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镁在汽车中的应用趋势和优点 G．西蒙兹 B．苏 米里登技术公司 摘要：FI趋增加的安全保护和电子设施的需求使得每一代新车的重量也U益增加。同时，政府也在立法要求减 少c0．气体的排放量和燃油的消耗量。为了弥补汽车增重的冲击，汽车制造商们应该采用轻_鸯化的材料和技术也满足人 们【|盐增长的安令性能的需求。 本文着眼于一些轻量化镁材料的生产，优势以及镁的设计趋势，也着眼于‘些现在或将来即将庸用于减熏的镁材料 和提高燃料燃烧效砷夏．可操控性能等。 引言 每一代新车的生产都会增加其重量，在1990年到2002年间，北美家庭轿车的重量从3140．5磅增加 到3357．5磅?。下面的图表给出了2款普及型轿车以及它们在10多年间重晕的增加。 l轿车 1986重量(磅) 2005重量(磅) I本田雅阁 2529 3109 I大众高尔夫 2028 2897 重量的增加是由许多因素造成的。附期1的安全需求，增加的舒适感，车载电子设施和汽车性能的 增加都引起了汽车的增重。同时，政府立法要求汽车制造商减少排放和燃料消耗。有几种方法来实现 这些：采用不同的推进器，或者提高当前内燃机的燃料效率。这些町以通过提高汽车的驱动效率和减 轻汽车的重量和运行阻力来实现。如果汽车减重10％，则燃油燃烧效率可以提高大约6—8％”]。 镁合金的密度为1．89／cm。是可应用的最轻的结构材料，在汽车E的应用可以减轻汽车的重量以及提 高汽车的防撞性。 目前的应用 目前，有许多镁压铸件应用于汽车上，这些部件均采用必威体育精装版的CAE工具来进行设计以满足增加的防 撞性能和减重的要求[3]。 仪表板 压铸镁仪表板已经在20世纪90年代中叶进行了大批量的生产。第一代这种部件的重量大约为7— 8Kg，壁厚大约为3．5—4．0mm(图1)。 后代的镁仪表板的壁厚和重量都进一步的减小，但仍然保持着较高的防撞性和减震降噪／刚度的要 ·5 7· 求(图2)。后代的镁仪表板的重量大约为4．5-5．OKg 的FEA上具功能的强大和制造商制造技术的提高实现的。 刻的了解[4]。 壁厚大约为2．7-3．Omm。这些是由进行设计 同样，也是由人们对镁铸造的过程有了更加深 图1第一代镁仪表板的设计一8．3kg 圈2第二代镁仪表板 优点： 一一件设计优化的压铸镁仪表板结构件与钢结构件相比，可以提供大约50％的减重效果。与多件钢焊 接件相比，将许多的固定点集中到一个铸件不仅可以提高其尺寸稳定性，而且还可以保证其可重复性，导 致安装效率的提高和噪音的降低。压铸镁仪表板结构件在提供减重的同时，不仅满足旧且超过了减震降噪 和防撞性(保护驾驶员)的性能目标。 趋势： 设计韵趋势在于进～步的减重。Meridian技术有限公司开发的镁仪表板结构件目前的壁厚可以达到 2．3mm，可进一步的减轻部件的重量。螺纹成形紧固件的使用会减少夹紧紧固件的数量，以进一步的减 重。Meridian技术有限公司还开发了一种新型的设计镁仪表板结构件的方法，称为X Rib(正在申请 专利)，这种空间型的结构件(图3)可以进一步的减轻传统的镁仪表板结构件达25％，目标是减重达45％。 前置结构件 第一代压铸镁前置结构件于2003年生产，并用于福特F一1 50(图4)。 一件铸件的重是为6Kg，里面支撑着许多的部件包括散热器，前大灯，护罩，撞击传感器，门窗框突 ·58· 角，和线路束(图5)。这个设计集成了12个钢的冲压件到一个铸件中，为前轮节约了1 2Kg的压力 提供了消耗者150％的耐用性需求和改善了新车型的前置结构件的安装。 图3 图4第～代前置结构件 图5 优点： 对前轮大量的减重减轻了汽车的重量，同时，又提高了汽车的町操控性能。镁结构件可以提供优 良的前置结构件和扭转刚度。设计已经通过了防撞需求，铸件也已经通过了防撞测试，且具有耐用性 和可重复性。 防腐蚀溶液问题：大量的电流腐蚀保护溶液正在进行测试，并且这种溶液是健康的和经济的。 趋势： 工业化的趋势是朝更多的前置模块系统和敞开的车身结构方向发展。这种发展适合于1件镁铸件的 结构件，既可以提供其结构刚度，而且可以满足尺寸精确性和安装的可重复性以及保持安装间隙。 ·59· 座椅框架 铸造镁座椅框架可以提供更好的减重效果。美洲虎S型和x’丁型采用压铸镁座椅后背和衬垫(图 6)。可以将铸件设计成不同的模型或一个模型中有不同的装饰。美洲虎胜椅框架的设计已经通过的撞击测 试包括内侧冲击提供高的变形和后背冲击50mph(图7)。克莱斯勒迷你箱式汽车在第j排采用了镁座椅， 具有口『拆装的选择(图8)。60％和40％的后背框架比钢的设计节约了40％，并且可以提供优良的软装饰外 观。对于公共汽车，采用了60／40的两排切分的座椅后背概念。设计的中问座椅安全带的固定显示出良好 的町用性，并且通过了所有的撞击测试，