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基本信息

項(xiàng)目名稱:
高性能復(fù)雜薄壁鎂合金汽車發(fā)動(dòng)機(jī)支架
小類:
能源化工
簡介:
本作品為高性能復(fù)雜薄壁鎂合金汽車發(fā)動(dòng)機(jī)支架,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,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),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,為鎂合金在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)支架上的應(yīng)用提供試驗(yàn)依據(jù)。
詳細(xì)介紹:
本作品為高性能復(fù)雜薄壁鎂合金汽車發(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),是汽車的主要結(jié)構(gòu)件之一。 目前,汽車發(fā)動(dòng)機(jī)支架的主要材料是鋼和鋁合金,難以滿足21世紀(jì)汽車輕量化、合理化、環(huán)?;囊蟆6V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,致使鎂合金在汽車結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用難以實(shí)現(xiàn)。 因此,我們?cè)诓捎梦⒘慷嘣椒ǔ晒ρ邪l(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),并通過充型模擬試驗(yàn)確定了合適的排溢系統(tǒng)位置;通過正交模擬試驗(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。 本作品的研制和推廣,實(shí)現(xiàn)了鎂合金汽車發(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)品開發(fā)的技術(shù)附加值,沖破了環(huán)保制約汽車行業(yè)發(fā)展的“瓶頸”,最終實(shí)現(xiàn)了汽車行業(yè)的利益和環(huán)保的“共贏”,以此推動(dòng)汽車行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的進(jìn)程。

作品圖片

  • 高性能復(fù)雜薄壁鎂合金汽車發(fā)動(dòng)機(jī)支架
  • 高性能復(fù)雜薄壁鎂合金汽車發(fā)動(dòng)機(jī)支架

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

為了推動(dòng)汽車輕量化進(jìn)程,實(shí)現(xiàn)汽車行業(yè)的發(fā)展和環(huán)保共贏的目標(biāo)。本作品以汽車發(fā)動(dòng)機(jī)支架為研究對(duì)象,根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及性能要求,利用微量多元合金化技術(shù)開發(fā)出一種低成本高強(qiáng)韌鎂合金(其性能達(dá)到:σb≥250MPa,σs≥145MPa,δ5≥10%)。采用有限元分析軟件優(yōu)化鑄件結(jié)構(gòu),并利用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬優(yōu)化鑄件的澆注系統(tǒng)及工藝參數(shù),成功試制出高性能鎂合金汽車發(fā)動(dòng)機(jī)支架。

科學(xué)性、先進(jìn)性

目前,強(qiáng)韌性及制造工藝是制約鎂合金在汽車上廣泛應(yīng)用的主要因素。鎂合金在汽車上的應(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。本作品開發(fā)出的高強(qiáng)韌鎂合金材料能夠滿足汽車結(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)品開發(fā)的可靠性,這些對(duì)于開發(fā)復(fù)雜鎂合金汽車結(jié)構(gòu)件具有重要的指導(dǎo)意義。本作品實(shí)現(xiàn)了高性能鎂合金在汽車結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用,對(duì)加快汽車輕量化進(jìn)程,實(shí)現(xiàn)汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有劃時(shí)代意義。同時(shí),鎂合金汽車發(fā)動(dòng)機(jī)支架的應(yīng)用也標(biāo)志著我國鎂合金產(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)于提高我國鎂合金產(chǎn)品的檔次,促進(jìn)我國汽車工業(yè)趕超國際先進(jìn)水平都具有重要的戰(zhàn)略意義。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

作品所處階段

中試階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

可以通過“專利權(quán)轉(zhuǎn)讓”或“專利實(shí)施許可”方式進(jìn)行

作品可展示的形式

實(shí)物、產(chǎn)品

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)支架主要用于固定發(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),是汽車的主要結(jié)構(gòu)件之一。本作品利用優(yōu)化的壓鑄工藝和微量多元合金化的方法,在降低成本的同時(shí)增加其強(qiáng)韌性、減震性、抗沖擊性能,實(shí)現(xiàn)了鎂合金汽車發(fā)動(dòng)機(jī)支架的應(yīng)用。在汽車時(shí)代的中國,鎂合金汽車發(fā)動(dòng)機(jī)支架在市場(chǎng)上將會(huì)有很大的發(fā)展空間。而且按照中國汽車行業(yè)發(fā)展態(tài)勢(shì),汽車產(chǎn)量會(huì)繼續(xù)大幅增加,而鎂合金發(fā)動(dòng)機(jī)支架的節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)效益將能更加明顯。

同類課題研究水平概述

1國外發(fā)展動(dòng)態(tài) 近年來,北美、歐洲和日本等發(fā)達(dá)國家相繼出臺(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。美國汽車材料公司和美國能源部在 2001年啟動(dòng)了用于動(dòng)力系統(tǒng)的鎂合金鑄件開發(fā)課題,目標(biāo)是開發(fā)耐熱鎂合金以應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng),擬開發(fā)V6 發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體,油底盤和前閥蓋。德國大眾(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),使鎂合金在汽車上的應(yīng)用達(dá)到一個(gè)新臺(tái)階。日本豐田汽車的方向盤加裝安全氣囊后質(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,開發(fā)出鎂合金超輕量發(fā)動(dòng)機(jī)。目前日本的各家汽車公司都生產(chǎn)和應(yīng)用了大量的鎂合金殼體類壓鑄件。 2國內(nèi)發(fā)展動(dòng)態(tài) 我國目前在鎂工業(yè)方面擁有三項(xiàng)“世界冠軍”。第一是鎂資源大國,儲(chǔ)量居世界首位。在青海鹽湖蘊(yùn)藏著氯化鎂32億噸,硫酸鎂16億噸。在遼寧、山西、寧夏、內(nèi)蒙、河南等省區(qū)菱鎂礦均有很大儲(chǔ)量,僅遼寧大石橋一帶的儲(chǔ)量就占世界菱鎂礦的60%以上,礦石品位高40%。 目前,國內(nèi)鎂合金在汽車上的應(yīng)用主要是一些非結(jié)構(gòu)件(如殼體類),其中上海乾通汽車附件公司引進(jìn)德國技術(shù),為上海大眾汽車公司配套生產(chǎn)鎂合金變速箱殼體、殼蓋鑄件;南京華宏有限公司壓鑄廠生產(chǎn)微型車鎂合金變速箱鑄件等。目前上汽的桑塔納轎車使用鎂合金量約為8.5kg的變速器外殼,年用鎂量達(dá)2000t以上,另外鎂合金踏板支架壓鑄件也已開始批量生產(chǎn)供貨。目前已正式應(yīng)用于生產(chǎn)JM1大馬力柴油發(fā)動(dòng)機(jī)氣門室罩蓋總體來說,目前鎂合金研究幾乎都圍繞應(yīng)用中出現(xiàn)的問題,或以應(yīng)用為背景的基礎(chǔ)研究。鎂合金在汽車上的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到人們預(yù)想的程度,無論從產(chǎn)量還是從質(zhì)量上與國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比都存在較大差距。
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