Indledning
Med udviklingen af bilindustrien vokser markedet for kollisionsbjælker i aluminiumslegering også hurtigt, omend stadig relativt lille i samlet størrelse. Ifølge prognosen fra Automotive Lightweight Technology Innovation Alliance for det kinesiske marked for kollisionsbjælker i aluminiumslegering anslås markedsefterspørgslen at være omkring 140.000 tons i 2025, med en markedsstørrelse forventet at nå 4,8 milliarder RMB. I 2030 forventes markedsefterspørgslen at være cirka 220.000 tons, med en anslået markedsstørrelse på 7,7 milliarder RMB og en sammensat årlig vækstrate på omkring 13%. Udviklingstendensen inden for letvægtsfremstilling og den hurtige vækst i mellem- til high-end køretøjsmodeller er vigtige drivende faktorer for udviklingen af kollisionsbjælker i aluminiumslegering i Kina. Markedsudsigterne for kollisionsbokse til biler er lovende.
Efterhånden som omkostningerne falder, og teknologien udvikler sig, bliver frontkollisionsbjælker og kollisionsbokse i aluminium gradvist mere udbredte. I øjeblikket bruges de i mellem- til dyre bilmodeller som Audi A3, Audi A4L, BMW 3-serie, BMW X1, Mercedes-Benz C260, Honda CR-V, Toyota RAV4, Buick Regal og Buick LaCrosse.
Slagbjælker af aluminiumslegering består hovedsageligt af slagbjælker, kollisionsbokse, monteringsplader og trækkroghylstre, som vist i figur 1.
Figur 1: Slagbjælkesamling af aluminiumslegering
Kollisionsboksen er en metalboks placeret mellem kollisionsbjælken og to langsgående bjælker i køretøjet, og fungerer i bund og grund som en energiabsorberende beholder. Denne energi refererer til anslagskraften. Når et køretøj oplever en kollision, har kollisionsbjælken en vis grad af energiabsorberende evne. Men hvis energien overstiger kollisionsbjælkens kapacitet, vil den overføre energien til kollisionsboksen. Kollisionsboksen absorberer al anslagskraften og deformerer sig selv, hvilket sikrer, at de langsgående bjælker forbliver ubeskadigede.
1 Produktkrav
1.1 Dimensioner skal overholde tegningens tolerancekrav, som vist i figur 2.
1.3 Krav til mekanisk ydeevne:
Trækstyrke: ≥215 MPa
Flydespænding: ≥205 MPa
Forlængelse A50: ≥10%
1.4 Kraftkassens knusningsevne:
Langs køretøjets X-akse, brug en kollisionsflade større end produktets tværsnit, og belast med en hastighed på 100 mm/min indtil sammentrykning, med en kompressionsmængde på 70%. Profilens startlængde er 300 mm. Ved krydset mellem forstærkningsribben og ydervæggen skal revnerne være mindre end 15 mm for at blive betragtet som acceptable. Det skal sikres, at den tilladte revnedannelse ikke kompromitterer profilens evne til at absorbere energi i tryk, og der må ikke være væsentlige revner i andre områder efter sammentrykning.
2 Udviklingstilgang
For samtidig at opfylde kravene til mekanisk ydeevne og knusningsevne er udviklingsmetoden som følger:
Brug en 6063B-stang med en primær legeringssammensætning på Si 0,38-0,41% og Mg 0,53-0,60%.
Udfør luftkølende behandling og kunstig ældning for at opnå T6-tilstanden.
Brug tåge + luftdæmpning og udfør overældningsbehandling for at opnå T7-tilstanden.
3 Pilotproduktion
3.1 Ekstruderingsbetingelser
Produktionen udføres på en 2000T ekstruderingspresse med et ekstruderingsforhold på 36. Det anvendte materiale er homogeniseret aluminiumstang 6063B. Opvarmningstemperaturerne for aluminiumstangen er som følger: IV zone 450-III zone 470-II zone 490-1 zone 500. Hovedcylinderens gennembrudstryk er omkring 210 bar, hvor den stabile ekstruderingsfase har et ekstruderingstryk tæt på 180 bar. Ekstruderingsakselhastigheden er 2,5 mm/s, og profilekstruderingshastigheden er 5,3 m/min. Temperaturen ved ekstruderingsudløbet er 500-540°C. Kølingen udføres ved hjælp af luftkøling med venstre ventilatoreffekt på 100%, midterste ventilatoreffekt på 100% og højre ventilatoreffekt på 50%. Den gennemsnitlige kølehastighed inden for kølningszonen når 300-350°C/min, og temperaturen efter udgang fra kølningszonen er 60-180°C. For tåge + luft-dæmpning når den gennemsnitlige kølehastighed i opvarmningszonen 430-480 °C/min, og temperaturen efter at have forladt dæmpningszonen er 50-70 °C. Profilen udviser ingen signifikant bøjning.
3.2 Aldring
Efter T6-ældningsprocessen ved 185 °C i 6 timer er materialets hårdhed og mekaniske egenskaber som følger:
Ifølge T7-ældningsprocessen ved 210 °C i 6 timer og 8 timer er materialets hårdhed og mekaniske egenskaber som følger:
Baseret på testdataene opfylder tåge + luft-kølemetoden kombineret med 210°C/6 timers ældningsprocessen kravene til både mekanisk ydeevne og knusningstest. Med hensyn til omkostningseffektivitet blev tåge + luft-kølemetoden og 210°C/6 timers ældningsprocessen valgt til produktion for at opfylde produktets krav.
3.3 Knusningstest
For den anden og tredje stang afskæres hovedenden med 1,5 m, og bagenden afskæres med 1,2 m. To prøver udtages hver fra hoved-, midter- og bagsektionen med en længde på 300 mm. Knusningstest udføres efter ældning ved 185 °C/6 timer og 210 °C/6 timer og 8 timer (mekaniske ydeevnedata som nævnt ovenfor) på en universel materialetestmaskine. Testene udføres ved en belastningshastighed på 100 mm/min med en kompressionsmængde på 70 %. Resultaterne er som følger: for tåge + luftkølening med ældningsprocesserne 210 °C/6 timer og 8 timer opfylder knusningstestene kravene, som vist i figur 3-2, mens de luftkølede prøver udviser revnedannelse under alle ældningsprocesser.
Baseret på resultaterne af knusningstesten opfylder tåge- og luftdæmpning med 210°C/6 timers og 8 timers ældningsprocesser kundens krav.
4 Konklusion
Optimering af bratkølings- og ældningsprocesser er afgørende for en vellykket produktudvikling og giver en ideel procesløsning til crash box-produktet.
Gennem omfattende test er det blevet fastslået, at materialetilstanden for crash box-produktet skal være 6063-T7, at bratkølingsmetoden er tåge + luftkøling, og at ældningsprocessen ved 210°C/6 timer er det bedste valg til ekstrudering af aluminiumsstænger med temperaturer fra 480-500°C, en ekstruderingsakselhastighed på 2,5 mm/s, en ekstruderingsdysetemperatur på 480°C og en ekstruderingsudløbstemperatur på 500-540°C.
Redigeret af May Jiang fra MAT Aluminum
Udsendelsestidspunkt: 7. maj 2024
