汽车仪表板横梁.doc

汽车仪表板横梁(Cross Car Beam)是支撑人机界面控制所需设备和装饰件。并和其他安全件一起构成cockpit安全系统。保护车内驾驶员及乘客的结构件，其强度与刚度是其性能的首要指标。随着社会的进步和科技的发展，特别是进入新世纪以来人们对新的生活理念以及高品质、个性化、时尚、便利、快捷的生活方式的追求与憧憬，生态思想与可持续发展观深入人心，这就为材料科学以及材料的加工成形技术的研究提出了更多、更高的要求，势必加速材料的更新换代，以新型的节能、环保、轻型、高力学性能的材料来取代现有的非经济型材料。在金属材料方面，镁合金材料将是未来金属材料发展的优先选择。特别是近年来，随着汽车工业的迅速发展，人们对汽车轻量化的要求日益提高，使得镁合金越来越受到材料和材料加工研究者的青睐。镁合金的加工成形方法日趋成熟和多样化，但目前对镁合金材料的加工技术的研究依然不足，有很大的发展余地，这也使得我们对镁合金加工技术的前景充满了期待！1.镁合金加工技术的现状九十年代以来, 特别是19952004年间为我国镁合金工业快速发展期，在科技进步推动下，我国镁合金工业得到长足发展，10 年来年均增长率达到17。2004 年我国皮江法炼镁又有新的增长：原镁产量45.0 万吨，镁合金13.58 万吨，镁粒（粉）9.13 万吨，出口镁合金产品38.37 万吨，连续多年为世界镁生产大国和出口大国。出口创汇7.32 亿美元，出口额在10 种有色金属中居第4 位，净出口创汇额居有色金属之首。据中国有色金属工业协会统计显示，2004 年全国镁冶炼企业148家的销售收入69.15 亿元，同比增长46.54。10 年来，我国皮江法炼镁能源和矿石资源的单耗均下降了1/32。但与之相对应的镁合金加工技术却不能与之同步，在很大程度上滞后于飞速发展的镁合金熔炼技术，这也是导致我国制造和出口的镁合技术含量不高、竞争力不足的直接原因。1.1 镁合金材料的性能及应用镁合金因具有密度小，比强度、比刚度高，机加工性能优良，减振性优异等一系列优点，具有广泛的应用前景，尤其是在汽车工业领域。镁合金与铝合金一样皆可再融解精炼，回收性极佳，是属于环保材料，目前逐渐受到工业界之重视。但由于镁合金之结晶构造属于最密六方格子（HCP），具有异方向性，成形加工时，其机械性质易受金属流动之影响，因此加工温度、加工速度、加工量之控制均较钢铁、铜合金、铝合金等更加严格。镁合金制件是现有最轻的实用金属之一，其具有下列特色：比强度优越，切削性良好（切削加工容易），振动吸收特性优越，电磁波遮蔽性（EMI）良好，此外镁合金具有热传导能力高、防辐射和抗干扰的特点。目前主要应用于汽车、飞机、直升机、机构零件，笔记型计算机外壳、PDA外壳、移动电话外壳、数字相机或摄影机外壳等正开发中，用以代替目前使用的铝和塑料。1.2 目前镁合金的加工方法主要有铸造成型与变形成型1.2.1 镁合金铸造成型铸造镁合金的成形方法主要有：砂型铸造、压力铸造（热室压铸、冷室压铸）、注射成形等。新的压铸技术如真空压铸及挤压铸造近来也用于镁合金的成形，压力铸造和注射成形属于近净成形加工，其产品的表面质量和内在质量更优异，生产率更高，适合大规模生产且能进行自动控制，已成为铸造镁合金成形的最具发展潜力的技术。我国铸造镁合金生产主要是采用砂型铸造法，产量低，污染大，不能满足工业化生产的要求。为了适应大规模和高质量生产镁合金汽车零件、电子产品零件和携带电器外壳的要求，开展铸造镁合金成形技术的研究显得特别重要。在镁合金的铸造成型方法中,压铸成型是非常具有潜力的一种成型方法。由于镁合金具有低密度，低熔点，低动力学粘度，低比热容，低相变潜热以及与铁的亲和力小等特点，使其更具有熔化耗能少、充型速度快、凝固速度快、实际压铸周期短，模具使用寿命长等优点，极适合采用压铸技术进行成型加工，直接制备出薄壁和具有复杂形状的零部件，从而达到替代钢、铝合金、塑料，而实现产品轻量化的目的。我国镁合金压铸的产业化还刚刚起步，到目前为止，国内只有上海乾通汽车附件有限公司用德国技术为大众汽车公司的桑塔纳轿车配套生产变速箱壳体和壳盖，镁合金的用量仅为8.5kg/ 辆，而国外汽车的镁合金用量平均为40kg/ 辆。可见我国镁合金在汽车行业中有广阔的应用市场，发展潜力巨大。1.2.2 镁合金件变形成型目前压铸镁合金产品用量大于变形产品，但经过锻造、挤压或轧制等工艺生产出的变形镁合金产品具有更高的强度，更好的延展性，具有铸造镁合金产品无法取代的优良性能，国际镁协会(IMA)在他制定的开发与应用镁合金三个阶段中，长期的目标就是要开发变形镁合金，其新合金、新工艺。镁合金可以用轧制、挤压、冲压、热锻等方式进行加工。1)轧制镁合金在室温下塑性很低，轧制加工比较困难，因此最好用热轧与温轧。适于轧制的镁合金牌号有Mg-Mn 系的MBl，MB8，Mg-A1-Zn 系的AZ31B 和Mg-Li 系LAl41，可以生产厚板，中板和薄板。镁合金薄板用于制造汽车车体组件之外板(如车门，罩盖，护板，顶板等)，可大大减轻重量。但目前镁合金板材在耐腐蚀性能方面尚存在一些问题，还有待开发研究，这方面的工作是很有意义的。2)挤压目前，镁合金管、棒、带、型材主要采用挤压方法加工成型，因为挤压工业最适用于低塑性材料的成形加工。大部分变形镁合金如AZ31B， ZM21,ZK60A,HK31 等均可用挤压法生产。挤压法生产的零件，其力学性能较压铸法生产的要高很多，而且表面光洁，无需再经打磨，可用于汽车承载件如坐架、底盘框、轮毂和汽车窗框等。制作薄壁镁合金管件，由于其截面面积可以缩小，因此可显著减重。3)冲压镁合金在常温下不宜冲压，一般；中压温度都必须在150以上，在175时，镁合金板杯形件拉伸时的拉伸比可达2.0,在225时可达3.0,超过了铝合金和低碳钢的常温拉伸成形极限（它们分别为2.6 和2.2）。德国大众汽车公司开发出镁合金汽车覆盖件的热冲压成形技术，加工出汽车的门板。4)等温锻造镁合金在常温下容易脆裂，锻造温度须在200以上至400之间。但镁合金在高温下，尤其在超过400时产生腐蚀氧化以及晶粒粗大，锻造温度范围较窄。而镁合金导热系数较大几乎为钢的2 倍，接触模具后降温很快，塑性降低，变形抗力增加，充填性能下降，因此镁合金锻造较难，而适合于采用等温锻造。我国已用等温锻造工艺成功的成形了复杂的镁合金飞机上机匣。2.镁合金加工技术的发展趋势表1 AZ31，AZ61 与ZK60 在适宜的条件下呈现的超塑性能2.1 超塑成形镁合金塑性较低，用常规变形方法加工较难，近年来美、日等国科学家对镁合金的超塑成形技术进行了研究。研究表明，很多变形镁合金在一定的条件下具有超塑性，可以一次成形复杂的零件。上表为AZ31，AZ612 与ZK60 在适宜的条件下呈现的超塑性能。由上表数据可见，不论板材和棒材，其最大延伸率均可达200以上，而变形抗力却非常之低，这就为成形加工提供了极为有利的条件，可以用很小的力量，一次成形复杂的零件。但有两点要注意：(1)材料的晶粒度要小于10，这就要求对材料进行一定变形量的预加工，如挤压、轧制等以破碎其原始晶粒度。(2)应变速率均较低，尤其是AZ 系合金AZ31，AZ61 等应变速率更低，这对大批量生产是很不利的。近年来很多科学家致力于高应变速率超塑合金的研究，取得了进展。陈拂曦等人对变形合金MB26 进行了研究，MB26 是由MBl5(相当于ZK60A)加入稀土元素钇形成的。其特点是强度高，耐热性强、耐腐蚀性好，研究结果发现，MB26 在250-480温度范围内，应变速率为1.6710-3-4.110-2S-1 时有超塑性，在350-450温度范围内有良好的超塑性，最大延伸率大于520，在400，应变速率为1.17 10-2S-1，最大延伸率达1450，而流变应力仅为8.7mPa，应变速率敏感性指数m=0.6，其应变速率比ZK60A 还要高10 倍，最大延伸大了一倍多。镁合金的超塑成形是一个很有前途的成形方法，既简化了成型工艺，又能生产出力学性能好、尺寸精度高、表面光洁的产品，这对汽车工业是尤其合适的成形方法。可以相信，在可预见的未来超塑成形将成为镁合金加工的一种重要而且广泛应用的方法，将镁合金的成形加工提升到更加宽广的境地。2.2 半固态成形目前的镁合金部件制造以压铸法为主。压铸法采用将液态镁合金高速、高压注入金属模具的方法。如采用这种方法，需要金属模型加注通道部分的“浇口”，加注口的“闸门”以及从金属模型中流出的溢流口等必要组成部分。不过，这种方法的原料使用量高于成品，为了二次利用需要进行回熔。因此，造成了能源浪费。另外，熔化的镁合金与大气接触后会产生激烈的氧化反应并引起燃烧，所以压铸成型是一种危险作业，为了防止燃烧采用了SF6 气体。这种气体的温室效应系数非常高（2万以上），所以今后将逐步禁止使用。最近，日本产业技术综合研究所的基础材料研究部门宣布，与SEP及名机制作所联合开发成功了镁合金新加工技术“无浇口射出成型法”。新技术采用将半熔状合金加压注入金属模型成型的方法。在名机制作所的镁合金射出成型机上安装了SEP 开发的无浇口热流道，利用产综研开发的固液共存状态成型加工技术确立了该技术。无浇口射出成型法在射出成型喷嘴上加大了研究力度，采用将固体镁合金加热至可形成固液共存状态的温度后，通过活塞加压注入金属模型的方法。熔化的镁合金不与空气接触，因此不会因氧化引发燃烧，显著提高了安全性，此外，还可不使用SF6 气体便可完成成型加工。另外，通过采用将固液共存状态的镁合金加压注入金属模型的成型方法，还可生产出铸造缺陷较少的高质量产品，这也是其优点之一。因可减少浇口、闸门及溢流口等多余部分，因此产出量从