1.Introduktion
Letvægtning af biler begyndte i udviklede lande og blev oprindeligt ledet af traditionelle bilgiganter. Med kontinuerlig udvikling har det fået en betydelig momentum. Fra det tidspunkt, hvor indianere først brugte aluminiumslegering til at producere bilkrumtapaksler til Audis første masseproduktion af aluminiumbiler i 1999, har aluminiumslegering set en robust vækst i bilanvendelser på grund af dens fordele såsom lav tæthed, høj specifik styrke og stivhed, God elasticitet og påvirkningsmodstand, høj genanvendelighed og høj regenereringshastighed. I 2015 var anvendelsesandelen af aluminiumslegering i biler allerede overskredet 35%.
Kinas letvægtning af biler startede for mindre end 10 år siden, og både teknologi- og applikationsniveauet forsinkede sig bag udviklede lande som Tyskland, De Forenede Stater og Japan. Med udviklingen af nye energikøretøjer skrider materiale letvægts hurtigt. Ved at udnytte fremkomsten af nye energikøretøjer viser Kinas letvægtsteknologi en tendens til at indhente udviklede lande.
Kinas marked for letvægtsmaterialer er stort. På den ene side, sammenlignet med udviklede lande i udlandet, startede Kinas lette teknologi sent, og den samlede køretøjs kantstenvægt er større. I betragtning af benchmark for lette materialers andel i udlandet er der stadig rigelig plads til udvikling i Kina. På den anden side, drevet af politikker, vil den hurtige udvikling af Kinas nye energikøretøjsindustri øge efterspørgslen efter letvægtsmaterialer og tilskynde bilfirmaer til at bevæge sig mod letvægt.
Forbedring af emission og standarder for brændstofforbrug tvinger accelerationen af letvægtning af biler. Kina implementerede fuldt ud Kina VI -emissionsstandarder i 2020. I henhold til "Evalueringsmetoden og indikatorerne for brændstofforbrug af personbiler" og "Energibesparelse og nye energikøretøjsteknologiske køreplan", 5,0 L/km brændstofforbrugsstandard. Under hensyntagen til den begrænsede plads til betydelige gennembrud inden for reduktion af motorteknologi og emissioner, kan vedtagelse af foranstaltninger til lette bilkomponenter effektivt reducere køretøjsemissioner og brændstofforbrug. Letvægt af nye energikøretøjer er blevet en vigtig vej for industriens udvikling.
I 2016 udstedte China Automotive Engineering Society "Energibesparelse og nye energikøretøjsteknologiske køreplan", som planlagte faktorer såsom energiforbrug, krydstogtsområde og fremstillingsmateriale til nye energikøretøjer fra 2020 til 2030. Letvægt vil være en nøgleretning Til den fremtidige udvikling af nye energikøretøjer. Letvægtning kan øge krydstogtsområdet og adressere "rækkevidde" i nye energikøretøjer. Med den stigende efterspørgsel efter udvidet krydstogtsområde bliver bilens letvægtning presserende, og salget af nye energikøretøjer er vokset markant i de senere år. I henhold til kravene i scoringssystemet og "midt-til-lang-termudviklingsplan for bilindustrien", anslås det, at Kinas salg af nye energikøretøjer i 2025 vil overstige 6 millioner enheder med en sammensat årlig vækst sats på over 38%.
2.Aluminumlegeringskarakteristika og applikationer
2.1 Egenskaber ved aluminiumslegering
Tætheden af aluminium er en tredjedel af stål, hvilket gør det lettere. Det har højere specifik styrke, god ekstruderingsevne, stærk korrosionsbestandighed og høj genanvendelighed. Aluminiumslegeringer er kendetegnet ved primært sammensat af magnesium, der udviser god varmemodstand, gode svejsegenskaber, god træthedsstyrke, manglende evne til at blive styrket af varmebehandling og evnen til at øge styrken gennem koldt arbejde. 6 -serien er kendetegnet ved primært sammensat af magnesium og silicium med MG2SI som den vigtigste styrkende fase. De mest anvendte legeringer i denne kategori er 6063, 6061 og 6005A. 5052 Aluminiumsplade er en Al-MG-serie Alloy Aluminium Plate med magnesium som det vigtigste legeringselement. Det er den mest anvendte anti-rust aluminiumslegering. Denne legering har høj styrke, høj træthedsstyrke, god plasticitet og korrosionsbestandighed, kan ikke styrkes ved varmebehandling, har god plasticitet i halvkold arbejdehærdning, lav plasticitet i koldt arbejdehærdning, god korrosionsbestandighed og gode svejsegenskaber. Det bruges hovedsageligt til komponenter som sidepaneler, tagdæksler og dørpaneler. 6063 Aluminiumslegering er en varmebehandlingsstyrkende legering i Al-Mg-Si-serien med magnesium og silicium som de vigtigste legeringselementer. Det er en varmebehandlingsstyrkende aluminiumslegeringsprofil med medium styrke, hovedsageligt brugt i strukturelle komponenter, såsom søjler og sidepaneler til at bære styrke. En introduktion til aluminiumslegeringskvaliteter er vist i tabel 1.
2.2 Ekstrudering er en vigtig formningsmetode til aluminiumslegering
Aluminiumslegeringsekstrudering er en varm formningsmetode, og hele produktionsprocessen involverer dannelse af aluminiumslegering under trevejs trykspænding. Hele produktionsprocessen kan beskrives som følger: a. Aluminium og andre legeringer smeltes og støbes i de krævede aluminiumslegeringsbilletter; b. De forvarmede billetter sættes i ekstruderingsudstyret til ekstrudering. Under virkningen af hovedcylinderen dannes aluminiumslegeringsbilleten til de krævede profiler gennem formenes hulrum; c. For at forbedre de mekaniske egenskaber ved aluminiumsprofiler udføres opløsningsbehandling under eller efter ekstrudering, efterfulgt af aldrende behandling. De mekaniske egenskaber efter aldringsbehandling varierer afhængigt af forskellige materialer og aldrende regimer. Varmbehandlingsstatus for boks-lastbilprofiler er vist i tabel 2.
Aluminiumslegeringsekstruderede produkter har adskillige fordele i forhold til andre formningsmetoder:
en. Under ekstrudering opnår det ekstruderede metal en stærkere og mere ensartet trevejs trykspænding i deformationszonen end rullende og smedning, så det kan fuldt ud spille plasticiteten af det forarbejdede metal. Det kan bruges til at behandle vanskelige at deformere metaller, der ikke kan behandles ved at rulle eller smede og kan bruges til at fremstille forskellige komplekse hule eller faste tværsnitskomponenter.
b. Fordi geometrien af aluminiumsprofiler kan varieres, har deres komponenter høj stivhed, hvilket kan forbedre stivheden af køretøjets krop, reducere dens NVH -egenskaber og forbedre dynamiske kontrolkarakteristika for køretøjet.
c. Produkter med ekstruderingseffektivitet, efter slukning og aldring, har signifikant højere langsgående styrke (R, RAZ) end produkter, der er behandlet ved andre metoder.
d. Overfladen af produkter efter ekstrudering har god farve og god korrosionsbestandighed, hvilket eliminerer behovet for anden anti-korrosion overfladebehandling.
e. Ekstruderingsbehandling har stor fleksibilitet, lavt værktøjs- og skimmelsesomkostninger og omkostninger til lav designændring.
f. På grund af kontrollerbarheden af aluminiumsprofilstværsnit kan graden af komponentintegration øges, antallet af komponenter kan reduceres, og forskellige tværsnitsdesign kan opnå præcis svejsningspositionering.
Ydeevne-sammenligningen mellem ekstruderede aluminiumsprofiler til lastbiler af kassetype og almindeligt kulstofstål er vist i tabel 3.
Næste udviklingsretning af aluminiumslegeringsprofiler til boks-lastbiler: yderligere forbedring af profilstyrken og forbedring af ekstruderingsydelsen. Forskningsretningen for nye materialer til aluminiumslegeringsprofiler til lastbiler af kassetype er vist i figur 1.
3.Aluminum Alloy Box Truck -struktur, styrkeanalyse og verifikation
3.1 Aluminiumslegeringskasse Truckstruktur
Boksbokscontaineren består hovedsageligt af frontpanelmontering, venstre og højre sidepanelmontering, bagdørens sidepanelmontering, gulvmontering, tagsamling samt U-formede bolte, sidevagter, bagvagter, mudderklapper og andet tilbehør forbundet til det andenklasses chassis. Boksen Body Cross -bjælker, søjler, sidestråler og dørpaneler er lavet af ekstruderede profiler med aluminiumslegering, mens gulvet og tagpanelerne er lavet af 5052 aluminiumslegeringsfladeplader. Strukturen af aluminiumslegeringsboksen er vist i figur 2.
Brug af den varme ekstruderingsproces i 6-serien aluminiumslegering kan danne komplekse hule tværsnit, et design af aluminiumsprofiler med komplekse tværsnit kan spare materialer, opfylde kravene til produktstyrke og stivhed og opfylde kravene i gensidig forbindelse mellem Forskellige komponenter. Derfor er den vigtigste strålesignstruktur og sektionsmomenter af inerti I og modstå øjeblikke W vist i figur 3.
En sammenligning af de vigtigste data i tabel 4 viser, at de sektionsmomenter af inerti og modstand mod øjeblikke af den designede aluminiumsprofil er bedre end de tilsvarende data for den jernfremstillede bjælkeprofil. Stivhedskoefficientdataene er omtrent de samme som for den tilsvarende jernfremstillede bjælkeprofil, og alle opfylder deformationskravene.
3.2 Maksimal beregning af stress
Ved at tage den vigtigste bærende komponent beregnes tværbjælken, som objektet, den maksimale spænding. Den nominelle belastning er 1,5 t, og tværbjælken er lavet af 6063-T6 aluminiumslegeringsprofil med mekaniske egenskaber som vist i tabel 5. Strålen forenkles som en cantilever-struktur til kraftberegning, som vist i figur 4.
Ved at tage en 344 mm span -bjælke beregnes trykbelastningen på bjælken som f = 3757 N baseret på 4,5T, hvilket er tre gange den statiske standardbelastning. q = f/l
hvor q er den indre stress af bjælken under belastningen, N/mm; F er belastningen, der bæres af bjælken, beregnet baseret på 3 gange den statiske standardbelastning, som er 4,5 t; L er længden af bjælken, mm.
Derfor er den interne stress Q:
Formlen for stressberegning er som følger:
Det maksimale øjeblik er:
Tager den absolutte værdi af øjeblikket, M = 274283 N · mm, den maksimale stress σ = m/(1,05 × W) = 18,78 MPa, og den maksimale stressværdi σ <215 MPa, der opfylder kravene.
3.3 Forbindelsesegenskaber for forskellige komponenter
Aluminiumslegering har dårlige svejseegenskaber, og dens svejsepunktstyrke er kun 60% af basismaterialestyrken. På grund af dækning af et lag af AL2O3 på aluminiumslegeringsoverfladen er smeltepunktet for Al2O3 højt, mens smeltepunktet for aluminium er lavt. Når aluminiumslegering svejses, skal AL2O3 på overfladen hurtigt brydes for at udføre svejsning. På samme tid forbliver resten af AL2O3 i aluminiumslegeringsopløsningen, der påvirker aluminiumslegeringsstrukturen og reducerer styrken af aluminiumslegeringspunktet. Derfor, når man designer en aluminiumsbeholder, overvejes disse egenskaber fuldt ud. Svejsning er den vigtigste positioneringsmetode, og de vigtigste bærende komponenter er forbundet med bolte. Forbindelser såsom nitning og svalehalestruktur er vist i figur 5 og 6.
Hovedstrukturen i aluminiumkassens krop vedtager en struktur med vandrette bjælker, lodrette søjler, sidestråler og kantbjælker, der er sammenkoblet med hinanden. Der er fire forbindelsespunkter mellem hver vandret bjælke og lodret søjle. Forbindelsespunkterne er udstyret med serrerede pakninger til at mesh med den serrerede kant af den vandrette bjælke, hvilket effektivt forhindrer glidning. De otte hjørnepunkter er hovedsageligt forbundet med stålkerneindsatser, fastgjort med bolte og selvlåsende nitter og forstærket af 5 mm trekantede aluminiumsplader svejset inde i kassen for at styrke hjørnepositionerne internt. Kassens ydre udseende har ingen svejsning eller udsatte forbindelsespunkter, hvilket sikrer det samlede udseende af kassen.
3.4 SE synkron ingeniørteknologi
SE -synkron ingeniørteknologi bruges til at løse de problemer, der er forårsaget af store akkumulerede størrelsesafvigelser for matchende komponenter i kassekroppen og vanskelighederne med at finde årsagerne til huller og fladhedsfejl. Gennem CAE-analyse (se figur 7-8) udføres en sammenligningsanalyse med jernfremstillede kasselegemer for at kontrollere den samlede styrke og stivhed af kassekroppen, finde svage punkter og træffe foranstaltninger for at optimere og forbedre designskemaet mere effektivt .
4. Lysvægtningseffekt af aluminiumslegeringsboks lastbil
Ud over kassekroppen kan aluminiumslegering på 30% til 40% for lasterummet. Vægtteduktionseffekten for en tom 4080 mm × 2300mm × 2200 mm lastcontainer er vist i tabel 6. Dette løser grundlæggende problemer med overdreven vægt, manglende overholdelse af meddelelser og regulatoriske risici for traditionelle jernfremstillede lasterum.
Ved at erstatte traditionelle stål med aluminiumslegeringer til bilkomponenter kan ikke kun opnå fremragende letvægtseffekter, men det kan også bidrage til brændstofbesparelser, reduktion af emission og forbedret køretøjsydelse. På nuværende tidspunkt er der forskellige udtalelser om bidrag fra letvægt til brændstofbesparelser. Forskningsresultaterne fra International Aluminium Institute er vist i figur 9. Hver 10% reduktion i køretøjets vægt kan reducere brændstofforbruget med 6% til 8%. Baseret på indenlandske statistikker kan reducere vægten af hver personbil med 100 kg reducere brændstofforbruget med 0,4 L/100 km. Bidraget fra letvægt til brændstofbesparelser er baseret på resultater opnået fra forskellige forskningsmetoder, så der er en vis variation. Imidlertid har letvægtning af bilindustrien en betydelig indflydelse på at reducere brændstofforbruget.
For elektriske køretøjer er den lette effekt endnu mere udtalt. I øjeblikket er enhedens energitæthed af elektriske køretøjets strømbatterier markant forskellige fra traditionelle flydende brændstofkøretøjer. Vægten af kraftsystemet (inklusive batteriet) af elektriske køretøjer tegner sig ofte for 20% til 30% af den samlede køretøjsvægt. Samtidig er det en verdensomspændende udfordring at bryde gennem ydelsesflaskehalsen af batterier. Inden der er et stort gennembrud i højtydende batteriteknologi, er letvægtning en effektiv måde at forbedre krydstogtsområdet for elektriske køretøjer på. For hver 100 kg vægt i vægt, kan krydstogtsområdet for elektriske køretøjer øges med 6% til 11% (forholdet mellem vægttab og krydstogtsområde er vist i figur 10). I øjeblikket kan krydstogtsområdet af rene elektriske køretøjer ikke imødekomme de fleste menneskers behov, men at reducere vægten med et bestemt beløb kan forbedre krydstogtsområdet markant, lette rækkevidde og forbedre brugeroplevelsen.
5. Konklusion
Ud over aluminiumslegeringslegeringsboksen, der er introduceret i denne artikel, er der forskellige typer kassevogne, der er introduceret i denne artikel, er der forskellige typer kassevogne, såsom aluminiums honningkampaneler, aluminiumsspændingsplader, aluminiumsrammer + aluminiumskind og jern-aluminiums hybridkastbeholdere. . De har fordelene ved let vægt, høj specifik styrke og god korrosionsmodstand og kræver ikke elektroforetisk maling til korrosionsbeskyttelse, hvilket reducerer miljøpåvirkningen af elektroforetisk maling. Aluminiumslegeringsboksen Lastbil løser grundlæggende problemerne med overdreven vægt, manglende overholdelse af meddelelser og lovgivningsmæssige risici for traditionelle jernfremstillede lasterum.
Ekstrudering er en væsentlig behandlingsmetode for aluminiumslegeringer, og aluminiumsprofiler har fremragende mekaniske egenskaber, så komponenternes sektionsstivhed er relativt høj. På grund af det variable tværsnit kan aluminiumslegeringer opnå kombinationen af flere komponentfunktioner, hvilket gør det til et godt materiale til letvægtning af biler. Imidlertid står den udbredte anvendelse af aluminiumslegeringer over for udfordringer, såsom utilstrækkelig designkapacitet til aluminiumslegeringsgodum, dannelse og svejsningsproblemer og høje udviklings- og promoveringsomkostninger for nye produkter. Hovedårsagen er stadig, at aluminiumslegering koster mere end stål, før genanvendelsesøkologien af aluminiumslegeringer bliver moden.
Afslutningsvis vil anvendelsesomfanget af aluminiumslegeringer i biler blive bredere, og deres brug vil fortsætte med at stige. I de aktuelle tendenser med energibesparelse, reduktion af emission og udvikling af den nye energikøretøjsindustri med den uddybende forståelse af aluminiums alloyegenskaber og effektive løsninger på aluminiumslegeringsapplikationsproblemer, vil aluminiumsekstruderingsmaterialer blive brugt mere i bilens lette vægt.
Redigeret af May Jiang fra Mat Aluminium
Posttid: Jan-12-2024
