1. Ievads
Automobiļu viegls sākās attīstītajās valstīs, un sākotnēji to vadīja tradicionālie automobiļu milži. Nepārtraukti attīstoties, tas ir ieguvis ievērojamu impulsu. Sākot no brīža, kad indiāņi pirmo reizi izmantoja alumīnija sakausējumu, lai ražotu automobiļu kloķvārpstas, līdz Audi pirmajai masveida visu alumīnija automašīnu ražošanai 1999. gadā, alumīnija sakausējums ir redzējis spēcīgu automobiļu lietojumprogrammu pieaugumu, ņemot vērā tās priekšrocības, piemēram, zemu blīvumu, augstu specifisko izturību un stingrību, Laba elastība un izturība pret triecieniem, augsta pārstrādājamība un augsts reģenerācijas ātrums. Līdz 2015. gadam alumīnija sakausējuma piemērošanas proporcija automašīnās jau bija pārsniegusi 35%.
Ķīnas automobiļu vieglais svars sākās mazāk nekā pirms 10 gadiem, un gan tehnoloģiju, gan lietojumprogrammu līmenis atpaliek no tādām attīstītajām valstīm kā Vācija, ASV un Japāna. Tomēr, attīstot jaunus enerģijas transportlīdzekļus, materiāls viegls strauji progresē. Izmantojot jaunu enerģijas transportlīdzekļu pieaugumu, Ķīnas automobiļu vieglā svara tehnoloģija parāda tendenci panākt attīstītās valstis.
Ķīnas vieglo materiālu tirgus ir milzīgs. No vienas puses, salīdzinot ar attīstītajām valstīm ārzemēs, Ķīnas vieglā tehnoloģija sākās vēlu, un kopējais transportlīdzekļu apmales svars ir lielāks. Ņemot vērā vieglo materiālu proporcijas etalonu ārvalstīs, Ķīnā joprojām ir pietiekami daudz vietas. No otras puses, politikas virzītā straujā Ķīnas jaunās enerģijas transportlīdzekļu nozares attīstība palielinās pieprasījumu pēc viegliem materiāliem un mudinās automobiļu uzņēmumus virzīties uz vieglu.
Emisijas un degvielas patēriņa standartu uzlabošana ir automobiļu vieglā svara paātrināšanās. Ķīna 2020. gadā pilnībā ieviesa Ķīnas VI emisijas standartus. Saskaņā ar “novērtēšanas metodi un rādītājiem pasažieru automašīnu degvielas patēriņam” un “enerģijas taupīšanas un jaunā enerģijas transportlīdzekļu tehnoloģiju ceļvedi”, 5,0 l/km degvielas patēriņa standarts. Ņemot vērā ierobežoto vietu ievērojamiem sasniegumiem motora tehnoloģijās un emisiju samazināšanā, pasākumu pieņemšana vieglajiem automobiļu komponentiem var efektīvi samazināt transportlīdzekļu emisijas un degvielas patēriņu. Jaunu enerģijas transportlīdzekļu viegls svars ir kļuvis par būtisku ceļu nozares attīstībai.
2016. gadā Ķīnas automobiļu inženierzinātņu biedrība izdeva “enerģijas taupīšanas un jaunu enerģijas transportlīdzekļu tehnoloģiju ceļvedi”, kas plānotie faktori, piemēram, enerģijas patēriņš, kruīzu diapazons un ražošanas materiāli jauniem enerģijas transportlīdzekļiem no 2020. līdz 2030. gadam. Viegls būs galvenais virziens jaunu enerģijas transportlīdzekļu turpmākai attīstībai. Viegli var palielināt kruīza diapazonu un risināt “diapazona trauksmi” jaunos enerģijas transportlīdzekļos. Pieaugot pieprasījumam pēc paplašināta kruīza diapazona, automobiļu vieglais svars kļūst steidzams, un pēdējos gados ir ievērojami palielinājušies jaunu enerģijas transportlīdzekļu pārdošanas apjomi. Saskaņā ar rezultātu sistēmas prasībām un “automobiļu rūpniecības vidējā termiņa līdz ilgtermiņa attīstības plānam” tiek lēsts, ka līdz 2025. gadam Ķīnas pārdošanas apjomi par jauniem enerģijas transportlīdzekļiem pārsniegs 6 miljonus vienību, ar saliktu gada pieaugumu likme, kas pārsniedz 38%.
2.Alumīnija sakausējuma raksturlielumi un pielietojumi
2.1 Alumīnija sakausējuma raksturojums
Alumīnija blīvums ir viena trešdaļa tērauda, padarot to vieglāku. Tam ir augstāka specifiska izturība, laba ekstrūzijas spēja, spēcīga izturība pret koroziju un augsta pārstrādājamība. Alumīnija sakausējumus raksturo galvenokārt no magnija, un tiem ir laba karstuma izturība, labas metināšanas īpašības, labs noguruma stiprums, nespēja stiprināt ar termisko apstrādi un spēju palielināt izturību aukstā darba laikā. 6 sēriju raksturo tas, ka tā galvenokārt sastāv no magnija un silīcija, ar galveno stiprināšanas fāzi MG2SI. Šajā kategorijā visplašāk izmantotie sakausējumi ir 6063, 6061 un 6005A. 5052 alumīnija plāksne ir Al-MG sērijas sakausējuma alumīnija plāksne ar magniju kā galveno leģējošo elementu. Tas ir visplašāk izmantotais anti-rūsas alumīnija sakausējums. Šim sakausējumam ir augsta izturība, augsta noguruma stiprība, laba plastika un izturība pret koroziju, to nevar stiprināt ar termisko apstrādi, tai ir laba plastiskums daļēji aukstā darba sacietēšanā, zema plastiskums aukstā darba sacietēšanā, laba izturība pret koroziju un labām metināšanas īpašībām. To galvenokārt izmanto komponentiem, piemēram, sānu paneļiem, jumta pārvalkiem un durvju paneļiem. 6063 Alumīnija sakausējums ir termiski apstrādājams stiprināšanas sakausējums Al-MG-Si sērijā ar magniju un silīciju kā galvenos leģējošos elementus. Tas ir termiski apstrādājams stiprināšanas alumīnija sakausējuma profils ar vidēju izturību, ko galvenokārt izmanto strukturālos komponentos, piemēram, kolonnās un sānu paneļos, lai nēsātu izturību. Ievads alumīnija sakausējuma pakāpēs ir parādīts 1. tabulā.
2.2 Ekstrūzija ir svarīga alumīnija sakausējuma formēšanas metode
Alumīnija sakausējuma ekstrūzija ir karsta formēšanas metode, un viss ražošanas process ietver alumīnija sakausējuma veidošanos trīsvirzienu spiedes spriegumā. Visu ražošanas procesu var aprakstīt šādi: a. Alumīnijs un citi sakausējumi tiek izkausēti un iemet vajadzīgajās alumīnija sakausējuma sagatavēs; b. Uzkarsētās sagataves tiek ievietotas ekstrūzijas aprīkojumā ekstrūzijai. Galvenā cilindra darbībā alumīnija sakausējuma sagatave tiek veidota nepieciešamajos profilos caur veidnes dobumu; c. Lai uzlabotu alumīnija profilu mehāniskās īpašības, ekstrūzijas laikā vai pēc tās veic šķīduma apstrādi, kam seko novecošanās ārstēšana. Mehāniskās īpašības pēc ārstēšanas novecošanās mainās atkarībā no dažādiem materiāliem un novecošanās režīmiem. Box tipa kravas automašīnu profilu siltumizolācijas statuss ir parādīts 2. tabulā.
Alumīnija sakausējuma ekstrudētiem produktiem ir vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar citām formēšanas metodēm:
a. Ekstrūzijas laikā ekstrudētais metāls deformācijas zonā iegūst spēcīgāku un vienveidīgāku trīsvirzienu spiedes spriegumu nekā velmēšana un kalšana, lai tas varētu pilnībā atskaņot apstrādātā metāla plastiskumu. To var izmantot, lai apstrādātu sarežģītus metālus, kurus nevar apstrādāt, velmējot vai kalstējot, un tos var izmantot, lai izveidotu dažādas sarežģītas dobas vai cietas šķērsgriezuma komponentus.
b. Tā kā alumīnija profilu ģeometriju var mainīt, to komponentiem ir augsta stingrība, kas var uzlabot transportlīdzekļa ķermeņa stingrību, samazināt tā NVH īpašības un uzlabot transportlīdzekļa dinamiskās vadības īpašības.
c. Produktiem ar ekstrūzijas efektivitāti, pēc slāpēšanas un novecošanās, ir ievērojami lielāks gareniskais stiprums (R, RAZ) nekā produktiem, kas apstrādāti ar citām metodēm.
D. Produktu virsmai pēc ekstrūzijas ir laba krāsa un laba izturība pret koroziju, novēršot nepieciešamību pēc citas pretkorozijas virsmas apstrādes.
E. Ekstrūzijas apstrādei ir liela elastība, zemas instrumentu un pelējuma izmaksas, kā arī zemas dizaina izmaiņu izmaksas.
f. Sakarā ar alumīnija profila šķērsgriezumu vadāmību, komponentu integrācijas pakāpi var palielināt, var samazināt komponentu skaitu, un dažādi šķērsgriezuma projekti var sasniegt precīzu metināšanas pozicionēšanu.
Performance starp ekstrudētiem alumīnija profiliem kastes kravas automašīnām un vienkārša oglekļa tēraudam ir parādīts 3. tabulā.
Nākamais alumīnija sakausējuma profilu attīstības virziens Box tipa kravas automašīnām: turpmāka profila stipruma uzlabošana un ekstrūzijas veiktspējas uzlabošana. Jaunu materiālu pētījuma virziens alumīnija sakausējuma profiliem kastes tipa kravas automašīnām ir parādīts 1. attēlā.
3.Alumīnija leģētā kastes kravas automašīnu struktūra, stiprības analīze un pārbaude
3.1 Alumīnija leģētā kastes kravas automašīnu konstrukcija
Kārbas kravas automašīnu konteiners galvenokārt sastāv no priekšējā paneļa komplekta, kreisā un labā sānu paneļa montāžas, aizmugurējā durvju sānu paneļa komplekta, grīdas komplekta, jumta komplekta, kā arī U formas skrūvēm, sānu aizsargiem, aizmugurējiem aizsargiem, dubļu atlokiem un citiem piederumiem savienots ar otrās klases šasiju. Kārda virsbūves šķērsstaras, pīlāri, sānu sijas un durvju paneļi ir izgatavoti no alumīnija sakausējuma ekstrudētiem profiliem, bet grīdas un jumta paneļi ir izgatavoti no 5052 alumīnija sakausējuma plakanām plāksnēm. Alumīnija leģētā kastes kravas automašīnas struktūra ir parādīta 2. attēlā.
Izmantojot 6 sēriju alumīnija sakausējuma karstu ekstrūzijas procesu, var veidot sarežģītus dobus šķērsgriezumus, alumīnija profilu dizains ar sarežģītiem šķērsgriezumiem var ietaupīt materiālus, atbilst produkta stiprības un stingrības prasībām un atbilst savstarpējas savienojuma prasībām dažādas sastāvdaļas. Tāpēc galvenās staru kūļa dizaina struktūra un inerces I un pretestības momentu W ir parādīti 3. attēlā.
Galveno datu salīdzinājums 4. tabulā parāda, ka inerces sekciju momenti un projektētā alumīnija profila pretošanās mirkļi ir labāki nekā atbilstošie dati par dzelzs veidota staru profila profilu. Stīvuma koeficienta dati ir aptuveni tādi paši kā atbilstošā dzelzs ražotā staru profila dati, un tie visi atbilst deformācijas prasībām.
3.2 Maksimālais sprieguma aprēķins
Ņemot taustiņu slodzes nesošo komponentu, kā objekts tiek aprēķināts par objektu, tiek aprēķināts maksimālais spriegums. Nominālā slodze ir 1,5 T, un krusteniskā staru kūlis ir izgatavots no 6063-T6 alumīnija sakausējuma profila ar mehāniskām īpašībām, kā parādīts 5. tabulā. Siju vienkāršo kā konsoles struktūru spēka aprēķināšanai, kā parādīts 4. attēlā.
Ņemot 344 mm laidis staru kūli, staru kūļa spiedes slodzi aprēķina kā F = 3757 N, pamatojoties uz 4,5T, kas ir trīs reizes lielāka par standarta statisko slodzi. q = f/l
kur Q ir staru iekšējais spriegums zem slodzes, n/mm; F ir slodze, ko nes stars, kuru aprēķina, pamatojoties uz 3 reizes lielāku standarta statisko slodzi, kas ir 4,5 t; L ir staru kūļa garums, mm.
Tāpēc iekšējais stress Q ir:
Stresa aprēķina formula ir šāda:
Maksimālais brīdis ir:
Ņemot absolūto vērtību, m = 274283 n · mm, maksimālais spriegums σ = m/(1,05 × w) = 18,78 MPa un maksimālā sprieguma vērtība σ <215 MPa, kas atbilst prasībām.
3.3 Dažādu komponentu savienojuma raksturlielumi
Alumīnija sakausējumam ir sliktas metināšanas īpašības, un tā metināšanas punkta stiprums ir tikai 60% no bāzes materiāla stipruma. Sakarā ar Al2O3 slāņa pārklājumu uz alumīnija sakausējuma virsmas, Al2O3 kušanas temperatūra ir augsta, bet alumīnija kušanas temperatūra ir zema. Kad alumīnija sakausējums ir metināts, Al2O3 uz virsmas ir ātri jāsalaiž, 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 apsvērtas. Metināšana ir galvenā pozicionēšanas metode, un galvenās slodzes nesošās sastāvdaļas ir savienotas ar skrūvēm. Savienojumi, piemēram, kniedēšana un dovetail struktūra, ir parādīti 5. un 6. attēlā.
Visu alumīnija kastes ķermeņa galvenā struktūra pieņem struktūru ar horizontālām sijām, vertikāliem stabiem, sānu stariem un malu stariem, kas savstarpēji savstarpēji saistīti. Starp katru horizontālo staru un vertikālo stabu ir četri savienojuma punkti. Savienojuma punkti ir aprīkoti ar sakārtotām blīvēm, lai acu acus ar horizontālā staru kūļa malu, efektīvi novēršot slīdēšanu. Astoņus stūra punktus galvenokārt savieno ar tērauda serdes ieliktņiem, fiksēti ar skrūvēm un pašbloķējošām kniedēm un pastiprina ar 5 mm trīsstūrveida alumīnija plāksnēm, kas metinātas kastes iekšpusē, lai stiprinātu stūra pozīcijas iekšēji. Kastes ārējam izskatam nav metināšanas vai pakļautu savienojuma punktu, nodrošinot kastes kopējo izskatu.
3.4 SE sinhronā inženiertehnoloģija
SE sinhronā inženiertehnoloģija tiek izmantota, lai atrisinātu nepatikšanas, ko izraisa lielas uzkrātas lieluma novirzes, kas saistītas ar komponentiem kastes korpusā, un grūtībām atrast spraugu un plakanuma kļūmju cēloņus. Izmantojot CAE analīzi (sk. 7-8. Attēlu), tiek veikta salīdzināšanas analīze ar dzelzs izgatavotiem kastes ķermeņiem, lai pārbaudītu kopējo kastes ķermeņa stiprību un stingrību, atrastu vājus punktus un veiktu pasākumus, lai efektīvāk optimizētu un uzlabotu projektēšanas shēmu Apvidū
4. Alumīnija sakausējumu kravas automašīnas gaismas svara ietekme
Papildus kastes korpusam, alumīnija sakausējumus var izmantot, lai aizstātu tēraudu dažādiem kastes tipa kravas automašīnu konteineru sastāvdaļām, piemēram, dubļu aizsarām, aizmugurējiem aizsargiem, sānu aizsargiem, durvju aizbīdņiem, durvju eņģēm un aizmugurējām priekšauta malām, sasniedzot svara samazināšanas samazināšanu no 30% līdz 40% kravas nodalījumā. Svara samazināšanas efekts tukšam 4080 mm × 2300 mm × 2200 mm kravas konteineram ir parādīts 6. tabulā. Tas principā atrisina pārmērīga svara problēmas, paziņojumu neatbilstību un tradicionālo dzelzs izgatavoto kravas nodalījumu regulatīvajiem riskiem.
Aizstājot tradicionālo tēraudu ar alumīnija sakausējumiem automobiļu komponentiem, var ne tikai sasniegt lieliskus vieglus efektus, bet arī var veicināt degvielas ietaupījumus, emisijas samazināšanu un uzlabotu transportlīdzekļa veiktspēju. Pašlaik ir dažādi viedokļi par vieglu ieguldījumu ietaupījumos. Starptautiskā alumīnija institūta pētījumu rezultāti ir parādīti 9. attēlā. Ikviens transportlīdzekļa svara samazinājums par 10% var samazināt degvielas patēriņu par 6% līdz 8%. Balstoties uz vietējo statistiku, katras pasažiera automašīnas svara samazināšana par 100 kg var samazināt degvielas patēriņu par 0,4 L/100 km. Viegla ieguldījums degvielas ietaupījumā ir balstīts uz rezultātiem, kas iegūti no dažādām pētījumu metodēm, tāpēc pastāv dažas variācijas. Tomēr automobiļu vieglajiem svariem ir būtiska ietekme uz degvielas patēriņa samazināšanu.
Elektriskajiem transportlīdzekļiem vieglais efekts ir vēl izteiktāks. Pašlaik elektrisko transportlīdzekļu jaudas bateriju vienības enerģijas blīvums ievērojami atšķiras no tradicionālo šķidruma degvielas transportlīdzekļu. Elektrisko transportlīdzekļu strāvas sistēmas (ieskaitot akumulatoru) svars bieži veido 20% līdz 30% no kopējā transportlīdzekļa svara. Vienlaicīgi, izlaižot veiktspējas bateriju sašaurinājumu, ir pasaules mēroga izaicinājums. Pirms ir liels sasniegums augstas veiktspējas akumulatora tehnoloģijā, viegls ir efektīvs veids, kā uzlabot elektrisko transportlīdzekļu kruīza diapazonu. Uz katriem svara samazinājumu par 100 kg elektrisko transportlīdzekļu kruīza diapazonu var palielināt par 6% līdz 11% (saistība starp svara samazināšanos un kruīza diapazonu ir parādīta 10. attēlā). Pašlaik tīro elektrisko transportlīdzekļu kruīza diapazons nevar apmierināt lielāko daļu cilvēku vajadzības, bet svara samazināšana par noteiktu daudzumu var ievērojami uzlabot kruīza diapazonu, mazināt diapazonu trauksmi un uzlabot lietotāju pieredzi.
5.Clūzija
Papildus šajā rakstā ieviestā alumīnija leģēto kastes kravas automašīnas alumīnija struktūrai ir dažāda veida kastes, piemēram, alumīnija šūnveida paneļi, alumīnija sprādzes plāksnes, alumīnija rāmji + alumīnija ādas un dzelzs alumīnija hibrīdu kravas konteineru konteineri Apvidū Viņiem ir viegla svara, augstas īpašas stiprības un labas izturības priekšrocības, kā arī korozijas aizsardzībai nav nepieciešama elektroforētiska krāsa, samazinot elektroforētiskās krāsas ietekmi uz vidi. Alumīnija leģētā kastes kravas automašīna principā atrisina pārmērīga svara problēmas, paziņojumu neatbilstību un tradicionālo kravas nodalījumu normatīvo risku.
Ekstrūzija ir būtiska apstrādes metode alumīnija sakausējumiem, un alumīnija profiliem ir lieliskas mehāniskās īpašības, tāpēc komponentu sekcijas stingrība ir salīdzinoši augsta. Sakarā ar mainīgo šķērsgriezumu, alumīnija sakausējumi var sasniegt vairāku komponentu funkciju kombināciju, padarot to par labu materiālu automobiļu vieglai svaram. Tomēr plaši izplatītais alumīnija sakausējumu pielietojums saskaras ar tādiem izaicinājumiem kā nepietiekama projektēšanas spēja alumīnija sakausējumu kravas nodalījumiem, veidošanas un metināšanas jautājumi, kā arī augstas attīstības un reklāmas izmaksas jauniem produktiem. Galvenais iemesls joprojām ir tas, ka alumīnija sakausējums maksā vairāk nekā tērauds, pirms alumīnija sakausējumu pārstrādes ekoloģija kļūst nobriedusi.
Noslēgumā jāsaka, ka alumīnija sakausējumu lietojumprogrammu apjoms automašīnās kļūs plašāks, un to izmantošana turpinās palielināties. Pašreizējās enerģijas taupīšanas, emisijas samazināšanas tendences un jaunās enerģijas transportlīdzekļu nozares attīstība ar padziļinātu izpratni par alumīnija sakausējuma īpašībām un efektīviem risinājumiem alumīnija sakausējuma uzklāšanas problēmām alumīnija ekstrūzijas materiāli tiks plašāk izmantoti automobiļu gaisā.
Rediģējis maijs Dzjana no Mat alumīnija
Pasta laiks: janvāris-12-244
