Introdución
Co desenvolvemento da industria do automóbil, o mercado das vigas de impacto de aliaxe de aluminio tamén está a crecer rapidamente, aínda que segue sendo relativamente pequeno en tamaño global. Segundo a previsión da Automotive Lightweight Technology Innovation Alliance para o mercado chinés de vigas de impacto de aliaxe de aluminio, estímase que para 2025 a demanda do mercado será de arredor de 140.000 toneladas, cun tamaño de mercado que se espera que alcance os 4.800 millóns de RMB. Para 2030, proxéctase que a demanda do mercado sexa de aproximadamente 220.000 toneladas, cun tamaño de mercado estimado de 7.700 millóns de RMB e unha taxa de crecemento anual composta de aproximadamente o 13 %. A tendencia de desenvolvemento do alixeiramento e o rápido crecemento dos modelos de vehículos de gama media-alta son factores impulsores importantes para o desenvolvemento de vigas de impacto de aliaxe de aluminio en China. As perspectivas de mercado das caixas de choque para vigas de impacto para automóbiles son prometedoras.
A medida que os custos diminúen e a tecnoloxía avanza, as barras de impacto dianteiras e as caixas de choque de aliaxe de aluminio están a xeneralizarse gradualmente. Actualmente, utilízanse en modelos de vehículos de gama media e alta como o Audi A3, o Audi A4L, o BMW serie 3, o BMW X1, o Mercedes-Benz C260, o Honda CR-V, o Toyota RAV4, o Buick Regal e o Buick LaCrosse.
As vigas de impacto de aliaxe de aluminio están compostas principalmente por vigas transversais de impacto, caixas de choque, placas base de montaxe e mangas de gancho de remolque, como se mostra na Figura 1.
Figura 1: Conxunto de viga de impacto de aliaxe de aluminio
A caixa de impacto é unha caixa metálica situada entre a viga de impacto e dúas vigas lonxitudinais do vehículo, que serve esencialmente como un contedor de absorción de enerxía. Esta enerxía refírese á forza do impacto. Cando un vehículo experimenta unha colisión, a viga de impacto ten un certo grao de capacidade de absorción de enerxía. Non obstante, se a enerxía supera a capacidade da viga de impacto, transferirá a enerxía á caixa de impacto. A caixa de impacto absorbe toda a forza do impacto e defórmase, garantindo que as vigas lonxitudinais permanezan intactas.
1 Requisitos do produto
1.1 As dimensións deben cumprir os requisitos de tolerancia do debuxo, como se mostra na Figura 2.
1.3 Requisitos de rendemento mecánico:
Resistencia á tracción: ≥215 MPa
Resistencia elástica: ≥205 MPa
Alongamento A50: ≥10%
1.4 Rendemento de esmagamento da caixa de choque:
Ao longo do eixe X do vehículo, empregando unha superficie de colisión maior que a sección transversal do produto, aplique a unha velocidade de 100 mm/min ata o esmagamento, cunha cantidade de compresión do 70 %. A lonxitude inicial do perfil é de 300 mm. Na unión da nervadura de reforzo e a parede exterior, as fendas deben ser inferiores a 15 mm para que se consideren aceptables. Débese garantir que a fenda permitida non comprometa a capacidade de absorción de enerxía de esmagamento do perfil e que non debe haber fendas significativas noutras zonas despois do esmagamento.
2 Enfoque de desenvolvemento
Para cumprir simultaneamente os requisitos de rendemento mecánico e rendemento de trituración, o enfoque de desenvolvemento é o seguinte:
Usar unha varilla 6063B cunha composición de aliaxe primaria de Si 0,38-0,41 % e Mg 0,53-0,60 %.
Realizar un temple ao aire e un envellecemento artificial para acadar a condición T6.
Empregar un enfriamento con néboa + aire e realizar un tratamento de sobreenvellecemento para acadar a condición T7.
3 Produción piloto
3.1 Condicións de extrusión
A produción realízase nunha prensa de extrusión de 2000T cunha relación de extrusión de 36. O material empregado é unha varilla de aluminio homoxeneizada 6063B. As temperaturas de quecemento da varilla de aluminio son as seguintes: zona IV 450-III zona 470-II zona 490-1 zona 500. A presión de rotura do cilindro principal é duns 210 bar, e a fase de extrusión estable ten unha presión de extrusión próxima aos 180 bar. A velocidade do eixe de extrusión é de 2,5 mm/s e a velocidade de extrusión do perfil é de 5,3 m/min. A temperatura na saída da extrusión é de 500-540 °C. O arrefriamento realízase mediante refrixeración por aire coa potencia do ventilador esquerdo ao 100 %, a potencia do ventilador central ao 100 % e a potencia do ventilador dereito ao 50 %. A velocidade media de arrefriamento dentro da zona de arrefriamento alcanza os 300-350 °C/min e a temperatura despois de saír da zona de arrefriamento é de 60-180 °C. Para o arrefriamento con néboa + aire, a velocidade media de arrefriamento dentro da zona de quentamento alcanza os 430-480 °C/min e a temperatura despois de saír da zona de arrefriamento é de 50-70 °C. O perfil non presenta unha flexión significativa.
3.2 Envellecemento
Tras o proceso de envellecemento T6 a 185 °C durante 6 horas, a dureza e as propiedades mecánicas do material son as seguintes:
Segundo o proceso de envellecemento T7 a 210 °C durante 6 horas e 8 horas, a dureza e as propiedades mecánicas do material son as seguintes:
Segundo os datos das probas, o método de temple por néboa + aire, combinado co proceso de envellecemento a 210 °C/6 h, cumpre os requisitos tanto de rendemento mecánico como de probas de esmagamento. Tendo en conta a rendibilidade, seleccionáronse o método de temple por néboa + aire e o proceso de envellecemento a 210 °C/6 h para a produción co fin de cumprir os requisitos do produto.
3.3 Proba de esmagamento
Para a segunda e a terceira vara, o extremo da cabeza córtase 1,5 m e o extremo da cola córtase 1,2 m. Tómanse dúas mostras de cada unha das seccións da cabeza, do medio e da cola, cunha lonxitude de 300 mm. As probas de esmagamento realízanse despois do envellecemento a 185 °C/6 h e 210 °C/6 h e 8 h (datos de rendemento mecánico como se menciona anteriormente) nunha máquina universal de ensaios de materiais. As probas realízanse a unha velocidade de carga de 100 mm/min cunha cantidade de compresión do 70 %. Os resultados son os seguintes: para o arrefriamento por néboa + aire cos procesos de envellecemento a 210 °C/6 h e 8 h, as probas de esmagamento cumpren os requisitos, como se mostra na Figura 3-2, mentres que as mostras arrefriadas ao aire presentan fisuras en todos os procesos de envellecemento.
Segundo os resultados da proba de trituración, o arrefriamento por néboa + aire cos procesos de envellecemento a 210 °C/6 h e 8 h cumpre os requisitos do cliente.
4 Conclusión
A optimización dos procesos de temple e envellecemento é crucial para o desenvolvemento exitoso do produto e proporciona unha solución de proceso ideal para o produto de caixa de choque.
Mediante probas exhaustivas, determinouse que o estado do material para o produto de caixa de choque debe ser 6063-T7, o método de temple é refrixeración por néboa + aire e o proceso de envellecemento a 210 °C/6 h é a mellor opción para extruir barras de aluminio con temperaturas que oscilan entre 480 e 500 °C, velocidade do eixe de extrusión de 2,5 mm/s, temperatura da matriz de extrusión de 480 °C e temperatura de saída de extrusión de 500 a 540 °C.
Editado por May Jiang de MAT Aluminum
Data de publicación: 07 de maio de 2024
