American Die Casting Association) 0.5磅以上铸造优秀奖。

  1. 永利集团游戏平台官网「主页」欢迎您,座椅骨架

马瑞丁技术公司生产,为捷豹车型配套,材料AM50A。

  1. 气门室罩盖

材料基本为AZ91D。

  1. 变速器壳体和变速器盖

上海大众桑塔纳轿车变速器壳体采用镁合金。本田雅阁2006 Acura
TSX北美版变速器壳体采用镁合金。

  1. 其它

前端支架

制造商马瑞丁技术公司2003年,福特F
150型汽车开始使用压铸镁合金前端支架,该前端支架支撑散热器、前照灯、喇叭等,替代了原来由12块冲压钢材零件所组合而成的部件。

进气歧管

制造商皮尔博格公司Pierburg GmbH,材料AZ91D,应用于宝马V12发动机。

发动机托架

制造商马瑞丁技术公司材料AE44,应用车型通用雪佛莱Z06,替代原来的铝合金构件。

车门内板

制造商LUNT制造公司,材料AZ91D,应用车型通用凯迪拉克XLR。

发动机复合缸体

宝马公司走在了发动机缸体应用镁合金的前列。2004年,6缸直列镁铝复合汽油机缸体投放市场,气缸部分为铝合金AlSi17Cu4Mg,外部基座为镁合金MgAl6Sr2,现已进行批量生产。

其它应用有镁车轮、自动变速离合器活塞、离合器壳、后视镜支架、前照灯托架、机油滤清器壳体、气门罩和凸轮轴罩等。

制约镁合金在汽车上应用的重要因素

镁合金对于汽车有重要的应用价值,但目前欧、美汽车平均每车用镁量仅为5kg~6kg,主要受到以下因素的约束:

1.
价格。经济性比较是与现有材料使用全过程总成本的比较,包括材料、制造、防腐、连接装配、维修等。另外,价格的稳定性也是非常重要的内容。

  1. 防腐蚀问题。

  2. 连接问题。

4.
在汽车轻量化材料相互替代过程中,镁合金行业的基础工作明显落后于钢铁、铝合金和塑料行业。在当今汽车零部件一级供应商中,只有极少数公司供应镁合金产品。

中国是镁生产和镁资源的大国,也是汽车生产的大国,发展汽车用镁享有得天独厚的条件。中国的整车厂、汽车零部件厂、原材料厂、设备厂、科研院所、金融机构、协会、政府等应积极携起手来,共同推进汽车镁产业的快速健康发展。

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