Introduzione
Con lo sviluppo dell'industria automobilistica, anche il mercato delle travi d'impatto in lega di alluminio sta crescendo rapidamente, sebbene le sue dimensioni complessive siano ancora relativamente ridotte. Secondo le previsioni dell'Automotive Lightweight Technology Innovation Alliance per il mercato cinese delle travi d'impatto in lega di alluminio, entro il 2025 la domanda di mercato dovrebbe attestarsi 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 di mercato sarà di circa 220.000 tonnellate, con una dimensione del mercato stimata di 7,7 miliardi di RMB e un tasso di crescita annuo composto di circa il 13%. Il trend di 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'impatto in lega di alluminio in Cina. Le prospettive di mercato per le crash box con travi d'impatto per autoveicoli sono promettenti.
Con la riduzione dei costi e il progresso tecnologico, le barre di protezione anteriori e le crash box in lega di alluminio stanno gradualmente diventando sempre più diffuse. Attualmente, sono utilizzate su 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'impatto in lega di alluminio sono composte principalmente da travi trasversali d'impatto, crash box, piastre di base di montaggio e manicotti per ganci di traino, come mostrato nella Figura 1.
Figura 1: Gruppo trave d'impatto in lega di alluminio
La crash box è una scatola metallica posizionata tra la trave d'impatto e due longheroni longitudinali del veicolo, che funge essenzialmente da contenitore per l'assorbimento di energia. Questa energia si riferisce alla forza d'impatto. Quando un veicolo subisce una collisione, la trave d'impatto ha una certa capacità di assorbimento dell'energia. Tuttavia, se l'energia supera la capacità della trave d'impatto, questa la trasferisce alla crash box. La crash box assorbe tutta la forza d'impatto e si deforma, garantendo che i longheroni longitudinali rimangano intatti.
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 prestazioni meccaniche:
Resistenza alla trazione: ≥215 MPa
Limite di snervamento: ≥205 MPa
Allungamento A50: ≥10%
1.4 Prestazioni di schiacciamento del Crash Box:
Lungo l'asse X del veicolo, utilizzando una superficie di impatto più grande della sezione trasversale del prodotto, applicare il carico a una velocità di 100 mm/min fino allo schiacciamento, con una compressione del 70%. La lunghezza iniziale del profilo è di 300 mm. In corrispondenza della giunzione tra la nervatura di rinforzo e la parete esterna, le crepe devono essere inferiori a 15 mm per essere considerate accettabili. È necessario assicurarsi che la fessurazione consentita non comprometta la capacità di assorbimento dell'energia di schiacciamento del profilo e che non si presentino crepe significative in altre aree dopo lo schiacciamento.
2 Approccio allo sviluppo
Per soddisfare contemporaneamente i requisiti di prestazioni meccaniche e di prestazioni di frantumazione, l'approccio di sviluppo è il seguente:
Utilizzare una barra 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 ottenere la condizione T6.
Utilizzare un trattamento di tempra con nebbia d'aria ed effettuare un trattamento di invecchiamento eccessivo per ottenere la condizione T7.
3 Produzione pilota
3.1 Condizioni di estrusione
La produzione viene effettuata su una pressa di estrusione da 2000 tonnellate 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: zona IV 450 - zona III 470 - zona II 490 - zona I 500. La pressione di rottura del cilindro principale è di circa 210 bar, con una pressione di estrusione prossima a 180 bar nella fase di estrusione stabile. 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 di 500-540 °C. Il raffreddamento avviene tramite raffreddamento ad aria con la ventola sinistra al 100%, la ventola centrale al 100% e la ventola destra al 50%. La velocità media di raffreddamento all'interno della zona di tempra raggiunge i 300-350 °C/min, e la temperatura all'uscita dalla zona di tempra è di 60-180 °C. Per la tempra a nebbia d'aria, la velocità media di raffreddamento all'interno della zona di riscaldamento raggiunge i 430-480 °C/min, e la temperatura all'uscita dalla zona di tempra è di 50-70 °C. Il profilo non presenta flessioni significative.
3.2 Invecchiamento
Dopo il 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 tempra a nebbia d'aria, combinato con il processo di invecchiamento a 210 °C/6 ore, soddisfa i requisiti sia per le prestazioni meccaniche che per le prove di schiacciamento. Considerando il rapporto costo-efficacia, il metodo di tempra a nebbia d'aria e il processo di invecchiamento a 210 °C/6 ore sono stati selezionati per la produzione al fine di soddisfare i requisiti del prodotto.
3.3 Prova di schiacciamento
Per la seconda e la terza barra, l'estremità di testa viene tagliata di 1,5 m e l'estremità di coda di 1,2 m. Vengono prelevati due campioni ciascuno dalle sezioni di testa, centro e coda, con una lunghezza di 300 mm. Le prove di schiacciamento vengono condotte dopo l'invecchiamento a 185 °C/6 ore e 210 °C/6 ore e 8 ore (dati sulle prestazioni meccaniche come sopra menzionato) su una macchina universale per prove sui materiali. Le prove vengono condotte a una velocità di carico di 100 mm/min con una forza di compressione del 70%. I risultati sono i seguenti: per la tempra a nebbia d'aria con processi di invecchiamento a 210 °C/6 ore e 8 ore, le prove di schiacciamento soddisfano i requisiti, come mostrato in Figura 3-2, mentre i campioni temprati in aria presentano cricche per tutti i processi di invecchiamento.
Sulla base dei risultati dei test di schiacciamento, la tempra con nebbia d'aria e i processi di invecchiamento a 210°C/6 e 8 ore soddisfano i requisiti del cliente.
4 Conclusion
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 stabilito che lo stato del materiale per il prodotto crash box dovrebbe essere 6063-T7, il metodo di tempra è il raffreddamento a nebbia + 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 480-500°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 Aluminum
Data di pubblicazione: 07-05-2024
