1. Introducción
O lixeiro automotriz comezou nos países desenvolvidos e foi liderado inicialmente por xigantes tradicionais de automóbiles. Con desenvolvemento continuo, gañou un impulso significativo. Desde o momento en que os indios usaron por primeira vez a aliaxe de aluminio para producir cigüeñales de automoción ata a primeira produción masiva de Audi de coches de aluminio en 1999, a aleación de aluminio viu un crecemento robusto nas aplicacións automotivas debido ás súas vantaxes como baixa densidade, alta resistencia e rixidez específicas,, Boa elasticidade e resistencia ao impacto, alta reciclabilidade e alta taxa de rexeneración. En 2015, a proporción de aplicación de aliaxe de aluminio en automóbiles xa superou o 35%.
O lixeiro de automoción de China comezou hai menos de 10 anos e tanto a tecnoloxía como o nivel de aplicación quedan por detrás de países desenvolvidos como Alemaña, Estados Unidos e Xapón. Non obstante, co desenvolvemento de novos vehículos enerxéticos, a luz material avanza rapidamente. Aproveitando o ascenso de novos vehículos enerxéticos, a tecnoloxía de peso de lixeiros de China está a amosar unha tendencia de poñerse ao día cos países desenvolvidos.
O mercado de materiais lixeiros de China é enorme. Por unha banda, en comparación cos países desenvolvidos no estranxeiro, a tecnoloxía de peso lixeiro de China comezou tarde e o peso da freada do vehículo é maior. Tendo en conta o punto de referencia da proporción de materiais lixeiros nos países estranxeiros, aínda hai moito espazo para o desenvolvemento en China. Por outra banda, impulsada por políticas, o rápido desenvolvemento da nova industria de vehículos enerxéticos de China aumentará a demanda de materiais lixeiros e animará ás empresas automobilísticas a avanzar cara ao peso.
A mellora dos estándares de consumo de emisión e combustible está a forzar a aceleración da lixeira do automóbil. China implementou plenamente os estándares de emisión de China VI en 2020. Segundo o "método de avaliación e indicadores para o consumo de combustible de coches de pasaxeiros" e o "aforro de enerxía e nova folla de ruta de tecnoloxía de vehículos enerxéticos", o estándar de consumo de combustible de 5,0 L/km. Tendo en conta o espazo limitado para avances substanciais na tecnoloxía do motor e a redución de emisións, a adopción de medidas a compoñentes automotivos lixeiros pode reducir eficazmente as emisións de vehículos e o consumo de combustible. O peso de novos vehículos enerxéticos converteuse nun camiño esencial para o desenvolvemento da industria.
En 2016, a China Automotive Engineering Society emitiu o "aforro de enerxía e a nova folla de ruta da tecnoloxía de vehículos enerxéticos", que planificou factores como o consumo de enerxía, o rango de cruceiro e os materiais de fabricación para novos vehículos enerxéticos de 2020 a 2030. O peso lixeiro será unha dirección clave Para o desenvolvemento futuro de novos vehículos enerxéticos. O lixeiro pode aumentar o rango de cruceiro e abordar a "ansiedade de rango" en novos vehículos enerxéticos. Coa demanda crecente de rango de cruceiro prolongado, a lixeira automotriz faise urxente e as vendas de novos vehículos enerxéticos creceron significativamente nos últimos anos. Segundo os requisitos do sistema de puntuación e o "Plan de desenvolvemento a mediados a longo prazo para a industria do automóbil", estímase que para o 2025, as vendas de vehículos enerxéticos de novos vehículos superiores superarán os 6 millóns de unidades, cun crecemento anual composto taxa superior ao 38%.
2. Características e aplicacións de aliaxe de taluminio
2.1 Características da aleación de aluminio
A densidade de aluminio é un terzo da de aceiro, tornándoo máis lixeiro. Ten maior resistencia específica, boa capacidade de extrusión, forte resistencia á corrosión e alta reciclabilidade. As aliaxes de aluminio caracterízanse por estar compostas principalmente por magnesio, que presentan unha boa resistencia á calor, boas propiedades de soldadura, boa forza de fatiga, incapacidade de reforzarse polo tratamento térmico e a capacidade de aumentar a forza mediante o traballo en frío. A serie 6 caracterízase por estar composta principalmente por magnesio e silicio, con MG2SI como principal fase de fortalecemento. As aliaxes máis utilizadas nesta categoría son 6063, 6061 e 6005A. A placa de aluminio 5052 é unha placa de aluminio de aliaxe da serie AL-MG, con magnesio como principal elemento de aliaxe. É a aliaxe de aluminio anti-rust máis utilizada. Esta aleación ten alta resistencia, alta resistencia á fatiga, boa plasticidade e resistencia á corrosión, non se pode reforzar polo tratamento térmico, ten boa plasticidade no endurecemento do traballo semi-frío, baixa plasticidade no endurecemento do traballo en frío, unha boa resistencia á corrosión e boas propiedades de soldadura. Úsase principalmente para compoñentes como paneis laterais, cubertas de tellados e paneis de portas. A aleación de aluminio 6063 é unha aliaxe de fortalecemento de calor na serie Al-MG-Si, con magnesio e silicio como principais elementos de aliaxe. É un perfil de aliaxe de aluminio de fortalecemento de calor con forza con resistencia media, usado principalmente en compoñentes estruturais como columnas e paneis laterais para levar forza. Na táboa 1 móstrase unha introdución ás cualificacións de aliaxe de aluminio.
2.2 A extrusión é un importante método de formación de aliaxe de aluminio
A extrusión de aliaxe de aluminio é un método de formación quente e todo o proceso de produción implica formar aliaxe de aluminio baixo tensión de compresión de tres bandas. Todo o proceso de produción pódese describir do seguinte xeito: a. O aluminio e outras aliaxes están derretidos e arroxados ás billetes de aliaxe de aluminio requiridas; b. Os billetes precalentados póñense nos equipos de extrusión para a súa extrusión. Baixo a acción do cilindro principal, a billete de aliaxe de aluminio fórmase nos perfís requiridos a través da cavidade do molde; c. Para mellorar as propiedades mecánicas dos perfís de aluminio, o tratamento de solucións realízase durante ou despois da extrusión, seguido do tratamento de envellecemento. As propiedades mecánicas despois do tratamento do envellecemento varían segundo diferentes materiais e réximes de envellecemento. Na táboa 2 móstrase o estado de tratamento térmico dos perfís de camión tipo caixa.
Os produtos extruídos de aliaxe de aluminio teñen varias vantaxes sobre outros métodos de formación:
A. Durante a extrusión, o metal extruído obtén unha tensión de compresión de tres vías máis forte e uniforme na zona de deformación que o rolamento e a forxa, polo que pode xogar completamente a plasticidade do metal procesado. Pódese usar para procesar metais difíciles de deformar que non se poden procesar rodando ou forxando e pódense usar para facer varios compoñentes complexos de sección oca ou sólida.
b. Debido a que a xeometría dos perfís de aluminio pode ser variada, os seus compoñentes teñen alta rixidez, o que pode mellorar a rixidez do corpo do vehículo, reducir as súas características NVH e mellorar as características de control dinámico do vehículo.
c. Os produtos con eficiencia de extrusión, despois do calmante e o envellecemento, teñen unha forza lonxitudinal significativamente maior (R, RAZ) que os produtos procesados por outros métodos.
d. A superficie dos produtos despois da extrusión ten unha boa cor e unha boa resistencia á corrosión, eliminando a necesidade doutro tratamento superficial anticorrosión.
e. O procesamento de extrusións ten unha gran flexibilidade, baixos custos de ferramentas e moldes e baixos custos de cambio de deseño.
f. Debido á controlabilidade das seccións transversais de perfil de aluminio, pódese aumentar o grao de integración de compoñentes, pódese reducir o número de compoñentes e diferentes deseños de sección transversal poden conseguir un posicionamento preciso de soldadura.
Na táboa 3 móstrase a comparación de rendemento entre os perfís de aluminio extruído para camións tipo caixa e aceiro de carbono.
Seguinte dirección de desenvolvemento dos perfís de aliaxe de aluminio para camións tipo caixa: mellorar aínda máis a forza do perfil e mellorar o rendemento da extrusión. A dirección de investigación de novos materiais para perfís de aliaxe de aluminio para camións tipo caixa móstrase na figura 1.
3. Estrutura de camións de caixa de aliaxinum, análise de forza e verificación
3.1 Estrutura do camión de caixas de aliaxe de aluminio
O recipiente de camión de caixa consiste principalmente en montaxe do panel frontal, montaxe do panel esquerdo e dereito, montaxe do panel lateral da porta traseira, montaxe de chan, montaxe do tellado, así como parafusos en forma de U, gardas laterais, gardas traseiras, solapas de barro e outros accesorios conectado ao chasis de segunda clase. As vigas cruzadas do corpo, piares, vigas laterais e paneis de portas están feitas de perfís extruídos de aliaxe de aluminio, mentres que os paneis do chan e do tellado están feitos de placas planas de aliaxe de aluminio 5052. A estrutura do camión de caixa de aliaxe de aluminio móstrase na figura 2.
Usando o proceso de extrusión quente da alia de aluminio da serie 6 pode formar seccións transversais complexas, un deseño de perfís de aluminio con seccións transversais complexas pode aforrar materiais, cumprir os requisitos de forza e rixidez do produto e cumprir os requisitos da conexión mutua entre Varios compoñentes. Polo tanto, a estrutura principal de deseño de feixes e os momentos seccionais de inercia I e os momentos que resisten a W móstranse na figura 3.
Unha comparación dos datos principais da táboa 4 mostra que os momentos en sección de inercia e os momentos resistentes do perfil de aluminio deseñado son mellores que os datos correspondentes do perfil de feixe feito o ferro. Os datos do coeficiente de rixidez son aproximadamente os mesmos que os do perfil de feixe de ferro correspondente e todos cumpren os requisitos de deformación.
3.2 Cálculo máximo de tensión
Tomando o compoñente clave de carga, o Crossbeam, como obxecto, calcúlase a tensión máxima. A carga nominal é de 1,5 T, e o raio de cruz está feito de perfil de aliaxe de aluminio 6063-T6 con propiedades mecánicas como se mostra na táboa 5. O feixe simplifícase como unha estrutura de volante para o cálculo da forza, como se mostra na figura 4.
Tomando un feixe de extensión de 344 mm, a carga de compresión no feixe calcúlase como F = 3757 N en función de 4.5T, que é tres veces a carga estática estándar. q = f/l
onde q é a tensión interna do feixe baixo a carga, n/mm; F é a carga que se coloca polo feixe, calculada en función de 3 veces a carga estática estándar, que é de 4,5 T; L é a lonxitude do feixe, mm.
Polo tanto, o estrés interno Q é:
A fórmula de cálculo da tensión é a seguinte:
O momento máximo é:
Tomando o valor absoluto do momento, M = 274283 N · mm, a tensión máxima σ = M/(1,05 × W) = 18,78 MPa, e o valor máximo de tensión σ <215 MPa, que cumpre os requisitos.
3.3 Características de conexión de varios compoñentes
A aleación de aluminio ten malas propiedades de soldadura e a súa forza de soldadura é só o 60% da forza do material base. Debido á cuberta dunha capa de AL2O3 na superficie da aliaxe de aluminio, o punto de fusión de Al2O3 é alto, mentres que o punto de fusión do aluminio é baixo. Cando a aliaxe de aluminio está soldada, o Al2O3 na superficie debe romperse rapidamente para realizar soldadura. Ao mesmo tempo, o residuo de AL2O3 permanecerá na solución de aliaxe de aluminio, afectando a estrutura da alia de aluminio e reducindo a forza do punto de soldadura de aliaxes de aluminio. Polo tanto, ao deseñar un recipiente de Alluminum, estas características son consideradas completamente. A soldadura é o método principal de posicionamento e os compoñentes principais de carga están conectados por parafusos. Nas figuras 5 e 6 móstranse conexións como o remincelo e a estrutura de pomba.
A estrutura principal do corpo de caixa de aluminio adopta unha estrutura con vigas horizontais, piares verticais, vigas laterais e vigas de bordo que se entrelazan entre si. Hai catro puntos de conexión entre cada feixe horizontal e piar vertical. Os puntos de conexión están equipados con xuntas serradas para malla co bordo serrado do feixe horizontal, evitando efectivamente o deslizamento. Os oito puntos da esquina están conectados principalmente por insercións de núcleo de aceiro, fixadas con parafusos e remaches auto-bloqueantes, e reforzadas por placas triangulares de aluminio triangular soldadas dentro da caixa para fortalecer as posicións da esquina internamente. O aspecto externo da caixa non ten soldadura nin puntos de conexión expostos, asegurando o aspecto global da caixa.
3.4 SE Tecnoloxía de Enxeñaría síncrona
A tecnoloxía de enxeñaría sincrona SE úsase para resolver os problemas causados por grandes desviacións de tamaño acumulado para combinar compoñentes no corpo da caixa e as dificultades para atopar as causas de lagoas e fracasos de platitude. A través da análise de CAE (ver figura 7-8), realízase unha análise de comparación con corpos de caixa feitos de ferro para comprobar a resistencia e a rixidez do corpo da caixa, atopar puntos débiles e tomar medidas para optimizar e mellorar o esquema de deseño de forma máis eficaz .
4. Efecto de peso luminoso do camión de caixas de aliaxe de aluminio
Ademais do corpo da caixa, pódense empregar aliaxes de aluminio para substituír o aceiro por varios compoñentes de contedores de camións de tipo, como gardas de lama, gardas traseiras, gardas laterais, pestanas de portas, bisagras de portas e bordos traseiros, logrando unha redución de peso redución de peso de 30% a 40% para o compartimento de carga. Na táboa 6 móstrase o efecto de redución de peso para un recipiente de carga baleiro de 4080 mm × 2300 mm × 2200 mm. Isto resolve fundamentalmente os problemas de peso excesivo, o incumprimento dos anuncios e os riscos regulatorios de compartimentos tradicionais de carga de ferro.
Ao substituír o aceiro tradicional por aliaxes de aluminio para compoñentes automotivos, non só se poden conseguir excelentes efectos de peso lixeiro, senón que tamén pode contribuír ao aforro de combustible, á redución de emisións e ao rendemento do vehículo. Na actualidade, hai varias opinións sobre a contribución do lixeiro ao aforro de combustible. Os resultados da investigación do Instituto Internacional de Aluminio móstranse na Figura 9. Cada 10% de redución do peso do vehículo pode reducir o consumo de combustible nun 6% ao 8%. Con base nas estatísticas domésticas, a redución do peso de cada coche de pasaxeiros en 100 kg pode reducir o consumo de combustible en 0,4 l/100 km. A contribución do peso lixeiro ao aforro de combustible baséase nos resultados obtidos de diferentes métodos de investigación, polo que hai algunha variación. Non obstante, o peso lixeiro do automóbil ten un impacto significativo na redución do consumo de combustible.
Para os vehículos eléctricos, o efecto de peso lixeiro é aínda máis pronunciado. Actualmente, a densidade de enerxía unitaria das baterías de alimentación de vehículos eléctricos é significativamente diferente á dos vehículos tradicionais de combustible líquido. O peso do sistema de enerxía (incluída a batería) de vehículos eléctricos adoita representar un 20% a 30% do peso total do vehículo. Simultaneamente, romper o pescozo de desempeño das baterías é un reto mundial. Antes de que haxa un gran avance na tecnoloxía de baterías de alto rendemento, a luz é un xeito eficaz de mellorar a gama de vehículos eléctricos. Por cada redución de peso de 100 kg, a gama de vehículos eléctricos de cruceiro pódese aumentar un 6% ao 11% (a relación entre a redución de peso e o rango de cruceiro móstrase na figura 10). Na actualidade, a gama de vehículos eléctricos puros non pode satisfacer as necesidades da maioría da xente, pero reducir o peso nunha certa cantidade pode mellorar significativamente o rango de cruceiro, aliviar a ansiedade do rango e mellorar a experiencia do usuario.
5.conclusión
Ademais da estrutura de Alluminum do camión de caixas de aliaxe de aluminio introducido neste artigo, hai varios tipos de camións de caixa, como paneis de panal de aluminio, placas de fibela de aluminio, marcos de aluminio + pel de aluminio e contedores de cargamentos híbridos de ferro-aluminio de ferro-aluminio . Teñen as vantaxes do peso lixeiro, a alta resistencia específica e a boa resistencia á corrosión e non requiren pintura electroforética para a protección contra a corrosión, reducindo o impacto ambiental da pintura electroforética. O camión de caixas de aliaxe de aluminio resolve fundamentalmente os problemas de exceso de peso, incumprimento dos anuncios e riscos regulatorios dos compartimentos tradicionais de carga fabricados en ferro.
A extrusión é un método de procesamento esencial para as aliaxes de aluminio e os perfís de aluminio teñen excelentes propiedades mecánicas, polo que a rixidez da sección dos compoñentes é relativamente alta. Debido á sección transversal variable, as aliaxes de aluminio poden alcanzar a combinación de múltiples funcións de compoñentes, o que o converte nun bo material para a lixeira. Non obstante, a aplicación xeneralizada de aliaxes de aluminio enfróntase a retos como a capacidade de deseño insuficiente para compartimentos de carga de aliaxe de aluminio, problemas de formación e soldadura e altos custos de desenvolvemento e promoción para novos produtos. A razón principal é aínda que a aliaxe de aluminio custa máis que o aceiro antes de que a ecoloxía de reciclaxe das aliaxes de aluminio se madura.
En conclusión, o ámbito da aplicación das aliaxes de aluminio nos automóbiles farase máis amplo e o seu uso seguirá aumentando. Nas tendencias actuais de aforro de enerxía, redución de emisións e desenvolvemento da nova industria de vehículos enerxéticos, coa comprensión profunda das propiedades de aliaxe de aluminio e solucións eficaces aos problemas de aplicación de aliaxe de aluminio, os materiais de extrusión de aluminio serán máis amplamente empregados no peso lixeiro automático.
Editado por maio Jiang de Mat Aluminum
Tempo de publicación: 12-2024 de xaneiro
