Introduzione
Con lo sviluppo dell'industria automobilistica, anche il mercato delle travi d'urto in lega di alluminio sta crescendo rapidamente, sebbene sia ancora relativamente piccolo in termini di dimensioni complessive. Secondo le previsioni dell'Automotive Lightweight Technology Innovation Alliance per il mercato cinese delle travi ad impatto in lega di alluminio, entro il 2025, la domanda di mercato è stimata intorno alle 140.000 tonnellate, con una dimensione del mercato che dovrebbe raggiungere i 4,8 miliardi di RMB. Entro il 2030, si prevede che la domanda del mercato sarà di circa 220.000 tonnellate, con una dimensione di mercato stimata di 7,7 miliardi di RMB e un tasso di crescita annuo composto di circa il 13%. La tendenza allo sviluppo dell'alleggerimento e la rapida crescita dei modelli di veicoli di fascia medio-alta sono importanti fattori trainanti per lo sviluppo delle travi d'urto in lega di alluminio in Cina. Le prospettive di mercato per i crash box a trave d'urto automobilistica sono promettenti.
Con la diminuzione dei costi e l'avanzamento della tecnologia, le travi di impatto frontale in lega di alluminio e le crash box stanno gradualmente diventando più diffuse. Attualmente vengono utilizzati in modelli di veicoli di fascia medio-alta come Audi A3, Audi A4L, BMW serie 3, BMW X1, Mercedes-Benz C260, Honda CR-V, Toyota RAV4, Buick Regal e Buick LaCrosse.
Le travi d'urto in lega di alluminio sono composte principalmente da traverse d'urto, crash box, piastre di montaggio e manicotti del gancio di traino, come mostrato nella Figura 1.
Figura 1: Gruppo della trave d'urto in lega di alluminio
La crash box è una scatola metallica situata tra la trave d'urto e due travi longitudinali del veicolo, che funge essenzialmente da contenitore per l'assorbimento di energia. Questa energia si riferisce alla forza dell'impatto. Quando un veicolo subisce una collisione, il raggio d'impatto ha un certo grado di capacità di assorbimento dell'energia. Tuttavia, se l'energia supera la capacità del raggio d'impatto, trasferirà l'energia al crash box. Il crash box assorbe tutta la forza dell'impatto e si deforma, garantendo che le travi longitudinali rimangano intatte.
1 Requisiti del prodotto
1.1 Le dimensioni devono rispettare i requisiti di tolleranza del disegno, come mostrato nella Figura 2.
1.3 Requisiti di prestazione meccanica:
Resistenza alla trazione: ≥215 MPa
Resistenza allo snervamento: ≥205 MPa
Allungamento A50: ≥10%
1.4 Prestazioni di schiacciamento del crash box:
Lungo l'asse X del veicolo, utilizzando una superficie d'urto maggiore della sezione trasversale del prodotto, caricare ad una velocità di 100 mm/min fino allo schiacciamento, con una quantità di compressione del 70%. La lunghezza iniziale del profilo è di 300 mm. Nel punto di giunzione tra la nervatura di rinforzo e la parete esterna, le fessure devono essere inferiori a 15 mm per essere considerate accettabili. È necessario garantire che la fessurazione consentita non comprometta la capacità di assorbimento dell'energia di frantumazione del profilo e che non si creino crepe significative in altre zone dopo la frantumazione.
2 Approccio allo sviluppo
Per soddisfare contemporaneamente i requisiti di prestazioni meccaniche e prestazioni di frantumazione, l'approccio di sviluppo è il seguente:
Utilizzare l'asta 6063B con una composizione di lega primaria di Si 0,38-0,41% e Mg 0,53-0,60%.
Eseguire la tempra in aria e l'invecchiamento artificiale per raggiungere la condizione T6.
Utilizzare la nebbia + aria per l'estinzione ed effettuare un trattamento di invecchiamento eccessivo per raggiungere la condizione T7.
3 Produzione pilota
3.1 Condizioni di estrusione
La produzione viene effettuata su una pressa di estrusione da 2000 T con un rapporto di estrusione di 36. Il materiale utilizzato è barra di alluminio omogeneizzato 6063B. Le temperature di riscaldamento della barra di alluminio sono le seguenti: IV zona 450-III zona 470-II zona 490-1 zona 500. La pressione di sfondamento del cilindro principale è di circa 210 bar, con la fase di estrusione stabile che ha una pressione di estrusione vicina a 180 bar . La velocità dell'albero di estrusione è di 2,5 mm/s e la velocità di estrusione del profilo è di 5,3 m/min. La temperatura all'uscita dell'estrusione è 500-540°C. L'estinzione viene eseguita utilizzando il raffreddamento ad aria con la potenza della ventola sinistra al 100%, la potenza della ventola centrale al 100% e la potenza della ventola destra al 50%. La velocità di raffreddamento media all'interno della zona di raffreddamento raggiunge 300-350°C/min e la temperatura dopo l'uscita dalla zona di raffreddamento è di 60-180°C. Per l'estinzione con nebbia + aria, la velocità di raffreddamento media all'interno della zona di riscaldamento raggiunge 430-480°C/min e la temperatura dopo l'uscita dalla zona di raffreddamento è di 50-70°C. Il profilo non presenta flessioni significative.
3.2 Invecchiamento
In seguito al processo di invecchiamento T6 a 185°C per 6 ore, la durezza e le proprietà meccaniche del materiale sono le seguenti:
Secondo il processo di invecchiamento T7 a 210°C per 6 ore e 8 ore, la durezza e le proprietà meccaniche del materiale sono le seguenti:
Sulla base dei dati dei test, il metodo di spegnimento con nebbia + aria, combinato con il processo di invecchiamento a 210°C/6 ore, soddisfa i requisiti sia per le prestazioni meccaniche che per i test di frantumazione. Considerando il rapporto costo-efficacia, per la produzione sono stati selezionati il metodo di tempra con nebbia + aria e il processo di invecchiamento a 210°C/6 ore per soddisfare i requisiti del prodotto.
3.3 Prova di schiacciamento
Per la seconda e la terza asta, l'estremità di testa è tagliata di 1,5 m e l'estremità di coda di 1,2 m. Vengono prelevati due campioni ciascuno dalle sezioni di testa, centrale e coda, con una lunghezza di 300 mm. I test di frantumazione vengono condotti dopo l'invecchiamento a 185°C/6 ore e 210°C/6 ore e 8 ore (dati sulle prestazioni meccaniche come menzionato sopra) su una macchina universale per prove sui materiali. I test sono condotti ad una velocità di carico di 100 mm/min con una quantità di compressione del 70%. I risultati sono i seguenti: per la tempra con nebbia + aria con processi di invecchiamento a 210°C/6 ore e 8 ore, i test di frantumazione soddisfano i requisiti, come mostrato nella Figura 3-2, mentre i campioni raffreddati ad aria mostrano fessurazioni per tutti i processi di invecchiamento .
Sulla base dei risultati dei test di frantumazione, l'estinzione a nebbia + aria con i processi di invecchiamento a 210°C/6 ore e 8 ore soddisfa i requisiti del cliente.
4 Conclusione
L'ottimizzazione dei processi di tempra e invecchiamento è fondamentale per il successo dello sviluppo del prodotto e fornisce una soluzione di processo ideale per il prodotto crash box.
Attraverso test approfonditi, è stato determinato che lo stato del materiale per il prodotto crash box dovrebbe essere 6063-T7, il metodo di tempra è nebbia + raffreddamento ad aria e il processo di invecchiamento a 210°C/6h è la scelta migliore per l'estrusione di barre di alluminio con temperature comprese tra 480 e 500°C, velocità dell'albero di estrusione di 2,5 mm/s, temperatura della matrice di estrusione di 480°C e temperatura di uscita dell'estrusione di 500-540°C.
A cura di May Jiang di MAT Aluminium
Orario di pubblicazione: 07 maggio 2024
