Вступ
З розвитком автомобільної промисловості ринок ударних балок з алюмінієвих сплавів також швидко зростає, хоча загальний розмір все ще відносно невеликий. Згідно з прогнозом Альянсу інновацій у сфері легких автомобільних технологій для китайського ринку ударних балок з алюмінієвих сплавів, до 2025 року попит на ринку оцінюється приблизно в 140 000 тонн, а обсяг ринку, як очікується, досягне 4,8 мільярда юанів. До 2030 року попит на ринку, за прогнозами, становитиме приблизно 220 000 тонн, а обсяг ринку – 7,7 мільярда юанів, а сукупний річний темп зростання – близько 13%. Тенденція розвитку полегшення та швидке зростання моделей автомобілів середнього та високого класу є важливими рушійними факторами розвитку ударних балок з алюмінієвих сплавів у Китаї. Перспективи ринку автомобільних ударних балок є багатообіцяючими.
Зі зниженням витрат та розвитком технологій, лобові ударні балки та краш-бокси з алюмінієвих сплавів поступово стають все більш поширеними. Наразі вони використовуються в моделях автомобілів середнього та високого класу, таких як Audi A3, Audi A4L, BMW 3 серії, BMW X1, Mercedes-Benz C260, Honda CR-V, Toyota RAV4, Buick Regal та Buick LaCrosse.
Ударні балки з алюмінієвого сплаву в основному складаються з ударних поперечин, аварійних коробок, монтажних опорних плит та муфт буксирувального гака, як показано на рисунку 1.
Рисунок 1: Збірка ударної балки з алюмінієвого сплаву
Аварійний бокс — це металевий корпус, розташований між ударною балкою та двома поздовжніми балками транспортного засобу, який по суті служить контейнером, що поглинає енергію. Ця енергія відноситься до сили удару. Коли транспортний засіб зазнає зіткнення, ударна балка має певний ступінь здатності поглинати енергію. Однак, якщо енергія перевищує ємність ударної балки, вона передасть енергію аварійному боксу. Аварійний бокс поглинає всю силу удару та деформується, забезпечуючи неушкодження поздовжніх балок.
1 Вимоги до продукту
1.1 Розміри повинні відповідати вимогам креслення щодо допусків, як показано на рисунку 2.
1.3 Вимоги до механічних характеристик:
Міцність на розрив: ≥215 МПа
Межа плинності: ≥205 МПа
Подовження A50: ≥10%
1.4 Характеристики дроблення Crash Box:
Вздовж осі X транспортного засобу, використовуючи поверхню зіткнення, більшу за поперечний переріз виробу, навантажувати зі швидкістю 100 мм/хв до розчавлення, зі ступенем стиснення 70%. Початкова довжина профілю становить 300 мм. На стику армуючого ребра та зовнішньої стінки тріщини повинні бути менше 15 мм, щоб вважатися прийнятними. Слід переконатися, що дозволені тріщини не знижують енергопоглинальну здатність профілю при розчавленні, а в інших зонах після розчавлення не повинно бути значних тріщин.
2 Підхід до розвитку
Щоб одночасно відповідати вимогам механічних характеристик та характеристик дроблення, підхід до розробки є наступним:
Використовуйте стрижень 6063B з основним складом сплаву Si 0,38-0,41% та Mg 0,53-0,60%.
Виконайте гартування повітрям та штучне старіння для досягнення стану T6.
Використовуйте гасіння розпиленням + повітрям та проведіть обробку старінням для досягнення стану T7.
3 Пілотне виробництво
3.1 Умови екструзії
Виробництво здійснюється на екструзійному пресі 2000T з коефіцієнтом екструзії 36. Використовуваний матеріал - гомогенізований алюмінієвий стрижень 6063B. Температури нагрівання алюмінієвого стрижня такі: IV зона 450 - III зона 470 - II зона 490 - 1 зона 500. Тиск прориву головного циліндра становить близько 210 бар, при цьому стабільна фаза екструзії має тиск екструзії, близький до 180 бар. Швидкість екструзійного вала становить 2,5 мм/с, а швидкість екструзії профілю - 5,3 м/хв. Температура на виході з екструзії становить 500-540°C. Загартування здійснюється за допомогою повітряного охолодження з потужністю лівого вентилятора 100%, потужністю середнього вентилятора 100% та потужністю правого вентилятора 50%. Середня швидкість охолодження в зоні гартування досягає 300-350°C/хв, а температура після виходу із зони гартування становить 60-180°C. Для гартування в тумані + повітрі середня швидкість охолодження в зоні нагрівання досягає 430-480°C/хв, а температура після виходу із зони гартування становить 50-70°C. Профіль не має значного вигину.
3.2 Старіння
Після процесу старіння T6 при температурі 185°C протягом 6 годин твердість та механічні властивості матеріалу є такими:
Згідно з процесом старіння T7 при 210°C протягом 6 годин та 8 годин, твердість та механічні властивості матеріалу є такими:
На основі даних випробувань було встановлено, що метод гартування туманом + повітрям у поєднанні з процесом старіння при температурі 210°C/6 годин відповідає вимогам як до механічних характеристик, так і до випробувань на дроблення. З огляду на економічну ефективність, для виробництва було обрано метод гартування туманом + повітрям та процес старіння при температурі 210°C/6 годин, щоб відповідати вимогам продукту.
3.3 Випробування на розчавлювання
Для другого та третього стрижнів головний кінець обрізається на 1,5 м, а хвостовий – на 1,2 м. З головної, середньої та хвостової секцій відбирають по два зразки довжиною 300 мм. Випробування на роздавлювання проводяться після старіння при 185°C/6 год та 210°C/6 год та 8 год (дані про механічні характеристики, як зазначено вище) на універсальній машині для випробування матеріалів. Випробування проводяться при швидкості навантаження 100 мм/хв зі ступенем стиснення 70%. Результати такі: для гартування туманом + повітрям з процесами старіння при 210°C/6 год та 8 год випробування на роздавлювання відповідають вимогам, як показано на рисунку 3-2, тоді як зразки, загартовані повітрям, демонструють розтріскування для всіх процесів старіння.
Згідно з результатами випробувань на дроблення, гартування в тумані + повітрі з процесами старіння при 210°C/6 год та 8 год відповідає вимогам замовника.
4 Висновок
Оптимізація процесів гартування та старіння має вирішальне значення для успішної розробки продукту та забезпечує ідеальне технологічне рішення для краш-боксу.
Завдяки ретельним випробуванням було визначено, що стан матеріалу для краш-боксу має бути 6063-T7, метод гартування - туман + охолодження на повітрі, а процес старіння при 210°C/6 год є найкращим вибором для екструдування алюмінієвих стрижнів з температурами від 480 до 500°C, швидкістю екструзійного вала 2,5 мм/с, температурою екструзійної матриці 480°C та температурою на виході з екструзії 500-540°C.
Під редакцією Мей Цзян з MAT Aluminum
Час публікації: 07 травня 2024 р.
