Introduksjon
Med utviklingen av bilindustrien vokser markedet for støtbjelker i aluminiumslegering også raskt, om enn fortsatt relativt lite i totalstørrelse. I følge prognosen fra Automotive Lightweight Technology Innovation Alliance for det kinesiske markedet for støtbjelker i aluminiumslegering, anslås markedsetterspørselen å være rundt 140 000 tonn innen 2025, med en markedsstørrelse som forventes å nå 4,8 milliarder RMB. Innen 2030 anslås markedsetterspørselen å være omtrent 220 000 tonn, med en estimert markedsstørrelse på 7,7 milliarder RMB, og en sammensatt årlig vekstrate på omtrent 13 %. Utviklingstrenden for lettvekt og den raske veksten av mellom- til høyprisbilmodeller er viktige drivende faktorer for utviklingen av støtbjelker i aluminiumslegering i Kina. Markedsutsiktene for støtbjelker i biler er lovende.
Etter hvert som kostnadene synker og teknologien utvikler seg, blir frontkollisjonsbjelker og kollisjonsbokser i aluminiumslegering gradvis mer utbredt. For tiden brukes de i mellomklassen til de mer eksklusive bilmodellene som Audi A3, Audi A4L, BMW 3-serie, BMW X1, Mercedes-Benz C260, Honda CR-V, Toyota RAV4, Buick Regal og Buick LaCrosse.
Slagbjelker av aluminiumslegering består hovedsakelig av støtbjelker, kollisjonsbokser, monteringsplater og tauekrokhylser, som vist i figur 1.
Figur 1: Slagbjelkemontering i aluminiumslegering
Kollisjonsboksen er en metallboks plassert mellom kollisjonsbjelken og to langsgående bjelker i kjøretøyet, og fungerer i hovedsak som en energiabsorberende beholder. Denne energien refererer til kraften fra kollisjonen. Når et kjøretøy opplever en kollisjon, har kollisjonsbjelken en viss grad av energiabsorberende evne. Men hvis energien overstiger kollisjonsbjelkens kapasitet, vil den overføre energien til kollisjonsboksen. Kollisjonsboksen absorberer all kollisjonskraften og deformerer seg selv, slik at de langsgående bjelkene forblir uskadet.
1 Produktkrav
1.1 Dimensjonene må overholde tegningens toleransekrav, som vist i figur 2.
1.3 Krav til mekanisk ytelse:
Strekkfasthet: ≥215 MPa
Flytegrense: ≥205 MPa
Forlengelse A50: ≥10%
1.4 Ytelse ved knusing av kollisjonsboks:
Langs kjøretøyets X-akse, bruk en kollisjonsflate som er større enn produktets tverrsnitt, og belast med en hastighet på 100 mm/min til sammenpressing, med en kompresjonsmengde på 70 %. Profilens startlengde er 300 mm. Ved krysset mellom forsterkningsribben og ytterveggen bør sprekkene være mindre enn 15 mm for å anses som akseptable. Det bør sikres at den tillatte sprekkdannelsen ikke kompromitterer profilens evne til å absorbere energi i knusing, og det bør ikke være noen betydelige sprekker i andre områder etter sammenpressing.
2 Utviklingstilnærming
For å samtidig oppfylle kravene til mekanisk ytelse og knuseevne, er utviklingsmetoden som følger:
Bruk 6063B-stang med en primærlegeringssammensetning på Si 0,38–0,41 % og Mg 0,53–0,60 %.
Utfør luftkjøling og kunstig aldring for å oppnå T6-tilstanden.
Bruk tåke + luftslukking og utfør overaldringsbehandling for å oppnå T7-tilstand.
3 Pilotproduksjon
3.1 Ekstruderingsforhold
Produksjonen utføres på en 2000T ekstruderingspresse med et ekstruderingsforhold på 36. Materialet som brukes er homogenisert aluminiumsstang 6063B. Oppvarmingstemperaturene for aluminiumsstangen er som følger: IV sone 450-III sone 470-II sone 490-1 sone 500. Hovedsylinderens gjennombruddstrykk er rundt 210 bar, med den stabile ekstruderingsfasen med et ekstruderingstrykk nær 180 bar. Ekstruderingsakselhastigheten er 2,5 mm/s, og profilekstruderingshastigheten er 5,3 m/min. Temperaturen ved ekstruderingsutløpet er 500–540 °C. Bråkjølingen utføres ved hjelp av luftkjøling med venstre vifteeffekt på 100 %, midtre vifteeffekt på 100 % og høyre vifteeffekt på 50 %. Den gjennomsnittlige kjølehastigheten i bråkjølingssonen når 300–350 °C/min, og temperaturen etter at den har forlatt bråkjølingssonen er 60–180 °C. For tåke + luft-slokking når den gjennomsnittlige kjølehastigheten innenfor varmesonen 430–480 °C/min, og temperaturen etter at den har forlatt slokkesonen er 50–70 °C. Profilen viser ingen betydelig bøying.
3.2 Aldring
Etter T6-aldringsprosessen ved 185 °C i 6 timer, er materialets hardhet og mekaniske egenskaper som følger:
I henhold til T7-aldringsprosessen ved 210 °C i 6 timer og 8 timer, er materialets hardhet og mekaniske egenskaper som følger:
Basert på testdataene oppfyller tåke- og luftslukkingsmetoden, kombinert med 210 °C/6 timers aldringsprosess, kravene til både mekanisk ytelse og knusingstesting. Med tanke på kostnadseffektivitet ble tåke- og luftslukkingsmetoden og 210 °C/6 timers aldringsprosess valgt for produksjon for å oppfylle produktets krav.
3.3 Knusetest
For den andre og tredje stangen er hodeenden avskåret med 1,5 m, og haleenden er avskåret med 1,2 m. To prøver hver tas fra hode-, midtre og haleseksjonen, med en lengde på 300 mm. Knusingstester utføres etter aldring ved 185 °C/6t og 210 °C/6t og 8t (mekaniske ytelsesdata som nevnt ovenfor) på en universell materialtestmaskin. Testene utføres med en lastehastighet på 100 mm/min med en kompresjonsmengde på 70 %. Resultatene er som følger: for tåke + luft-bråkjøling med 210 °C/6t og 8t aldringsprosessene oppfyller knusetestene kravene, som vist i figur 3-2, mens de luftbråkjølte prøvene viser sprekkdannelser for alle aldringsprosesser.
Basert på resultatene av knusetesten oppfyller tåke- og luftslukking med aldringsprosessene 210 °C/6 t og 8 t kundens krav.
4 Konklusjon
Optimalisering av bråkjølings- og aldringsprosesser er avgjørende for en vellykket produktutvikling og gir en ideell prosessløsning for crash box-produktet.
Gjennom omfattende testing har det blitt fastslått at materialtilstanden for krasjboksproduktet bør være 6063-T7, bråkjølingsmetoden er tåke + luftkjøling, og aldringsprosessen ved 210 °C/6 timer er det beste valget for ekstrudering av aluminiumsstenger med temperaturer fra 480–500 °C, ekstruderingsakselhastighet på 2,5 mm/s, ekstruderingsdysetemperatur på 480 °C og ekstruderingsutløpstemperatur på 500–540 °C.
Redigert av May Jiang fra MAT Aluminum
Publisert: 07. mai 2024
