1.Ievads
Automobiļu vieglais svars sākās attīstītajās valstīs, un sākotnēji to vadīja tradicionālie autobūves giganti. Ar nepārtrauktu attīstību tas ir ieguvis ievērojamu impulsu. Kopš tā laika, kad indieši pirmo reizi izmantoja alumīnija sakausējumu, lai ražotu automobiļu kloķvārpstas, līdz Audi pirmajai masveida alumīnija automobiļu ražošanai 1999. gadā, alumīnija sakausējums ir piedzīvojis spēcīgu izaugsmi automobiļu lietojumos, pateicoties tā priekšrocībām, piemēram, zemam blīvumam, augstai īpatnējai izturībai un stingrībai. laba elastība un triecienizturība, augsta pārstrādājamība un augsts reģenerācijas ātrums. Līdz 2015. gadam alumīnija sakausējuma izmantošanas īpatsvars automašīnās jau bija pārsniedzis 35%.
Ķīnas vieglo automobiļu svēršana sākās pirms mazāk nekā 10 gadiem, un gan tehnoloģiju, gan lietojumu līmenis atpaliek no tādām attīstītajām valstīm kā Vācija, ASV un Japāna. Tomēr, attīstot jaunus enerģijas transportlīdzekļus, materiālu vieglā svēršana strauji attīstās. Izmantojot jaunu enerģētisko transportlīdzekļu pieaugumu, Ķīnas vieglā automobiļu tehnoloģija uzrāda attīstīto valstu atpalicības tendenci.
Ķīnas vieglo materiālu tirgus ir plašs. No vienas puses, salīdzinot ar attīstītajām valstīm ārvalstīs, Ķīnas vieglā svara tehnoloģija sāka darboties vēlu, un transportlīdzekļa kopējā pašmasa ir lielāka. Ņemot vērā vieglo materiālu īpatsvaru ārvalstīs, Ķīnā joprojām ir plašas attīstības iespējas. No otras puses, politikas virzīta Ķīnas jauno enerģijas transportlīdzekļu nozares straujā attīstība palielinās pieprasījumu pēc vieglajiem materiāliem un mudinās autobūves uzņēmumus pāriet uz vieglo svaru.
Emisiju un degvielas patēriņa standartu uzlabošana liek paātrināt automobiļu vieglo svaru. Ķīna pilnībā ieviesa Ķīnas VI emisijas standartus 2020. gadā. Saskaņā ar “Pasažieru automašīnu degvielas patēriņa novērtēšanas metodi un rādītājiem” un “Enerģijas taupīšanas un jaunu enerģijas transportlīdzekļu tehnoloģiju ceļvedi” degvielas patēriņa standarts 5,0 l/km. Ņemot vērā ierobežoto vietu būtiskiem sasniegumiem dzinēju tehnoloģijā un emisiju samazināšanā, vieglo automobiļu komponentu pasākumu pieņemšana var efektīvi samazināt transportlīdzekļu emisijas un degvielas patēriņu. Jaunu enerģētisko transportlīdzekļu viegls svars ir kļuvis par būtisku ceļu nozares attīstībai.
2016. gadā Ķīnas Automobiļu inženieru biedrība izdeva “Enerģijas taupīšanas un jaunu enerģijas transportlīdzekļu tehnoloģiju ceļvedi”, kurā no 2020. līdz 2030. gadam tika plānoti tādi faktori kā enerģijas patēriņš, kruīza diapazons un ražošanas materiāli jauniem enerģijas transportlīdzekļiem. Vieglsvars būs galvenais virziens. jaunu enerģijas transportlīdzekļu attīstībai nākotnē. Viegls svars var palielināt kreisēšanas diapazonu un novērst “displeja trauksmi” jaunos enerģijas transportlīdzekļos. Pieaugot pieprasījumam pēc paplašināta kruīza diapazona, automobiļu vieglais svars kļūst steidzams, un pēdējos gados ir ievērojami pieaudzis jaunu enerģijas transportlīdzekļu pārdošanas apjoms. Saskaņā ar punktu sistēmas prasībām un "Automobiļu rūpniecības vidēja termiņa līdz ilgtermiņa attīstības plānam" tiek lēsts, ka līdz 2025. gadam Ķīnas jaunu enerģijas transportlīdzekļu pārdošanas apjomi pārsniegs 6 miljonus vienību ar saliktu gada pieaugumu. likme pārsniedz 38%.
2. Alumīnija sakausējuma raksturojums un pielietojums
2.1. Alumīnija sakausējuma raksturojums
Alumīnija blīvums ir viena trešdaļa no tērauda blīvuma, padarot to vieglāku. Tam ir augstāka īpatnējā izturība, laba ekstrūzijas spēja, spēcīga izturība pret koroziju un augsta pārstrādājamība. Alumīnija sakausējumus raksturo tas, ka tie galvenokārt sastāv no magnija, tiem piemīt laba karstumizturība, labas metināšanas īpašības, laba noguruma izturība, nespēja nostiprināties ar termisko apstrādi un spēja palielināt stiprību ar aukstu apstrādi. 6 sēriju raksturo tas, ka tās galvenokārt sastāv no magnija un silīcija, un Mg2Si ir galvenā stiprināšanas fāze. Visplašāk izmantotie sakausējumi šajā kategorijā ir 6063, 6061 un 6005A. 5052 alumīnija plāksne ir AL-Mg sērijas sakausējuma alumīnija plāksne ar magniju kā galveno sakausējuma elementu. Tas ir visplašāk izmantotais pretrūsas alumīnija sakausējums. Šim sakausējumam ir augsta izturība, augsta noguruma izturība, laba plastika un izturība pret koroziju, to nevar nostiprināt ar termisko apstrādi, tam ir laba plastiskums pusaukstā darba sacietēšanā, zema plastiskums aukstā darba sacietēšanā, laba izturība pret koroziju un labas metināšanas īpašības. To galvenokārt izmanto tādām sastāvdaļām kā sānu paneļi, jumta pārsegumi un durvju paneļi. 6063 alumīnija sakausējums ir termiski apstrādājams stiprinošs sakausējums AL-Mg-Si sērijā, kura galvenie sakausējuma elementi ir magnijs un silīcijs. Tas ir termiski apstrādājams stiprinošs alumīnija sakausējuma profils ar vidēju stiprību, ko galvenokārt izmanto konstrukcijas komponentos, piemēram, kolonnās un sānu paneļos, lai nodrošinātu izturību. Ievads par alumīnija sakausējuma kategorijām ir parādīts 1. tabulā.
2.2 Ekstrūzija ir svarīga alumīnija sakausējuma formēšanas metode
Alumīnija sakausējuma ekstrūzija ir karstās formēšanas metode, un viss ražošanas process ietver alumīnija sakausējuma veidošanu trīsvirzienu spiedes spriedzē. Visu ražošanas procesu var raksturot šādi: a. Alumīnijs un citi sakausējumi tiek izkausēti un izlieti vajadzīgajās alumīnija sakausējuma sagatavēs; b. Iepriekš uzkarsētās sagataves tiek ievietotas ekstrūzijas iekārtās ekstrūzijai. Galvenā cilindra iedarbībā alumīnija sakausējuma sagatave caur veidnes dobumu tiek veidota vajadzīgajos profilos; c. Lai uzlabotu alumīnija profilu mehāniskās īpašības, ekstrūzijas laikā vai pēc tās tiek veikta šķīduma apstrāde, kam seko novecošanas apstrāde. Mehāniskās īpašības pēc novecošanas apstrādes atšķiras atkarībā no dažādiem materiāliem un novecošanas režīmiem. Kastes tipa kravas automašīnu profilu termiskās apstrādes statuss ir parādīts 2. tabulā.
Alumīnija sakausējuma ekstrudētajiem izstrādājumiem ir vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar citām formēšanas metodēm:
a. Ekstrūzijas laikā ekstrudētais metāls deformācijas zonā iegūst spēcīgāku un vienmērīgāku trīsceļu spiedes spriegumu nekā velmēšana un kalšana, tāpēc tas var pilnībā izspēlēt apstrādātā metāla plastiskumu. To var izmantot grūti deformējamu metālu apstrādei, kurus nevar apstrādāt ar velmēšanu vai kalšanu, un to var izmantot dažādu sarežģītu dobu vai cieta šķērsgriezuma komponentu izgatavošanai.
b. Tā kā alumīnija profilu ģeometrija var būt dažāda, to sastāvdaļām ir augsta stingrība, kas var uzlabot transportlīdzekļa virsbūves stingrību, samazināt tā NVH raksturlielumus un uzlabot transportlīdzekļa dinamiskās vadības īpašības.
c. Produktiem ar ekstrūzijas efektivitāti pēc rūdīšanas un novecošanas ir ievērojami lielāka gareniskā izturība (R, Raz) nekā produktiem, kas apstrādāti ar citām metodēm.
d. Produktu virsmai pēc ekstrūzijas ir laba krāsa un laba izturība pret koroziju, tāpēc nav nepieciešama cita pretkorozijas virsmas apstrāde.
e. Ekstrūzijas apstrādei ir liela elastība, zemas instrumentu un veidņu izmaksas, kā arī zemas dizaina maiņas izmaksas.
f. Pateicoties alumīnija profila šķērsgriezumu vadāmībai, var palielināt komponentu integrācijas pakāpi, samazināt komponentu skaitu, un ar dažādiem šķērsgriezuma dizainiem var panākt precīzu metināšanas pozicionēšanu.
Veiktspējas salīdzinājums starp ekstrudēta alumīnija profiliem kastes tipa kravas automašīnām un parasto oglekļa tēraudu ir parādīts 3. tabulā.
Nākamais alumīnija sakausējuma profilu izstrādes virziens kastes tipa kravas automašīnām: turpmāka profila stiprības un ekstrūzijas veiktspējas uzlabošana. Jaunu materiālu izpētes virziens alumīnija sakausējuma profiliem kastes tipa kravas automašīnām parādīts 1. attēlā.
3. Alumīnija sakausējuma kastes kravas automašīnas struktūra, stiprības analīze un pārbaude
3.1. Alumīnija sakausējuma kastes kravas automašīnas konstrukcija
Automašīnas kastes konteiners galvenokārt sastāv no priekšējā paneļa montāžas, kreisās un labās puses paneļa komplekta, aizmugurējo durvju sānu paneļa komplekta, grīdas montāžas, jumta komplekta, kā arī U veida skrūvēm, sānu aizsargiem, aizmugurējiem aizsargiem, dubļu atlokiem un citiem piederumiem. savienots ar otrās klases šasiju. Kastes korpusa šķērssijas, balsti, sānu sijas un durvju paneļi ir izgatavoti no alumīnija sakausējuma ekstrudētiem profiliem, savukārt grīdas un jumta paneļi ir izgatavoti no 5052 alumīnija sakausējuma plakanām plāksnēm. Alumīnija sakausējuma kastes kravas automašīnas struktūra ir parādīta 2. attēlā.
Izmantojot 6 sērijas alumīnija sakausējuma karstās ekstrūzijas procesu, var izveidot sarežģītus dobus šķērsgriezumus, alumīnija profilu dizains ar sarežģītu šķērsgriezumu var ietaupīt materiālus, atbilst izstrādājuma izturības un stingrības prasībām un atbilst savstarpēja savienojuma prasībām. dažādas sastāvdaļas. Tāpēc galvenā sijas konstrukcijas un šķērsgriezuma inerces momenti I un pretestības momenti W ir parādīti 3. attēlā.
Salīdzinot 4.tabulas galvenos datus, redzams, ka projektētā alumīnija profila šķērsgriezuma inerces un pretestības momenti ir labāki nekā attiecīgie dzelzs siju profila dati. Stingruma koeficienta dati ir aptuveni tādi paši kā atbilstošā dzelzs sijas profila datiem, un visi atbilst deformācijas prasībām.
3.2. Maksimālā stresa aprēķins
Par objektu ņemot galveno nesošo komponentu šķērssiju, tiek aprēķināts maksimālais spriegums. Nominālā slodze ir 1,5 t, un šķērssijas ir izgatavotas no 6063-T6 alumīnija sakausējuma profila ar mehāniskām īpašībām, kā parādīts 5. tabulā. Sijas ir vienkāršotas kā konsoles konstrukcija spēka aprēķināšanai, kā parādīts 4. attēlā.
Ņemot 344 mm laiduma siju, sijas spiedes slodze tiek aprēķināta kā F=3757 N, pamatojoties uz 4,5 t, kas trīs reizes pārsniedz standarta statisko slodzi. q=F/L
kur q ir sijas iekšējais spriegums zem slodzes, N/mm; F ir sijas slodze, kas aprēķināta, pamatojoties uz 3 reizes lielāku standarta statisko slodzi, kas ir 4,5 t; L ir sijas garums, mm.
Tāpēc iekšējais spriegums q ir:
Sprieguma aprēķina formula ir šāda:
Maksimālais brīdis ir:
Ņemot momenta absolūto vērtību M=274283 N·mm, maksimālo spriegumu σ=M/(1,05×w)=18,78 MPa un maksimālo sprieguma vērtību σ<215 MPa, kas atbilst prasībām.
3.3. Dažādu komponentu savienojuma raksturlielumi
Alumīnija sakausējumam ir sliktas metināšanas īpašības, un tā metināšanas punkta izturība ir tikai 60% no pamatmateriāla stiprības. Sakarā ar Al2O3 slāņa pārklājumu uz alumīnija sakausējuma virsmas, Al2O3 kušanas temperatūra ir augsta, bet alumīnija kušanas temperatūra ir zema. Kad alumīnija sakausējums tiek metināts, Al2O3 uz virsmas ir ātri jāsalauž, lai veiktu metināšanu. Tajā pašā laikā Al2O3 atlikums paliks alumīnija sakausējuma šķīdumā, ietekmējot alumīnija sakausējuma struktūru un samazinot alumīnija sakausējuma metināšanas punkta izturību. Tāpēc, izstrādājot alumīnija konteineru, šīs īpašības tiek pilnībā ņemtas vērā. Metināšana ir galvenā pozicionēšanas metode, un galvenās nesošās sastāvdaļas ir savienotas ar skrūvēm. Savienojumi, piemēram, kniedēšana un lodveida astes struktūra, ir parādīti 5. un 6. attēlā.
Alumīnija kastes korpusa galvenā struktūra ir veidota ar horizontālām sijām, vertikāliem balstiem, sānu sijām un malu sijām, kas savstarpēji bloķējas. Starp katru horizontālo siju un vertikālo stabu ir četri savienojuma punkti. Savienojuma punkti ir aprīkoti ar zobainām blīvēm, kas savienojas ar horizontālās sijas zobaino malu, efektīvi novēršot slīdēšanu. Astoņi stūra punkti galvenokārt ir savienoti ar tērauda serdeņu ieliktņiem, kas piestiprināti ar skrūvēm un pašbloķējošām kniedēm, un pastiprināti ar 5 mm trīsstūrveida alumīnija plāksnēm, kas metinātas kastes iekšpusē, lai nostiprinātu stūra pozīcijas iekšpusē. Kastes ārējā izskatā nav metināšanas vai atsegtu savienojuma punktu, nodrošinot kastes kopējo izskatu.
3.4 SE Sinhronās inženierijas tehnoloģija
SE sinhronās inženierijas tehnoloģija tiek izmantota, lai atrisinātu problēmas, ko rada lielas uzkrātās izmēru novirzes saskaņošanas komponentiem kastes korpusā un grūtības atrast spraugu un plakanuma bojājumu cēloņus. Izmantojot CAE analīzi (sk. 7-8. attēlu), tiek veikta salīdzināšanas analīze ar dzelzs izgatavotiem kastes korpusiem, lai pārbaudītu kastes korpusa kopējo izturību un stingrību, atrastu vājās vietas un veiktu pasākumus, lai efektīvāk optimizētu un uzlabotu konstrukcijas shēmu. .
4. Alumīnija sakausējuma kastes kravas automašīnas vieglā ietekme
Papildus kastes korpusam alumīnija sakausējumus var izmantot, lai aizstātu tēraudu dažādām kastes tipa kravas automašīnu konteineru sastāvdaļām, piemēram, dubļusargiem, aizmugurējiem aizsargiem, sānu aizsargiem, durvju aizbīdņiem, durvju eņģēm un aizmugures priekšauta malām, tādējādi samazinot svaru. no 30% līdz 40% kravas nodalījumam. Svara samazināšanas efekts tukšam 4080mm×2300mm×2200mm kravas konteineram ir parādīts 6. tabulā. Tas principiāli atrisina tradicionālo dzelzs kravas nodalījumu pārmērīgā svara, sludinājumu neievērošanas un normatīvo risku problēmas.
Aizstājot tradicionālo tēraudu ar alumīnija sakausējumiem automobiļu detaļās, var ne tikai sasniegt izcilus viegluma efektus, bet arī palīdzēt ietaupīt degvielu, samazināt emisijas un uzlabot transportlīdzekļa veiktspēju. Pašlaik ir dažādi viedokļi par vieglo svaru devumu degvielas ietaupīšanā. Starptautiskā alumīnija institūta pētījumu rezultāti ir parādīti 9. attēlā. Katrs 10% transportlīdzekļa svara samazinājums var samazināt degvielas patēriņu par 6% līdz 8%. Pamatojoties uz pašmāju statistiku, katra vieglā automobiļa svara samazināšana par 100 kg var samazināt degvielas patēriņu par 0,4 l/100 km. Vieglā svara devums degvielas ietaupīšanai ir balstīts uz rezultātiem, kas iegūti, izmantojot dažādas izpētes metodes, tāpēc ir dažas atšķirības. Tomēr automašīnu vieglajam svaram ir būtiska ietekme uz degvielas patēriņa samazināšanu.
Elektriskajiem transportlīdzekļiem viegluma efekts ir vēl izteiktāks. Pašlaik elektrisko transportlīdzekļu jaudas akumulatoru vienības enerģijas blīvums ievērojami atšķiras no tradicionālajiem šķidrās degvielas transportlīdzekļiem. Elektrisko transportlīdzekļu energosistēmas (ieskaitot akumulatoru) svars bieži vien veido 20% līdz 30% no kopējā transportlīdzekļa svara. Vienlaikus akumulatoru veiktspējas vājās vietas pārvarēšana ir pasaules mēroga izaicinājums. Pirms ir panākts būtisks sasniegums augstas veiktspējas akumulatoru tehnoloģijā, vieglais svars ir efektīvs veids, kā uzlabot elektrisko transportlīdzekļu diapazonu. Par katru svara samazinājumu par 100 kg elektrisko transportlīdzekļu kreisēšanas diapazonu var palielināt par 6% līdz 11% (attiecība starp svara samazinājumu un kreisēšanas diapazonu ir parādīta 10. attēlā). Pašlaik tīri elektrisko transportlīdzekļu kruīza diapazons nevar apmierināt vairuma cilvēku vajadzības, taču svara samazināšana par noteiktu daudzumu var ievērojami uzlabot kruīza diapazonu, mazināt trauksmi un uzlabot lietotāja pieredzi.
5.Secinājums
Papildus šajā rakstā aprakstītajai alumīnija sakausējuma kravas automašīnas pilnībā alumīnija konstrukcijai ir arī dažāda veida kravas automašīnas, piemēram, alumīnija šūnveida paneļi, alumīnija sprādžu plāksnes, alumīnija rāmji + alumīnija apvalki un dzelzs-alumīnija hibrīda kravas konteineri. . Tiem ir viegls svars, augsta īpatnējā izturība un laba izturība pret koroziju, un tiem nav nepieciešama elektroforētiskā krāsa aizsardzībai pret koroziju, samazinot elektroforētiskās krāsas ietekmi uz vidi. Alumīnija sakausējuma kastes kravas automašīna pašos pamatos atrisina tradicionālo dzelzs kravas nodalījumu pārmērīgā svara, paziņojumu neievērošanas un normatīvo risku problēmas.
Ekstrūzija ir būtiska alumīnija sakausējumu apstrādes metode, un alumīnija profiliem ir lieliskas mehāniskās īpašības, tāpēc detaļu šķērsgriezuma stingrība ir salīdzinoši augsta. Pateicoties mainīgajam šķērsgriezumam, alumīnija sakausējumi var sasniegt vairāku komponentu funkciju kombināciju, padarot tos par labu materiālu vieglajam automobiļu svaram. Tomēr alumīnija sakausējumu plašā pielietošana saskaras ar tādām problēmām kā alumīnija sakausējuma kravas nodalījumu nepietiekama konstrukcijas spēja, formēšanas un metināšanas problēmas, kā arī augstas jaunu produktu izstrādes un veicināšanas izmaksas. Galvenais iemesls joprojām ir tas, ka alumīnija sakausējums maksā vairāk nekā tērauds, pirms alumīnija sakausējumu pārstrādes ekoloģija kļūst nobriedusi.
Noslēgumā jāsaka, ka alumīnija sakausējumu pielietojuma joma automobiļos kļūs plašāka, un to izmantošana turpinās pieaugt. Pašreizējās enerģijas taupīšanas, emisiju samazināšanas un jaunu enerģijas transportlīdzekļu nozares attīstības tendencēs, padziļinot izpratni par alumīnija sakausējuma īpašībām un efektīviem risinājumiem alumīnija sakausējuma pielietošanas problēmām, alumīnija ekstrūzijas materiāli tiks plašāk izmantoti vieglo automobiļu rūpniecībā.
Rediģēja May Jiang no MAT Aluminium
Izlikšanas laiks: 12. janvāris 2024. gada laikā
