Uvod
Z razvojem avtomobilske industrije hitro raste tudi trg udarnih nosilcev iz aluminijevih zlitin, čeprav je še vedno relativno majhen. Po napovedi združenja Automotive Lightweight Technology Innovation Alliance za kitajski trg udarnih nosilcev iz aluminijevih zlitin naj bi do leta 2025 tržno povpraševanje znašalo približno 140.000 ton, velikost trga pa naj bi dosegla 4,8 milijarde RMB. Do leta 2030 naj bi tržno povpraševanje znašalo približno 220.000 ton, velikost trga pa naj bi znašala 7,7 milijarde RMB, skupna letna stopnja rasti pa približno 13 %. Trend razvoja lahke teže in hitra rast modelov vozil srednjega in višjega cenovnega razreda sta pomembna gonilna dejavnika za razvoj udarnih nosilcev iz aluminijevih zlitin na Kitajskem. Tržne možnosti za avtomobilske udarne nosilce so obetavne.
Z zniževanjem stroškov in napredkom tehnologije postajajo čelne zaščitne letve in zaščitne škatle iz aluminijeve zlitine postopoma bolj razširjene. Trenutno se uporabljajo v modelih vozil srednjega in višjega cenovnega razreda, kot so Audi A3, Audi A4L, BMW serije 3, BMW X1, Mercedes-Benz C260, Honda CR-V, Toyota RAV4, Buick Regal in Buick LaCrosse.
Udarni nosilci iz aluminijeve zlitine so sestavljeni predvsem iz udarnih prečk, zaščitnih omar, montažnih osnovnih plošč in tulcev vlečne kljuke, kot je prikazano na sliki 1.
Slika 1: Sestav udarnega nosilca iz aluminijeve zlitine
Trčilna škatla je kovinska škatla, ki se nahaja med udarnim žarkom in dvema vzdolžnima žarkoma vozila in v bistvu služi kot posoda za absorpcijo energije. Ta energija se nanaša na silo udarca. Ko vozilo doživi trk, ima udarni žarek določeno stopnjo sposobnosti absorpcije energije. Če pa energija preseže zmogljivost udarnega žarka, jo prenese na trčilno škatlo. Trčilna škatla absorbira vso silo udarca in se deformira, s čimer zagotovi, da vzdolžni žarki ostanejo nepoškodovani.
1 Zahteve za izdelek
1.1 Dimenzije morajo biti v skladu z zahtevami glede tolerance na risbi, kot je prikazano na sliki 2.
1.3 Zahteve glede mehanskih lastnosti:
Natezna trdnost: ≥215 MPa
Meja tečenja: ≥205 MPa
Raztezek A50: ≥10%
1.4 Zmogljivost drobljenja Crash Boxa:
Vzdolž osi X vozila, z uporabo trčne površine, večje od prečnega prereza izdelka, obremenite s hitrostjo 100 mm/min do drobljenja, s stopnjo stiskanja 70 %. Začetna dolžina profila je 300 mm. Na stičišču ojačevalnega rebra in zunanje stene morajo biti razpoke manjše od 15 mm, da se štejejo za sprejemljive. Zagotoviti je treba, da dovoljene razpoke ne ogrozijo sposobnosti profila za absorpcijo energije pri drobljenju in da po drobljenju na drugih območjih ne sme biti večjih razpok.
2 Razvojni pristop
Za hkratno izpolnjevanje zahtev glede mehanskih lastnosti in zmogljivosti drobljenja je razvojni pristop naslednji:
Uporabite palico 6063B s primarno sestavo zlitine Si 0,38–0,41 % in Mg 0,53–0,60 %.
Za dosego stanja T6 izvedite kaljenje na zraku in umetno staranje.
Za dosego stanja T7 uporabite gašenje z meglo in zrakom ter izvedite obdelavo s staranjem.
3 Pilotna produkcija
3.1 Pogoji ekstrudiranja
Proizvodnja poteka na ekstruzijski stiskalnici 2000T z ekstruzijskim razmerjem 36. Uporabljeni material je homogenizirana aluminijasta palica 6063B. Temperature segrevanja aluminijaste palice so naslednje: IV cona 450 - III cona 470 - II cona 490 - 1 cona 500. Prebojni tlak glavnega valja je okoli 210 barov, pri čemer ima stabilna ekstruzijska faza ekstruzijski tlak blizu 180 barov. Hitrost ekstruzijske gredi je 2,5 mm/s, hitrost ekstrudiranja profila pa 5,3 m/min. Temperatura na izhodu iz ekstrudiranja je 500–540 °C. Kaljenje se izvaja z zračnim hlajenjem z močjo levega ventilatorja 100 %, močjo srednjega ventilatorja 100 % in močjo desnega ventilatorja 50 %. Povprečna hitrost hlajenja znotraj kalilne cone doseže 300–350 °C/min, temperatura po izstopu iz kalilne cone pa je 60–180 °C. Pri gašenju z meglo in zrakom povprečna hitrost ohlajanja znotraj ogrevalne cone doseže 430–480 °C/min, temperatura po izstopu iz kalilne cone pa je 50–70 °C. Profil ne kaže bistvenega upogibanja.
3.2 Staranje
Po postopku staranja T6 pri 185 °C v trajanju 6 ur sta trdota in mehanske lastnosti materiala naslednji:
Glede na postopek staranja T7 pri 210 °C 6 ur in 8 ur sta trdota in mehanske lastnosti materiala naslednji:
Na podlagi podatkov preskusov metoda kaljenja z meglo in zrakom v kombinaciji s postopkom staranja pri 210 °C/6 ur izpolnjuje zahteve tako glede mehanskih lastnosti kot tudi tlačnih preizkusov. Glede na stroškovno učinkovitost sta bila za proizvodnjo izbrana metoda kaljenja z meglo in zrakom ter postopek staranja pri 210 °C/6 ur, da bi izpolnili zahteve izdelka.
3.3 Preskus tlačenja
Pri drugi in tretji palici je glavni konec odrezan za 1,5 m, zadnji konec pa za 1,2 m. Iz glavnega, srednjega in zadnjega dela sta vzeta po dva vzorca dolžine 300 mm. Preskusi drobljenja so bili izvedeni po staranju pri 185 °C/6 ur ter 210 °C/6 ur in 8 ur (podatki o mehanskih lastnostih so navedeni zgoraj) na univerzalnem preizkuševalnem stroju za materiale. Preskusi so bili izvedeni pri hitrosti obremenitve 100 mm/min s stopnjo stiskanja 70 %. Rezultati so naslednji: pri gašenju z meglo in zrakom pri 210 °C/6 ur in 8 ur preskusi drobljenja izpolnjujejo zahteve, kot je prikazano na sliki 3-2, medtem ko vzorci, kaljeni na zraku, kažejo razpoke pri vseh postopkih staranja.
Na podlagi rezultatov drobnih preizkusov glajenje z meglo in zrakom s postopkom staranja pri 210 °C/6 ur in 8 ur izpolnjuje zahteve strank.
4 Zaključek
Optimizacija procesov kaljenja in staranja je ključnega pomena za uspešen razvoj izdelka in zagotavlja idealno procesno rešitev za izdelek crash box.
Z obsežnim testiranjem je bilo ugotovljeno, da mora biti material za izdelek Crash Box 6063-T7, metoda kaljenja je megla + hlajenje na zraku, postopek staranja pri 210 °C/6 ur pa je najboljša izbira za ekstrudiranje aluminijastih palic s temperaturami od 480 do 500 °C, hitrostjo ekstruzijske gredi 2,5 mm/s, temperaturo ekstruzijske matrice 480 °C in temperaturo izhoda ekstruzije 500-540 °C.
Uredil May Jiang iz MAT Aluminum
Čas objave: 7. maj 2024
