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大型镁合金压铸件的冲铆连接技术及应用

2017-11-14 11:55:29 厦门天研仪器有限公司 阅读

乘用车轻量化发展需求
  镁合金的密度1.8g/cm3,大致为铝合金密度的1/3,是实际工程应用中最轻的金属结构材料。通过在乘用车中批量应用镁合金铸件可以有效地降低整车重量,提高燃油经济性。根据目前的通用计算方法乘用车总质量每减轻100kg,燃油耗可降低5%。如果每辆汽车使用70kg镁合金部件,CO2年排放量能减少30%以上。与目前汽车轻量化材料相互替代过程中,铝合金和工程塑料获得广泛应用相比,镁合金部件明显落后。在目前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。镁合金部件的全过程总成本的比较,包括材料、制造、防腐、连接装配、维修等方面的原因是制约其广泛应用的重要因素,其中如何保障镁合金部件与其它部件可靠地连接是其中一个重要的障碍。
  应用镁合金部件的驱动力及发展趋势
  随着节能环保要求的逐步严格,从A级车到C级车都面临着减低整车重量,减小排放以满足环保要求。根据欧盟法规,在2020年乘用车的CO2排放将从2015年的130g/km下降至95g/km,这就意味着燃油消耗必须从目前的水平下降25%才能够满足需求。提高发动机的燃烧效率,减小整车重量,减小空气阻力,减小滚动阻力和减小摩擦等方法均被用来降低燃油消耗。在上述方法中,降低整车重量大致可以降低燃油消耗9%。为了最大限度地降低整车重量,大型集成结构的镁合金部件的应用就成为汽车轻量化工作中的一个重要的研究与开发方向。
  目前,镁合金车门内板、仪表板、前端水箱框架等大型镁合金铸件已经在乘用车上获得了广泛的应用。此类部件的共同特点是尺寸较大,通常长度大于1m,并充分利用铸造过程的优势,最大限度地集成了周边的部件,形成了结构复杂的大型集成铸件。这些大型集成铸件通常需要采用3000t以上的压铸机才能够满足生产。
  车身连接技术
  随着轻量化车身开发的迫切,越来越多的连接方式被开发出来。总体上来说,车身的连接技术可以分为热连接和冷连接两种方式。热连接主要包括MIG焊、电阻焊和激光焊等方法,冷连接主要包括粘接、自攻螺钉和自冲铆接等方法。目前大型镁合金铸件的主要生产工艺是高压铸造,铸件内部不可避免的含有少量气体,加之考虑到镁合金易于氧化的特性及较低的电极电位,采用焊接方式进行连接难以实现。冷连接成为镁合金部件主要的连接方式,如何合理的选择连接方式以获得良好的连接强度并避免连接电偶腐蚀问题就成为目前开发的重点。
  镁合金中通道铸件连接技术开发
  铸件需要通过螺纹和螺柱两种连接方式与周围的部件进行连接。按照一般部件的连接方式考虑,螺纹连接可以通过在铸件上加工螺纹孔的方式形成连接;通过在铸件上焊接螺柱的方式形成螺柱连接。然而,对大型镁合金铸件进行螺纹加工,不仅容易出现加工废品,而且会显着增加生产成本,导致客户无法接受铸件的价格。由于镁合金铸件的可焊性较差,焊接螺柱几乎没有可能实现。
  通过在铸件上预设孔,并应用带有螺纹的弹簧夹片的方式解决了螺纹连接问题。如何实现螺柱的连接则是一个比较困难的问题,先后考虑了多种技术方案。焊接:考虑到可焊性的问题,焊接方案被放弃;结构胶:考虑采用结构胶粘接方案可能会出现疲劳和底纹脆性问题,没有采用此方案。镶铸:在镁合金方向盘骨架的生产中曾经广泛采用过镶铸工艺,但是直接镶铸螺柱的成功概率和强度都不高,而且模具比较复杂,下镶件时会显着影响生产效率。预铸安装孔:安装孔公差不易控制,可能还需要机械加工。自冲铆连接:预铸孔尺寸要求不高,可应用涂层防止电偶腐蚀,可以较好地满足螺柱的连接强度和尺寸精度要求,最终选择此方法完成了螺柱的连接设计,实现了铸件的批量生产。