1.Bevezetés
Az autóipari könnyűsúlyozás a fejlett országokban kezdődött, és kezdetben a hagyományos autóipari óriások vezették. A folyamatos fejlesztéssel jelentős lendületet vett. Attól kezdve, hogy az indiaiak először használtak alumíniumötvözetet autóipari főtengelyek gyártásához, az Audi első, teljesen alumínium autóinak tömeggyártásáig 1999-ben, az alumíniumötvözetek erőteljes növekedést mutattak az autóipari alkalmazásokban, köszönhetően az olyan előnyöknek, mint az alacsony sűrűség, a nagy fajlagos szilárdság és a merevség. jó rugalmasság és ütésállóság, jó újrahasznosíthatóság és magas regenerációs sebesség. 2015-re az alumíniumötvözetek gépjárművekben való felhasználási aránya már meghaladta a 35%-ot.
A kínai autóipari könnyűsúlyozás kevesebb, mint 10 éve kezdődött, és mind a technológia, mind az alkalmazás szintje elmarad a fejlett országoktól, például Németországtól, az Egyesült Államoktól és Japántól. Az új energetikai járművek fejlesztésével azonban az anyagok könnyűsúlyozása gyorsan fejlődik. Az új energetikai járművek térnyerését kihasználva Kína autóipari könnyűsúlyú technológiája a fejlett országokhoz való felzárkózás tendenciáját mutatja.
Kína könnyű anyagok piaca hatalmas. Egyrészt a külföldi fejlett országokkal összehasonlítva a kínai könnyűsúlyozási technológia későn indult, és a jármű össztömege nagyobb. Figyelembe véve a könnyű anyagok külföldi országokban mért arányát, Kínában még bőven van fejlődési lehetőség. Másrészt, a szakpolitikák által vezérelve, Kína új energetikai járműiparának gyors fejlődése növelni fogja a könnyű anyagok iránti keresletet, és arra ösztönzi az autóipari vállalatokat, hogy térjenek át a könnyű súlyozásra.
A károsanyag-kibocsátási és üzemanyag-fogyasztási normák javulása az autók könnyűsúlyozásának felgyorsítását kényszeríti ki. Kína 2020-ban teljes mértékben végrehajtotta a China VI emissziós előírásait. A „Személygépkocsik üzemanyag-fogyasztásának értékelési módszere és mutatói” és az „Energiamegtakarítási és új energiájú járműtechnológiai ütemterv” szerint az 5,0 l/km üzemanyag-fogyasztási szabvány. Figyelembe véve, hogy a motortechnológia és a károsanyag-kibocsátás csökkentése terén jelentős áttörések korlátozottak a hely, a könnyű gépjármű-alkatrészekre vonatkozó intézkedések elfogadása hatékonyan csökkentheti a járművek károsanyag-kibocsátását és üzemanyag-fogyasztását. Az új energetikai járművek könnyűsúlyozása az ipar fejlődésének alapvető útjává vált.
2016-ban a China Automotive Engineering Society kiadta az „Energia-megtakarítási és új energiájú járműtechnológiai ütemtervet”, amely olyan tényezőket tervezett meg, mint az energiafogyasztás, a hatótávolság és az új energetikai járművek gyártási anyagai 2020 és 2030 között. A könnyű súlyozás kulcsfontosságú irány lesz. az új energetikai járművek jövőbeli fejlesztése érdekében. A könnyítés növelheti az utazótávolságot, és kezelheti a „távolság-szorongást” az új energiahordozós járművekben. A megnövelt hatótávolság iránti növekvő kereslet miatt az autók könnyűsúlyozása sürgetővé válik, és az elmúlt években jelentősen nőtt az új energetikai járművek értékesítése. A pontrendszer és a „közép-hosszú távú fejlesztési terv az autóipar számára” követelményei szerint a becslések szerint 2025-re Kínában az új energetikai járművek eladása meghaladja a 6 millió darabot, összetett éves növekedéssel. aránya meghaladja a 38%-ot.
2. Az alumíniumötvözet jellemzői és alkalmazásai
2.1 Az alumíniumötvözet jellemzői
Az alumínium sűrűsége egyharmada az acélénak, így könnyebb. Nagyobb fajlagos szilárdsággal, jó extrudálási képességgel, erős korrózióállósággal és nagy újrahasznosíthatósággal rendelkezik. Az alumíniumötvözetek jellemzője, hogy elsősorban magnéziumból állnak, jó hőállóságot, jó hegesztési tulajdonságokat, jó kifáradási szilárdságot mutatnak, nem erősíthetők hőkezeléssel, és hidegen megmunkálással növelik a szilárdságot. A 6-os sorozatra jellemző, hogy elsősorban magnéziumból és szilíciumból áll, a Mg2Si pedig a fő erősítő fázis. Ebben a kategóriában a legszélesebb körben használt ötvözetek a 6063, 6061 és 6005A. Az 5052 alumíniumlemez egy AL-Mg sorozatú ötvözött alumíniumlemez, amelynek fő ötvözőeleme a magnézium. Ez a legszélesebb körben használt rozsdagátló alumíniumötvözet. Ennek az ötvözetnek nagy szilárdsága, nagy kifáradási szilárdsága, jó plaszticitása és korrózióállósága van, hőkezeléssel nem erősíthető meg, jó plaszticitású félhideg keményítésnél, alacsony plaszticitású hidegmunka edzésnél, jó korrózióállóság és jó hegesztési tulajdonságok. Főleg olyan alkatrészekhez használják, mint az oldallapok, tetőburkolatok és ajtópanelek. A 6063 alumíniumötvözet egy hőkezelhető erősítő ötvözet az AL-Mg-Si sorozatból, amelynek fő ötvözőeleme a magnézium és a szilícium. Ez egy hőkezelhető erősítő alumíniumötvözet profil, közepes szilárdsággal, főként szerkezeti elemekben, például oszlopokban és oldalsó panelekben használják a szilárdság fenntartására. Az alumíniumötvözetek minőségeinek bemutatása az 1. táblázatban látható.
2.2 Az extrudálás az alumíniumötvözetek fontos alakítási módszere
Az alumíniumötvözet extrudálása melegalakítási módszer, és a teljes gyártási folyamat magában foglalja az alumíniumötvözet háromirányú nyomófeszültség alatti alakítását. A teljes gyártási folyamat a következőképpen írható le: a. Az alumíniumot és más ötvözeteket megolvasztják és a szükséges alumíniumötvözet tuskóba öntik; b. Az előmelegített tuskót az extrudáló berendezésbe helyezik extrudálás céljából. A főhenger hatására az alumíniumötvözet tuskó a forma üregén keresztül a szükséges profilokká alakul; c. Az alumíniumprofilok mechanikai tulajdonságainak javítása érdekében az extrudálás során vagy után oldatos kezelést végeznek, ezt követi az öregítés. Az öregítési kezelés utáni mechanikai tulajdonságok a különböző anyagoktól és öregítési módoktól függően változnak. A dobozos teherautó profilok hőkezelési állapotát a 2. táblázat mutatja.
Az alumíniumötvözetből készült extrudált termékek számos előnnyel rendelkeznek más formázási módszerekkel szemben:
a. Az extrudálás során az extrudált fém erősebb és egyenletesebb háromirányú nyomófeszültséget kap az alakváltozási zónában, mint a hengerlés és a kovácsolás, így teljes mértékben ki tudja játszani a feldolgozott fém plaszticitását. Nehezen deformálható, hengerléssel, kovácsolással nem feldolgozható fémek megmunkálására használható, és különféle összetett üreges vagy tömör keresztmetszetű alkatrészek készíthetők belőle.
b. Mivel az alumínium profilok geometriája változtatható, alkatrészeik nagy merevséggel rendelkeznek, ami javíthatja a jármű karosszériájának merevségét, csökkentheti az NVH karakterisztikáját és javíthatja a jármű dinamikus vezérlési jellemzőit.
c. Az extrudálási hatékonyságú termékek kioltás és öregítés után lényegesen nagyobb hosszirányú szilárdsággal (R, Raz) rendelkeznek, mint a más módszerekkel feldolgozott termékek.
d. Az extrudálás után a termékek felülete jó színnel és jó korrózióállósággal rendelkezik, így nincs szükség más korróziógátló felületkezelésre.
e. Az extrudálási feldolgozás nagy rugalmassággal, alacsony szerszám- és formaköltséggel, valamint alacsony tervezési változtatási költséggel rendelkezik.
f. Az alumíniumprofil keresztmetszetek szabályozhatósága révén növelhető az alkatrészintegráció mértéke, csökkenthető az alkatrészek száma, és a különböző keresztmetszetű kialakításokkal precíz hegesztési pozicionálás érhető el.
A dobozos teherautók extrudált alumínium profiljai és a sima szénacél teljesítmény-összehasonlítása a 3. táblázatban látható.
A dobozos teherautók alumíniumötvözet profiljainak következő fejlesztési iránya: A profil szilárdságának további javítása és az extrudálási teljesítmény javítása. A dobozos teherautók alumíniumötvözet profiljainak új anyagainak kutatási irányát az 1. ábra mutatja.
3. Alumíniumötvözet dobozos teherautó szerkezete, szilárdsági elemzése és ellenőrzése
3.1 Alumíniumötvözet dobozos teherautó szerkezet
A dobozos teherautó-konténer főként az elülső panelből, a bal és a jobb oldali panelből, a hátsó ajtó oldalsó panelekből, a padlószerkezetből, a tetőszerkezetből, valamint az U-alakú csavarokból, oldalsó védőburkolatokból, hátsó védőburkolatokból, sárszárnyakból és egyéb tartozékokból áll. csatlakozik a másodosztályú alvázhoz. A doboztest kereszttartók, oszlopok, oldalgerendák és ajtólapok alumíniumötvözet extrudált profilokból, míg a padló- és tetőpanelek 5052 alumíniumötvözet síklemezekből készülnek. Az alumíniumötvözet dobozos teherautó felépítése a 2. ábrán látható.
A 6-os sorozatú alumíniumötvözet forró extrudálási eljárásával összetett üreges keresztmetszeteket lehet kialakítani, az összetett keresztmetszetű alumíniumprofilok kialakítása anyagtakarékos, megfelel a termék szilárdsági és merevségi követelményeinek, valamint megfelel a kölcsönös kapcsolat követelményeinek. különféle alkatrészek. Ezért az I tehetetlenségi nyomatékok és a W ellenállási nyomatékok fő gerenda tervezési szerkezetét és metszeti nyomatékait a 3. ábra mutatja.
A 4. táblázat főbb adatainak összehasonlítása azt mutatja, hogy a tervezett alumínium profil metszeti tehetetlenségi és ellenállási nyomatékai jobbak, mint a vasból készült gerenda profil megfelelő adatai. A merevségi együttható adatok nagyjából megegyeznek a megfelelő vasból készült gerendaprofil adataival, és mindegyik megfelel az alakváltozási követelményeknek.
3.2 Maximális feszültség számítása
A kulcsfontosságú teherhordó elemet, a keresztgerendát tárgyként véve kiszámítjuk a maximális feszültséget. A névleges terhelés 1,5 t, a kereszttartó 6063-T6 alumíniumötvözet profilból készül, mechanikai tulajdonságokkal az 5. táblázatban látható módon. A gerenda az erőszámításhoz konzolos szerkezetként egyszerűsített, a 4. ábra szerint.
Egy 344 mm-es fesztávú gerendát véve a gerendára ható nyomóterhelés F=3757 N 4,5 tonnára számítva, ami háromszorosa a szabványos statikus terhelésnek. q=F/L
ahol q a gerenda belső feszültsége terhelés alatt, N/mm; F a gerenda által viselt terhelés, a standard statikus terhelés 3-szorosára számítva, amely 4,5 t; L a gerenda hossza, mm.
Ezért a q belső feszültség:
A feszültség számítási képlete a következő:
A maximális pillanat:
A nyomaték abszolút értékét, M=274283 N·mm, a maximális feszültséget σ=M/(1,05×w)=18,78 MPa és a maximális feszültségértéket σ<215 MPa, amely megfelel a követelményeknek.
3.3 Különféle komponensek csatlakozási jellemzői
Az alumíniumötvözet rossz hegesztési tulajdonságokkal rendelkezik, és hegesztési pontszilárdsága csak az alapanyag szilárdságának 60%-a. Az alumíniumötvözet felületén egy Al2O3 réteg borítása miatt az Al2O3 olvadáspontja magas, míg az alumínium olvadáspontja alacsony. Alumíniumötvözet hegesztésekor a felületen lévő Al2O3-ot gyorsan meg kell törni a hegesztés végrehajtásához. Ugyanakkor az Al2O3 maradék az alumíniumötvözet oldatban marad, ami befolyásolja az alumíniumötvözet szerkezetét és csökkenti az alumíniumötvözet hegesztési pontjának szilárdságát. Ezért egy teljesen alumínium tartály tervezésekor ezeket a jellemzőket teljes mértékben figyelembe kell venni. A fő pozicionálási módszer a hegesztés, a fő teherhordó alkatrészek csavarokkal vannak összekötve. A csatlakozásokat, például a szegecselést és a fecskefarkú szerkezetet az 5. és 6. ábra mutatja.
A teljesen alumínium doboztest fő szerkezete vízszintes gerendákkal, függőleges oszlopokkal, oldalsó gerendákkal és peremgerendákkal összekapcsolódik. A vízszintes gerendák és a függőleges oszlopok között négy csatlakozási pont található. A csatlakozási pontok fogazott tömítésekkel vannak ellátva, hogy illeszkedjenek a vízszintes gerenda fogazott éléhez, hatékonyan megakadályozva a csúszást. A nyolc sarokpontot főként acél magbetétek kötik össze, csavarokkal és önzáró szegecsekkel rögzítik, és a doboz belsejében hegesztett 5 mm-es háromszög alakú alumíniumlemezekkel erősítik meg a sarokpozíciók belső megerősítését. A doboz külső megjelenésében nincsenek hegesztési vagy szabad csatlakozási pontok, így biztosítva a doboz általános megjelenését.
3.4 SE szinkronmérnöki technológia
Az SE szinkronmérnöki technológiája a doboztestben az illeszkedő alkatrészek nagy halmozott méreteltéréseiből adódó problémák, valamint a hézagok és síkossági hibák okainak megtalálásának nehézségei megoldására szolgál. A CAE elemzés (lásd a 7-8. ábrát) segítségével összehasonlító elemzést végeznek vasból készült doboztestekkel, hogy ellenőrizzék a doboztest általános szilárdságát és merevségét, megtalálják a gyenge pontokat, és intézkedéseket hozzanak a tervezési séma hatékonyabb optimalizálására és javítására. .
4. Alumíniumötvözet dobozos teherautó könnyítő hatása
A dobozos karosszéria mellett alumíniumötvözetek használhatók a dobozos teherautó-konténerek különféle alkatrészeinek acél helyettesítésére, mint például a sárvédők, a hátsó védőburkolatok, az oldalsó védőburkolatok, az ajtózárak, az ajtópántok és a hátsó kötényélek, így súlycsökkentés érhető el. 30-40% a raktérben. Egy üres 4080 mm×2300 mm×2200 mm-es teherkonténer súlycsökkentő hatása a 6. táblázatban látható. Ez alapvetően megoldja a hagyományos vasból készült rakterek túlsúlyának, a bejelentések be nem tartásának és a szabályozási kockázatok problémáit.
Ha a hagyományos acélt alumíniumötvözetekre cseréljük az autóipari alkatrészekben, akkor nemcsak kiváló könnyű súlyozás érhető el, hanem hozzájárulhat az üzemanyag-megtakarításhoz, a károsanyag-kibocsátás csökkentéséhez és a jármű teljesítményének javításához. Jelenleg különféle vélemények vannak arról, hogy a könnyű súlyozás hozzájárul az üzemanyag-megtakarításhoz. A Nemzetközi Alumínium Intézet kutatási eredményeit a 9. ábra mutatja. A jármű tömegének minden 10%-os csökkentése 6-8%-kal csökkentheti az üzemanyag-fogyasztást. A hazai statisztikák alapján az egyes személygépkocsik tömegének 100 kg-mal történő csökkentése 0,4 l/100 km-rel csökkentheti a fogyasztást. A könnyű súlyozás hozzájárulása az üzemanyag-megtakarításhoz a különböző kutatási módszerekből származó eredményeken alapul, ezért van némi eltérés. Az autók könnyűsúlyozása azonban jelentős hatással van az üzemanyag-fogyasztás csökkentésére.
Az elektromos járművek esetében a könnyű súlyozás még hangsúlyosabb. Jelenleg az elektromos járművek akkumulátorainak egységnyi energiasűrűsége jelentősen eltér a hagyományos folyékony tüzelésű járművekétől. Az elektromos járművek energiaellátó rendszerének tömege (beleértve az akkumulátort is) gyakran a jármű össztömegének 20-30%-át teszi ki. Ezzel párhuzamosan az akkumulátorok teljesítménybeli szűk keresztmetszetének áttörése világméretű kihívás. A nagy teljesítményű akkumulátor-technológia jelentős áttörése előtt a könnyűsúlyozás hatékony módja az elektromos járművek hatótávolságának növelésének. Minden 100 kg-os tömegcsökkentéssel az elektromos járművek utazótávolsága 6-11%-kal növelhető (a súlycsökkentés és az utazótávolság közötti összefüggést a 10. ábra mutatja). Jelenleg a tisztán elektromos járművek hatótávolsága nem tudja kielégíteni a legtöbb ember igényeit, de a súly egy bizonyos mértékű csökkentése jelentősen javíthatja a hatótávolságot, enyhítheti a távolsági szorongást és javíthatja a felhasználói élményt.
5. Következtetés
Az ebben a cikkben bemutatott alumíniumötvözetből készült teherautó teljesen alumínium szerkezetén kívül különféle típusú dobozos teherautók is léteznek, például alumínium méhsejtszerkezetű panelek, alumínium csatlapok, alumínium keretek + alumínium borítások és vas-alumínium hibrid rakománykonténerek . Előnyük a könnyű súly, a nagy fajlagos szilárdság és a jó korrózióállóság, és nem igényelnek elektroforetikus festéket a korrózióvédelemhez, csökkentve az elektroforetikus festék környezeti hatását. Az alumíniumötvözet dobozos teherautó alapvetően megoldja a hagyományos vasból készült rakterek túlsúlyának, a bejelentések be nem tartásának és a szabályozási kockázatoknak a problémáit.
Az extrudálás az alumíniumötvözetek elengedhetetlen megmunkálási módja, az alumíniumprofilok kiváló mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek, így az alkatrészek szelvénymerevsége viszonylag magas. A változó keresztmetszetnek köszönhetően az alumíniumötvözetek több komponens funkció kombinációját is elérhetik, így jó anyag az autók könnyűsúlyozására. Az alumíniumötvözetek széles körben elterjedt alkalmazása azonban olyan kihívásokkal néz szembe, mint például az alumíniumötvözet rakománytereinek tervezési képességének elégtelensége, alakítási és hegesztési problémák, valamint az új termékek magas fejlesztési és promóciós költségei. A fő ok továbbra is az, hogy az alumíniumötvözet többe kerül, mint az acél, mielőtt az alumíniumötvözetek újrahasznosítási ökológiája kiforrna.
Összefoglalva, az alumíniumötvözetek gépjárművekben való felhasználási köre szélesebb lesz, és felhasználásuk tovább fog növekedni. Az energiatakarékosság, a kibocsátáscsökkentés és az új energetikai járműipar fejlődésének jelenlegi trendjeiben, az alumíniumötvözetek tulajdonságainak elmélyülésével és az alumíniumötvözetek alkalmazási problémáinak hatékony megoldásával, az alumínium extrudálási anyagokat szélesebb körben használják majd az autóipari könnyűsúlyozásban.
Szerkesztette: May Jiang a MAT Aluminiumtól
Feladás időpontja: 2024. január 12
