1. Pengenalan
Ringan automotif bermula di negara maju dan pada mulanya diketuai oleh gergasi automotif tradisional. Dengan perkembangan yang berterusan, ia telah mendapat momentum yang ketara. Dari masa orang India mula-mula menggunakan aloi aluminium untuk menghasilkan crankshafts automotif kepada pengeluaran besar-besaran Audi yang pertama dari kereta aluminium pada tahun 1999, aloi aluminium telah menyaksikan pertumbuhan yang mantap dalam aplikasi automotif kerana kelebihannya seperti ketumpatan rendah, kekuatan dan kekakuan khusus yang tinggi, Keanjalan yang baik dan rintangan impak, kitar semula yang tinggi, dan kadar pertumbuhan semula yang tinggi. Menjelang 2015, perkadaran permohonan aloi aluminium dalam kereta telah melebihi 35%.
Ringan automotif China bermula kurang dari 10 tahun yang lalu, dan kedua -dua teknologi dan tahap aplikasi ketinggalan di negara maju seperti Jerman, Amerika Syarikat, dan Jepun. Walau bagaimanapun, dengan pembangunan kenderaan tenaga baru, bahan ringan sedang berjalan dengan pesat. Memanfaatkan kebangkitan kenderaan tenaga baru, teknologi ringan automotif China menunjukkan trend penangkapan dengan negara maju.
Pasaran bahan ringan China sangat luas. Di satu pihak, berbanding dengan negara maju di luar negara, teknologi ringan China bermula lewat, dan berat kenderaan keseluruhannya lebih besar. Memandangkan penanda aras bahagian bahan ringan di negara -negara asing, masih terdapat ruang yang cukup untuk pembangunan di China. Sebaliknya, didorong oleh dasar -dasar, perkembangan pesat industri kenderaan tenaga baru China akan meningkatkan permintaan bahan -bahan ringan dan menggalakkan syarikat -syarikat automotif bergerak ke arah ringan.
Peningkatan piawaian penggunaan pelepasan dan bahan api memaksa percepatan ringan automotif. China sepenuhnya melaksanakan piawaian pelepasan China VI pada tahun 2020. Menurut "kaedah penilaian dan petunjuk untuk penggunaan bahan api kereta penumpang" dan "penjimatan tenaga dan pelan tindakan teknologi tenaga baru," piawaian penggunaan bahan api 5.0 L/km. Mengambil kira ruang terhad untuk penemuan besar dalam teknologi enjin dan pengurangan pelepasan, mengamalkan langkah -langkah ke komponen automotif ringan dapat mengurangkan pelepasan kenderaan dan penggunaan bahan api. Ringan kenderaan tenaga baru telah menjadi jalan penting untuk pembangunan industri.
Pada tahun 2016, Persatuan Kejuruteraan Automotif China mengeluarkan "Tenaga Penjimatan dan Tenaga Tenaga Tenaga Baru," yang merancang faktor -faktor seperti penggunaan tenaga, pelbagai pelayaran, dan bahan pembuatan untuk kenderaan tenaga baru dari 2020 hingga 2030. untuk pembangunan masa depan kenderaan tenaga baru. Ringan dapat meningkatkan julat pelayaran dan menangani "kebimbangan pelbagai" dalam kenderaan tenaga baru. Dengan peningkatan permintaan untuk pelbagai pelayaran yang diperluaskan, ringan automotif menjadi mendesak, dan penjualan kenderaan tenaga baru telah berkembang dengan ketara dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Mengikut keperluan sistem skor dan "pelan pembangunan pertengahan hingga ke jangka panjang untuk industri automotif," dianggarkan menjelang 2025, jualan kenderaan tenaga baru China akan melebihi 6 juta unit, dengan pertumbuhan tahunan kompaun kadar melebihi 38%.
2. Ciri dan aplikasi aloi aloium
2.1 Ciri -ciri aloi aluminium
Ketumpatan aluminium adalah satu pertiga daripada keluli, menjadikannya lebih ringan. Ia mempunyai kekuatan khusus yang lebih tinggi, keupayaan penyemperitan yang baik, rintangan kakisan yang kuat, dan kitar semula yang tinggi. Aloi aluminium dicirikan dengan terutamanya terdiri daripada magnesium, mempamerkan rintangan haba yang baik, sifat kimpalan yang baik, kekuatan keletihan yang baik, ketidakupayaan untuk diperkuat oleh rawatan haba, dan keupayaan untuk meningkatkan kekuatan melalui kerja sejuk. Siri 6 dicirikan dengan terutamanya terdiri daripada magnesium dan silikon, dengan MG2SI sebagai fasa pengukuhan utama. Aloi yang paling banyak digunakan dalam kategori ini ialah 6063, 6061, dan 6005A. Plat aluminium 5052 adalah plat aluminium aloi al-Mg, dengan magnesium sebagai elemen aloi utama. Ia adalah aloi aluminium anti-karat yang paling banyak digunakan. Aloi ini mempunyai kekuatan yang tinggi, kekuatan keletihan yang tinggi, kepekaan yang baik dan rintangan kakisan, tidak dapat diperkuat dengan rawatan haba, mempunyai keplastikan yang baik dalam pengerasan kerja separuh sejuk, kepekaan yang rendah dalam pengerasan kerja sejuk, rintangan kakisan yang baik, dan sifat kimpalan yang baik. Ia digunakan terutamanya untuk komponen seperti panel sisi, penutup bumbung, dan panel pintu. 6063 aloi aluminium adalah aloi pengukuhan haba dalam siri al-Mg-Si, dengan magnesium dan silikon sebagai unsur aloi utama. Ia adalah profil aloi aluminium pengukuhan haba dengan kekuatan sederhana, terutamanya digunakan dalam komponen struktur seperti lajur dan panel sampingan untuk membawa kekuatan. Pengenalan kepada gred aloi aluminium ditunjukkan dalam Jadual 1.
2.2 Penyemperitan adalah kaedah pembentukan aloi aluminium penting
Penyemperitan aloi aluminium adalah kaedah pembentukan panas, dan keseluruhan proses pengeluaran melibatkan pembentukan aloi aluminium di bawah tekanan mampatan tiga hala. Seluruh proses pengeluaran boleh digambarkan seperti berikut: a. Aluminium dan aloi lain dicairkan dan dimasukkan ke dalam billet aloi aluminium yang diperlukan; b. Billet yang dipanaskan dimasukkan ke dalam peralatan penyemperitan untuk penyemperitan. Di bawah tindakan silinder utama, billet aloi aluminium dibentuk ke dalam profil yang diperlukan melalui rongga acuan; c. Untuk memperbaiki sifat mekanikal profil aluminium, rawatan penyelesaian dijalankan semasa atau selepas penyemperitan, diikuti dengan rawatan penuaan. Ciri -ciri mekanikal selepas rawatan penuaan berbeza -beza mengikut bahan dan rejim penuaan yang berbeza. Status rawatan haba profil trak jenis kotak ditunjukkan dalam Jadual 2.
Produk Alloy Extruded Aluminium mempunyai beberapa kelebihan berbanding kaedah pembentukan lain:
a. Semasa penyemperitan, logam yang diekstrusi memperoleh tekanan mampatan tiga hala yang lebih kuat dan lebih seragam dalam zon ubah bentuk daripada rolling dan forging, jadi ia dapat sepenuhnya memainkan keplastikan logam yang diproses. Ia boleh digunakan untuk memproses logam yang sukar untuk membentuk yang tidak dapat diproses dengan melancarkan atau memalsukan dan boleh digunakan untuk membuat pelbagai komponen keratan rentas yang kompleks atau pepejal.
b. Kerana geometri profil aluminium boleh diubah, komponen mereka mempunyai kekakuan yang tinggi, yang dapat meningkatkan ketegaran badan kenderaan, mengurangkan ciri -ciri NVHnya, dan meningkatkan ciri -ciri kawalan dinamik kenderaan.
c. Produk dengan kecekapan penyemperitan, selepas pelindapkejutan dan penuaan, mempunyai kekuatan membujur yang lebih tinggi (R, RAZ) daripada produk yang diproses oleh kaedah lain.
d. Permukaan produk selepas penyemperitan mempunyai warna yang baik dan rintangan kakisan yang baik, menghapuskan keperluan untuk rawatan permukaan anti karat yang lain.
e. Pemprosesan penyemperitan mempunyai fleksibiliti yang besar, alat yang rendah dan kos acuan, dan kos perubahan reka bentuk yang rendah.
f. Oleh kerana mengawal keratan rentas profil aluminium, tahap integrasi komponen dapat ditingkatkan, bilangan komponen dapat dikurangkan, dan reka bentuk keratan rentas yang berbeza dapat mencapai kedudukan kimpalan yang tepat.
Perbandingan prestasi antara profil aluminium extruded untuk trak jenis kotak dan keluli karbon biasa ditunjukkan dalam Jadual 3.
Arah pembangunan seterusnya profil aloi aluminium untuk trak jenis kotak: meningkatkan kekuatan profil dan meningkatkan prestasi penyemperitan. Arah penyelidikan bahan-bahan baru untuk profil aloi aluminium untuk trak jenis kotak ditunjukkan dalam Rajah 1.
3. Struktur Lori Kotak Aloi Aluminium, Analisis Kekuatan, dan Pengesahan
3.1 Struktur Lori Kotak Alloy Aluminium
Bekas trak kotak terutamanya terdiri daripada pemasangan panel depan, pemasangan panel sebelah kiri dan kanan, pemasangan panel sisi pintu belakang, perhimpunan lantai, pemasangan bumbung, serta bolt berbentuk U, pengawal sampingan, pengawal belakang, flap lumpur, dan aksesori lain disambungkan ke casis kelas kedua. Rasuk silang badan kotak, tiang, rasuk sisi, dan panel pintu diperbuat daripada profil aloi aluminium yang diekstrusi, manakala panel lantai dan bumbung diperbuat daripada 5052 aluminium aloi aloi. Struktur trak kotak aloi aluminium ditunjukkan dalam Rajah 2.
Menggunakan proses penyemperitan panas aloi aluminium 6 siri dapat membentuk keratan rentas kompleks, reka bentuk profil aluminium dengan keratan rentas kompleks dapat menyelamatkan bahan-bahan, memenuhi kehendak kekuatan produk dan kekakuan, dan memenuhi kehendak hubungan bersama antara pelbagai komponen. Oleh itu, struktur reka bentuk rasuk utama dan detik -detik keratan inersia i dan momen -momen yang menentang W ditunjukkan dalam Rajah 3.
Perbandingan data utama dalam Jadual 4 menunjukkan bahawa momen keratan inersia dan melawan detik-detik profil aluminium yang direka adalah lebih baik daripada data yang sepadan dengan profil rasuk buatan besi. Data pekali kekukuhan adalah kira-kira sama dengan profil rasuk buatan besi yang sepadan, dan semua memenuhi keperluan ubah bentuk.
3.2 Pengiraan Tekanan Maksimum
Mengambil komponen beban galas utama, crossbeam, sebagai objek, tegasan maksimum dikira. Beban yang diberi nilai adalah 1.5 t, dan crossbeam diperbuat daripada profil aloi aluminium 6063-T6 dengan sifat mekanikal seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 5. Rasuk ini dipermudahkan sebagai struktur cantilever untuk pengiraan daya, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4.
Mengambil rasuk span 344mm, beban mampatan pada rasuk dikira sebagai f = 3757 N berdasarkan 4.5T, iaitu tiga kali beban statik standard. Q = F/L.
di mana q ialah tekanan dalaman rasuk di bawah beban, N/mm; F ialah beban yang ditanggung oleh rasuk, dikira berdasarkan 3 kali beban statik standard, iaitu 4.5 t; L ialah panjang rasuk, mm.
Oleh itu, tekanan dalaman q ialah:
Formula pengiraan tekanan adalah seperti berikut:
Momen maksimum adalah:
Mengambil nilai mutlak pada masa ini, M = 274283 N · mm, tegasan maksimum σ = m/(1.05 × W) = 18.78 MPa, dan nilai tegasan maksimum σ <215 MPa, yang memenuhi keperluan.
3.3 Ciri -ciri Sambungan pelbagai komponen
Aloi aluminium mempunyai sifat kimpalan yang lemah, dan kekuatan titik kimpalannya hanya 60% daripada kekuatan bahan asas. Oleh kerana penutup lapisan Al2O3 pada permukaan aloi aluminium, titik lebur Al2O3 adalah tinggi, manakala titik lebur aluminium adalah rendah. Apabila aloi aluminium dikimpal, Al2O3 di permukaan mesti cepat pecah untuk melakukan kimpalan. Pada masa yang sama, sisa Al2O3 akan kekal dalam penyelesaian aloi aluminium, yang mempengaruhi struktur aloi aluminium dan mengurangkan kekuatan titik kimpalan aloi aluminium. Oleh itu, apabila mereka bentuk bekas aluminium, ciri-ciri ini dipertimbangkan sepenuhnya. Kimpalan adalah kaedah kedudukan utama, dan komponen beban utama yang disambungkan oleh bolt. Sambungan seperti riveting dan struktur dovetail ditunjukkan dalam Rajah 5 dan 6.
Struktur utama badan kotak aluminium mengamalkan struktur dengan rasuk mendatar, tiang menegak, rasuk sisi, dan rasuk tepi saling bersambung antara satu sama lain. Terdapat empat titik sambungan antara setiap rasuk mendatar dan tiang menegak. Titik sambungan dilengkapi dengan gasket bergerigi ke mesh dengan tepi bergerigi dari rasuk mendatar, dengan berkesan menghalang gelongsor. Titik lapan sudut terutamanya dihubungkan dengan sisipan teras keluli, ditetapkan dengan bolt dan rivet mengunci diri, dan diperkuat oleh plat aluminium segitiga 5mm yang dikimpal di dalam kotak untuk menguatkan kedudukan sudut secara dalaman. Penampilan luaran kotak tidak mempunyai kimpalan atau titik sambungan yang terdedah, memastikan penampilan keseluruhan kotak.
3.4 Teknologi Kejuruteraan Segerak
Teknologi kejuruteraan segar digunakan untuk menyelesaikan masalah yang disebabkan oleh penyimpangan saiz yang besar untuk komponen yang sepadan dalam badan kotak dan kesukaran mencari punca -punca jurang dan kegagalan kebosanan. Melalui analisis CAE (lihat Rajah 7-8), analisis perbandingan dijalankan dengan badan kotak buatan besi untuk memeriksa kekuatan keseluruhan dan kekakuan badan kotak, mencari titik lemah, dan mengambil langkah untuk mengoptimumkan dan memperbaiki skim reka bentuk dengan lebih berkesan .
4. Kesan Kesan Lori Kotak Alloy Aluminium
Sebagai tambahan kepada badan kotak, aloi aluminium boleh digunakan untuk menggantikan keluli untuk pelbagai komponen bekas trak jenis kotak, seperti pelukis, pengawal belakang, pengawal sampingan, selak pintu, engsel pintu, dan tepi apron belakang, mencapai pengurangan berat badan 30% hingga 40% untuk petak kargo. Kesan pengurangan berat badan untuk kontena kargo 4080mm × 2300mm × 2200mm yang kosong ditunjukkan dalam Jadual 6. Ini secara asasnya menyelesaikan masalah berat badan yang berlebihan, ketidakpatuhan dengan pengumuman, dan risiko pengawalseliaan petak kargo buatan besi tradisional.
Dengan menggantikan keluli tradisional dengan aloi aluminium untuk komponen automotif, bukan sahaja kesan ringan yang sangat baik dapat dicapai, tetapi juga dapat menyumbang kepada penjimatan bahan bakar, pengurangan pelepasan, dan prestasi kenderaan yang lebih baik. Pada masa ini, terdapat pelbagai pendapat mengenai sumbangan ringan kepada penjimatan bahan bakar. Hasil penyelidikan Institut Aluminium Antarabangsa ditunjukkan dalam Rajah 9. Setiap pengurangan berat badan 10% dapat mengurangkan penggunaan bahan api sebanyak 6% hingga 8%. Berdasarkan statistik domestik, mengurangkan berat setiap kereta penumpang sebanyak 100 kg dapat mengurangkan penggunaan bahan api sebanyak 0.4 l/100 km. Sumbangan ringan kepada penjimatan bahan api adalah berdasarkan hasil yang diperoleh dari kaedah penyelidikan yang berbeza, jadi terdapat beberapa variasi. Walau bagaimanapun, ringan automotif mempunyai kesan yang signifikan untuk mengurangkan penggunaan bahan api.
Untuk kenderaan elektrik, kesan ringan lebih jelas. Pada masa ini, ketumpatan tenaga unit bateri kuasa kenderaan elektrik jauh berbeza daripada kenderaan bahan api cecair tradisional. Berat sistem kuasa (termasuk bateri) kenderaan elektrik sering menyumbang 20% hingga 30% daripada jumlah berat kenderaan. Pada masa yang sama, memecahkan kesesakan prestasi bateri adalah cabaran di seluruh dunia. Sebelum terdapat kejayaan besar dalam teknologi bateri berprestasi tinggi, ringan adalah cara yang berkesan untuk meningkatkan pelbagai kenderaan elektrik. Bagi setiap pengurangan berat badan 100 kg, julat pelayaran kenderaan elektrik boleh ditingkatkan sebanyak 6% hingga 11% (hubungan antara pengurangan berat badan dan julat pelayaran ditunjukkan dalam Rajah 10). Pada masa ini, pelayaran kenderaan elektrik tulen tidak dapat memenuhi keperluan kebanyakan orang, tetapi mengurangkan berat badan dengan jumlah tertentu dapat meningkatkan julat pelayaran, pelonggaran pelbagai kebimbangan dan meningkatkan pengalaman pengguna.
5.Conclusion
Sebagai tambahan kepada struktur aluminium aluminium trak kotak aloi aluminium yang diperkenalkan dalam artikel ini, terdapat pelbagai jenis trak kotak, seperti panel sarang lebah aluminium, plat gancu aluminium, bingkai aluminium + kulit aluminium, dan kontena kargo hibrid besi-aluminium . Mereka mempunyai kelebihan berat ringan, kekuatan khusus yang tinggi, dan rintangan kakisan yang baik, dan tidak memerlukan cat elektroforetik untuk perlindungan kakisan, mengurangkan kesan alam sekitar cat elektroforetik. Trak kotak aloi aluminium secara asasnya menyelesaikan masalah berat badan yang berlebihan, ketidakpatuhan dengan pengumuman, dan risiko pengawalseliaan petak kargo buatan besi tradisional.
Penyemperitan adalah kaedah pemprosesan penting untuk aloi aluminium, dan profil aluminium mempunyai sifat mekanikal yang sangat baik, jadi kekakuan komponen adalah agak tinggi. Oleh kerana keratan rentas yang berubah-ubah, aloi aluminium dapat mencapai gabungan pelbagai fungsi komponen, menjadikannya bahan yang baik untuk ringan automotif. Walau bagaimanapun, aplikasi aloi aluminium yang meluas menghadapi cabaran seperti keupayaan reka bentuk yang tidak mencukupi untuk petak kargo aloi aluminium, isu pembentukan dan kimpalan, dan kos pembangunan dan promosi yang tinggi untuk produk baru. Alasan utama adalah bahawa aloi aluminium lebih mahal daripada keluli sebelum ekologi kitar semula aloi aluminium menjadi matang.
Kesimpulannya, skop aplikasi aloi aluminium dalam kereta akan menjadi lebih luas, dan penggunaannya akan terus meningkat. Dalam trend semasa penjimatan tenaga, pengurangan pelepasan, dan pembangunan industri kenderaan tenaga baru, dengan pemahaman yang mendalam tentang sifat aloi aluminium dan penyelesaian yang berkesan untuk masalah aplikasi aloi aluminium, bahan penyemperitan aluminium akan digunakan secara meluas dalam ringan automotif.
Disunting oleh Mei Jiang dari Mat Aluminium
Masa Post: Jan-12-2024
