1. Вовед
Лесното производство на автомобили започна во развиените земји и првично беше предводено од традиционалните автомобилски гиганти. Со континуиран развој, доби на значителен импулс. Од времето кога Индијците за прв пат користеа алуминиумска легура за производство на автомобилски коленесто вратило до првото масовно производство на автомобили целосно алуминиумски од страна на Ауди во 1999 година, алуминиумската легура доживеа силен раст во автомобилската индустрија поради нејзините предности како што се мала густина, висока специфична цврстина и цврстина, добра еластичност и отпорност на удар, висока рециклирање и висока стапка на регенерација. До 2015 година, процентот на примена на алуминиумска легура во автомобилите веќе надмина 35%.
Кина започна со производство на лесна автомобилска опрема пред помалку од 10 години, а и технологијата и нивото на примена заостануваат зад развиените земји како Германија, САД и Јапонија. Сепак, со развојот на нови енергетски возила, производство на лесна материјална опрема брзо напредува. Користејќи го порастот на нови енергетски возила, кинеската технологија за производство на лесна автомобилска опрема покажува тренд на достигнување на ниво со развиените земји.
Пазарот на лесни материјали во Кина е огромен. Од една страна, во споредба со развиените земји во странство, технологијата за лесно производство во Кина започна доцна, а вкупната тежина на возилата е поголема. Со оглед на референтниот процент на лесни материјали во странските земји, сè уште има доволно простор за развој во Кина. Од друга страна, поттикнат од политиките, брзиот развој на кинеската индустрија за нови енергетски возила ќе ја зголеми побарувачката за лесни материјали и ќе ги охрабри автомобилските компании да се движат кон лесно производство.
Подобрувањето на стандардите за емисии и потрошувачка на гориво го наметнува забрзувањето на производството на лесна потрошувачка на автомобили. Кина целосно ги имплементираше стандардите за емисии на China VI во 2020 година. Според „Методот за евалуација и индикаторите за потрошувачка на гориво кај патничките автомобили“ и „Патната карта за технологија на возила со нова енергија“, стандардот за потрошувачка на гориво од 5,0 л/км. Земајќи го предвид ограничениот простор за значителни откритија во технологијата на моторите и намалувањето на емисиите, усвојувањето мерки за лесни автомобилски компоненти може ефикасно да ги намали емисиите на возилата и потрошувачката на гориво. Леснувањето на возилата со нова енергија стана суштински пат за развој на индустријата.
Во 2016 година, Кинеското здружение за автомобилско инженерство го издаде „Патоказот за заштеда на енергија и технологија на возила со нова енергија“, во кој беа планирани фактори како што се потрошувачката на енергија, дометот на крстарење и материјалите за производство на возила со нова енергија од 2020 до 2030 година. Лесната потрошувачка ќе биде клучна насока за идниот развој на возила со нова енергија. Лесната потрошувачка може да го зголеми дометот на крстарење и да се справи со „страхот од домет“ кај возилата со нова енергија. Со зголемената побарувачка за продолжен домет на крстарење, лесната потрошувачка на автомобили станува итна, а продажбата на возила со нова енергија значително порасна во последните години. Според барањата на системот за бодување и „Среднорочниот до долгорочниот план за развој на автомобилската индустрија“, се проценува дека до 2025 година, продажбата на возила со нова енергија во Кина ќе надмине 6 милиони единици, со сложена годишна стапка на раст што надминува 38%.
2. Карактеристики и примени на алуминиумска легура
2.1 Карактеристики на алуминиумска легура
Густината на алуминиумот е една третина од онаа на челикот, што го прави полесен. Има поголема специфична цврстина, добра способност за екструдирање, силна отпорност на корозија и висока рециклирање. Алуминиумските легури се карактеризираат со тоа што се првенствено составени од магнезиум, покажуваат добра отпорност на топлина, добри својства на заварување, добра отпорност на замор, неможност за зајакнување со термичка обработка и способност за зголемување на цврстината преку ладна обработка. Серијата 6 се карактеризира со тоа што е првенствено составена од магнезиум и силициум, со Mg2Si како главна фаза на зајакнување. Најшироко користените легури во оваа категорија се 6063, 6061 и 6005A. Алуминиумската плоча 5052 е алуминиумска плоча од легура на серијата AL-Mg, со магнезиум како главен елемент за легирање. Тоа е најшироко користената алуминиумска легура против 'рѓа. Оваа легура има висока цврстина, висока отпорност на замор, добра пластичност и отпорност на корозија, не може да се зајакне со термичка обработка, има добра пластичност при стврднување со полуладна обработка, ниска пластичност при стврднување со ладна обработка, добра отпорност на корозија и добри својства на заварување. Главно се користи за компоненти како што се странични панели, покривни капаци и панели на врати. Алуминиумската легура 6063 е термички обработлива легура за зајакнување во серијата AL-Mg-Si, со магнезиум и силициум како главни легирачки елементи. Тоа е термички обработлив профил од алуминиумска легура за зајакнување со средна цврстина, главно користен во структурни компоненти како што се столбови и странични панели за носење цврстина. Вовед во видовите алуминиумски легури е прикажан во Табела 1.
2.2 Екструзијата е важен метод на формирање на алуминиумска легура
Екструзијата на алуминиумски легури е метод на топло обликување, а целиот процес на производство вклучува формирање на алуминиумска легура под тринасочен компресивен стрес. Целиот процес на производство може да се опише на следниов начин: а. Алуминиумот и другите легури се топат и се леат во потребните парчиња од алуминиумски легури; б. Претходно загреаните парчиња се ставаат во опремата за екструзија за екструзија. Под дејство на главниот цилиндар, парчињата од алуминиумска легура се обликуваат во потребните профили низ шуплината на калапот; в. За да се подобрат механичките својства на алуминиумските профили, се врши третман во раствор за време или по екструзијата, по што следува третман на стареење. Механичките својства по третманот на стареење варираат во зависност од различните материјали и режимите на стареење. Статусот на термичка обработка на профилите за камиони од типот кутија е прикажан во Табела 2.
Екструдираните производи од алуминиумска легура имаат неколку предности во однос на другите методи на обликување:
а. За време на екструдирањето, екструдираниот метал добива посилен и порамномерен троен компресивен стрес во зоната на деформација отколку со валање и ковање, така што може целосно да ја искористи пластичноста на обработениот метал. Може да се користи за обработка на тешко деформирани метали кои не можат да се обработуваат со валање или ковање и може да се користи за производство на разни сложени шупливи или цврсти компоненти со пресек.
б. Бидејќи геометријата на алуминиумските профили може да варира, нивните компоненти имаат висока цврстина, што може да ја подобри цврстината на каросеријата на возилото, да ги намали неговите NVH карактеристики и да ги подобри карактеристиките на динамичка контрола на возилото.
в. Производите со ефикасност на екструдирање, по гаснењето и стареењето, имаат значително поголема надолжна цврстина (R, Raz) од производите обработени со други методи.
г. Површината на производите по екструдирањето има добра боја и добра отпорност на корозија, елиминирајќи ја потребата од друг антикорозивен површински третман.
e. Екструдирачката обработка има голема флексибилност, ниски трошоци за алати и калапи, како и ниски трошоци за промена на дизајнот.
f. Поради контролата на пресеците на алуминиумските профили, степенот на интеграција на компонентите може да се зголеми, бројот на компоненти може да се намали, а различните дизајни на пресеци можат да постигнат прецизно позиционирање при заварување.
Споредбата на перформансите помеѓу екструдирани алуминиумски профили за камиони од типот кутија и обичен јаглероден челик е прикажана во Табела 3.
Следна насока на развој на профили од алуминиумски легури за камиони од типот кутија: Понатамошно подобрување на цврстината на профилот и подобрување на перформансите на екструдирање. Насоката на истражување на нови материјали за профили од алуминиумски легури за камиони од типот кутија е прикажана на Слика 1.
3. Структура, анализа на цврстината и верификација на камион од алуминиумска легура
3.1 Структура на камион од алуминиумска легура
Контејнерот на камионот главно се состои од склоп на преден панел, склоп на лев и десен страничен панел, склоп на страничен панел на задната врата, склоп на подот, склоп на покривот, како и завртки во форма на U, странични штитници, задни штитници, калници и други додатоци поврзани со шасијата од втора класа. Попречните греди на каросеријата, столбовите, страничните греди и панелите на вратите се направени од екструдирани профили од алуминиумска легура, додека подот и покривните панели се направени од рамни плочи од алуминиумска легура 5052. Структурата на камионот од алуминиумска легура е прикажана на Слика 2.
Користејќи го процесот на топло истиснување на алуминиумската легура од серијата 6, може да се формираат сложени шупливи пресеци, дизајнот на алуминиумски профили со сложени пресеци може да заштеди материјали, да ги задоволи барањата за цврстина и цврстина на производот и да ги задоволи барањата за меѓусебна поврзаност помеѓу различните компоненти. Затоа, структурата на дизајнот на главниот греди и пресечните моменти на инерција I и отпорните моменти W се прикажани на Слика 3.
Споредбата на главните податоци во Табела 4 покажува дека пресечните моменти на инерција и отпорните моменти на проектираниот алуминиумски профил се подобри од соодветните податоци на профилот на гредата од железо. Податоците за коефициентот на цврстина се приближно исти како и оние на соодветниот профил на гредата од железо, и сите ги исполнуваат барањата за деформација.
3.2 Пресметка на максимален стрес
Земајќи ја клучната компонента што го носи товарот, попречната греда, како предмет, се пресметува максималното оптоварување. Номиналното оптоварување е 1,5 t, а попречната греда е изработена од профил од алуминиумска легура 6063-T6 со механички својства како што е прикажано во Табела 5. Гредата е поедноставена како конзолна структура за пресметување на силата, како што е прикажано на Слика 4.
Земајќи греда со распон од 344 mm, компресивното оптоварување на гредата се пресметува како F=3757 N врз основа на 4,5 t, што е три пати повеќе од стандардното статичко оптоварување. q=F/L
каде што q е внатрешното напрегање на гредата под оптоварувањето, N/mm; F е оптоварувањето што го носи гредата, пресметано врз основа на 3 пати од стандардното статичко оптоварување, кое е 4,5 t; L е должината на гредата, mm.
Затоа, внатрешниот напон q е:
Формулата за пресметување на стресот е како што следува:
Максималниот момент е:
Земајќи ја апсолутната вредност на моментот, M=274283 N·mm, максималното напрегање σ=M/(1,05×w)=18,78 MPa, и максималната вредност на напрегање σ<215 MPa, што ги исполнува барањата.
3.3 Карактеристики на поврзување на различни компоненти
Алуминиумската легура има слаби својства на заварување, а нејзината јачина на точката на заварување е само 60% од јачината на основниот материјал. Поради покривањето на површината на алуминиумската легура со слој Al2O3, точката на топење на Al2O3 е висока, додека точката на топење на алуминиумот е ниска. Кога алуминиумската легура се заварува, Al2O3 на површината мора брзо да се разбие за да се изврши заварувањето. Во исто време, остатокот од Al2O3 ќе остане во растворот на алуминиумската легура, влијаејќи на структурата на алуминиумската легура и намалувајќи ја јачината на точката на заварување на алуминиумската легура. Затоа, при дизајнирање на контејнер целосно од алуминиум, овие карактеристики се целосно земени предвид. Заварувањето е главен метод на позиционирање, а главните компоненти што носат товар се поврзани со завртки. Врските како што се заковување и структура во облик на гулаб се прикажани на сликите 5 и 6.
Главната структура на куќиштето од целосно алуминиум има структура со хоризонтални греди, вертикални столбови, странични греди и рабни греди кои се испреплетуваат едни со други. Постојат четири точки на поврзување помеѓу секоја хоризонтална греда и вертикален столб. Точките на поврзување се опремени со назабени дихтунзи за да се спојат со назабениот раб на хоризонталната греда, ефикасно спречувајќи лизгање. Осумте аголни точки се главно поврзани со влошки од челично јадро, фиксирани со завртки и самозаклучувачки навртки, и зајакнати со триаголни алуминиумски плочи од 5 mm заварени во внатрешноста на кутијата за да се зајакнат аглите внатрешно. Надворешниот изглед на кутијата нема заварување или изложени точки на поврзување, што го обезбедува целокупниот изглед на кутијата.
3.4 SE Синхрона инженерска технологија
Технологијата за синхроно инженерство SE се користи за решавање на проблемите предизвикани од големи акумулирани отстапувања во големината за соодветните компоненти во куќиштето на кутијата и тешкотиите во пронаоѓањето на причините за празнините и дефектите на рамноста. Преку CAE анализа (видете ја Слика 7-8), се спроведува споредбена анализа со куќишта изработени од железо за да се провери целокупната цврстина и цврстина на куќиштето на кутијата, да се пронајдат слаби точки и да се преземат мерки за поефикасно оптимизирање и подобрување на шемата на дизајнот.
4. Ефект на леснотија на камион од алуминиумска легура
Покрај каросеријата на камионот, алуминиумските легури можат да се користат за замена на челикот за различни компоненти на контејнери за камиони од типот кутија, како што се калници, задни штитници, странични штитници, резеви на вратите, шарки на вратите и рабови на задниот браник, со што се постигнува намалување на тежината од 30% до 40% за товарниот простор. Ефектот на намалување на тежината за празен товарен контејнер од 4080mm×2300mm×2200mm е прикажан во Табела 6. Ова фундаментално ги решава проблемите со прекумерна тежина, непочитување на најавите и регулаторните ризици на традиционалните товарни простори изработени од железо.
Со замена на традиционалниот челик со алуминиумски легури за автомобилски компоненти, не само што може да се постигнат одлични ефекти на олеснување, туку може да се придонесе и за заштеда на гориво, намалување на емисиите и подобрување на перформансите на возилата. Во моментов, постојат различни мислења за придонесот на олеснувањето кон заштедата на гориво. Резултатите од истражувањето на Меѓународниот институт за алуминиум се прикажани на Слика 9. Секое намалување од 10% на тежината на возилото може да ја намали потрошувачката на гориво за 6% до 8%. Врз основа на домашната статистика, намалувањето на тежината на секој патнички автомобил за 100 кг може да ја намали потрошувачката на гориво за 0,4 L/100 km. Придонесот на олеснувањето кон заштедата на гориво се базира на резултатите добиени од различни методи на истражување, па затоа постојат одредени варијации. Сепак, олеснувањето на автомобилската индустрија има значително влијание врз намалувањето на потрошувачката на гориво.
Кај електричните возила, ефектот на намалување на тежината е уште поизразен. Во моментов, густината на единечна енергија на батериите на електричните возила е значително различна од онаа на традиционалните возила на течно гориво. Тежината на енергетскиот систем (вклучувајќи ја и батеријата) на електричните возила често сочинува 20% до 30% од вкупната тежина на возилото. Истовремено, пробивањето на тесното грло на перформансите на батериите е светски предизвик. Пред да се случи голем пробив во технологијата на високо-перформансни батерии, намалувањето на тежината е ефикасен начин за подобрување на опсегот на крстарење на електричните возила. За секои 100 кг намалување на тежината, опсегот на крстарење на електричните возила може да се зголеми за 6% до 11% (односот помеѓу намалувањето на тежината и опсегот на крстарење е прикажан на Слика 10). Во моментов, опсегот на крстарење на чисто електричните возила не може да ги задоволи потребите на повеќето луѓе, но намалувањето на тежината за одредена количина може значително да го подобри опсегот на крстарење, намалувајќи ја вознемиреноста за опсегот и подобрувајќи го корисничкото искуство.
5. Заклучок
Покрај целосно алуминиумската структура на камионот од алуминиумска легура претставена во овој напис, постојат различни видови на камиони, како што се алуминиумски саќести панели, алуминиумски плочи со копча, алуминиумски рамки + алуминиумски обвивки и хибридни контејнери за товар од железо-алуминиум. Тие имаат предности како што се мала тежина, висока специфична цврстина и добра отпорност на корозија, а не бараат електрофоретска боја за заштита од корозија, со што се намалува влијанието на електрофоретската боја врз животната средина. Камионот од алуминиумска легура фундаментално ги решава проблемите со прекумерна тежина, непочитување на најавите и регулаторните ризици на традиционалните товарни прегради изработени од железо.
Екструзијата е суштински метод на обработка на алуминиумски легури, а алуминиумските профили имаат одлични механички својства, па затоа цврстината на пресекот на компонентите е релативно висока. Поради променливиот пресек, алуминиумските легури можат да постигнат комбинација од повеќе функции на компонентите, што ги прави добар материјал за автомобилска лесна изработка. Сепак, широката примена на алуминиумските легури се соочува со предизвици како што се недоволната способност за дизајнирање на товарни прегради од алуминиумски легури, проблеми со формирање и заварување и високи трошоци за развој и промоција на нови производи. Главната причина е сепак тоа што алуминиумската легура чини повеќе од челикот пред екологијата за рециклирање на алуминиумските легури да стане зрела.
Како заклучок, опсегот на примена на алуминиумските легури во автомобилите ќе стане поширок, а нивната употреба ќе продолжи да се зголемува. Во сегашните трендови на заштеда на енергија, намалување на емисиите и развој на индустријата за нови енергетски возила, со продлабочувањето на разбирањето на својствата на алуминиумските легури и ефикасните решенија за проблемите со примена на алуминиумските легури, материјалите за екструдирање од алуминиум ќе бидат пошироко користени во автомобилската лесна конструкција.
Уредено од Меј Џијанг од MAT Aluminum
Време на објавување: 12 јануари 2024 година
