1. Inleiding
Automotive -lichtgewicht begon in ontwikkelde landen en werd aanvankelijk geleid door traditionele autodi's. Met continue ontwikkeling heeft het een aanzienlijk momentum gekregen. Vanaf het moment dat Indianen voor het eerst aluminiumlegering gebruikten om krukassen van auto's te produceren naar Audi's eerste massaproductie van volledig aluminiumauto's in 1999, heeft aluminiumlegering een robuuste groei in autotoepassingen gezien vanwege de voordelen vanwege de voordelen van lage dichtheid, hoge specifieke sterkte en stijfheid, Goede elasticiteit en impactweerstand, hoge recycleerbaarheid en hoge regeneratiesnelheid. Tegen 2015 had het toepassingsaandeel van aluminiumlegering in auto's al 35%overschreden.
De Lichtgewicht van China begon minder dan 10 jaar geleden, en zowel de technologie- als de applicatieniveau blijven achter bij ontwikkelde landen zoals Duitsland, de Verenigde Staten en Japan. Met de ontwikkeling van nieuwe energievoertuigen vordert materiaallichtgewicht echter snel. Door gebruik te maken van de opkomst van nieuwe energievoertuigen, toont de Chinese lichtgewichttechnologie van de Automotive een trend van het inhalen van ontwikkelde landen.
De markt voor lichtgewicht materialen van China is enorm. Aan de ene kant, vergeleken met ontwikkelde landen in het buitenland, begon de Lightweighting -technologie van China laat en het totale gewicht van voertuigstoeprand is groter. Gezien de benchmark van het aandeel van lichtgewicht materiaal in het buitenland, is er nog steeds voldoende ruimte voor ontwikkeling in China. Aan de andere kant, aangedreven door beleid, zal de snelle ontwikkeling van de Chinese nieuwe energievoeriënindustrie de vraag naar lichtgewicht materialen stimuleren en autobedrijven aanmoedigen om naar lichtgewicht te gaan.
De verbetering van de normen voor emissie en brandstofverbruik dwingt de versnelling van lichtgewicht in de automobiel. China heeft de China VI -emissienormen in 2020 volledig geïmplementeerd. Volgens de "evaluatiemethode en indicatoren voor brandstofverbruik van personenauto's" en de "energiebesparing en nieuwe energietechnologie -routekaart", de brandstofverbruik van 5,0 L/km. Rekening houdend met de beperkte ruimte voor substantiële doorbraken in motortechnologie en emissiereductie, kan het nemen van maatregelen voor lichtgewicht automotive -componenten effectief de uitstoot van voertuigen en brandstofverbruik verminderen. Lichtgewicht van nieuwe energievoertuigen is een essentieel pad geworden voor de ontwikkeling van de industrie.
In 2016 heeft de China Automotive Engineering Society de "energiebesparing en nieuwe energietechnologie -routekaart" uitgegeven, die factoren gepland zoals energieverbruik, cruisebereik en productiemateriaal voor nieuwe energievoertuigen van 2020 tot 2030. Lichtgewicht zal een sleutelrichting zijn voor de toekomstige ontwikkeling van nieuwe energievoertuigen. Lichtgewicht kan het cruisebereik vergroten en "bereikangst" in nieuwe energievoertuigen aanpakken. Met de toenemende vraag naar langdurige cruisebereik, wordt lichtgewicht in de auto dringend en de verkoop van nieuwe energievoertuigen is de afgelopen jaren aanzienlijk gegroeid. Volgens de vereisten van het scoresysteem en het "Ontwikkelingsplan van middellange op lange termijn voor de auto-industrie", wordt geschat dat de verkoop van nieuwe energievoertuigen van China tegen 2025 meer dan 6 miljoen eenheden zal overschrijden, met een samengestelde jaarlijkse groei tarief van meer dan 38%.
2. Aluminium legeringskenmerken en toepassingen
2.1 Kenmerken van aluminiumlegering
De dichtheid van aluminium is een derde die van staal, waardoor het lichter wordt. Het heeft een hogere specifieke sterkte, goed extrusievermogen, sterke corrosieweerstand en hoge recyclebaarheid. Aluminiumlegeringen worden gekenmerkt door voornamelijk uit magnesium te zijn, wat een goede hittebestendigheid vertoont, goede laseigenschappen, goede vermoeidheidssterkte, onvermogen om te worden versterkt door warmtebehandeling en het vermogen om de sterkte te vergroten door koud werken. De 6 -serie wordt gekenmerkt door voornamelijk samengesteld te zijn uit magnesium en silicium, met Mg2SI als de belangrijkste versterkingsfase. De meest gebruikte legeringen in deze categorie zijn 6063, 6061 en 6005A. 5052 Aluminium plaat is een aluminium plaat van Al-MG-serie, met magnesium als het belangrijkste legeringselement. Het is de meest gebruikte anti-rust aluminiumlegering. Deze legering heeft hoge sterkte, hoge vermoeidheidskracht, goede plasticiteit en corrosieweerstand, kan niet worden versterkt door warmtebehandeling, heeft een goede plasticiteit in semi-koude werkharden, lage plasticiteit bij het uitharden van koude werk, goede corrosieweerstand en goede laseigenschappen. Het wordt voornamelijk gebruikt voor componenten zoals zijpanelen, dakdeksels en deurpanelen. 6063 Aluminiumlegering is een warmtebehandelde versterkende legering in de Al-Mg-Si-serie, met magnesium en silicium als de belangrijkste legeringselementen. Het is een warmtebehandel met aluminiumlegeringsprofiel met gemiddelde sterkte, voornamelijk gebruikt in structurele componenten zoals kolommen en zijpanelen om sterkte te dragen. Een inleiding tot aluminiumlegeringsklassen wordt weergegeven in tabel 1.
2.2 Extrusie is een belangrijke vormmethode van aluminiumlegering
Extrusie van aluminiumlegering is een hotvormingsmethode, en het hele productieproces omvat het vormen van aluminiumlegering onder drieweg compressieve stress. Het hele productieproces kan als volgt worden beschreven: a. Aluminium en andere legeringen worden gesmolten en gegoten in de vereiste aluminium legering knuppels; B. De voorverwarmde knuppels worden voor extrusie in de extrusieapparatuur geplaatst. Onder de werking van de hoofdcilinder wordt de aluminiumlegeringsbiljet gevormd in de vereiste profielen door de holte van de schimmel; C. Om de mechanische eigenschappen van aluminiumprofielen te verbeteren, wordt de behandeling van oplossingen uitgevoerd tijdens of na extrusie, gevolgd door veroudering. De mechanische eigenschappen na verouderingsbehandeling variëren afhankelijk van verschillende materialen en verouderingsregimes. De warmtebehandelingsstatus van truckprofielen van het boxtype wordt weergegeven in tabel 2.
Aluminiumlegering geëxtrudeerde producten hebben verschillende voordelen ten opzichte van andere vormmethoden:
A. Tijdens extrusie verkrijgt het geëxtrudeerde metaal een sterkere en meer uniforme drieweg drukspanning in de vervormingszone dan rollen en smeden, zodat het de plasticiteit van het bewerkte metaal volledig kan spelen. Het kan worden gebruikt om moeilijk te vervormen metalen te verwerken die niet kunnen worden verwerkt door rollen of smeden en kan worden gebruikt om verschillende complexe holle of vaste dwarsdoorsnede-componenten te maken.
B. Omdat de geometrie van aluminiumprofielen kan worden gevarieerd, hebben hun componenten een hoge stijfheid, die de stijfheid van het voertuiglichaam kunnen verbeteren, de NVH -kenmerken kunnen verminderen en de dynamische controle -eigenschappen van voertuigen kunnen verbeteren.
C. Producten met extrusie -efficiëntie, na uitdoving en veroudering, hebben een significant hogere longitudinale sterkte (R, RAZ) dan producten verwerkt door andere methoden.
D. Het oppervlak van producten na extrusie heeft een goede kleur en een goede corrosieweerstand, waardoor de behoefte aan andere anti-corrosie-oppervlaktebehandeling wordt geëlimineerd.
e. Extrusieverwerking heeft grote flexibiliteit, lage gereedschaps- en schimmelkosten en lage ontwerpveranderingskosten.
F. Vanwege de controleerbaarheid van aluminium profiel dwarsdoorsneden, kan de mate van componentintegratie worden verhoogd, kan het aantal componenten worden verminderd en kunnen verschillende dwarsdoorsnede-ontwerpen nauwkeurige laspositionering bereiken.
De prestatievergelijking tussen geëxtrudeerde aluminiumprofielen voor trucks van het vak-type en gewoon koolstofstaal wordt weergegeven in tabel 3.
Volgende ontwikkelingsrichting van aluminiumlegeringsprofielen voor trucks van het type box-type: het verder verbeteren van de profielsterkte en het verbeteren van extrusieprestaties. De onderzoeksrichting van nieuwe materialen voor aluminiumlegeringsprofielen voor box-type vrachtwagens wordt weergegeven in figuur 1.
3.Aluminium legering doos truckstructuur, sterkte -analyse en verificatie
3.1 Vrachtwagenstructuur van aluminium legering
De bakvrachtwagencontainer bestaat voornamelijk uit het voorpaneel, linker en rechter zijpaneel, achterdeur zijpaneel, vloerconstructie, dakconstructie, evenals U-vormige bouten, zijbeschermers, achterbeschermers, klapen, modderflappen en andere accessoires verbonden met het tweederangs chassis. De dooslichaam dwarsstralen, pilaren, zijstralen en deurpanelen zijn gemaakt van aluminiumlegering geëxtrudeerde profielen, terwijl de vloer- en dakpanelen zijn gemaakt van 5052 aluminiumlegering platte platen. De structuur van de aluminium legeringskistwagen wordt weergegeven in figuur 2.
Het gebruik van het hot extrusieproces van de 6-serie aluminiumlegering kan complexe holle dwarsdoorsneden vormen, een ontwerp van aluminiumprofielen met complexe dwarsdoorsneden kan materialen redden, voldoen aan de vereisten van productsterkte en stijfheid en voldoen aan de vereisten van wederzijdse verbinding tussen verschillende componenten. Daarom worden de hoofdstraalontwerpstructuur en sectionele momenten van traagheid I en weerstand op momenten W getoond in figuur 3.
Een vergelijking van de hoofdgegevens in tabel 4 laat zien dat de sectionele traagheidsmomenten en weerstandsmomenten van het ontworpen aluminiumprofiel beter zijn dan de overeenkomstige gegevens van het door ijzer gemaakte bundelprofiel. De stijfheidscoëfficiëntgegevens zijn ongeveer hetzelfde als die van het overeenkomstige door ijzer gemaakte bundelprofiel en voldoen allemaal aan de vervormingsvereisten.
3.2 Maximale spanningsberekening
Het nemen van de belangrijkste load-draging component, de dwarsbalk, als het object, wordt de maximale spanning berekend. De nominale belasting is 1,5 T en het dwarsbeet is gemaakt van 6063-T6 aluminiumlegeringsprofiel met mechanische eigenschappen zoals weergegeven in tabel 5. De straal wordt vereenvoudigd als een cantileverstructuur voor krachtberekening, zoals weergegeven in figuur 4.
De drukbelasting op de balk van 344 mm over de straal wordt berekend als f = 3757 n op basis van 4,5 t, wat drie keer de standaard statische belasting is. q = f/l
waarbij q de interne spanning van de straal onder de belasting is, n/mm; F is de belasting die wordt gedragen door de balk, berekend op basis van 3 keer de standaard statische belasting, die 4,5 t is; L is de lengte van de balk, mm.
Daarom is de interne stress Q:
De formule voor stressberekening is als volgt:
Het maximale moment is:
In de absolute waarde van het moment, M = 274283 N · mm, de maximale spanning σ = m/(1,05 × W) = 18,78 MPa en de maximale spanningswaarde σ <215 MPa, die aan de vereisten voldoet.
3.3 Verbindingskenmerken van verschillende componenten
Aluminiumlegering heeft slechte laseigenschappen en de sterkte van het laspunt is slechts 60% van de basismateriaalsterkte. Vanwege de bedekking van een laag Al2O3 op het oppervlak van de aluminiumlegering, is het smeltpunt van Al2O3 hoog, terwijl het smeltpunt van aluminium laag is. Wanneer aluminiumlegering is gelast, moet de Al2O3 op het oppervlak snel worden gebroken om lassen uit te voeren. Tegelijkertijd blijft het residu van Al2O3 in de aluminiumlegeringsoplossing, die de structuur van de aluminiumlegering van aluminiumleger beïnvloedt en de sterkte van het laspunt van de aluminiumlegering vermindert. Daarom worden deze kenmerken bij het ontwerpen van een volledig aluminiumcontainer volledig overwogen. Lassen is de hoofdpositioneringsmethode en de hoofddragende componenten zijn verbonden door bouten. Verbindingen zoals meeslepende en zwaluwstaartstructuur worden getoond in figuren 5 en 6.
De hoofdstructuur van het geheel aluminium dooslichaam neemt een structuur aan met horizontale balken, verticale pilaren, zijstralen en randstralen die met elkaar in elkaar grijpen. Er zijn vier verbindingspunten tussen elke horizontale straal en verticale pilaar. De verbindingspunten zijn uitgerust met gekartelde pakkingen om met de gekartelde rand van de horizontale balk te mazen, waardoor het glijden effectief wordt voorkomen. De acht hoekpunten zijn voornamelijk verbonden door stalen kerninzetstukken, gefixeerd met bouten en zelfvergrendelijke klinknagels, en versterkt door 5 mm driehoekige aluminiumplaten die in de doos zijn gelast om de hoekposities intern te versterken. De externe verschijning van de doos heeft geen lassen- of blootgestelde verbindingspunten, waardoor de algehele verschijning van de doos wordt gewaarborgd.
3.4 SE Synchrone Engineering Technology
SE -synchrone engineeringtechnologie wordt gebruikt om de problemen op te lossen die worden veroorzaakt door grote geaccumuleerde grootteafwijkingen voor bijpassende componenten in het dooslichaam en de moeilijkheden bij het vinden van de oorzaken van hiaten en flatheidsfouten. Via CAE-analyse (zie figuur 7-8), wordt een vergelijkingsanalyse uitgevoerd met door ijzer gemaakte dooslichamen om de algehele sterkte en stijfheid van het dooslichaam te controleren, zwakke punten te vinden en maatregelen te nemen om het ontwerpschema effectiever te optimaliseren en te verbeteren .
4. Lichtgewicht effect van aluminium legeringskistwagen
Naast de dooslichaam kunnen aluminiumlegeringen worden gebruikt om staal te vervangen voor verschillende componenten van box-type vrachtwagencontainers, zoals spatbakken, achterbeschermers, zijbeschermers, deurvergrendelingen, deurscharnieren en achterschortranden, waardoor een gewichtsreductie wordt bereikt van 30% tot 40% voor het vrachtcompartiment. Het gewichtsreductie-effect voor een lege 4080 mm x 2300 mm × 2200 mm vrachtcontainer wordt weergegeven in tabel 6. Dit lost fundamenteel de problemen van overmatig gewicht, niet-naleving van aankondigingen en regelgevende risico's van traditionele ijzeren vrachtcompartimenten op.
Door traditioneel staal te vervangen door aluminiumlegeringen voor auto -componenten, kunnen niet alleen uitstekende lichtgewicht effecten worden bereikt, maar kan het ook bijdragen aan brandstofbesparing, emissiereductie en verbeterde voertuigprestaties. Momenteel zijn er verschillende meningen over de bijdrage van lichtgewicht aan brandstofbesparingen. De onderzoeksresultaten van het International Aluminium Institute worden weergegeven in figuur 9. Elke 10% vermindering van het voertuiggewicht kan het brandstofverbruik met 6% tot 8% verminderen. Op basis van binnenlandse statistieken kan het verminderen van het gewicht van elke personenauto met 100 kg het brandstofverbruik met 0,4 L/100 km verminderen. De bijdrage van lichtgewicht aan brandstofbesparingen is gebaseerd op resultaten verkregen uit verschillende onderzoeksmethoden, dus er is enige variatie. Automotive -lichtgewicht heeft echter een aanzienlijke invloed op het verminderen van het brandstofverbruik.
Voor elektrische voertuigen is het lichtgewicht effect nog meer uitgesproken. Momenteel verschilt de energiedichtheid van elektrische voertuigen van elektrische voertuigen aanzienlijk van die van traditionele voertuigen voor vloeibare brandstof. Het gewicht van het voedingssysteem (inclusief de batterij) van elektrische voertuigen is vaak goed voor 20% tot 30% van het totale voertuiggewicht. Tegelijkertijd is het doorbreken van het knelpunt van batterijen een wereldwijde uitdaging. Voordat er een grote doorbraak is in krachtige batterijtechnologie, is lichtgewicht een effectieve manier om het cruisebereik van elektrische voertuigen te verbeteren. Voor elke gewichtsvermindering van 100 kg kan het cruisingsbereik van elektrische voertuigen worden verhoogd met 6% tot 11% (de relatie tussen gewichtsvermindering en cruisebereik wordt weergegeven in figuur 10). Momenteel kan het cruisebereik van pure elektrische voertuigen niet voldoen aan de behoeften van de meeste mensen, maar het verminderen van het gewicht met een bepaalde hoeveelheid kan het cruisebereik aanzienlijk verbeteren, de angst voor het bereik verminderen en de gebruikerservaring verbeteren.
5. Conclusie
In addition to the all-aluminum structure of the aluminum alloy box truck introduced in this article, there are various types of box trucks, such as aluminum honeycomb panels, aluminum buckle plates, aluminum frames + aluminum skins, and iron-aluminum hybrid cargo containers . Ze hebben de voordelen van lichtgewicht, hoge specifieke sterkte en goede corrosieweerstand en vereisen geen elektroforetische verf voor corrosiebescherming, waardoor de milieu -impact van elektroforetische verf wordt verminderd. De aluminiumlegering van de doos van aluminium legt fundamenteel de problemen van overmatig gewicht, niet-naleving van aankondigingen en regelgevende risico's van traditionele door ijzer gemaakte vrachtcompartimenten op.
Extrusie is een essentiële verwerkingsmethode voor aluminiumlegeringen en aluminiumprofielen hebben uitstekende mechanische eigenschappen, dus de sectiefijfheid van componenten is relatief hoog. Vanwege de variabele dwarsdoorsnede kunnen aluminiumlegeringen de combinatie van meerdere componentenfuncties bereiken, waardoor het een goed materiaal is voor lichtgewicht automotive. De wijdverbreide toepassing van aluminiumlegeringen staat echter voor uitdagingen zoals onvoldoende ontwerpmogelijkheden voor ladingscompartimenten voor aluminiumlegering, vorm- en lasproblemen en hoge ontwikkelings- en promotiekosten voor nieuwe producten. De belangrijkste reden is nog steeds dat aluminiumlegering meer kost dan staal voordat de recycling -ecologie van aluminiumlegeringen volwassen wordt.
Concluderend zal de toepassingsomvang van aluminiumlegeringen in auto's breder worden en hun gebruik zal blijven toenemen. In de huidige trends van energiebesparing, emissiereductie en de ontwikkeling van de nieuwe industrie van de energievoeriën, met het diepgaande begrip van aluminiumlegeringseigenschappen en effectieve oplossingen voor toepassingsproblemen met aluminiumlegering, zullen aluminium extrusiematerialen breder worden gebruikt bij automotive lichtgewicht.
Bewerkt door May Jiang van Mat Aluminium
Posttijd: jan-12-2024
