Introducció
Amb el desenvolupament de la indústria de l'automoció, el mercat de les bigues d'impacte d'aliatge d'alumini també està creixent ràpidament, tot i que encara és relativament petit en mida general. Segons la previsió de l'Automotive Lightweight Technology Innovation Alliance per al mercat xinès de bigues d'impacte d'aliatge d'alumini, s'estima que la demanda del mercat serà d'unes 140.000 tones per al 2025, amb una mida de mercat que s'espera que arribi als 4.800 milions de RMB. Es preveu que la demanda del mercat sigui d'aproximadament 220.000 tones per al 2030, amb una mida de mercat estimada de 7.700 milions de RMB i una taxa de creixement anual composta d'aproximadament el 13%. La tendència de desenvolupament de l'alleugeriment i el ràpid creixement dels models de vehicles de gamma mitjana-alta són factors importants que impulsen el desenvolupament de bigues d'impacte d'aliatge d'alumini a la Xina. Les perspectives de mercat de les caixes de xoc de bigues d'impacte per a automòbils són prometedores.
A mesura que els costos disminueixen i la tecnologia avança, les barres d'impacte frontals i les caixes de seguretat d'aliatge d'alumini s'estan generalitzant gradualment. Actualment, s'utilitzen en models de vehicles de gamma mitjana-alta com ara l'Audi A3, l'Audi A4L, el BMW sèrie 3, el BMW X1, el Mercedes-Benz C260, el Honda CR-V, el Toyota RAV4, el Buick Regal i el Buick LaCrosse.
Les bigues d'impacte d'aliatge d'alumini es componen principalment de bigues transversals d'impacte, caixes de xoc, plaques base de muntatge i mànigues de ganxo de remolc, tal com es mostra a la Figura 1.
Figura 1: Conjunt de biga d'impacte d'aliatge d'alumini
La caixa de xoc és una caixa metàl·lica situada entre la biga d'impacte i dues bigues longitudinals del vehicle, que serveix essencialment com a contenidor d'absorció d'energia. Aquesta energia es refereix a la força d'impacte. Quan un vehicle experimenta una col·lisió, la biga d'impacte té un cert grau de capacitat d'absorció d'energia. Tanmateix, si l'energia supera la capacitat de la biga d'impacte, transferirà l'energia a la caixa de xoc. La caixa de xoc absorbeix tota la força d'impacte i es deforma, garantint que les bigues longitudinals no pateixin danys.
1 Requisits del producte
1.1 Les dimensions han de complir els requisits de tolerància del dibuix, tal com es mostra a la Figura 2.
1.3 Requisits de rendiment mecànic:
Resistència a la tracció: ≥215 MPa
Límit elàstic: ≥205 MPa
Elongació A50: ≥10%
1.4 Rendiment de trituració de la caixa de xoc:
Al llarg de l'eix X del vehicle, utilitzant una superfície de col·lisió més gran que la secció transversal del producte, carregar a una velocitat de 100 mm/min fins a l'aixafament, amb una quantitat de compressió del 70%. La longitud inicial del perfil és de 300 mm. A la unió de la nervadura de reforç i la paret exterior, les esquerdes han de ser inferiors a 15 mm per ser considerades acceptables. S'ha d'assegurar que l'esquerdament permès no comprometi la capacitat d'absorció d'energia d'aixafament del perfil i que no hi hagi esquerdes significatives en altres zones després de l'aixafament.
2 Enfocament de desenvolupament
Per complir simultàniament els requisits de rendiment mecànic i rendiment de trituració, l'enfocament de desenvolupament és el següent:
Utilitzeu una vareta 6063B amb una composició d'aliatge primària de Si 0,38-0,41% i Mg 0,53-0,60%.
Realitzeu un refredament a l'aire i un envelliment artificial per aconseguir la condició T6.
Emprar refredament amb boira + aire i dur a terme un tractament de sobreenvelliment per aconseguir la condició T7.
3 Producció pilot
3.1 Condicions d'extrusió
La producció es duu a terme en una premsa d'extrusió de 2000T amb una relació d'extrusió de 36. El material utilitzat és una vareta d'alumini homogeneïtzada 6063B. Les temperatures d'escalfament de la vareta d'alumini són les següents: zona IV 450-III zona 470-II zona 490-1 zona 500. La pressió de ruptura del cilindre principal és d'uns 210 bar, i la fase d'extrusió estable té una pressió d'extrusió propera als 180 bar. La velocitat de l'eix d'extrusió és de 2,5 mm/s i la velocitat d'extrusió del perfil és de 5,3 m/min. La temperatura a la sortida de l'extrusió és de 500-540 °C. El refredament es realitza mitjançant refrigeració per aire amb la potència del ventilador esquerre al 100%, la potència del ventilador mitjà al 100% i la potència del ventilador dret al 50%. La velocitat de refredament mitjana dins de la zona de refredament arriba als 300-350 °C/min, i la temperatura després de sortir de la zona de refredament és de 60-180 °C. Per al refredament amb boira + aire, la velocitat de refredament mitjana dins de la zona d'escalfament arriba als 430-480 °C/min, i la temperatura després de sortir de la zona de refredament és de 50-70 °C. El perfil no presenta cap flexió significativa.
3.2 Envelliment
Després del procés d'envelliment T6 a 185 °C durant 6 hores, la duresa i les propietats mecàniques del material són les següents:
Segons el procés d'envelliment T7 a 210 °C durant 6 hores i 8 hores, la duresa i les propietats mecàniques del material són les següents:
Segons les dades de la prova, el mètode de refredament per boira + aire, combinat amb el procés d'envelliment a 210 °C/6 h, compleix els requisits tant de rendiment mecànic com de proves d'aixafament. Tenint en compte la rendibilitat, es van seleccionar el mètode de refredament per boira + aire i el procés d'envelliment a 210 °C/6 h per a la producció per complir els requisits del producte.
3.3 Prova d'aixafament
Per a la segona i tercera vareta, l'extrem del cap es talla 1,5 m i l'extrem de la cua es talla 1,2 m. Es prenen dues mostres de cadascuna de les seccions del cap, del mig i de la cua, amb una longitud de 300 mm. Les proves d'aixafament es realitzen després de l'envelliment a 185 °C/6 h i 210 °C/6 h i 8 h (dades de rendiment mecànic com s'ha esmentat anteriorment) en una màquina d'assaig de materials universal. Les proves es realitzen a una velocitat de càrrega de 100 mm/min amb una quantitat de compressió del 70%. Els resultats són els següents: per al refredament amb boira + aire amb els processos d'envelliment a 210 °C/6 h i 8 h, les proves d'aixafament compleixen els requisits, tal com es mostra a la Figura 3-2, mentre que les mostres refredades amb aire presenten esquerdes per a tots els processos d'envelliment.
Segons els resultats de les proves de trituració, el refredament amb boira + aire amb els processos d'envelliment a 210 °C/6 h i 8 h satisfà els requisits del client.
4 Conclusió
L'optimització dels processos de tremp i envelliment és crucial per al desenvolupament reeixit del producte i proporciona una solució de procés ideal per al producte de caixa de xoc.
Mitjançant proves exhaustives, s'ha determinat que l'estat del material per al producte de caixa de xoc ha de ser 6063-T7, el mètode de refredament és refredament per boira + aire, i el procés d'envelliment a 210 °C/6 h és la millor opció per extrudir barres d'alumini amb temperatures que oscil·len entre 480 i 500 °C, una velocitat de l'eix d'extrusió de 2,5 mm/s, una temperatura de la matriu d'extrusió de 480 °C i una temperatura de sortida d'extrusió de 500 a 540 °C.
Editat per May Jiang de MAT Aluminum
Data de publicació: 07 de maig de 2024
