1. Introducció
La lleugera de l’automòbil va començar als països desenvolupats i inicialment va ser dirigit pels gegants tradicionals de l’automoció. Amb un desenvolupament continu, ha guanyat un impuls important. Des del moment en què els indis van utilitzar per primera vegada aliatge d’alumini per produir cigonyals d’automòbils fins a la primera producció massiva d’Audi de cotxes d’alumini el 1999, l’aliatge d’alumini ha experimentat un creixement robust en aplicacions d’automoció a causa dels seus avantatges com ara baixa densitat, alta resistència i rigidesa, rigidesa,, Bona elasticitat i resistència a l’impacte, alta reciclabilitat i alta taxa de regeneració. Al 2015, la proporció de l'aplicació d'aliatge d'alumini en automòbils ja havia superat el 35%.
El lleuger automoció de la Xina va començar fa menys de deu anys, i tant la tecnologia com el nivell d’aplicació queden darrere de països desenvolupats com Alemanya, els Estats Units i el Japó. No obstant això, amb el desenvolupament de nous vehicles energètics, el lleuger material avança ràpidament. Aprofitant l’augment dels nous vehicles energètics, la tecnologia lleugera de l’automoció de la Xina mostra una tendència de posar -se al dia amb els països desenvolupats.
El mercat de materials lleugers de la Xina és vast. D’una banda, en comparació amb els països desenvolupats a l’estranger, la tecnologia lleugera de la Xina va començar tard i el pes global de la vorera del vehicle és més gran. Tenint en compte la referència de la proporció de materials lleugers als països estrangers, encara hi ha un ampli marge per al desenvolupament a la Xina. D'altra banda, impulsat per les polítiques, el ràpid desenvolupament de la nova indústria de vehicles energètics de la Xina augmentarà la demanda de materials lleugers i animarà les empreses d'automòbils a avançar cap a un lleuger.
La millora dels estàndards d’emissions i consum de combustible està obligant l’acceleració de la lleugera de l’automoció. La Xina va implementar plenament els estàndards d’emissió de la Xina VI el 2020. Segons el “Mètode d’avaluació i els indicadors per al consum de combustible de vehicles de passatgers” i el “full de ruta de la tecnologia de vehicles d’energia energètic”, la norma de consum de combustible de 5,0 L/km. Tenint en compte l’espai limitat per a avenços substancials en la reducció de la tecnologia del motor i la reducció d’emissions, l’adopció de mesures a components automobilístics lleugers pot reduir eficaçment les emissions de vehicles i el consum de combustible. La lleugera de nous vehicles energètics s’ha convertit en un camí essencial per al desenvolupament de la indústria.
El 2016, la China Automotive Engineering Society va emetre el "full de ruta de la tecnologia de vehicles energètics energètics i els nous vehicles energètics", que planificaven factors com el consum d'energia, la gamma de creuers i els materials de fabricació per a vehicles energètics nous del 2020 al 2030. El lleuger serà una direcció clau. Per al futur desenvolupament de nous vehicles energètics. La lleugera pot augmentar la gamma de creuers i abordar la “ansietat de l’abast” en els nous vehicles energètics. Amb la creixent demanda de creuer extensa, l’automòbil lleuger es fa urgent i les vendes de nous vehicles energètics han crescut significativament en els darrers anys. Segons els requisits del sistema de puntuació i el "Pla de desenvolupament de mig a llarg termini per a la indústria de l'automòbil", es calcula que cap al 2025, les vendes de vehicles energètics de la Xina superaran els 6 milions d'unitats, amb un creixement anual compost taxa superior al 38%.
2. Característiques i aplicacions d’aliatge d’alumini
2.1 Característiques de l’aliatge d’alumini
La densitat d’alumini és d’un terç que l’acer, fent-lo més lleuger. Té una força específica més alta, una bona capacitat d’extrusió, una forta resistència a la corrosió i una alta reciclabilitat. Els aliatges d'alumini es caracteritzen per ser compostos principalment per magnesi, mostrant una bona resistència a la calor, bones propietats de soldadura, bona resistència a la fatiga, incapacitat de ser reforçada pel tractament tèrmic i la capacitat d'augmentar la força a través del treball en fred. La sèrie 6 es caracteritza per estar composta principalment per magnesi i silici, amb MG2SI com a fase de reforç principal. Els aliatges més utilitzats en aquesta categoria són 6063, 6061 i 6005A. 5052 Placa d'alumini és una placa d'alumini d'aliatge AL-MG, amb magnesi com a element principal d'aliatge. És l’aliatge d’alumini anti-rust més utilitzat. Aquest aliatge té una gran resistència, una gran resistència a la fatiga, una bona plasticitat i una resistència a la corrosió, no es pot reforçar amb el tractament tèrmic, té una bona plasticitat en la durada del treball semi freda, la baixa plasticitat en el treball del treball en fred, la bona resistència a la corrosió i les bones propietats de soldadura. S'utilitza principalment per a components com ara panells laterals, cobertes de sostres i panells de portes. 6063 Aliatge d'alumini és un aliatge reforçador de la calor a la sèrie Al-Mg-Si, amb magnesi i silici com a principals elements d'aliatge. Es tracta d’un perfil d’aliatge d’alumini en reforç que es pot tractar amb força mitjana, utilitzat principalment en components estructurals com columnes i panells laterals per portar força. A la taula 1 es mostra una introducció a les notes d'aliatge d'alumini.
2.2 L’extrusió és un mètode de formació important d’alumini d’alumini
L’extrusió d’aliatge d’alumini és un mètode de formació en calent i tot el procés de producció consisteix en formar aliatge d’alumini sota estrès compressiu a tres vies. Tot el procés de producció es pot descriure de la manera següent: a. L’alumini i altres aliatges es fonen i s’inclouen a les factures d’alumini d’alumini necessàries; b. Les billetes preescalfades es posen en els equips d'extrusió per a l'extrusió. Sota l’acció del cilindre principal, la factura d’aliatge d’alumini es forma en els perfils requerits a través de la cavitat del motlle; c. Per millorar les propietats mecàniques dels perfils d’alumini, el tractament de solucions es realitza durant o després de l’extrusió, seguit del tractament de l’envelliment. Les propietats mecàniques després del tractament de l’envelliment varien segons diferents materials i règims d’envelliment. L’estat del tractament tèrmic dels perfils de camions tipus caixa es mostra a la taula 2.
Els productes extrusos d’alumini d’alumini tenen diversos avantatges respecte a altres mètodes de formació:
a. Durant l'extrusió, el metall extruït obté una tensió compressiva de tres vies més forta i uniforme a la zona de deformació que el rodatge i la forja, de manera que pot jugar plenament la plasticitat del metall processat. Es pot utilitzar per processar metalls difícils de deformar que no es poden processar en rodar o forjar i es pot utilitzar per fer diversos components complexos de secció buida o sòlida.
b. Com que la geometria dels perfils d’alumini pot ser variada, els seus components tenen una gran rigidesa, cosa que pot millorar la rigidesa del cos del vehicle, reduir les seves característiques de NVH i millorar les característiques de control dinàmic del vehicle.
c. Els productes amb eficiència d’extrusió, després d’abandonar -se i l’envelliment, tenen una resistència longitudinal significativament més elevada (R, RAZ) que els productes processats per altres mètodes.
d. La superfície dels productes després de l’extrusió té un bon color i una bona resistència a la corrosió, eliminant la necessitat d’altres tractament de la superfície anticorrosió.
e. El processament d’extrusió té una gran flexibilitat, baixos eines i costos de motlles i baixos costos de canvi de disseny.
f. A causa de la controlabilitat de les seccions transversals del perfil d'alumini, es pot augmentar el grau d'integració de components, es pot reduir el nombre de components i diferents dissenys de secció transversal poden aconseguir un posicionament precís de soldadura.
A la taula 3 es mostra la comparació de rendiment entre els perfils d’alumini extruït per a camions tipus caixa i acer al carboni normal.
Següent direcció de desenvolupament dels perfils d’aliatge d’alumini per a camions tipus caixa: millora encara més la força del perfil i la millora del rendiment d’extrusió. A la figura 1 es mostra la direcció de la investigació de nous materials per a perfils d’aliatge d’alumini per a camions tipus caixa.
3. Estructura del camió de caixa d’aliatge d’alumini, anàlisi i verificació de la força
3.1 Estructura de camions de caixa d'alumini d'alumini
El contenidor del camió de la caixa consisteix principalment en muntatge del panell frontal, conjunt del panell lateral esquerre i dret, muntatge del panell lateral de la porta posterior, muntatge de terra, muntatge de sostre, així com cargols en forma d’U, guàrdies laterals, guàrdies posteriors, flaps de fang i altres accessoris connectat al xassís de segona classe. Les bigues de creu, els pilars, les bigues laterals i els panells de la porta estan fets de perfils extrusos d’alumini d’alumini, mentre que els panells de terra i sostre estan fets de plaques planes d’alumini d’alumini 5052. L’estructura del camió d’aliatge d’alumini es mostra a la figura 2.
Utilitzant el procés d'extrusió calenta de l'aliatge d'alumini de la sèrie 6 pot formar seccions creuades complexes, un disseny de perfils d'alumini amb seccions transversals complexes pot estalviar materials, complir els requisits de la força i la rigidesa del producte i compleixen els requisits de la connexió mútua entre Diversos components. Per tant, a la figura 3 es mostra l'estructura de disseny de feixos principals i els moments seccionals de la inèrcia I i els moments resistents.
Una comparació de les dades principals de la taula 4 mostra que els moments de secció d’inèrcia i resistents als moments del perfil d’alumini dissenyats són millors que les dades corresponents del perfil de feix elaborat amb ferro. Les dades del coeficient de rigidesa són aproximadament les mateixes que les del perfil de feix de ferro corresponent i totes compleixen els requisits de deformació.
3.2 Càlcul màxim de tensió
Agafant el component de càrrega de càrrega clau, el bord, com a objecte, es calcula la tensió màxima. La càrrega nominal és d’1,5 t i el bobina està fabricat en perfil d’alumini d’alumini 6063-T6 amb propietats mecàniques, tal com es mostra a la taula 5. El feix es simplifica com a estructura de voladís per al càlcul de la força, com es mostra a la figura 4.
Prenent un feix d’abast de 344 mm, la càrrega compressiva del feix es calcula com F = 3757 N basada en 4.5T, que és tres vegades la càrrega estàtica estàndard. q = f/l
on Q és la tensió interna del feix sota la càrrega, N/mm; F és la càrrega a càrrec del feix, calculada en funció de 3 vegades la càrrega estàtica estàndard, que és de 4,5 t; L és la longitud del feix, mm.
Per tant, l’estrès intern Q és:
La fórmula de càlcul d’estrès és la següent:
El moment màxim és:
Prenent el valor absolut del moment, m = 274283 N · mm, la tensió màxima σ = m/(1,05 × w) = 18,78 MPa, i el valor de tensió màxim σ <215 MPa, que compleix els requisits.
3.3 Característiques de la connexió de diversos components
L’aliatge d’alumini té propietats de soldadura pobres i la seva força del punt de soldadura és només el 60% de la força del material base. A causa de la cobertura d'una capa d'Al2O3 a la superfície d'aliatge d'alumini, el punt de fusió d'Al2O3 és alt, mentre que el punt de fusió d'alumini és baix. Quan l’aliatge d’alumini es soldi, l’AL2O3 a la superfície s’ha de trencar ràpidament per realitzar soldadura. Al mateix temps, el residu d’Al2O3 romandrà en la solució d’aliatge d’alumini, afectant l’estructura d’aliatge d’alumini i reduint la força del punt de soldadura d’alumini d’alumini. Per tant, a l’hora de dissenyar un contenidor d’alumini, es consideren plenament aquestes característiques. La soldadura és el principal mètode de posicionament i els components principals de càrrega estan connectats per cargols. A les figures 5 i 6 es mostren connexions com ara l'estructura de rebliment i coloms.
L’estructura principal del cos de la caixa de tota l’alumini adopta una estructura amb bigues horitzontals, pilars verticals, bigues laterals i bigues de vora que s’entrellacen entre ells. Hi ha quatre punts de connexió entre cada feix horitzontal i el pilar vertical. Els punts de connexió estan equipats amb juntes serrades a malla amb la vora serrat del feix horitzontal, impedint efectivament lliscament. Els vuit punts de la cantonada estan connectats principalment per insercions de nucli d’acer, fixades amb cargols i reblons autònoms i reforçats per plaques d’alumini triangular de 5 mm soldades dins de la caixa per reforçar les posicions de la cantonada internament. L’aspecte extern de la caixa no té punts de soldadura ni de connexió exposades, garantint l’aspecte global de la caixa.
3.4 SE Tecnologia d’enginyeria síncrona
La tecnologia d’enginyeria síncrona SE s’utilitza per resoldre els problemes causats per grans desviacions de mida acumulada per a components que coincideixin al cos de la caixa i les dificultats per trobar les causes de les llacunes i les fallades de la plana. Mitjançant l’anàlisi CAE (vegeu la figura 7-8), es realitza una anàlisi de comparació amb cossos de caixa elaborats amb ferro per comprovar la força i la rigidesa generals del cos de la caixa, trobar punts febles i prendre mesures per optimitzar i millorar l’esquema de disseny de manera més eficaç .
4. Efecte de pes de la llum del camió de caixa d’aliatge d’alumini
A més del cos de la caixa, es poden utilitzar aliatges d'alumini per substituir l'acer per diversos components dels contenidors de camions tipus caix del 30% al 40% del compartiment de càrrega. L’efecte de reducció de pes per a un contenidor de càrrega buit de 4080mm × 2300mm × 2200mm es mostra a la taula 6. Això soluciona fonamentalment els problemes de pes excessiu, l’incompliment dels anuncis i els riscos reguladors dels compartiments tradicionals de càrrega feta al ferro.
En substituir l’acer tradicional per aliatges d’alumini per a components d’automòbils, no només es poden aconseguir efectes lleugers excel·lents, sinó que també pot contribuir a l’estalvi de combustible, la reducció d’emissions i el rendiment millorat del vehicle. Actualment, hi ha diverses opinions sobre la contribució del lleuger a l’estalvi de combustible. Els resultats de la investigació de l’Institut Internacional d’Alumini es mostren a la figura 9. Cada un 10% de reducció del pes del vehicle pot reduir el consum de combustible d’un 6% al 8%. A partir d’estadístiques domèstiques, reduir el pes de cada cotxe de passatgers en 100 kg pot reduir el consum de combustible en 0,4 L/100 km. La contribució de la lleugera a l'estalvi de combustible es basa en els resultats obtinguts de diferents mètodes de recerca, de manera que hi ha alguna variació. No obstant això, la lleugera de l'automòbil té un impacte significatiu en la reducció del consum de combustible.
Per als vehicles elèctrics, l'efecte lleuger és encara més acusat. Actualment, la densitat d’energia d’unitat de les bateries d’energia del vehicle elèctric és significativament diferent de la dels vehicles tradicionals de combustible líquid. El pes del sistema d’energia (inclosa la bateria) de vehicles elèctrics sovint representa del 20% al 30% del pes total del vehicle. Simultàniament, trencar el coll d’ampolla de les bateries és un repte mundial. Abans que hi hagi un gran avenç en la tecnologia de bateries d’alt rendiment, el lleuger és una forma eficaç de millorar la gamma de creuers de vehicles elèctrics. Per a cada 100 kg de reducció del pes, la gamma de creuers de vehicles elèctrics es pot augmentar un 6% a un 11% (la relació entre la reducció de pes i el rang de creuer es mostra a la figura 10). Actualment, la gamma de creuers de vehicles elèctrics purs no pot satisfer les necessitats de la majoria de la gent, però reduir el pes en una certa quantitat pot millorar significativament la gamma de creuers, alleujar l’ansietat de l’abast i millorar l’experiència de l’usuari.
5. Conclusió
A més de l'estructura de tot alumini del camió d'aliatge d'alumini introduït en aquest article, hi ha diversos tipus de camions de caixa, com ara panells de bresca d'alumini, plaques de sivella d'alumini, marcs d'alumini + pells d'alumini i contenidors híbrids d'alumini de ferro-alumini . Tenen els avantatges del pes lleuger, la força específica i la bona resistència a la corrosió i no requereixen pintura electroforètica per a la protecció de la corrosió, reduint l’impacte ambiental de la pintura electroforètica. El camió d’alumini d’alumini soluciona fonamentalment els problemes de pes excessiu, l’incompliment dels anuncis i els riscos reguladors dels compartiments tradicionals de càrrega fets amb ferro.
L’extrusió és un mètode essencial de processament per als aliatges d’alumini i els perfils d’alumini tenen excel·lents propietats mecàniques, de manera que la rigidesa de la secció dels components és relativament alta. A causa de la secció variable, els aliatges d'alumini poden aconseguir la combinació de múltiples funcions de components, cosa que el converteix en un bon material per a la lleugera de l'automòbil. No obstant això, l’aplicació generalitzada d’aliatges d’alumini s’enfronta a reptes com ara una capacitat de disseny insuficient per a compartiments de càrrega d’alumini d’alumini, problemes de formació i soldadura i elevats costos de desenvolupament i promoció per a nous productes. El motiu principal és que l’aliatge d’alumini costa més que l’acer abans que l’ecologia de reciclatge dels aliatges d’alumini es faci madura.
En conclusió, l’abast de l’aplicació dels aliatges d’alumini en automòbils es farà més ampli i el seu ús continuarà augmentant. En les tendències actuals d’estalvi d’energia, reducció d’emissions i desenvolupament de la nova indústria de vehicles energètics, amb la comprensió més profunda de les propietats d’aliatge d’alumini i solucions efectives per a problemes d’aplicació d’alumini d’alumini, els materials d’extrusió d’alumini s’utilitzaran més en el lleuger pes automobilístic.
Editat per May Jiang de Mat Aluminum
Posada: 12 de gener de 2014
