Invoering
Met de ontwikkeling van de automobielindustrie groeit ook de markt voor impactbalken van aluminiumlegeringen snel, hoewel deze nog steeds relatief klein is in totale omvang. Volgens de prognose 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 verwachte marktwaarde van 4,8 miljard RMB. Tegen 2030 zal de marktvraag naar verwachting ongeveer 220.000 ton bedragen, met een geschatte marktwaarde van 7,7 miljard RMB en een samengestelde jaarlijkse groei van ongeveer 13%. De ontwikkelingstrend van lichtgewichting en de snelle groei van midden- tot hoge-end voertuigmodellen zijn belangrijke drijvende factoren voor de ontwikkeling van impactbalken van aluminiumlegeringen in China. De marktvooruitzichten voor crashboxen van auto-impactbalken zijn veelbelovend.
Naarmate de kosten dalen en de technologie vordert, worden frontale botsingsbalken en crashboxen van aluminiumlegering steeds populairder. Ze worden momenteel gebruikt in midden- en hogere prijsklassen zoals de Audi A3, Audi A4L, BMW 3-serie, BMW X1, Mercedes-Benz C260, Honda CR-V, Toyota RAV4, Buick Regal en Buick LaCrosse.
Impactbalken van aluminiumlegering bestaan hoofdzakelijk uit impactbalken, crashboxen, montageplaten en trekhaakhulzen, zoals weergegeven in Afbeelding 1.
Figuur 1: Impactbalkconstructie van aluminiumlegering
De crashbox is een metalen doos die zich tussen de impactbalk en twee langsliggers van het voertuig bevindt en in feite dient als energieabsorberende container. Deze energie verwijst naar de impactkracht. Bij een botsing met een voertuig heeft de impactbalk een zekere mate van energieabsorberend vermogen. Als de energie echter de capaciteit van de impactbalk overschrijdt, wordt de energie overgebracht op de crashbox. De crashbox absorbeert alle impactkracht en vervormt zichzelf, waardoor de langsliggers onbeschadigd blijven.
1 Productvereisten
1.1 De afmetingen moeten voldoen aan de tolerantievereisten in de tekening, zoals weergegeven in figuur 2.
1.3 Mechanische prestatievereisten:
Treksterkte: ≥215 MPa
Vloeigrens: ≥205 MPa
Rek A50: ≥10%
1.4 Crash Box Crush-prestaties:
Belast het voertuig langs de X-as, met een botsoppervlak dat groter is dan de dwarsdoorsnede van het product, met een snelheid van 100 mm/min tot het breekt, met een compressie van 70%. De initiële lengte van het profiel is 300 mm. Op de kruising van de verstevigingsrib en de buitenwand moeten scheuren kleiner zijn dan 15 mm om als acceptabel te worden beschouwd. Er moet voor worden gezorgd dat de toegestane scheurvorming het absorptievermogen van het profiel voor breukenergie niet in gevaar brengt en dat er na het breken geen significante scheuren in andere gebieden ontstaan.
2 Ontwikkelingsaanpak
Om tegelijkertijd aan de eisen van mechanische prestaties en verbrijzelingsprestaties te voldoen, verloopt de ontwikkelingsaanpak als volgt:
Gebruik een 6063B-staaf met een primaire legeringssamenstelling van Si 0,38-0,41% en Mg 0,53-0,60%.
Voer luchtblussing en kunstmatige veroudering uit om de T6-conditie te bereiken.
Gebruik nevel + luchtblussing en voer een oververouderingsbehandeling uit om de T7-conditie te bereiken.
3 Pilotproductie
3.1 Extrusieomstandigheden
De productie vindt plaats op een 2000T extrusiepers met een extrusieverhouding van 36. Het gebruikte materiaal is gehomogeniseerde aluminiumstaaf 6063B. De verwarmingstemperaturen van de aluminiumstaaf zijn als volgt: IV zone 450-III zone 470-II zone 490-1 zone 500. De doorbraakdruk van de hoofdcilinder is ongeveer 210 bar, terwijl de stabiele extrusiefase een extrusiedruk heeft van bijna 180 bar. De extrusiesnelheid van de as is 2,5 mm/s en de profielextrusiesnelheid is 5,3 m/min. De temperatuur bij de extrusie-uitlaat is 500-540 °C. Het blussen gebeurt met luchtkoeling met het linker ventilatorvermogen op 100%, het middelste ventilatorvermogen op 100% en het rechter ventilatorvermogen op 50%. De gemiddelde koelsnelheid in de bluszone bedraagt 300-350 °C/min en de temperatuur na het verlaten van de bluszone bedraagt 60-180 °C. Bij blusbehandeling met mist en lucht bedraagt de gemiddelde koelsnelheid in de verwarmingszone 430-480 °C/min en de temperatuur na het verlaten van de bluszone 50-70 °C. Het profiel vertoont geen significante 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 nevel-lucht-blusmethode, gecombineerd met het 210 °C/6 uur verouderingsproces, aan de eisen voor zowel mechanische prestaties als verbrijzeling. Gezien de kosteneffectiviteit werden de nevel-lucht-blusmethode en het 210 °C/6 uur verouderingsproces gekozen voor de productie om aan de producteisen te voldoen.
3.3 Breuktest
Voor de tweede en derde staaf wordt het kopgedeelte 1,5 m en het staartgedeelte 1,2 m afgesneden. Uit de kop, het midden en het staartgedeelte worden twee monsters genomen, elk met een lengte van 300 mm. Breukproeven worden uitgevoerd na veroudering bij 185 °C/6 uur en 210 °C/6 uur en 8 uur (mechanische prestatiegegevens zoals hierboven vermeld) op een universele materiaaltestmachine. De testen worden uitgevoerd met een belastingssnelheid van 100 mm/min en een compressieverhouding van 70%. De resultaten zijn als volgt: voor nevel- en luchtblussing met de verouderingsprocessen van 210 °C/6 uur en 8 uur voldoen de breekproeven aan de eisen, zoals weergegeven in figuur 3-2, terwijl de luchtgebluste monsters scheurvorming vertonen voor alle verouderingsprocessen.
Op basis van de resultaten van de crushing-test voldoen nevel- en luchtblussing met de 210°C/6u en 8u rijpingsprocessen aan de eisen van de klant.
4 Conclusie
Het optimaliseren van blus- en verouderingsprocessen is cruciaal voor de succesvolle ontwikkeling van het product en biedt een ideale procesoplossing voor het crashboxproduct.
Door middel van uitgebreide testen is vastgesteld dat de materiaaltoestand voor het crashboxproduct 6063-T7 moet zijn, dat de afschrikmethode mist + luchtkoeling is en dat het verouderingsproces bij 210 °C / 6 uur de beste keuze is voor het extruderen van aluminium staven met temperaturen variërend van 480-500 °C, een extrusie-assnelheid van 2,5 mm/s, een extrusiematrijstemperatuur van 480 °C en een extrusie-uitlaattemperatuur van 500-540 °C.
Bewerkt door May Jiang van MAT Aluminum
Geplaatst op: 7 mei 2024
