1. Введення
Автомобільна легка вага розпочалася в розвинених країнах і спочатку керував традиційними автомобільними гігантами. При безперервному розвитку він набув значного імпульсу. З часу, коли індіанці вперше використовували алюмінієвий сплав для виготовлення автомобільних колінчастих валів до першого масового виробництва автомобілів Audi в 1999 році, алюмінієвий сплав спостерігає надійне зростання автомобільних застосувань через свої переваги, такі як низька щільність, висока специфічна сила та жорсткість, Хороша еластичність та ударна стійкість, висока переробність та висока швидкість регенерації. До 2015 року пропорція застосування алюмінієвого сплаву в автомобілях вже перевищила 35%.
Китайська легка легка вага розпочалася менше 10 років тому, і як технологія та рівень застосування відстають від розвинених країн, таких як Німеччина, США та Японія. Однак при розробці нових енергетичних транспортних засобів легкий матеріал швидко прогресує. Використовуючи зростання нових енергетичних транспортних засобів, автомобільна легка технологія Китаю демонструє тенденцію наздогнати розвинених країн.
Китайський ринок легких матеріалів величезний. З одного боку, порівняно з розвиненими країнами за кордоном, легка технологія Китаю почалася пізно, а загальна вага бордюру транспортного засобу більша. Враховуючи орієнтир пропорції легких матеріалів у зарубіжних країнах, у Китаї все ще є достатньо місця для розвитку. З іншого боку, керований політикою, швидкий розвиток нової галузі енергетичних транспортних засобів Китаю збільшить попит на легкі матеріали та заохотить автомобільні компанії рухатися до легкої ваги.
Поліпшення стандартів викидів та споживання палива змушує прискорення автомобільної легкої ваги. Китай повністю впровадив стандарти викидів Китаю в 2020 році. Відповідно до "методу оцінювання та показників споживання палива пасажирських автомобілів" та "дорожньої дорожньої карти технології енергетики та нової технології енергетичних транспортних засобів", 5,0 л/км стандарту споживання палива. Враховуючи обмежений простір для істотних проривів технологій двигунів та скорочення викидів, прийняття заходів до легких автомобільних компонентів може ефективно зменшити викиди транспортних засобів та споживання палива. Легка вага нових енергетичних транспортних засобів стала важливим шляхом для розвитку галузі.
У 2016 році Китайське автомобільне інженерне товариство випустило "дорожню карту технології енергозбереження та нової технології енергетичних транспортних засобів", яка запланувала такі фактори, як споживання енергії, круїзний діапазон та виробничі матеріали для нових енергетичних транспортних засобів з 2020 по 2030 рік. Легка вага буде ключовим напрямком для майбутнього розвитку нових енергетичних транспортних засобів. Легка вага може збільшити круїзний діапазон та вирішити «тривожність» у нових енергетичних транспортних засобах. Зі збільшенням попиту на розширений круїзний діапазон, автомобільна легка вага стає нагальною, а продажі нових енергетичних транспортних засобів значно зросли в останні роки. Відповідно до вимог системи балів та "План розвитку середньо-терміну для автомобільної промисловості". ставка перевищує 38%.
2. Характеристики та застосування алюмінієвого сплаву
2.1 Характеристики алюмінієвого сплаву
Щільність алюмінію є третиною сталі, що робить його легшим. Він має більш високу сили, хорошу можливість екструзії, сильну резистентність до корозії та високу переробку. Алюмінієві сплави характеризуються в основному з магнієм, виявляючи хорошу теплову стійкість, хороші властивості зварювання, хорошу силу втоми, неможливість зміцнюватись термічною обробкою та здатністю підвищувати міцність за допомогою холоду. 6 серії характеризуються в основному складом магнію та кремнію, з MG2SI - основною фазою зміцнення. Найбільш широко використовувані сплави в цій категорії - 6063, 6061 та 6005A. Алюмінієва пластина 5052-алюмінієва пластина серії Al-MG, з магнієм як основним лепатором. Це найбільш широко використовуваний алюмінієвий сплав анти-річки. Цей сплав має високу міцність, високу міцність на втому, хорошу пластичність та корозійну стійкість, не можна зміцнити за допомогою термічної обробки, має хорошу пластичність у напів холодному затвердінні роботи, низької пластичності при твердих роботах, хорошій корозійній стійкості та хороших властивостях зварювання. Він в основному використовується для таких компонентів, як бічні панелі, чохли на даху та дверні панелі. Алюмінієвий сплав 6063-це сплави, що піддається термічному лікуванню, в серії Al-Mg-Si, з магнієм та кремнієм як основними легетами. Це тепло-лікування, що зміцнюється профілю алюмінієвого сплаву із середньою міцністю, в основному використовується в структурних компонентах, таких як колони та бічні панелі для перенесення міцності. Вступ до оцінок алюмінієвого сплаву показано в таблиці 1.
2.2 Екструзія - важливий метод формування алюмінієвого сплаву
Екструзія алюмінієвого сплаву-це метод гарячого формування, а весь виробничий процес передбачає формування алюмінієвого сплаву під тристороннім напруженням. Весь виробничий процес можна описати так: a. Алюміній та інші сплави розтоплені та кидаються в необхідні заготовки з алюмінієвого сплаву; б. Попередньо нагріті заготовки кладуть в екструзійне обладнання для екструзії. Під дією головного циліндра, заготовка з алюмінієвого сплаву утворюється в необхідні профілі через порожнину форми; c. З метою поліпшення механічних властивостей алюмінієвих профілів обробка розчину проводиться під час або після екструзії з подальшим лікуванням старіння. Механічні властивості після лікування старіння змінюються залежно від різних матеріалів та режимів старіння. Статус термічної обробки профілів вантажних автомобілів коробки наведено в таблиці 2.
Екструдовані продукти з алюмінієвого сплаву мають кілька переваг перед іншими методами формування:
а. Під час екструзії екструдований метал отримує сильніший і рівномірніший тристоронній напруження стиска в зоні деформації, ніж прокат і кування, тому він може повністю грати в пластичність обробленого металу. Він може бути використаний для обробки важких у деформаційних металах, які неможливо обробити шляхом прокатки або кування, і може бути використаний для виготовлення різних складних компонентів порожнистих або твердих поперечних.
б. Оскільки геометрія алюмінієвих профілів може бути різноманітною, їх компоненти мають високу жорсткість, що може покращити жорсткість корпусу транспортного засобу, зменшити його характеристики NVH та покращити динамічні характеристики транспортного засобу.
c. Продукти з ефективністю екструзії після гасіння та старіння мають значно більшу поздовжню силу (R, Raz), ніж продукти, оброблені іншими методами.
д. Поверхня продуктів після екструзії має хороший колір та хорошу резистентність до корозії, усуваючи потребу в іншій антикорозійній обробці поверхні.
е. Обробка екструзії має велику гнучкість, низькі витрати на інструментарію та цвіль, а також низькі витрати на зміну дизайну.
ф. Завдяки керованності поперечних перерізів алюмінієвого профілю ступінь інтеграції компонентів можна збільшити, кількість компонентів може бути зменшена, а різні конструкції поперечного перерізу можуть досягти точного позиціонування зварювання.
Порівняння продуктивності між екструдованими алюмінієвими профілями для вантажних автомобілів типу коробки та простою вуглецевою сталь показано в таблиці 3.
Наступний напрямок розробки профілів алюмінієвих сплавів для вантажних автомобілів типу коробки: подальше вдосконалення сили профілю та підвищення продуктивності екструзії. Напрямок дослідження нових матеріалів для профілів алюмінієвих сплавів для вантажних автомобілів коробки показано на малюнку 1.
3. Структура вантажних автомобілів, що сплав, алюмінієвий сплав, аналіз міцності та перевірка
3.1 Конструкція вантажівки з алюмінієвого сплаву
Контейнер для вантажних автомобілів в основному складається з вузла передньої панелі, ліворуч та правої бічної панелі, вузла з боку задньої двері, вузла підлоги, вузла даху, а також у подібних болтах, бічних гвардійців, задніх охоронців, грязьових клаптів та інших аксесуарів підключений до шасі другого класу. Поперечні промені кузова, стовпи, бічні промені та дверні панелі виготовлені з екструдованих профілів з алюмінієвого сплаву, а підлоги та панелі на даху виготовлені з плоских пластин з алюмінієвого сплаву з алюмінієвим сплавом. Структура вантажівки з алюмінієвого сплаву показана на малюнку 2.
Використання процесу гарячої екструзії алюмінієвого сплаву 6 серій може утворювати складні порожні перерізи, конструкція алюмінієвих профілів зі складними перерізами може зберегти матеріали, відповідати вимогам міцності та жорсткості продукту та відповідати вимогам взаємного зв’язку між між собою різні компоненти. Тому основна конструкція проектування променя та секційні моменти інерції I та опір моментів W показані на малюнку 3.
Порівняння основних даних у таблиці 4 показує, що секційні моменти інерції та протистояння моментом розробленого алюмінієвого профілю кращі, ніж відповідні дані профілю променя променя заліза. Дані про коефіцієнт жорсткості приблизно такі ж, як і відповідний профіль променя заліза, і всі відповідають вимогам деформації.
3.2 Максимальний розрахунок напруги
Взяття ключового навантажувального компонента, перехрестя, як об'єкт, обчислюється максимальне напруження. Номінальне навантаження становить 1,5 Т, а перехресний промінь виготовлений з профілю алюмінієвого сплаву 6063-T6 з механічними властивостями, як показано в таблиці 5. Промінь спрощується як конструкція консолі для розрахунку сили, як показано на малюнку 4.
Взявши промінь проміжок 344 мм, навантаження на стиск на промінь обчислюється як F = 3757 N на основі 4,5 Т, що втричі перевищує стандартне статичне навантаження. Q = f/L
де Q - внутрішнє напруження променя під навантаженням, н/мм; F - навантаження, що передається променем, обчислене на основі 3 разів більше стандартного статичного навантаження, що становить 4,5 т; L - довжина променя, мм.
Тому внутрішній стрес Q становить:
Формула розрахунку напруги така:
Максимальний момент:
Взявши абсолютне значення моменту, M = 274283 N · мм, максимальне напруження σ = M/(1,05 × W) = 18,78 МПа та максимальне значення напруги σ <215 МПа, що відповідає вимогам.
3.3 Характеристики з'єднання різних компонентів
Алюмінієвий сплав має погані властивості зварювання, а його міцність на зварювальну точку становить лише 60% від міцності базового матеріалу. Через покриття шару Al2O3 на поверхні алюмінієвого сплаву, температура плавлення Al2O3 висока, тоді як температура плавлення алюмінію низька. Коли алюмінієвий сплав зварений, AL2O3 на поверхні повинен бути швидко зламаний, щоб виконати зварювання. У той же час залишок Al2O3 залишиться в розчині алюмінієвого сплаву, що впливає на структуру алюмінієвого сплаву та знижуючи міцність точки зварювання алюмінієвого сплаву. Тому при проектуванні контейнера для всеодушного алюмінію ці характеристики повністю розглядаються. Зварювання-це основний метод позиціонування, а основні компоненти, що несуть навантаження, з'єднані болтами. Такі з'єднання, як заклепки та структура колючок, показані на рисунках 5 та 6.
Основна структура корпусу з усіма алюмінієвими коробками приймає структуру з горизонтальними променями, вертикальними стовпами, бічними променями та крайовими променями, що переплітаються між собою. Між кожним горизонтальним променем та вертикальним стовпом існує чотири точки з'єднання. Точки з'єднання оснащені зубчастими прокладками для сітки з зубчастим краєм горизонтального променя, ефективно запобігаючи ковзанню. Вісім кутових точок в основному з'єднані вкладами сталевого ядра, закріпленими болтами та замикаючими заклепками та посилені 5-мм трикутними алюмінієвими пластинами, звареними всередині коробки, щоб зміцнити кутові положення внутрішньо. Зовнішній вигляд коробки не має зварювання або оголених точок з'єднання, забезпечуючи загальний вигляд коробки.
3.4 SE Синхронна інженерна технологія
Синхронна інженерна технологія SE використовується для вирішення неприємностей, спричинених великими накопиченими відхиленнями розмірів для відповідності компонентів у корпусі коробки та труднощами у пошуку причин зазорів та збоїв у плоскості. За допомогою аналізу CAE (див. Малюнок 7-8) проводиться аналіз порівняння за допомогою тіл із залізними ящиками, щоб перевірити загальну міцність та жорсткість тіла коробки, знаходити слабкі точки та вжити заходів для оптимізації та вдосконалення схеми проектування ефективніше .
4. Легкий вплив вантажівки з алюмінієвого сплаву
Окрім корпусу коробки, алюмінієві сплави можуть бути використані для заміни сталі для різних компонентів контейнерів для вантажних автомобілів коробки, таких як грязь від 30% до 40% для вантажного відділення. Ефект зменшення ваги для порожнього контейнера для вантажів 4080 мм × 2300 мм × 2200 мм показаний у таблиці 6. Це принципово вирішує проблеми надмірної ваги, недотримання оголошень та регуляторних ризиків традиційних вантажних відділень.
Замінивши традиційну сталь алюмінієвими сплавами для автомобільних компонентів, не тільки можна досягти відмінних легких ефектів, але й може сприяти економії палива, зменшенню викидів та покращенню продуктивності транспортного засобу. В даний час існують різні думки щодо внеску легкої ваги в економію палива. Результати досліджень Міжнародного алюмінієвого інституту показані на рисунку 9. Кожне 10% зниження ваги транспортного засобу може зменшити споживання палива на 6% до 8%. Виходячи з внутрішньої статистики, зменшення ваги кожного пасажирського автомобіля на 100 кг може зменшити споживання палива на 0,4 л/100 км. Внесок легкої ваги в економію палива ґрунтується на результатах, отриманих від різних методів дослідження, тому є певні зміни. Однак автомобільна легка вага має значний вплив на зменшення споживання палива.
Для електромобілів легкий ефект ще більш виражений. В даний час одинична щільність енергії електроенергетичних акумуляторів електроенергії значно відрізняється від традиційних транспортних засобів з рідким паливом. Вага живлення (включаючи акумулятор) електромобілів часто становить від 20% до 30% від загальної ваги транспортного засобу. Одночасно пробиваючись на вузькому вузькому вузькому вузлі акумуляторів - це всесвітнє завдання. До того, як відбудеться великий прорив у високопродуктивній акумуляторній технології, легкий-це ефективний спосіб поліпшити круїзний діапазон електромобілів. На кожні 100 кг зниження ваги круїзний діапазон електромобілів можна збільшити на 6% до 11% (залежність між зниженням ваги та діапазоном круїзу показана на малюнку 10). В даний час круїзний діапазон чистих електромобілів не може задовольнити потреби більшості людей, але зменшення ваги на певну кількість може значно покращити круїзний діапазон, полегшуючи тривогу в діапазоні та покращити досвід користувачів.
5. Конклюзію
На додаток до всеодуляної структури вантажівки з алюмінієвого сплаву, представленої в цій статті, існують різні типи вантажних автомобілів, таких як алюмінієві соти-панелі, алюмінієві пластинки для пряжки, алюмінієві рами + алюмінієві шкури та гібридні контейнери з алюмінієвим залізом, гібридні контейнер . Вони мають переваги легкої ваги, високої специфічної сили та хорошої корозійної стійкості, і не потребують електрофоретичної фарби для захисту від корозії, зменшуючи вплив електрофоретичної фарби. Вантажівка з алюмінієвого сплаву принципово вирішує проблеми надмірної ваги, недотримання оголошень та регуляторних ризиків традиційних вантажних відділень.
Екструзія є важливим методом обробки алюмінієвих сплавів, а алюмінієві профілі мають чудові механічні властивості, тому жорсткість секції компонентів відносно висока. Завдяки змінному поперечному перерізу, алюмінієві сплави можуть досягти комбінації декількох функцій компонентів, що робить його хорошим матеріалом для автомобільної легкої ваги. Однак широке застосування алюмінієвих сплавів стикається з проблемами, такими як недостатня здатність до дизайну для вантажних апаратів з алюмінієвого сплаву, проблеми з формуванням та зварюванням, високі витрати на розробку та просування нових продуктів. Основна причина полягає в тому, що алюмінієвий сплав коштує дорожче, ніж сталь до переробки екології алюмінієвих сплавів стає зрілим.
На закінчення, сфера застосування алюмінієвих сплавів в автомобілях стане більш широкою, і їх використання продовжуватиме зростати. У нинішніх тенденціях економії енергії, зменшення викидів та розвитку нової галузі енергетичного транспортного засобу з поглибленням розуміння властивостей алюмінієвого сплаву та ефективних рішень проблем із застосуванням алюмінієвого сплаву, матеріали для екструзії алюмінію будуть більш широко використовуватися в легкій вазі.
Під редакцією травня Цзян від Mat Aluminium
Час посади: 12-2024 січня
