1.Introduction
Avtomobilska lahka tehtanja se je začela v razvitih državah, sprva pa so ga vodili tradicionalni avtomobilski velikani. Z nenehnim razvojem je pridobil pomemben zagon. Od trenutka, ko so Indijci prvič uporabili aluminijevo zlitino za proizvodnjo avtomobilskih ročičnih gredi do Audijeve prve množične proizvodnje avtomobilov v celoti Aluminije v letu 1999, je aluminijasta zlitina opazila močno rast avtomobilskih aplikacij zaradi prednosti, kot so nizka gostota, visoka specifična moč in togost, togost, togost, togost, visoka moč in togost Dobra elastičnost in odpornost na udarce, visoka recikliranost in visoka stopnja regeneracije. Do leta 2015 je delež aplikacije aluminijeve zlitine v avtomobilih že presegel 35%.
Kitajska avtomobilska lahka tehta se je začela pred manj kot 10 leti, tako tehnologija kot raven aplikacij zaostaja za razvitimi državami, kot so Nemčija, ZDA in Japonska. Vendar pa z razvojem novih energetskih vozil materialno lahka tehta hitro napreduje. Kitajska avtomobilska lahka tehnologija, ki uporablja porast novih energetskih vozil, kaže na trend dohitevanja z razvitimi državami.
Kitajski trg lahkih materialov je ogromen. Po eni strani se je v primerjavi z razvitimi državami v tujini začela kitajska lahka tehnologija pozno, skupna teža za robnike vozila pa je večja. Glede na merilo deleža lahkih materialov v tujih državah je na Kitajskem še vedno dovolj prostora za razvoj. Po drugi strani pa bo hitri razvoj kitajske industrije energetskih vozil, ki ga vodijo politike, povečal povpraševanje po lahkih materialih in spodbudil avtomobilska podjetja, da se premaknejo k lahkih tehtah.
Izboljšanje standardov emisij in porabe goriva je prisililo pospešitev avtomobilskega lahkega tehtanja. Kitajska je v celoti uvedla emisijske standarde Kitajske VI leta 2020. V skladu s „oceno metode in kazalnikov za porabo goriva potniških avtomobilov“ in „Načrt za varčevanje z energijo in novo tehnologijo energetskih vozil“, standard porabe goriva 5,0 L/km. Ob upoštevanju omejenega prostora za znatne preboje v tehnologiji motorjev in zmanjšanju emisij lahko sprejemanje ukrepov lahkih avtomobilskih komponent učinkovito zmanjša emisije vozil in porabo goriva. Lahka tehta novih energetskih vozil je postala bistvena pot za razvoj industrije.
Leta 2016 je Kitajsko avtomobilsko inženirsko društvo izdalo „Načrt za varčevanje z energijo in nove energetske vozila“, ki so načrtovali dejavnike, kot so poraba energije, razpon križarjenja in proizvodni materiali za nova energetska vozila od 2020 do 2030. Lahka tehta bo ključna smer. za prihodnji razvoj novih energetskih vozil. Lahka tehta lahko poveča razpon križarjenja in obravnava "tesnoba" v novih energetskih vozilih. Z naraščajočim povpraševanjem po razširjenem križarjenju postane avtomobilska lahka tehtanja nujna, prodaja novih energetskih vozil pa se je v zadnjih letih znatno povečala. Glede na zahteve sistema rezultatov in „srednjeročni razvojni načrt za avtomobilsko industrijo“ je ocenjeno, da bo do leta 2025 Kitajska prodaja novih energetskih vozil presegla 6 milijonov enot, z sestavljeno letno rastjo Stopnja, ki presega 38%.
2. Značilnosti in uporabe zlitine Aluminium
2.1 Značilnosti aluminijeve zlitine
Gostota aluminija je ena tretjina jekla, zaradi česar je lažja. Ima večjo specifično moč, dobro sposobnost ekstruzije, močno korozijsko odpornost in visoko recikliranje. Za aluminijeve zlitine je značilno, da so sestavljene predvsem iz magnezija, ki kažejo dobro toplotno odpornost, dobre lastnosti varjenja, dobro moč utrujenosti, nezmožnost okrepiti s toplotno obdelavo in sposobnost povečanja moči s hladnim delom. Za serijo 6 je značilno, da je sestavljena predvsem iz magnezija in silicija, pri čemer je Mg2si kot glavna faza krepitve. Najpogosteje uporabljene zlitine v tej kategoriji so 6063, 6061 in 6005A. 5052 Aluminijasta plošča je aluminijasta plošča iz serije AL-MG, z magnezijem kot glavnim legirnim elementom. Je najpogosteje uporabljena protizvezdna aluminijasta zlitina. Ta zlitina ima visoko trdnost, visoko moč utrujenosti, dobre plastičnosti in korozijske odpornosti, s toplotno obdelavo ni mogoče okrepiti, ima dobro plastičnost pri pol hladnem utrjevanju dela, nizka plastičnost pri kaljenju hladnega dela, dobre korozijske odpornosti in dobrih lastnosti varjenja. Uporablja se predvsem za komponente, kot so stranske plošče, pokrove strehe in vrati. 6063 Aluminijeva zlitina je toplotno obdelana zlitina v seriji Al-MG-Si, z magnezijem in silicijem pa je glavna legirana elementa. To je toplotno obdelani profil aluminijeve zlitine s srednjo trdnostjo, ki se uporablja predvsem v strukturnih komponentah, kot so stebri in stranske plošče za prenos trdnosti. Uvod v ocene aluminijeve zlitine je prikazan v tabeli 1.
2.2 Extruzija je pomembna metoda oblikovanja aluminijeve zlitine
Iztiševanje aluminijeve zlitine je metoda vroče oblikovanja, celoten proizvodni postopek pa vključuje oblikovanje aluminijeve zlitine pod tristranskim tlačnim stresom. Celoten proizvodni postopek je mogoče opisati na naslednji način: a. Aluminija in druge zlitine se topijo in vržejo v potrebne aluminijeve zlitine; b. Predhodno segrete gredice se dajo v ekstruzijsko opremo za ekstruzijo. Pod delovanjem glavnega valja se z vdolbino kalupa oblikuje gredica aluminijeve zlitine v potrebne profile; c. Da bi izboljšali mehanske lastnosti aluminijastih profilov, se med iztisnitvijo ali po njej izvaja zdravljenje raztopin, čemur sledi staranje. Mehanske lastnosti po zdravljenju se razlikujejo glede na različne materiale in staranje. Stanje toplotne obdelave profilov tovornjakov v škatli je prikazano v tabeli 2.
Iz ekstrudiranih izdelkov iz aluminijeve zlitine imajo več prednosti pred drugimi metodami oblikovanja:
a. Med ekstruzijo ekstrudirana kovina dobi močnejši in bolj enakomeren tristranski tlačni stres v deformacijskem območju kot valjanje in kovanje, tako da lahko v celoti igra plastičnost predelane kovine. Uporablja se lahko za obdelavo težkih kovin, ki jih ni mogoče obdelati z valjanjem ali kovanjem in jih je mogoče uporabiti za izdelavo različnih kompleksnih komponent votlega ali trdnega prereza.
b. Ker je geometrija aluminijastih profilov lahko raznolika, imajo njihove komponente veliko togost, kar lahko izboljša togost telesa vozila, zmanjša njegove značilnosti NVH in izboljša dinamične značilnosti vozila.
c. Izdelki z ekstruzijsko učinkovitostjo, po gašenju in staranju, imajo bistveno večjo vzdolžno moč (R, RAZ) kot izdelki, obdelani z drugimi metodami.
d. Površina izdelkov po ekstruziji ima dobro barvo in dobro korozijsko odpornost, kar odpravlja potrebo po drugi površinski obdelavi proti koroziji.
e. Obdelava ekstrudiranja ima veliko prilagodljivost, nizke stroške orodja in plesni ter nizke stroške sprememb oblikovanja.
f. Zaradi krmilnosti prereza aluminijevega profila se lahko poveča stopnja integracije komponent, število komponent se lahko zmanjša in različni prerez prereza lahko dosežejo natančno pozicioniranje varjenja.
Primerjava zmogljivosti med ekstrudiranimi aluminijastimi profili za tovornjake v škatli in navadno ogljikovo jeklo je prikazana v tabeli 3.
Naslednja razvojna smer profilov aluminijevih zlitin za tovornjake tipa škatle: nadaljnje izboljšanje moči profila in izboljšanje zmogljivosti ekstrudiranja. Raziskovalna smer novih materialov za profile aluminijevih zlitin za tovornjake v škatli je prikazana na sliki 1.
3. Struktura tovornjakov iz zlitine, analiza moči in preverjanje
3.1 Struktura tovornjakov iz aluminijeve zlitine
Zabojnik za tovornjake je sestavljen predvsem iz sklopa sprednje plošče, sklopa leve in desne strani, sklopa stranskih plošč, tal, sklop tal, sklopa strehe, pa tudi vijakov v obliki črke U, stranski stražarji, zadnji stražarji, lopute z blatom in drugimi dodatki povezano s podvozjem drugega razreda. Škatla s karoserijo, stebri, stebri, stranski žarki in vrati so izdelani iz aluminijevih zlitin ekstrudiranih profilov, medtem ko so talne in strešne plošče izdelane iz 5052 aluminijevih zlitin. Struktura tovornjaka iz aluminijeve zlitine je prikazana na sliki 2.
Uporaba vročega ekstrudiranega postopka aluminijeve zlitine 6 lahko tvori zapletene votle preseke, zasnova aluminijevih profilov s kompleksnimi preseki lahko prihrani materiale, ustreza zahtevam moči in togosti in izpolnjuje zahteve medsebojne povezave med medsebojno povezanost različne komponente. Zato sta glavna struktura zasnove žarka in sekcijski trenutki vztrajnosti I in uporni trenutki W prikazani na sliki 3.
Primerjava glavnih podatkov v tabeli 4 kaže, da so inercijski trenutki in uporni trenutki oblikovanega aluminijastega profila boljši od ustreznih podatkov profila žarka iz železa. Podatki o koeficientu togosti so približno enaki tistim v ustreznem profilu žarka, ki ga je izdelal železo, in vsi ustrezajo zahtevam deformacije.
3.2 Izračun največjega napetosti
Če jemo ključni komponenti, ki vsebuje obremenitev, se izračuna največja napetost kot objekt. Nazivna obremenitev je 1,5 t, prečni žar pa je izdelan iz 6063-T6 aluminijeve zlitine z mehanskimi lastnostmi, kot je prikazano v tabeli 5. Snop je poenostavljen kot konzolna struktura za izračun sile, kot je prikazano na sliki 4.
Ob 344 -milimetrskem razponu snopa se tlačna obremenitev na snopu izračuna kot F = 3757 N, ki temelji na 4,5T, kar je trikrat večjo od standardne statične obremenitve. q = f/l
kjer je Q notranji stres žarka pod obremenitvijo, n/mm; F je obremenitev snopa, izračunana na podlagi 3 -kratnega standardne statične obremenitve, ki je 4,5 T; L je dolžina žarka, mm.
Zato je notranji stres Q:
Formula za izračun napetosti je naslednja:
Največji trenutek je:
Ob absolutni vrednosti trenutka je M = 274283 N · mm, največji napetost σ = m/(1,05 × w) = 18,78 MPa in največja vrednost napetosti σ <215 MPa, ki izpolnjuje zahteve.
3.3 Značilnosti povezave različnih komponent
Aluminijeva zlitina ima slabe lastnosti varjenja, trdnost varjenja pa je le 60% osnovnega materiala. Zaradi pokrivanja plasti Al2O3 na površini aluminijeve zlitine je tališče Al2O3 visoka, medtem ko je tališče aluminija nizka. Ko je aluminijasta zlitina varjena, je treba AL2O3 na površini hitro pokvariti, da se varjeno izvaja. Obenem bo ostanek Al2O3 ostal v raztopini aluminijeve zlitine, ki bo vplivala na strukturo aluminijeve zlitine in zmanjšala moč varjenja aluminijeve zlitine. Zato so pri oblikovanju vsebladijske vsebnika v celoti upoštevane te značilnosti. Varjenje je glavna metoda pozicioniranja, glavne komponente, ki nosijo obremenitev, pa so povezane z vijaki. Povezave, kot sta zakovičenje in struktura golob, so prikazane na slikah 5 in 6.
Glavna struktura telesa v celoti aluminijah sprejema strukturo z vodoravnimi tramovi, navpičnimi stebri, stranskimi tramovi in robnimi tramovi, ki se med seboj zaklepajo. Med vsakim vodoravnim snopom in navpičnim stebrom obstajajo štiri priključne točke. Priključne točke so opremljene z nazobčanimi tesnili na mrežo z nazobčanim robom vodoravnega žarka, kar učinkovito preprečuje drsenje. Osem vogalnih točk je v glavnem povezanih z jeklenimi jedrnimi vložki, pritrjenimi z vijaki in samo zaklepanimi zakovicami, ojačane s 5 mm trikotne aluminijaste plošče, varjene v škatli, da se notranje okrepijo vogalne položaje. Zunanji videz škatle nima varjenja ali izpostavljenih priključnih točk, kar zagotavlja celoten videz škatle.
3.4 SE sinhrono inženirsko tehnologijo
SE sinhrona inženirska tehnologija se uporablja za reševanje težav, ki jih povzročajo velika nakopičena odstopanja velikosti za ujemanje komponent v telesu škatle in težave pri iskanju vzrokov vrzeli in napak v ravninah. S pomočjo analize CAE (glej sliko 7-8) se izvede primerjalna analiza z železnimi telesi, ki preverjajo skupno moč in togost telesa škatle, poiščejo šibke točke in sprejmejo ukrepe za učinkovitejšo optimizacijo in izboljšanje oblikovalske sheme .
4. Učinek tehta
Poleg ohišja škatle lahko aluminijeve zlitine uporabimo za zamenjavo jekla za različne sestavne dele zabojnikov za tovornjake, kot so blatniki, zadnji stražarji, stranski stražarji, zapahi, tečaji vrat in zadnji robovi predpasnika, dosežejo zmanjšanje teže od 30% do 40% za tovorni prostor. Učinek zmanjšanja teže za prazen 4080 mm × 2300 mm × 2200 mm tovorni zabojnik je prikazan v tabeli 6. To bistveno rešuje težave prekomerne teže, neskladnosti z napovedmi in regulativnih tveganj tradicionalnih železnih tovornih oddelkov.
Z zamenjavo tradicionalnega jekla z aluminijevimi zlitinami za avtomobilske komponente lahko dosežemo le odlične lahke učinke, ampak lahko prispeva tudi k prihranku goriva, zmanjšanju emisij in izboljšanju zmogljivosti vozila. Trenutno obstajajo različna mnenja o prispevku lahkega teže k prihranku goriva. Rezultati raziskav Mednarodnega aluminijevega inštituta so prikazani na sliki 9. Vsako 10 -odstotno zmanjšanje teže vozila lahko zmanjša porabo goriva za 6% na 8%. Na podlagi domače statistike lahko zmanjšanje teže vsakega potniškega avtomobila za 100 kg zmanjša porabo goriva za 0,4 L/100 km. Prispevek lahkega prihranka pri varčevanju z gorivom temelji na rezultatih, pridobljenih iz različnih raziskovalnih metod, zato je nekaj razlik. Vendar pa avtomobilska lahka tehta pomembno vpliva na zmanjšanje porabe goriva.
Za električna vozila je lahki učinek še bolj izrazit. Trenutno se gostota energije na enoto energijskih baterij električnih vozil bistveno razlikuje od gostov tradicionalnih vozil s tekočim gorivom. Teža elektroenergetskega sistema (vključno z baterijo) električnih vozil pogosto predstavlja 20% do 30% celotne teže vozila. Hkrati je prelomno ozko grlo baterij svetovni izziv. Preden je velik preboj v visokozmogljivi tehnologiji baterij, je lahka tehta učinkovit način za izboljšanje križarjenja električnih vozil. Za vsakega 100 kg zmanjšanja teže se lahko razpon križarjenja električnih vozil poveča za 6% do 11% (razmerje med zmanjševanjem teže in razponom križarjenja je prikazano na sliki 10). Trenutno križarjenje čistih električnih vozil ne more zadovoljiti potreb večine ljudi, vendar lahko zmanjšanje teže za določeno količino znatno izboljša doseg križarjenja, olajša tesnobo v dosegu in izboljša uporabniško izkušnjo.
5. Zaključek
Poleg vse-aluminijeve strukture tovornjaka aluminijaste zlitine, ki je bil predstavljen v tem članku, obstajajo različne vrste tovornjakov, kot so aluminijaste plošče satja, aluminijaste plošče, aluminijasti okvirji + aluminijasti koži . Imajo prednosti lahke teže, visoke specifične trdnosti in dobre korozijske odpornosti in ne potrebujejo elektroforetske barve za zaščito korozije, kar zmanjšuje vpliv elektroforetske barve na okolje. Tovornjak za aluminijeve zlitine v bistvu rešuje težave prekomerne teže, neskladnosti z objavami in regulativnih tveganj tradicionalnih železnih tovornih oddelkov.
Ekstrukcija je bistvena metoda obdelave za aluminijaste zlitine, aluminijasti profili pa imajo odlične mehanske lastnosti, zato je togost komponent odseka razmeroma visoka. Zaradi spremenljivega prereza lahko aluminijeve zlitine dosežejo kombinacijo več komponentnih funkcij, zaradi česar je dober material za avtomobilsko lahko težo. Vendar pa se široka uporaba aluminijevih zlitin sooča z izzivi, kot so nezadostna zmogljivost oblikovanja za oddelke za aluminijeve zlitine, težave z varjenjem in varjenjem ter visoki stroški razvoja in promocije za nove izdelke. Glavni razlog je še vedno v tem, da aluminijeva zlitina stane več kot jeklo, preden recikliranje ekologije aluminijevih zlitin postane zrel.
Za zaključek bo obseg uporabe aluminijevih zlitin v avtomobilih postal širši, njihova uporaba pa se bo še naprej povečevala. V trenutnih trendih varčevanja z energijo, zmanjševanju emisij in razvoju nove industrije energetskih vozil s poglabljanjem razumevanja lastnosti aluminijeve zlitine in učinkovitimi rešitvami za težave z uporabo aluminijevih zlitin bodo materiali za iztiskanje aluminija širše uporabljeni pri avtomobilskem lahkem teži.
Uredil maj Jiang iz mat aluminija
Čas objave: januar-12-2024
