1. Вовед
Автомобилската лесна тежина започна во развиените земји и првично беше предводена од традиционалните автомобилски гиганти.Со континуиран развој, таа доби значителен замав.Од времето кога Индијците првпат користеа алуминиумска легура за производство на автомобилски коленесто вратило до првото масовно производство на целосно алуминиумски автомобили на Audi во 1999 година, алуминиумската легура забележа силен раст во автомобилските апликации поради неговите предности како што се мала густина, висока специфична цврстина и цврстина. добра еластичност и отпорност на удар, висока можност за рециклирање и висока стапка на регенерација.До 2015 година, процентот на примена на алуминиумска легура во автомобилите веќе надмина 35%.
Лесната тежина на автомобилите во Кина започна пред помалку од 10 години, а и технологијата и нивото на примена заостануваат зад развиените земји како Германија, САД и Јапонија.Меѓутоа, со развојот на нови енергетски возила, слабеењето на материјалите брзо напредува.Користејќи го подемот на нови енергетски возила, кинеската технологија за лесна автомобилска тежина покажува тренд на фаќање чекор со развиените земји.
Пазарот на лесни материјали во Кина е огромен.Од една страна, во споредба со развиените земји во странство, технологијата за лесна тежина во Кина започна доцна, а вкупната тежина на возилото е поголема.Со оглед на реперот на пропорцијата на лесни материјали во странски земји, во Кина сè уште има доволно простор за развој.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 лесни.
Подобрувањето на стандардите за емисија и потрошувачка на гориво го принудува забрзувањето на лесната тежина на автомобилот.Кина целосно ги имплементираше стандардите за емисии на Кина VI во 2020 година. Според „Методот на евалуација и индикатори за потрошувачка на гориво на патнички автомобили“ и „Патоказ за заштеда на енергија и технологија за нови енергетски возила“, стандардот за потрошувачка на гориво од 5,0 литри/км.Земајќи го предвид ограничениот простор за значителни откритија во технологијата на моторот и намалувањето на емисиите, усвојувањето мерки за лесните автомобилски компоненти може ефективно да ги намали емисиите на возилата и потрошувачката на гориво.Лесната тежина на новите енергетски возила стана суштински пат за развој на индустријата.
Во 2016 година, кинеското здружение за автомобилско инженерство издаде „Патоказ за заштеда на енергија и нова енергетска технологија на возила“, кој планира фактори како што се потрошувачката на енергија, опсегот на крстарење и производството на материјали за возила со нова енергија од 2020 до 2030 година. Лесната тежина ќе биде клучна насока за идниот развој на нови енергетски возила.Лесната тежина може да го зголеми опсегот на крстарење и да се справи со „анксиозноста на опсегот“ во возилата со нова енергија.Со зголемената побарувачка за продолжен опсег на крстарење, автомобилската лесна тежина станува итна, а продажбата на нови енергетски возила значително порасна во последниве години.Според барањата на системот за бодување и „Средно-долгорочниот план за развој на автомобилската индустрија“, се проценува дека до 2025 година, продажбата на нови енергетски возила во Кина ќе надмине 6 милиони единици, со сложен годишен раст стапка која надминува 38%.
2. Карактеристики и апликации од легура на алуминиум
2.1 Карактеристики на алуминиумска легура
Густината на алуминиумот е една третина од онаа на челикот, што го прави полесен.Има поголема специфична сила, добра способност за истиснување, силна отпорност на корозија и висока можност за рециклирање.Алуминиумските легури се карактеризираат со тоа што примарно се составени од магнезиум, покажуваат добра отпорност на топлина, добри својства на заварување, добра цврстина на замор, неможност да се зајакнат со термичка обработка и способност да се зголеми цврстината преку ладна работа.Серијата 6 се карактеризира со тоа што е првенствено составена од магнезиум и силициум, со Mg2Si како главна фаза на зајакнување.Најшироко користени легури во оваа категорија се 6063, 6061 и 6005A.5052 алуминиумска плоча е алуминиумска плоча од серијата AL-Mg, со магнезиум како главен елемент за легирање.Тоа е најшироко користената алуминиумска легура против 'рѓа.Оваа легура има висока јачина, висока јачина на замор, добра пластичност и отпорност на корозија, не може да се зајакне со термичка обработка, има добра пластичност при стврднување со полуладна работа, мала пластичност при стврднување на ладна работа, добра отпорност на корозија и добри својства на заварување.Главно се користи за компоненти како што се странични панели, покривни покривки и панели на вратите.Алуминиумската легура 6063 е зајакнувачка легура која се обработува со топлина во серијата AL-Mg-Si, со магнезиум и силициум како главни елементи за легирање.Тоа е термички обработен профил за зајакнување на алуминиумска легура со средна јачина, главно се користи во структурни компоненти како што се столбови и странични панели за носење цврстина.Вовед во класите на легури на алуминиум е прикажан во Табела 1.
2.2 Истиснувањето е важен метод за формирање на алуминиумска легура
Истиснувањето на легура на алуминиум е метод на топло формирање, а целиот производствен процес вклучува формирање на алуминиумска легура под тринасочен притисок на притисок.Целиот процес на производство може да се опише на следниов начин: а.Алуминиумот и другите легури се топат и се фрлаат во потребните заготовки од алуминиумска легура;б.Загреаните заготовки се ставаат во опремата за истиснување за истиснување.Под дејство на главниот цилиндар, палката од алуминиумска легура се формира во потребните профили низ шуплината на мувлата;в.Со цел да се подобрат механичките својства на алуминиумските профили, третманот со раствор се врши за време или по истиснувањето, проследено со третман на стареење.Механичките својства по третманот со стареење варираат во зависност од различни материјали и режими на стареење.Статусот на термичка обработка на профилите на камиони од типот на кутија е прикажан во Табела 2.
Екструдираните производи од алуминиумска легура имаат неколку предности во однос на другите методи на формирање:
а.За време на истиснувањето, екструдираниот метал добива посилен и порамномерен тринасочен притисок на притисок во зоната на деформација од тркалањето и ковањето, така што може целосно да ја игра пластичноста на обработениот метал.Може да се користи за обработка на метали кои тешко се деформираат кои не можат да се обработат со тркалање или фалсификување и може да се користи за изработка на различни сложени шупливи или цврсти компоненти со пресек.
б.Бидејќи геометријата на алуминиумските профили може да биде разновидна, нивните компоненти имаат висока вкочанетост, што може да ја подобри цврстината на телото на возилото, да ги намали неговите NVH карактеристики и да ги подобри динамичките контролни карактеристики на возилото.
в.Производите со ефикасност на истиснување, по гаснењето и стареењето, имаат значително поголема надолжна јачина (R, Raz) од производите обработени со други методи.
г.Површината на производите по истиснување има добра боја и добра отпорност на корозија, со што се елиминира потребата за друг антикорозивен површински третман.
д.Обработката со истиснување има голема флексибилност, ниски трошоци за алати и калапи и ниски трошоци за промена на дизајнот.
ѓ.Поради контролирањето на пресеците на алуминиумските профили, степенот на интеграција на компонентите може да се зголеми, бројот на компоненти може да се намали, а различни дизајни на попречен пресек може да постигнат прецизно позиционирање на заварувањето.
Споредбата на перформансите помеѓу екструдираните алуминиумски профили за камиони од типот кутија и обичниот јаглероден челик е прикажана во Табела 3.
Следна насока на развој на профили од алуминиумска легура за камиони од типот на кутија: Понатамошно подобрување на јачината на профилот и подобрување на перформансите на истиснување.Насоката на истражување на новите материјали за профили од алуминиумска легура за камиони со кутии е прикажана на слика 1.
3. Структура на камион од алуминиумска легура, анализа на јачината и верификација
3.1 Структура на камион од кутија од алуминиумска легура
Контејнерот за камион-кутија главно се состои од склопување на предниот панел, склопување на левата и десната страна на панелот, склопот на страничната плоча на задната врата, склопот на подот, склопот на покривот, како и завртки во форма на буквата У, странични штитници, задни штитници, капачиња од кал и други додатоци. поврзан со шасијата од втора класа.Попречните греди на телото на кутијата, столбовите, страничните греди и панелите на вратите се направени од профили со екструдирана легура на алуминиум, додека панелите на подот и покривот се направени од 5052 рамни плочи од алуминиумска легура.Структурата на камионот со кутија од алуминиумска легура е прикажана на слика 2.
Користејќи го процесот на топла истиснување на алуминиумската легура од 6 серии, може да се формираат сложени шупливи пресеци, дизајнот на алуминиумски профили со сложени пресеци може да заштеди материјали, да ги задоволи барањата за јачина и цврстина на производот и да ги исполни барањата за меѓусебна врска помеѓу различни компоненти.Затоа, структурата на дизајнот на долгото светло 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 дизајнираниот алуминиумски профил се подобри од соодветните податоци на профилот на гредата направена од железо.Податоците за коефициентот на вкочанетост се приближно исти како оние на соодветниот профил на греди направен од железо и сите ги исполнуваат барањата за деформација.
3.2 Пресметка на максимален стрес
Земајќи ја клучната носечка компонента, попречниот сноп, како објект, се пресметува максималниот напон.Номиналното оптоварување е 1,5 t, а попречниот сноп е изработен од профил од алуминиумска легура 6063-T6 со механички својства како што е прикажано во Табела 5. Зракот е поедноставен како конзолна конструкција за пресметка на силата, како што е прикажано на слика 4.
Преземајќи греда со распон од 344mm, оптоварувањето на притисок на гредата се пресметува како F=3757 N врз основа на 4,5t, што е трипати повеќе од стандардното статичко оптоварување.q=F/L
каде што q е внатрешното напрегање на гредата под оптоварување, N/mm;F е оптоварувањето што го носи гредата, пресметано врз основа на 3 пати повеќе од стандардното статичко оптоварување, што е 4,5 t;L е должината на зракот, mm.
Според тоа, внатрешниот стрес 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 напрегањето σ<215 MPa, што ги задоволува 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 покривање на слој од Al2O3 на површината на алуминиумската легура, точката на топење на Al2O3 е висока, додека точката на топење на алуминиумот е ниска.Кога се заварува легура на алуминиум, Al2O3 на површината мора брзо да се скрши за да се изврши заварување.Во исто време, остатокот од Al2O3 ќе остане во растворот од легура на алуминиум, што влијае на структурата на алуминиумската легура и намалувајќи ја јачината на точката за заварување на алуминиумската легура.Затоа, при дизајнирање на целосно алуминиумски контејнер, овие карактеристики се целосно разгледани.Заварувањето е главниот метод на позиционирање, а главните носечки компоненти се поврзани со завртки.Поврзувањата како што се занитване и структурата на гулаб се прикажани на сликите 5 и 6.
Главната структура на целосно алуминиумското куќиште на кутијата усвојува структура со хоризонтални греди, вертикални столбови, странични греди и рабни греди кои се испреплетуваат едни со други.Постојат четири точки за поврзување помеѓу секој хоризонтален сноп и вертикален столб.Точките за поврзување се опремени со назабени дихтунзи за да се спојат со назабениот раб на хоризонталната греда, ефикасно спречувајќи лизгање.Осумте аголни точки главно се поврзани со влошки од челично јадро, фиксирани со завртки и самозаклучувачки навртки и зајакнати со триаголни алуминиумски плочи од 5 mm заварени во кутијата за внатрешно зајакнување на позициите на аглите.Надворешниот изглед на кутијата нема заварувачки или изложени точки за поврзување, со што се обезбедува целокупниот изглед на кутијата.
3.4 SE Синхрона инженерска технологија
SE синхроната инженерска технологија се користи за да се решат проблемите предизвикани од големите акумулирани отстапувања на големината за совпаѓање на компонентите во телото на кутијата и тешкотиите во пронаоѓањето на причините за дефекти на празнините и плошноста.Преку CAE анализата (види Слика 7-8), се спроведува споредбена анализа со тела направени од железо за да се провери целокупната цврстина и вкочанетост на телото на кутијата, да се најдат слабите точки и да се преземат мерки за поефективно оптимизирање и подобрување на шемата за дизајнирање. .
4.Ефект на лесно тежина на камион со кутија од алуминиумска легура
Покрај телото на кутијата, алуминиумските легури може да се користат за замена на челик за различни компоненти на контејнери за камиони од типот на кутија, како што се штитници од кал, задни штитници, странични штитници, брави за врати, шарки на вратите и рабови на задните престилки, со што се постигнува намалување на тежината од 30% до 40% за товарниот простор.Ефектот на намалување на тежината за празен товарен контејнер 4080mm×2300mm×2200mm е прикажан во Табела 6. Ова суштински ги решава проблемите со прекумерната тежина, неусогласеноста со најавите и регулаторните ризици на традиционалните товарни прегради направени од железо.
Со замена на традиционалниот челик со алуминиумски легури за автомобилски компоненти, не само што може да се постигнат одлични ефекти на лесна тежина, туку може да придонесат и за заштеда на гориво, намалување на емисиите и подобрени перформанси на возилото.Во моментов, постојат различни мислења за придонесот на лесната тежина во 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 kg може да ја намали потрошувачката на гориво за 0,4 L/100 km.Придонесот на малата тежина во заштедата на гориво се заснова на резултатите добиени од различни истражувачки методи, така што има одредени варијации.Сепак, лесната тежина на автомобилот има значително влијание врз намалувањето на потрошувачката на гориво.
Кај електричните возила, ефектот на лесна тежина е уште поизразен.Во моментов, единицата енергетска густина на батериите за напојување на електрични возила е значително различна од онаа на традиционалните возила со течно гориво.Тежината на електроенергетскиот систем (вклучувајќи ја батеријата) на електричните возила често сочинува од 20% до 30% од вкупната тежина на возилото.Истовремено, пробивањето на тесното грло за перформанси на батериите е светски предизвик.Пред да дојде до голем напредок во технологијата на батерии со високи перформанси, лесната тежина е ефикасен начин за подобрување на опсегот на крстарење на електричните возила.За секои 100 kg намалување на тежината, опсегот на крстарење на електрични 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 електрични 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, да ја олесни вознемиреноста на опсегот и да го подобри корисничкото искуство.
5.Заклучок
Во прилог на целосно алуминиумската структура на камионот од алуминиумска легура претставена во овој напис, постојат различни видови камиони со кутии, како што се алуминиумски саќе панели, алуминиумски плочи за брави, алуминиумски рамки + алуминиумски кожи и железни-алуминиумски хибридни товарни контејнери .Тие ги имаат предностите на малата тежина, висока специфична цврстина и добра отпорност на корозија и не бараат електрофоретска боја за заштита од корозија, намалувајќи го влијанието на електрофоретската боја врз животната средина.Камионот со кутија од алуминиумска легура фундаментално ги решава проблемите со прекумерната тежина, неусогласеноста со најавите и регулаторните ризици на традиционалните товарни прегради направени од железо.
Екструзијата е суштински метод за обработка на алуминиумските легури, а алуминиумските профили имаат одлични механички својства, така што вкочанетоста на делот на компонентите е релативно висока.Поради променливиот пресек, алуминиумските легури можат да постигнат комбинација од повеќе функции на компоненти, што го прави добар материјал за лесна тежина на автомобилот.Сепак, широката примена на алуминиумските легури се соочува со предизвици како што се недоволната способност за дизајн на товарните прегради од алуминиумска легура, проблеми со формирање и заварување и високи трошоци за развој и промоција на нови производи.Главната причина е сè уште што алуминиумската легура чини повеќе од челикот пред да стане зрела екологијата за рециклирање на алуминиумските легури.
Како заклучок, опсегот на примена на алуминиумските легури во автомобилите ќе стане поширок, а нивната употреба ќе продолжи да се зголемува.Во тековните трендови на заштеда на енергија, намалување на емисиите и развојот на индустријата за нови енергетски возила, со продлабоченото разбирање на својствата на алуминиумската легура и ефективни решенија за проблемите со примена на алуминиумска легура, материјалите за истиснување на алуминиум ќе бидат пошироко користени во автомобилската лесна тежина.
Изменето од May Jiang од МАТ алуминиум
Време на објавување: јануари-12-2024 година
