1.Introduzione
Il leggero peso automobilistico è iniziato nei paesi sviluppati ed è stato inizialmente guidato dai tradizionali giganti automobilistici. Con lo sviluppo continuo, ha guadagnato un momento significativo. Dal momento in cui gli indiani usavano per la prima volta la lega di alluminio per produrre alberi a gomiti automobilistici alla prima produzione di massa di massa di Audi di auto in alluminio nel 1999, la lega di alluminio ha visto una solida crescita nelle applicazioni automobilistiche a causa dei suoi vantaggi come bassa densità, elevata resistenza e rigidità specifiche, Buona elasticità e resistenza all'impatto, elevata riciclabilità e alto tasso di rigenerazione. Entro il 2015, la percentuale di applicazione della lega di alluminio nelle automobili aveva già superato il 35%.
Il leggero peso automobilistico cinese è iniziato meno di 10 anni fa e sia il ritardo della tecnologia che il livello di applicazione dietro paesi sviluppati come la Germania, gli Stati Uniti e il Giappone. Tuttavia, con lo sviluppo di nuovi veicoli energetici, il leggero peso materiale sta progredendo rapidamente. Sfruttando l'ascesa di nuovi veicoli energetici, la tecnologia leggera automobilistica cinese sta mostrando una tendenza di recuperare i paesi sviluppati.
Il mercato dei materiali leggeri della Cina è vasto. Da un lato, rispetto ai paesi sviluppati all'estero, la tecnologia leggera della Cina è iniziata in ritardo e il peso complessivo del marciapiede del veicolo è maggiore. Considerando il punto di riferimento della proporzione di materiali leggeri nei paesi stranieri, c'è ancora ampio spazio per lo sviluppo in Cina. D'altra parte, guidato dalle politiche, il rapido sviluppo del nuovo settore dei veicoli energetici cinesi aumenterà la domanda di materiali leggeri e incoraggerà le aziende automobilistiche a spostarsi verso il leggero peso.
Il miglioramento degli standard di emissione e consumo di carburante sta forzando l'accelerazione del leggero peso automobilistico. La Cina ha pienamente implementato gli standard di emissione di China VI nel 2020. Secondo il "metodo di valutazione e gli indicatori per il consumo di carburante delle autovetture" e la "roadmap tecnologica per i veicoli energetici e nuovi veicoli energetici", lo standard di consumo di carburante da 5,0 L/km. Tenendo conto dello spazio limitato per notevoli scoperte nella tecnologia del motore e nella riduzione delle emissioni, l'adozione di misure per componenti automobilistici leggeri può ridurre efficacemente le emissioni dei veicoli e il consumo di carburante. Il leggero peso dei nuovi veicoli energetici è diventato un percorso essenziale per lo sviluppo del settore.
Nel 2016, la China Automotive Engineering Society ha emesso la "roadmap tecnologica per i veicoli energetici e nuovi veicoli energetici", che hanno pianificato fattori come il consumo di energia, la gamma di crociera e i materiali di produzione per nuovi veicoli energetici dal 2020 al 2030. La leggera pesca sarà una direzione chiave Per il futuro sviluppo di nuovi veicoli energetici. Il leggero peso può aumentare la gamma di crociera e affrontare "ansia da gamma" nei nuovi veicoli energetici. Con la crescente domanda di una gamma di crociera estesa, il leggero peso automobilistico diventa urgente e le vendite di nuovi veicoli energetici sono cresciute significativamente negli ultimi anni. Secondo i requisiti del sistema di punteggio e del "piano di sviluppo da medio-lungo termine per l'industria automobilistica", si stima che entro il 2025 le vendite cinesi di nuovi veicoli energetici supereranno i 6 milioni di unità, con una crescita annuale composta tasso superiore al 38%.
2. Caratteristiche e applicazioni in lega di alluminio
2.1 Caratteristiche della lega di alluminio
La densità dell'alluminio è un terzo di quella dell'acciaio, rendendolo più leggero. Ha una resistenza specifica più elevata, una buona capacità di estrusione, una forte resistenza alla corrosione e un'elevata riciclabilità. Le leghe di alluminio sono caratterizzate dall'essere principalmente composti da magnesio, esibendo una buona resistenza al calore, buone proprietà di saldatura, buona resistenza a fatica, incapacità di essere rafforzate dal trattamento termico e capacità di aumentare la resistenza attraverso il lavoro a freddo. La serie 6 è caratterizzata dall'essere principalmente composta da magnesio e silicio, con MG2SI come fase di rafforzamento principale. Le leghe più utilizzate in questa categoria sono 6063, 6061 e 6005A. La piastra di alluminio 5052 è una piastra in alluminio in lega di serie AL-MG, con magnesio come elemento di lega principale. È la lega di alluminio anti-russa più utilizzata. Questa lega ha un'elevata resistenza, un'elevata resistenza a fatica, una buona plasticità e una resistenza alla corrosione, non può essere rafforzata dal trattamento termico, ha una buona plasticità nell'indurimento del lavoro semi-colbo, una bassa plasticità nell'indurimento del lavoro a freddo, una buona resistenza alla corrosione e buone proprietà di saldatura. È utilizzato principalmente per componenti come pannelli laterali, coperture per tetti e pannelli delle porte. 6063 La lega di alluminio è una lega di rafforzamento trattabile al calore nella serie AL-MG-SI, con magnesio e silicio come elementi di lega principale. È un profilo in lega di alluminio di rafforzamento trattato di calore con resistenza media, utilizzato principalmente in componenti strutturali come colonne e pannelli laterali per trasportare la resistenza. Un'introduzione ai gradi in lega di alluminio è mostrata nella Tabella 1.
2.2 L'estrusione è un metodo di formazione importante della lega di alluminio
L'estrusione in lega di alluminio è un metodo di formazione calda e l'intero processo di produzione prevede la formazione di lega di alluminio sotto lo stress di compressione a tre vie. L'intero processo di produzione può essere descritto come segue: a. L'alluminio e altre leghe vengono sciolte e gettate nelle billette in lega di alluminio richieste; B. Le billette preriscaldate vengono inserite nell'apparecchiatura di estrusione per estrusione. Sotto l'azione del cilindro principale, la billetta in lega di alluminio si forma nei profili richiesti attraverso la cavità dello stampo; C. Al fine di migliorare le proprietà meccaniche dei profili di alluminio, il trattamento della soluzione viene effettuato durante o dopo l'estrusione, seguito da un trattamento dell'invecchiamento. Le proprietà meccaniche dopo il trattamento dell'invecchiamento variano in base a materiali e regimi di invecchiamento diversi. Lo stato del trattamento termico dei profili di camion a scatola è mostrato nella Tabella 2.
I prodotti estrusi in lega di alluminio presentano diversi vantaggi rispetto ad altri metodi di formazione:
UN. Durante l'estrusione, il metallo estruso ottiene uno stress di compressione a tre vie più forte e più uniforme nella zona di deformazione rispetto al rotolamento e alla forgiatura, in modo che possa giocare completamente la plasticità del metallo trasformato. Può essere utilizzato per elaborare metalli difficili da deform che non possono essere elaborati rotolando o forgiando e può essere utilizzato per realizzare vari componenti complessi di sezione trasversale cavo o solido.
B. Poiché la geometria dei profili di alluminio può essere variata, i loro componenti hanno un'elevata rigidità, che può migliorare la rigidità del corpo del veicolo, ridurre le caratteristiche di NVH e migliorare le caratteristiche di controllo dinamico del veicolo.
C. I prodotti con efficienza di estrusione, dopo l'estinzione e l'invecchiamento, hanno una resistenza longitudinale significativamente più elevata (R, RAZ) rispetto ai prodotti elaborati con altri metodi.
D. La superficie dei prodotti dopo l'estrusione ha un buon colore e una buona resistenza alla corrosione, eliminando la necessità di altro trattamento di superficie anticorrosivo.
e. L'elaborazione di estrusione ha una grande flessibilità, bassi costi di strumenti e stampi e bassi costi di modifica della progettazione.
F. A causa della controllabilità delle sezioni trasversali del profilo in alluminio, il grado di integrazione dei componenti può essere aumentato, il numero di componenti può essere ridotto e diversi progetti di sezione trasversale possono ottenere un posizionamento preciso della saldatura.
Il confronto delle prestazioni tra profili di alluminio estruso per camion a scatola e acciaio al carbonio semplice è mostrato nella Tabella 3.
Direzione di sviluppo successiva dei profili in lega di alluminio per camion di tipo scatola: miglioramento della forza del profilo e migliorare le prestazioni di estrusione. La direzione di ricerca dei nuovi materiali per i profili in lega di alluminio per camion a scatola è mostrata nella Figura 1.
3. Struttura del camion in lega di alluminio, analisi della forza e verifica
3.1 Struttura del camion in lega di alluminio
Il contenitore del camion box è costituito principalmente dal gruppo del pannello anteriore, dal gruppo del pannello laterale sinistro e destro, dal gruppo del pannello laterale della porta posteriore, dal gruppo del pavimento, dal gruppo del tetto e dai bulloni a forma di U, dalle protezioni laterali, dalle protezioni posteriori, dalle alette di fango e da altri accessori collegato al telaio di seconda classe. Le travi a croce del corpo, i pilastri, le travi laterali e i pannelli delle porte sono realizzati con profili estrusi in lega di alluminio, mentre i pannelli del pavimento e del tetto sono realizzati con piastre piatte in lega di alluminio 5052. La struttura del camion in lega in lega di alluminio è mostrata nella Figura 2.
L'uso del processo di estrusione calda della lega di alluminio in serie a 6 può formare sezioni cave complesse, un design di profili di alluminio con sezioni trasversali complesse può risparmiare materiali, soddisfare i requisiti di resistenza al prodotto e rigidità e soddisfare i requisiti di reciproca connessione tra vari componenti. Pertanto, la struttura del design del raggio principale e i momenti sezionali di inerzia I e momenti di resistenza W sono mostrati nella Figura 3.
Un confronto tra i dati principali nella Tabella 4 mostra che i momenti sezionali di inerzia e i momenti di resistenza del profilo in alluminio progettato sono migliori dei dati corrispondenti del profilo del raggio realizzato in ferro. I dati del coefficiente di rigidità sono all'incirca gli stessi di quelli del profilo del raggio di ferro corrispondente e tutti soddisfano i requisiti di deformazione.
3.2 Calcolo del massimo sollecitazione
Prendendo il componente portante portante, la traversa, come oggetto, viene calcolata la sollecitazione massima. Il carico nominale è 1,5 T e il traversario è realizzato in profilo in lega di alluminio 6063-T6 con proprietà meccaniche, come mostrato nella Tabella 5. Il raggio è semplificato come struttura a cantilever per il calcolo della forza, come mostrato nella Figura 4.
Prendendo un raggio di 344 mm, il carico di compressione sul raggio viene calcolato come F = 3757 N in base a 4,5 T, che è tre volte il carico statico standard. Q = f/l
dove Q è la sollecitazione interna del raggio sotto il carico, n/mm; F è il carico a carico dal raggio, calcolato in base a 3 volte il carico statico standard, che è 4,5 t; L è la lunghezza del raggio, mm.
Pertanto, lo stress interno Q è:
La formula di calcolo dello stress è la seguente:
Il momento massimo è:
Prendendo il valore assoluto del momento, M = 274283 N · mm, lo stress massimo σ = m/(1,05 × w) = 18,78 MPa e il valore di sollecitazione massimo σ <215 MPa, che soddisfa i requisiti.
3.3 Caratteristiche di connessione di vari componenti
La lega di alluminio ha scarse proprietà di saldatura e la sua resistenza al punto di saldatura è solo il 60% della resistenza al materiale di base. A causa della copertura di uno strato di AL2O3 sulla superficie della lega di alluminio, il punto di fusione di AL2O3 è alto, mentre il punto di fusione dell'alluminio è basso. Quando la lega di alluminio viene saldata, l'AL2O3 sulla superficie deve essere rapidamente rotto per eseguire la saldatura. Allo stesso tempo, il residuo di AL2O3 rimarrà nella soluzione in lega di alluminio, che colpisce la struttura in lega di alluminio e riducendo la forza del punto di saldatura in lega di alluminio. Pertanto, quando si progettano un contenitore per tutto iluminio, queste caratteristiche sono completamente considerate. La saldatura è il metodo di posizionamento principale e i principali componenti portanti sono collegati da bulloni. Connessioni come la struttura di rivettatura e coda di coda di coda sono mostrate nelle figure 5 e 6.
La struttura principale del corpo della scatola di tutto-alluminio adotta una struttura con travi orizzontali, pilastri verticali, travi laterali e travi di bordo intrecciate tra loro. Esistono quattro punti di collegamento tra ciascun raggio orizzontale e pilastro verticale. I punti di connessione sono dotati di guarnizioni seghettate per mesh con il bordo seghettato del raggio orizzontale, impedendo efficacemente lo scivolo. Gli otto punti angolari sono principalmente collegati da inserti in acciaio, fissati con bulloni e rivetti autobloccanti e rinforzate da piastre di alluminio triangolari da 5 mm saldate all'interno della scatola per rafforzare le posizioni angolari internamente. L'aspetto esterno della scatola non ha punti di saldatura o di connessione esposti, garantendo l'aspetto generale della scatola.
3.4 tecnologia di ingegneria sincrona SE
La tecnologia di ingegneria sincrona SE viene utilizzata per risolvere i problemi causati da grandi deviazioni di dimensioni accumulate per i componenti corrispondenti nel corpo della scatola e le difficoltà nel trovare le cause di lacune e guasti alla piattalità. Attraverso l'analisi CAE (vedi Figura 7-8), viene condotta un'analisi di confronto con corpi di scatola fatti in ferro per controllare la resistenza e la rigidità complessive del corpo a scatola, trovare punti deboli e adottare misure per ottimizzare e migliorare lo schema di progettazione in modo più efficace .
4. Effetto illuminante del camion in lega di alluminio
Oltre al corpo della scatola, le leghe di alluminio possono essere utilizzate per sostituire l'acciaio per vari componenti di contenitori di camion a scatola, come guardie di fango, guardie posteriori, guardie laterali, chiusura delle porte, cerniere delle porte e bordi del grembiule posteriore, ottenendo una riduzione del peso dal 30% al 40% per il compartimento del carico. L'effetto di riduzione del peso per un contenitore di carico vuoto da 4080 mm × 2300 mm × 2200 mm è mostrato nella Tabella 6. Ciò risolve fondamentalmente i problemi di peso eccessivo, la non conformità con gli annunci e i rischi normativi dei tradizionali scomparti del carico fatto in ferro.
Sostituendo l'acciaio tradizionale con leghe di alluminio per i componenti automobilistici, non solo si possono ottenere effetti leggeri eccellenti, ma può anche contribuire a risparmi di carburante, riduzione delle emissioni e migliori prestazioni del veicolo. Allo stato attuale, ci sono varie opinioni sul contributo del leggero peso al risparmio di carburante. I risultati della ricerca dell'International Aluminium Institute sono mostrati nella Figura 9. Ogni riduzione del 10% del peso del veicolo può ridurre il consumo di carburante dal 6% all'8%. Sulla base delle statistiche domestiche, la riduzione del peso di ciascuna auto passeggeri di 100 kg può ridurre il consumo di carburante di 0,4 L/100 km. Il contributo del leggero peso al risparmio di carburante si basa sui risultati ottenuti da diversi metodi di ricerca, quindi vi è qualche variazione. Tuttavia, il leggero peso automobilistico ha un impatto significativo sulla riduzione del consumo di carburante.
Per i veicoli elettrici, l'effetto leggero è ancora più pronunciato. Attualmente, la densità di energia unitaria delle batterie elettriche di potenza dei veicoli è significativamente diversa da quella dei tradizionali veicoli a combustibile liquido. Il peso del sistema di alimentazione (compresa la batteria) dei veicoli elettrici spesso rappresenta il 20% al 30% del peso totale del veicolo. Contemporaneamente, sfondare il collo di bottiglia delle batterie è una sfida mondiale. Prima che vi sia una grande svolta nella tecnologia della batteria ad alte prestazioni, il leggero pesca è un modo efficace per migliorare la gamma di crociera di veicoli elettrici. Per ogni riduzione di 100 kg di peso, l'intervallo di crociera di veicoli elettrici può essere aumentata dal 6% all'11% (la relazione tra riduzione del peso e intervallo di crociera è mostrata nella Figura 10). Attualmente, la gamma di crociera di veicoli elettrici puri non può soddisfare le esigenze della maggior parte delle persone, ma ridurre il peso di una certa quantità può migliorare significativamente la gamma di crociera, allentando l'ansia della gamma e migliorando l'esperienza dell'utente.
5.Conclusione
Oltre alla struttura interamente in alluminio del camion box in lega di alluminio introdotto in questo articolo, ci sono vari tipi di camion box, come pannelli a nido d'ape in alluminio, piastre di fibbia in alluminio, cornici in alluminio + pelli di alluminio e pelli di alluminio . Hanno i vantaggi di peso leggero, elevata resistenza specifica e buona resistenza alla corrosione e non richiedono la vernice elettroforetica per la protezione della corrosione, riducendo l'impatto ambientale della vernice elettroforetica. Il camion in lega di alluminio risolve fondamentalmente i problemi di peso eccessivo, la non conformità con gli annunci e i rischi normativi dei tradizionali scomparti del carico fatto in ferro.
L'estrusione è un metodo di elaborazione essenziale per le leghe di alluminio e i profili di alluminio hanno eccellenti proprietà meccaniche, quindi la rigidità della sezione dei componenti è relativamente alta. A causa della sezione trasversale variabile, le leghe di alluminio possono ottenere la combinazione di più funzioni dei componenti, rendendolo un buon materiale per il leggero pesca automobilistica. Tuttavia, l'applicazione diffusa delle leghe di alluminio affronta sfide come la capacità di progettazione insufficiente per i compartimenti di carico in lega di alluminio, i problemi di formazione e saldatura e costi elevati di sviluppo e promozione per nuovi prodotti. Il motivo principale è ancora che la lega di alluminio costa più dell'acciaio prima che l'ecologia del riciclaggio delle leghe di alluminio diventi matura.
In conclusione, l'ambito dell'applicazione delle leghe di alluminio nelle automobili diventerà più ampio e il loro utilizzo continuerà ad aumentare. Nelle attuali tendenze del risparmio energetico, della riduzione delle emissioni e dello sviluppo del nuovo settore dei veicoli energetici, con la comprensione approfondita delle proprietà in lega di alluminio e delle soluzioni efficaci ai problemi di applicazione in lega di alluminio, i materiali di estrusione in alluminio saranno più ampiamente utilizzati nel peso leggero automobilistico.
A cura di May Jiang dall'alluminio Mat
Tempo post: gennaio-12-2024
