1. Introduksjon
Lettvekt av bil begynte i utviklede land og ble opprinnelig ledet av tradisjonelle bilgiganter. Med kontinuerlig utvikling har det fått betydelig fart. Fra det tidspunktet indianere først brukte aluminiumslegering for å produsere bilbrekkaksler til Audis første masseproduksjon av all-aluminium-biler i 1999, har aluminiumslegering sett en robust vekst i bilapplikasjoner på grunn av fordelene som lav tetthet, høy spesifikk styrke og stivhet, God elastisitet og påvirkningsmotstand, høy resirkulerbarhet og høy regenereringshastighet. I 2015 hadde søknadsandelen av aluminiumslegering i biler allerede oversteg 35%.
Kinas bilindustrien startet for mindre enn 10 år siden, og både teknologien og applikasjonsnivået henger etter utviklede land som Tyskland, USA og Japan. Imidlertid, med utviklingen av nye energikjøretøyer, utvikler materiell lettvekt raskt. Kinas utnyttelse av økningen av nye energikjøretøyer, viser Kinas lette teknologi for bilindustrien med å fange opp utviklede land.
Kinas marked for lettvekt materialer er stort. På den ene siden, sammenlignet med utviklede land i utlandet, startet Kinas lettvektsteknologi sent, og den generelle kjøretøyets fortauskant er større. Tatt i betraktning målestokken for lette materialeres andel i utlandet, er det fremdeles rikelig rom for utvikling i Kina. På den annen side, drevet av politikk, vil den raske utviklingen av Kinas nye energikjøretøyindustri øke etterspørselen etter lette materialer og oppmuntre bilbedrifter til å gå mot lettvekt.
Forbedring av utslipps- og drivstofforbruksstandarder er å tvinge akselerasjonen av bilens lettvekt. Kina implementerte Kina VI -utslippsstandardene fullt ut i 2020. I henhold til "evalueringsmetoden og indikatorene for drivstofforbruk av personbiler" og "energisparing og ny energikjøretøysteknologi," veikart, "5,0 l/km drivstofforbruksstandard. Når man tar hensyn til det begrensede rommet for betydelige gjennombrudd i motorteknologi og utslippsreduksjon, kan vedtak av tiltak til lette bilkomponenter effektivt redusere kjøretøyutslipp og drivstofforbruk. Lettvekt av nye energikjøretøyer har blitt en essensiell vei for bransjens utvikling.
I 2016 utstedte China Automotive Engineering Society "Energy Saving and New Energy Vehicle Technology Roadmap", som planla faktorer som energiforbruk, cruiseområde og produksjonsmateriell for nye energikjøretøyer fra 2020 til 2030. Lettvekt vil være en nøkkelretning for fremtidig utvikling av nye energikjøretøyer. Lettvekting kan øke cruiseområdet og adressere “rekkeviddeangst” i nye energikjøretøyer. Med den økende etterspørselen etter utvidet cruiseområde, blir bilindustrien haster, og salget av nye energikjøretøyer har vokst betydelig de siste årene. I henhold til kravene i poengsystemet og den "midt-til-lang-sikt utviklingsplanen for bilindustrien", anslås det at innen 2025 vil Kinas salg av nye energikjøretøyer overstige 6 millioner enheter, med en sammensatt årlig vekst rate som overstiger 38%.
2. Aaluminum legeringsegenskaper og applikasjoner
2.1 Kjennetegn på aluminiumslegering
Tettheten av aluminium er en tredjedel av stål, noe som gjør det lettere. Den har høyere spesifikk styrke, god ekstruderingsevne, sterk korrosjonsmotstand og høy resirkulerbarhet. Aluminiumslegeringer er preget av ved å være først og fremst sammensatt av magnesium, og viser god varmemotstand, gode sveiseegenskaper, god utmattelsesstyrke, manglende evne til å bli styrket ved varmebehandling og evnen til å øke styrken gjennom kaldt arbeid. 6 -serien er preget av ved å være først og fremst sammensatt av magnesium og silisium, med MG2SI som den viktigste styrkingsfasen. De mest brukte legeringene i denne kategorien er 6063, 6061 og 6005a. 5052 aluminiumplate er en aluminiumsplate i al-MG-serien, med magnesium som hovedlegeringselementet. Det er den mest brukte aluminiumslegeringen av anti-rust. Denne legeringen har høy styrke, høy utmattelsesstyrke, god plastisitet og korrosjonsbestandighet, kan ikke styrkes av varmebehandling, har god plastisitet i semikaldt arbeidsherding, lav plastisitet i kaldt arbeidsherding, god korrosjonsresistens og gode sveiseegenskaper. Det brukes hovedsakelig til komponenter som sidepaneler, takdeksler og dørpaneler. 6063 Aluminiumslegering er en varmebehandlelig styrkingslegering i Al-MG-Si-serien, med magnesium og silisium som de viktigste legeringselementene. Det er en varmebehandlbar styrkende aluminiumslegeringsprofil med middels styrke, hovedsakelig brukt i strukturelle komponenter som kolonner og sidepaneler for å bære styrke. En introduksjon til aluminiumslegeringskarakterer er vist i tabell 1.
2.2 Ekstrudering er en viktig formingsmetode for aluminiumslegering
Ekstrudering av aluminiumslegering er en varm formingsmetode, og hele produksjonsprosessen innebærer å danne aluminiumslegering under treveis trykkspenning. Hele produksjonsprosessen kan beskrives som følger: a. Aluminium og andre legeringer smeltes og støpes i de nødvendige aluminiumslegeringsbillettene; b. De forvarmede billettene settes inn i ekstruderingsutstyret for ekstrudering. Under virkningen av hovedsylinderen dannes aluminiumslegeringsbillet til de nødvendige profilene gjennom formen i formen; c. For å forbedre de mekaniske egenskapene til aluminiumsprofiler, utføres løsningsbehandling under eller etter ekstrudering, etterfulgt av aldringsbehandling. De mekaniske egenskapene etter aldringsbehandling varierer i henhold til forskjellige materialer og aldringsregimer. Varmebehandlingsstatusen til lastebilprofiler av boksetype er vist i tabell 2.
Ekstruderte produkter av aluminiumslegering har flere fordeler i forhold til andre formingsmetoder:
en. Under ekstrudering oppnår det ekstruderte metallet en sterkere og mer ensartet treveis trykkspenning i deformasjonssonen enn å rulle og smi, slik at den helt kan spille plastisiteten til det bearbeidede metallet. Det kan brukes til å behandle vanskelige metaller som ikke kan behandles ved å rulle eller smi og kan brukes til å lage forskjellige komplekse hule eller solide tverrsnittskomponenter.
b. Fordi geometrien til aluminiumsprofiler kan varieres, har komponentene deres høy stivhet, noe som kan forbedre stivheten til kjøretøyets kropp, redusere NVH -egenskapene og forbedre kjøretøyets dynamiske kontrollegenskaper.
c. Produkter med ekstruderingseffektivitet, etter slukking og aldring, har betydelig høyere langsgående styrke (R, RAZ) enn produkter behandlet ved andre metoder.
d. Overflaten av produkter etter ekstrudering har god farge og god korrosjonsresistens, og eliminerer behovet for annen overflatebehandling mot korrosjon.
e. Ekstruderingsprosessering har stor fleksibilitet, lave verktøy- og formkostnader, og kostnader med lave designendringer.
f. På grunn av kontrollerbarheten til tverrsnitt av aluminiumprofil, kan graden av komponentintegrasjon økes, antall komponenter kan reduseres, og forskjellige tverrsnittsdesign kan oppnå presis sveiseposisjonering.
Ytelsen sammenligning mellom ekstruderte aluminiumsprofiler for lastebiler av boks og vanlig karbonstål er vist i tabell 3.
Neste utviklingsretning for aluminiumslegeringsprofiler for lastebiler av boks: Forskningsretningen til nye materialer for aluminiumslegeringsprofiler for lastebiler av boks-type er vist i figur 1.
3. Aluminum legeringsboksboksestruktur, styrkeanalyse og verifisering
3.1 Aluminiumslegeringsboksbilstruktur
Boksebilbeholderen består hovedsakelig av montering av frontpanelet, venstre og høyre sidepanelmontering, bakdør sidepanelmontering, gulvmontering, takenhet, samt U-formede bolter, sidevakter, bakvakter, gjørme klaffer og andre tilbehør koblet til andreklassen chassis. Boksen kroppskors bjelker, søyler, sidebjelker og dørpaneler er laget av ekstruderte profiler for aluminiumslegering, mens gulvet og takpanelene er laget av 5052 aluminiumslegeringsflateplater. Strukturen til aluminiumslegeringsboksen er vist i figur 2.
Ved å bruke den varme ekstruderingsprosessen i 6-serien aluminiumslegering kan danne komplekse hule tverrsnitt, kan en utforming av aluminiumsprofiler med komplekse tverrsnitt spare materialer, oppfylle kravene til produktstyrke og stivhet og oppfylle kravene til gjensidig forbindelse mellom forskjellige komponenter. Derfor er hovedstrålens designstruktur og seksjonsmomenter av treghet I og motstandende øyeblikk W vist i figur 3.
En sammenligning av hoveddataene i tabell 4 viser at seksjonsmomentene til treghet og motstandende øyeblikk av den designet aluminiumsprofilen er bedre enn de tilsvarende dataene for den jernlagde stråleprofilen. Stivhetskoeffisientdataene er omtrent de samme som for den tilsvarende jernlagde stråleprofilen, og oppfyller alle deformasjonskravene.
3.2 Maksimal belastningsberegning
Tar den viktigste bærende komponenten, tverrbjelken, som objektet, beregnes den maksimale belastningen. Den nominelle belastningen er 1,5 t, og tverrbjelken er laget av 6063-T6 aluminiumlegeringsprofil med mekaniske egenskaper som vist i tabell 5. Strålen er forenklet som en utkragingsstruktur for kraftberegning, som vist i figur 4.
Tar en 344 mm spennstråle, beregnes trykkbelastningen på strålen som F = 3757 N basert på 4,5T, som er tre ganger standard statisk belastning. q = f/l
hvor q er den indre belastningen av bjelken under belastningen, n/mm; F er belastningen som bjelken bæres, beregnet basert på 3 ganger standard statisk belastning, som er 4,5 t; L er lengden på bjelken, mm.
Derfor er den indre stresset Q:
Stressberegningsformelen er som følger:
Det maksimale øyeblikket er:
Å ta den absolutte verdien av øyeblikket, m = 274283 n · mm, maksimal belastning σ = m/(1,05 × w) = 18,78 MPa, og den maksimale stressverdien σ <215 MPa, som oppfyller kravene.
3.3 Tilkoblingsegenskaper for forskjellige komponenter
Aluminiumslegering har dårlige sveiseegenskaper, og dens sveisepunktstyrke er bare 60% av grunnmaterialstyrken. På grunn av tildekking av et lag med AL2O3 på aluminiumslegeringsoverflaten, er smeltepunktet til AL2O3 høyt, mens smeltepunktet for aluminium er lavt. Når aluminiumslegering sveises, må AL2O3 på overflaten raskt brytes for å utføre sveising. Samtidig vil resten av AL2O3 forbli i aluminiumslegeringsløsningen, noe som påvirker aluminiumslegeringsstrukturen og reduserer styrken til aluminiumslegeringssveisepunktet. Derfor, når du designer en all-aluminiumbeholder, blir disse egenskapene vurdert fullt ut. Sveising er den viktigste posisjoneringsmetoden, og de viktigste bærende komponentene er koblet sammen med bolter. Tilkoblinger som nagler og svalehale -struktur er vist i figur 5 og 6.
Hovedstrukturen i kroppen for all-aluminium-boksen vedtar en struktur med horisontale bjelker, vertikale søyler, sidebjelker og kantstråler som er sammenlåsing med hverandre. Det er fire tilkoblingspunkter mellom hver horisontal bjelke og vertikal søyle. Tilkoblingspunktene er utstyrt med serrated pakninger for å mesh med den serraterte kanten av den horisontale bjelken, og effektivt forhindrer glidning. De åtte hjørnepunktene er hovedsakelig forbundet med stålkjerneinnsatser, fikset med bolter og selvlåsende nagler, og forsterket av 5 mm trekantede aluminiumsplater sveiset inne i boksen for å styrke hjørneposisjonene internt. Det eksterne utseendet på boksen har ingen sveising eller utsatte tilkoblingspunkter, noe som sikrer boksenes generelle utseende.
3.4 Se synkron ingeniørteknologi
SE -synkron ingeniørteknologi brukes til å løse problemene forårsaket av store akkumulerte størrelsesavvik for å matche komponenter i boksekroppen og vanskene med å finne årsakene til hull og flathetssvikt. Gjennom CAE-analyse (se figur 7-8) blir en sammenligningsanalyse utført med jernproduserte kassekropper for å sjekke den generelle styrken og stivheten til kassekroppen, finne svake punkter og ta tiltak for å optimalisere og forbedre designskjemaet mer effektivt .
4. Lysvektseffekt av aluminiumslegeringsboksbil
I tillegg til kassekroppen, kan aluminiumslegeringer brukes til å erstatte stål for forskjellige komponenter av lastebilbeholdere av bokstype, for eksempel mudguards, bakvakter, sidevakter, dørlåser, dørhengsler og bakre forkle, oppnå en vektreduksjon på 30% til 40% for lastekammen. Vektreduksjonseffekten for en tom 4080mm × 2300mm × 2200mm lastekontainer er vist i tabell 6. Dette løser problemene med overdreven vekt, manglende overholdelse av kunngjøringer og forskriftsrisiko for tradisjonelle jernproduserte lastekommer.
Ved å erstatte tradisjonelt stål med aluminiumslegeringer for bilkomponenter, kan ikke bare utmerkede lyseffekter oppnås, men det kan også bidra til drivstoffbesparelser, reduksjon av utslipp og forbedret kjøretøyets ytelse. For tiden er det forskjellige meninger om bidraget fra lettvekt til drivstoffbesparelser. Forskningsresultatene fra International Aluminium Institute er vist i figur 9. Hver 10% reduksjon i kjøretøyets vekt kan redusere drivstofforbruket med 6% til 8%. Basert på innenlandsk statistikk kan redusere vekten til hver personbil med 100 kg redusere drivstofforbruket med 0,4 l/100 km. Bidraget fra lettvekt til drivstoffbesparelser er basert på resultater oppnådd fra forskjellige forskningsmetoder, så det er en viss variasjon. Imidlertid har bilens lettvekt en betydelig innvirkning på å redusere drivstofforbruket.
For elektriske kjøretøyer er lettvektseffekten enda mer uttalt. Foreløpig er enhetens energitetthet av kraftbatterier med elektriske kjøretøyer betydelig forskjellig fra tradisjonelle væskebrenselbiler. Vekten på kraftsystemet (inkludert batteriet) til elektriske kjøretøyer utgjør ofte 20% til 30% av den totale kjøretøyets vekt. Samtidig er det en verdensomspennende utfordring å bryte gjennom ytelsesflaskehalsen av batterier. Før det er et stort gjennombrudd i batteriteknologi med høy ytelse, er lettvekt en effektiv måte å forbedre cruiseområdet for elektriske kjøretøyer. For hver 100 kg reduksjon i vekt, kan cruiseområdet for elektriske kjøretøy økes med 6% til 11% (forholdet mellom vektreduksjon og cruiseområde er vist i figur 10). Foreløpig kan ikke cruiseområdet for rene elektriske kjøretøyer tilfredsstille folks behov, men å redusere vekten med en viss mengde kan forbedre cruiseområdet betydelig, lette rekkevidden og forbedre brukeropplevelsen.
5. Konklusjon
I tillegg til all-aluminiumstrukturen i aluminiumslegeringsboksen som ble introdusert i denne artikkelen, er det forskjellige typer boksbiler, for eksempel aluminium honningkakepaneler, aluminiumsspenneplater, aluminiumsrammer + aluminiumsskinn og jernaluminium hybrid loddbeholdere . De har fordelene med lett vekt, høy spesifikk styrke og god korrosjonsmotstand, og krever ikke elektroforetisk maling for korrosjonsbeskyttelse, noe som reduserer miljøpåvirkningen av elektroforetisk maling. Aluminiumslegeringsboksbilen løser grunnleggende problemene med overdreven vekt, manglende overholdelse av kunngjøringer og regulatoriske risikoer ved tradisjonelle jernproduserte lastekommer.
Ekstrudering er en essensiell prosesseringsmetode for aluminiumslegeringer, og aluminiumsprofiler har utmerkede mekaniske egenskaper, så komponentene i seksjonen er relativt høy. På grunn av den variable tverrsnittet, kan aluminiumslegeringer oppnå kombinasjonen av flere komponentfunksjoner, noe som gjør det til et godt materiale for lette bilvekt. Imidlertid står den utbredte anvendelsen av aluminiumslegeringer overfor utfordringer som utilstrekkelig designfunksjon for aluminiumslegeringer, dannelses- og sveiseproblemer, og høye utviklings- og promoteringskostnader for nye produkter. Hovedårsaken er fremdeles at aluminiumslegering koster mer enn stål før gjenvinningsøkologien til aluminiumslegeringer blir moden.
Avslutningsvis vil applikasjonsomfanget av aluminiumslegeringer i biler bli bredere, og bruken deres vil fortsette å øke. I dagens trender med energisparing, reduksjon av utslipp og utvikling av den nye energikjøretøyindustrien, med en utdypende forståelse av aluminiumslegeringsegenskaper og effektive løsninger på aluminiumslegeringsproblemer, vil aluminium ekstruderingsmaterialer være mer utbredt i billig lettvekt.
Redigert av May Jiang fra Mat Aluminium
Post Time: Jan-12-2024
