Invoering
Met de ontwikkeling van de auto-industrie groeit ook de markt voor stootbalken van aluminiumlegeringen snel, zij het nog steeds relatief klein in totale omvang. Volgens de voorspelling van de Automotive Lightweight Technology Innovation Alliance voor de Chinese markt voor impactbalken van aluminiumlegeringen wordt de marktvraag in 2025 geschat op ongeveer 140.000 ton, met een marktomvang die naar verwachting 4,8 miljard RMB zal bedragen. Tegen 2030 zal de marktvraag naar verwachting ongeveer 220.000 ton bedragen, met een geschatte marktomvang van 7,7 miljard RMB en een samengesteld jaarlijks groeipercentage van ongeveer 13%. De ontwikkelingstrend van lichtgewichten en de snelle groei van voertuigmodellen uit het midden- tot hogere segment zijn belangrijke drijvende factoren voor de ontwikkeling van impactbalken van aluminiumlegeringen in China. De marktvooruitzichten voor crashboxen voor auto-impactbalken zijn veelbelovend.
Naarmate de kosten dalen en de technologie vordert, worden front-impactbalken en crashboxen van aluminiumlegeringen geleidelijk steeds wijdverspreider. Momenteel worden ze gebruikt in voertuigmodellen uit het midden- tot hogere segment, zoals Audi A3, Audi A4L, BMW 3-serie, BMW X1, Mercedes-Benz C260, Honda CR-V, Toyota RAV4, Buick Regal en Buick LaCrosse.
Botsbalken van aluminiumlegering bestaan hoofdzakelijk uit botsdwarsbalken, crashboxen, montagegrondplaten en trekhaakhulzen, zoals weergegeven in figuur 1.
Figuur 1: Impactbalkconstructie van aluminiumlegering
De crashbox is een metalen doos die zich tussen de botsbalk en twee langsbalken van het voertuig bevindt en in wezen dienst doet als energie-absorberende container. Deze energie verwijst naar de kracht van de impact. Wanneer een voertuig een botsing ervaart, heeft de botsbalk een zekere mate van energieabsorberend vermogen. Als de energie echter de capaciteit van de impactbalk overschrijdt, zal deze de energie naar de crashbox overbrengen. De crashbox absorbeert alle impactkracht en vervormt zichzelf, waardoor de langsliggers onbeschadigd blijven.
1 Productvereisten
1.1 De afmetingen moeten voldoen aan de tolerantievereisten van de tekening, zoals weergegeven in Figuur 2.
1.3 Mechanische prestatie-eisen:
Treksterkte: ≥215 MPa
Opbrengststerkte: ≥205 MPa
Verlenging A50: ≥10%
1.4 Crashbox-verpletterende prestaties:
Langs de X-as van het voertuig, met behulp van een botsoppervlak groter dan de dwarsdoorsnede van het product, wordt belast met een snelheid van 100 mm/min tot het verpletterd wordt, met een compressie van 70%. De initiële lengte van het profiel is 300 mm. Op de kruising van de wapeningsribbe met de buitenmuur dienen scheuren kleiner dan 15 mm te zijn om aanvaardbaar te worden geacht. Er moet voor worden gezorgd dat de toegestane scheuren het verbrijzelende energieabsorberende vermogen van het profiel niet in gevaar brengen, en dat er na het breken geen noemenswaardige scheuren in andere gebieden mogen ontstaan.
2 Ontwikkelingsaanpak
Om tegelijkertijd aan de eisen van mechanische prestaties en breekprestaties te voldoen, is de ontwikkelingsaanpak als volgt:
Gebruik staaf 6063B met een primaire legeringssamenstelling van Si 0,38-0,41% en Mg 0,53-0,60%.
Voer luchtdoving en kunstmatige veroudering uit om de T6-conditie te bereiken.
Gebruik mist + luchtdoving en voer een behandeling tegen veroudering uit om de T7-conditie te bereiken.
3 Proefproductie
3.1 Extrusieomstandigheden
De productie wordt uitgevoerd op een 2000T extrusiepers met een extrusieverhouding van 36. Het gebruikte materiaal is gehomogeniseerde aluminium staaf 6063B. De verwarmingstemperaturen van de aluminium staaf zijn als volgt: IV zone 450-III zone 470-II zone 490-1 zone 500. De doorbraakdruk van de hoofdcilinder bedraagt ongeveer 210 bar, waarbij de stabiele extrusiefase een extrusiedruk heeft van bijna 180 bar . De extrusie-assnelheid is 2,5 mm/s en de profiel-extrusiesnelheid is 5,3 m/min. De temperatuur bij de extrusie-uitlaat bedraagt 500-540°C. Het blussen gebeurt met behulp van luchtkoeling, waarbij het linker ventilatorvermogen 100% is, het middelste ventilatorvermogen 100% en het rechter ventilatorvermogen 50%. De gemiddelde koelsnelheid binnen de afschrikzone bereikt 300-350°C/min, en de temperatuur na het verlaten van de afschrikzone bedraagt 60-180°C. Voor het blussen van mist en lucht bedraagt de gemiddelde koelsnelheid binnen de verwarmingszone 430-480°C/min, en de temperatuur na het verlaten van de bluszone bedraagt 50-70°C. Het profiel vertoont geen noemenswaardige buiging.
3.2 Veroudering
Na het T6-verouderingsproces bij 185°C gedurende 6 uur zijn de hardheid en mechanische eigenschappen van het materiaal als volgt:
Volgens het T7-verouderingsproces bij 210°C gedurende 6 uur en 8 uur zijn de hardheid en mechanische eigenschappen van het materiaal als volgt:
Op basis van de testgegevens voldoet de mist- en luchtblusmethode, gecombineerd met het verouderingsproces bij 210°C/6 uur, aan de eisen voor zowel mechanische prestaties als breektests. Met het oog op de kosteneffectiviteit werd voor de productie gekozen voor de nevel + luchtblusmethode en het verouderingsproces bij 210°C/6 uur om aan de eisen van het product te voldoen.
3.3 Verbrijzelingstest
Voor de tweede en derde hengel wordt het hoofdeinde 1,5 m afgesneden en het staarteinde 1,2 m. Er worden elk twee monsters genomen van de kop-, midden- en staartsecties, met een lengte van 300 mm. Verbrijzelingstests worden uitgevoerd na veroudering bij 185°C/6u en 210°C/6u en 8u (mechanische prestatiegegevens zoals hierboven vermeld) op een universele materiaaltestmachine. De tests worden uitgevoerd bij een belastingssnelheid van 100 mm/min met een compressiegraad van 70%. De resultaten zijn als volgt: voor nevel + lucht blussen met de 210°C/6h en 8h verouderingsprocessen voldoen de verbrijzelingstests aan de eisen, zoals weergegeven in Figuur 3-2, terwijl de luchtgebluste monsters scheurvorming vertonen voor alle verouderingsprocessen .
Op basis van de breektestresultaten voldoet mist + luchtkoeling met de 210°C/6h en 8h verouderingsprocessen aan de eisen van de klant.
4 Conclusie
De optimalisatie van afschrik- en verouderingsprocessen is cruciaal voor de succesvolle ontwikkeling van het product en biedt een ideale procesoplossing voor het crashboxproduct.
Door middel van uitgebreide tests is vastgesteld dat de materiaaltoestand van het crashbox-product 6063-T7 moet zijn, de blusmethode nevel + luchtkoeling is en het verouderingsproces bij 210 °C/6 uur de beste keuze is voor het extruderen van aluminium staven met temperaturen variërend van 480-500°C, extrusie-assnelheid van 2,5 mm/s, extrusiematrijstemperatuur van 480°C en extrusie-uitlaattemperatuur van 500-540°C.
Bewerkt door May Jiang van MAT Aluminium
Posttijd: 07 mei 2024
