Indledning
Med udviklingen af bilindustrien vokser markedet for slagbjælker i aluminiumslegering også hurtigt, dog stadig relativt lille i den samlede størrelse. Ifølge prognosen fra Automotive Lightweight Technology Innovation Alliance for det kinesiske marked for slagbjælker af aluminiumslegering anslås markedsefterspørgslen i 2025 til at være omkring 140.000 tons, med en markedsstørrelse, der forventes 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 for letvægtning og den hurtige vækst af mellem-til-high-end køretøjsmodeller er vigtige drivende faktorer for udviklingen af aluminiumslegeringsstødbjælker i Kina. Markedsudsigterne for automotive kollisionsbokse er lovende.
Efterhånden som omkostningerne falder, og teknologien skrider frem, bliver frontkollisionsbjælker og kollisionsbokse af aluminiumslegering gradvist mere udbredte. I øjeblikket bruges de i mellem-til-high-end køretøjsmodeller som Audi A3, Audi A4L, BMW 3-serien, BMW X1, Mercedes-Benz C260, Honda CR-V, Toyota RAV4, Buick Regal og Buick LaCrosse.
Slagbjælker af aluminiumslegering består hovedsageligt af anslagstværbjælker, kollisionsbokse, monteringsbundplader og trækkrogemanchetter, som vist i figur 1.
Figur 1: Slagbjælkesamling af aluminiumslegering
Kollisionsboksen er en metalboks placeret mellem stødbjælken og to langsgående bjælker i køretøjet, der i det væsentlige tjener som en energiabsorberende beholder. Denne energi refererer til kraften af stød. Når et køretøj oplever en kollision, har stødstrålen en vis grad af energiabsorberende evne. Men hvis energien overstiger effektstrålens kapacitet, vil den overføre energien til crashboksen. Crashboxen absorberer al stødkraften 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
Udbyttestyrke: ≥205 MPa
Forlængelse A50: ≥10 %
1.4 Crash Box Crushing Ydeevne:
Langs køretøjets X-akse belastes med en kollisionsflade større end produktets tværsnit med en hastighed på 100 mm/min indtil knusning med en kompressionsmængde på 70 %. Profillængden er 300 mm. Ved samlingen mellem forstærkningsribben og ydervæggen skal revner være mindre end 15 mm for at blive anset for acceptable. Det bør sikres, at den tilladte revnedannelse ikke kompromitterer profilens knusende energioptagelsesevne, og der bør ikke være væsentlige revner i andre områder efter knusningen.
2 Udviklingstilgang
For samtidig at opfylde kravene til mekanisk ydeevne og knusningsydelse er udviklingstilgangen som følger:
Brug 6063B stang med en primær legeringssammensætning på Si 0,38-0,41% og Mg 0,53-0,60%.
Udfør luftslukning og kunstig ældning for at opnå T6-tilstanden.
Anvend tåge + luftslukning og udfør over-ældningsbehandling for at opnå T7-tilstanden.
3 Pilotproduktion
3.1 Ekstrusionsbetingelser
Produktionen udføres på en 2000T ekstruderingspresse med et ekstruderingsforhold på 36. Det anvendte materiale er homogeniseret aluminiumsstang 6063B. Opvarmningstemperaturerne for aluminiumsstangen 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 . Ekstruderingsakslens hastighed er 2,5 mm/s, og profilekstruderingshastigheden er 5,3 m/min. Temperaturen ved ekstruderingsudløbet er 500-540°C. Slukningen udføres ved hjælp af luftkøling med venstre blæsereffekt på 100 %, mellem blæsereffekt på 100 % og højre blæsereffekt på 50 %. Den gennemsnitlige afkølingshastighed i bratkølingszonen når 300-350°C/min, og temperaturen efter at have forladt bratkølingszonen er 60-180°C. For tåge + luft quenching når den gennemsnitlige afkølingshastighed i varmezonen 430-480°C/min, og temperaturen efter at have forladt bratkølingszonen er 50-70°C. Profilen udviser ingen væsentlig 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 + luftkølemetoden, kombineret med ældningsprocessen på 210°C/6 timer, kravene til både mekanisk ydeevne og knusningstestning. I betragtning af omkostningseffektiviteten blev tåge + luftkølemetoden og ældningsprocessen på 210°C/6 timer valgt til produktion for at opfylde produktets krav.
3.3 Knusningstest
For den anden og tredje stang skæres hovedenden af med 1,5 m, og haleenden afskæres med 1,2 m. To prøver udtages hver fra hoved-, midter- og halesektionerne 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 + luftkøler med 210°C/6 timer og 8 timers ældningsprocesser, opfylder knusetestene kravene, som vist i figur 3-2, mens de luftkølede prøver udviser revner for alle ældningsprocesser .
Baseret på knusetestresultaterne opfylder tåge + luftkøling med 210°C/6 timer og 8 timers ældningsprocesser kundens krav.
4 Konklusion
Optimeringen af bratkølings- og ældningsprocesser er afgørende for en vellykket udvikling af produktet og giver en ideel procesløsning til crashbox-produktet.
Gennem omfattende test er det blevet fastslået, at materialetilstanden for crashbox-produktet skal være 6063-T7, bratkølingsmetoden er tåge + luftkøling, og ældningsprocessen ved 210°C/6h er det bedste valg til ekstrudering af aluminiumstænger med temperaturer i området fra 480-500°C, ekstruderingsakselhastighed på 2,5 mm/s, ekstruderingsmatricetemperatur på 480°C og ekstruderingsudløbstemperatur på 500-540°C.
Redigeret af May Jiang fra MAT Aluminium
Indlægstid: maj-07-2024
