1.Sissejuhatus
Autotööstuse kergekaalustamine sai alguse arenenud riikidest ja seda juhtisid algselt traditsioonilised autotööstuse gigandid. Pideva arenguga on see saanud märkimisväärse hoo sisse. Alates ajast, mil indiaanlased kasutasid esimest korda alumiiniumisulamit autode väntvõllide tootmiseks, kuni Audi esimese täisalumiiniumautode masstootmiseni 1999. aastal on alumiiniumsulamite kasutus autotööstuses tugevalt kasvanud tänu oma eelistele, nagu madal tihedus, suur eritugevus ja jäikus. hea elastsus ja löögikindlus, kõrge taaskasutatavus ja kõrge regeneratsioonikiirus. 2015. aastaks oli alumiiniumisulami kasutusosa autodes juba ületanud 35%.
Hiina autotööstuse kergekaalustamine algas vähem kui 10 aastat tagasi ning nii tehnoloogia kui ka rakenduste tase jäävad maha arenenud riikidest, nagu Saksamaa, Ameerika Ühendriigid ja Jaapan. Uute energiasõidukite väljatöötamisega edeneb materjalide kergekaalutamine aga kiiresti. Uute energiasõidukite kasvu võimendades näitab Hiina autotööstuse kergekaaluline tehnoloogia arenenud riikidele järele jõudmise suundumust.
Hiina kergete materjalide turg on suur. Ühelt poolt, võrreldes arenenud riikidega välisriikides, algas Hiina kergekaalutehnoloogia hilja ja sõiduki üldine tühimass on suurem. Arvestades kergekaaluliste materjalide osakaalu välisriikides, on Hiinal veel palju arenguruumi. Teisest küljest suurendab Hiina uute energiasõidukite tööstuse kiire areng poliitikast tulenevalt nõudlust kergete materjalide järele ja julgustab autotööstuse ettevõtteid liikuma kergekaalulisuse poole.
Heitkoguste ja kütusekulu standardite paranemine sunnib kiirendama autode kergekaalutamist. Hiina rakendas 2020. aastal täielikult Hiina VI heitestandardid. Sõiduautode kütusekulu hindamismeetodi ja näitajate ning energiasäästu ja uue energiaga sõidukitehnoloogia tegevuskava kohaselt on kütusekulu standard 5,0 l/km. Võttes arvesse piiratud ruumi olulisteks läbimurdeks mootoritehnoloogias ja heitkoguste vähendamises, võib kergete autokomponentide jaoks meetmete võtmine tõhusalt vähendada sõidukite heitkoguseid ja kütusekulu. Uute energiasõidukite kerge kaalumine on muutunud tööstuse arengu oluliseks teeks.
2016. aastal andis Hiina autoinseneride selts välja energiasäästu ja uue energiaga sõidukite tehnoloogia tegevuskava, milles kavandati aastatel 2020–2030 selliseid tegureid nagu energiatarbimine, sõiduulatus ja materjalide valmistamine uute energiasõidukite jaoks. uute energiasõidukite edasiseks arendamiseks. Kergekaalustamine võib uute energiasõidukite puhul suurendada sõiduulatust ja leevendada „kaugusärevust”. Seoses kasvava nõudlusega laiendatud sõiduulatuse järele muutub autode kergekaalustamine kiireloomuliseks ning uute energiasõidukite müük on viimastel aastatel märkimisväärselt kasvanud. Vastavalt punktisüsteemi nõuetele ja „Autotööstuse keskpika kuni pikaajaline arengukava” prognoositakse, et 2025. aastaks ületab Hiina uute energiasõidukite müük 6 miljonit ühikut, kusjuures iga-aastane kasv suureneb. määr üle 38%.
2.Alumiiniumisulami omadused ja rakendused
2.1 Alumiiniumsulami omadused
Alumiiniumi tihedus on kolmandiku terasest, mistõttu on see kergem. Sellel on suurem eritugevus, hea ekstrusioonivõime, tugev korrosioonikindlus ja kõrge taaskasutatavus. Alumiiniumisulameid iseloomustab see, et need koosnevad peamiselt magneesiumist, millel on hea kuumakindlus, head keevitusomadused, hea väsimustugevus, võimetus kuumtöötlemisel tugevdada ja tugevust külmtöötlemise teel suurendada. 6 seeriat iseloomustab see, et see koosneb peamiselt magneesiumist ja ränist, kusjuures Mg2Si on peamine tugevdav faas. Selle kategooria kõige laialdasemalt kasutatavad sulamid on 6063, 6061 ja 6005A. 5052 alumiiniumplaat on AL-Mg seeria legeeritud alumiiniumplaat, mille peamiseks legeerelemendiks on magneesium. See on kõige laialdasemalt kasutatav roostevastane alumiiniumsulam. Sellel sulamil on kõrge tugevus, kõrge väsimustugevus, hea plastilisus ja korrosioonikindlus, seda ei saa kuumtöötlemisega tugevdada, sellel on hea plastilisus poolkülma tööga kõvenemisel, madal plastilisus külmtöötlemisel, hea korrosioonikindlus ja head keevitusomadused. Seda kasutatakse peamiselt selliste komponentide jaoks nagu külgpaneelid, katusekatted ja uksepaneelid. 6063 alumiiniumsulam on AL-Mg-Si seeria kuumtöödeldav tugevdussulam, mille peamisteks legeerivateks elementideks on magneesium ja räni. See on keskmise tugevusega kuumtöödeldud tugevdav alumiiniumsulamist profiil, mida kasutatakse tugevuse tagamiseks peamiselt konstruktsioonikomponentides, nagu sambad ja külgpaneelid. Sissejuhatus alumiiniumisulamite klassidesse on toodud tabelis 1.
2.2 Ekstrusioon on oluline alumiiniumisulami vormimismeetod
Alumiiniumsulami ekstrusioon on kuumvormimismeetod ja kogu tootmisprotsess hõlmab alumiiniumisulami moodustamist kolmesuunalise survepinge all. Kogu tootmisprotsessi võib kirjeldada järgmiselt: a. Alumiinium ja muud sulamid sulatatakse ja valatakse vajalikesse alumiiniumisulamist kangidesse; b. Eelsoojendatud kangid asetatakse ekstrusiooniks ekstrusiooniseadmesse. Põhisilindri toimel vormitakse alumiiniumisulamist toorik vormi õõnsuse kaudu vajalikeks profiilideks; c. Alumiiniumprofiilide mehaaniliste omaduste parandamiseks tehakse ekstrusiooni ajal või pärast seda lahustöötlust, millele järgneb vananemistöötlus. Mehaanilised omadused pärast vanandamist varieeruvad sõltuvalt erinevatest materjalidest ja vananemisrežiimidest. Kastitüüpi veoautoprofiilide kuumtöötlemise olek on näidatud tabelis 2.
Alumiiniumsulamist ekstrudeeritud toodetel on teiste vormimismeetodite ees mitmeid eeliseid:
a. Ekstrusiooni ajal saavutab ekstrudeeritud metall deformatsioonitsoonis tugevama ja ühtlasema kolmesuunalise survepinge kui valtsimine ja sepistamine, nii et see suudab täielikult mängida töödeldud metalli plastilisust. Seda saab kasutada raskesti deformeeruvate metallide töötlemiseks, mida ei saa töödelda valtsimise või sepistamise teel ning sellest saab valmistada erinevaid keerulisi õõnes- või tahke ristlõikega komponente.
b. Kuna alumiiniumprofiilide geomeetriat saab muuta, on nende osadel suur jäikus, mis võib parandada sõiduki kere jäikust, vähendada selle NVH-omadusi ja parandada sõiduki dünaamilisi juhtimisomadusi.
c. Ekstrusioonitõhususega toodetel on pärast karastamist ja vananemist oluliselt suurem pikisuunaline tugevus (R, Raz) kui muudel meetoditel töödeldud toodetel.
d. Toodete pinnal pärast ekstrusiooni on hea värv ja hea korrosioonikindlus, mis välistab vajaduse muu korrosioonivastase pinnatöötluse järele.
e. Ekstrusioonitöötlusel on suur paindlikkus, madalad tööriista- ja vormikulud ning madalad kujunduse muutmise kulud.
f. Alumiiniumprofiili ristlõigete juhitavuse tõttu saab suurendada komponentide integreerimise astet, vähendada komponentide arvu ja erinevate ristlõike konstruktsioonidega on võimalik saavutada täpne keevituspositsioneerimine.
Kastitüüpi veoautode pressitud alumiiniumprofiilide ja tavalise süsinikterase jõudluse võrdlus on näidatud tabelis 3.
Kastitüüpi veoautode alumiiniumisulamist profiilide järgmine arendussuund: profiili tugevuse edasine parandamine ja ekstrusioonivõime parandamine. Kasttüüpi veoautode alumiiniumisulamist profiilide uute materjalide uurimissuund on näidatud joonisel 1.
3. Alumiiniumisulamist kastiga veoauto struktuur, tugevuse analüüs ja kontrollimine
3.1 Alumiiniumisulamist kastiga veoauto struktuur
Kastiauto konteiner koosneb peamiselt esipaneeli komplektist, vasaku ja parema küljepaneeli komplektist, tagaukse külgpaneeli komplektist, põrandakomplektist, katusekomplektist, samuti U-kujulistest poltidest, küljekaitsetest, tagakaitsmetest, porilappidest ja muudest tarvikutest ühendatud teise klassi šassiiga. Karbi kere risttalad, sambad, külgtalad ja uksepaneelid on valmistatud alumiiniumisulamist pressitud profiilidest, põranda- ja katusepaneelid aga 5052 alumiiniumsulamist tasapinnalistest plaatidest. Alumiiniumisulamist kastiga veoauto struktuur on näidatud joonisel 2.
6-seeria alumiiniumisulami kuumekstrusiooniprotsessi kasutamine võib moodustada keerulisi õõnsaid ristlõikeid, keeruka ristlõikega alumiiniumprofiilide disain võib säästa materjale, täita toote tugevuse ja jäikuse nõudeid ning täita vastastikuse ühenduse nõudeid. erinevaid komponente. Seetõttu on joonisel 3 näidatud peatala projekteerimisstruktuur ja inertsimomendid I ja takistusmomendid W.
Tabeli 4 põhiandmete võrdlus näitab, et projekteeritud alumiiniumprofiili ristlõike inerts- ja takistusmomendid on paremad kui rauast valmistatud talaprofiili vastavad andmed. Jäikuskoefitsiendi andmed on ligikaudu samad kui vastava rauast valmistatud talaprofiili andmed ja kõik vastavad deformatsiooninõuetele.
3.2 Maksimaalse pinge arvutamine
Võttes objektiks võtme kandekomponendi, risttala, arvutatakse maksimaalne pinge. Nimikoormus on 1,5 t ja risttala on valmistatud 6063-T6 alumiiniumsulamist profiilist, mille mehaanilised omadused on näidatud tabelis 5. Tala on jõu arvutamiseks lihtsustatud konsoolkonstruktsioonina, nagu on näidatud joonisel 4.
Võttes 344 mm sildeulatusega tala, arvutatakse tala survekoormuseks F=3757 N 4,5 t põhjal, mis on kolm korda suurem standardsest staatilisest koormusest. q = F/L
kus q on tala sisepinge koormuse all, N/mm; F on tala poolt kantav koormus, mis on arvutatud 3-kordse standardse staatilise koormuse alusel, mis on 4,5 t; L on tala pikkus, mm.
Seetõttu on sisemine pinge q:
Pinge arvutamise valem on järgmine:
Maksimaalne hetk on:
Võttes momendi absoluutväärtuseks M=274283 N·mm, maksimaalseks pingeks σ=M/(1,05×w)=18,78 MPa ja maksimaalseks pingeväärtuseks σ<215 MPa, mis vastab nõuetele.
3.3 Erinevate komponentide ühendusomadused
Alumiiniumsulamil on kehvad keevitusomadused ja selle keevituspunkti tugevus moodustab vaid 60% alusmaterjali tugevusest. Al2O3 kihi katmise tõttu alumiiniumisulami pinnal on Al2O3 sulamistemperatuur kõrge, alumiiniumi sulamistemperatuur aga madal. Alumiiniumsulami keevitamisel tuleb pinnal olev Al2O3 keevitamiseks kiiresti purustada. Samal ajal jääb Al2O3 jääk alumiiniumsulami lahusesse, mõjutades alumiiniumsulami struktuuri ja vähendades alumiiniumisulami keevituspunkti tugevust. Seetõttu võetakse täielikult alumiiniumist mahuti projekteerimisel neid omadusi täielikult arvesse. Keevitamine on peamine positsioneerimismeetod ja peamised kandvad komponendid ühendatakse poltidega. Ühendused, nagu neetimine ja tuvisaba struktuur, on näidatud joonistel 5 ja 6.
Alumiiniumist karbi korpuse põhikonstruktsioon on horisontaalsete talade, vertikaalsete tugipostide, külgtalade ja üksteisega haakuvate servataladega. Iga horisontaaltala ja vertikaalsamba vahel on neli ühenduspunkti. Ühenduspunktid on varustatud sakiliste tihenditega, mis haakuvad horisontaaltala sakilise servaga, vältides tõhusalt libisemist. Kaheksa nurgapunkti on peamiselt ühendatud terassüdamikuga, mis on kinnitatud poltide ja iselukustuvate neetidega ning tugevdatud 5 mm kolmnurksete alumiiniumplaatidega, mis on keevitatud kasti sees, et tugevdada nurga positsioone sisemiselt. Karbi välisilmel ei ole keevitus- ega katmata ühenduskohti, mis tagab karbi üldilme.
3.4 SE sünkroontehnoloogia
SE sünkroontehnikat kasutatakse karbi korpuse komponentide sobitamise suurtest kuhjunud mõõtehälvetest põhjustatud probleemide lahendamiseks ning raskused tühimike ja tasasuse rikete põhjuste leidmisel. CAE analüüsi abil (vt joonis 7-8) tehakse rauast valmistatud karbi keredega võrdlusanalüüs, et kontrollida karbi korpuse üldist tugevust ja jäikust, leida nõrgad kohad ning võtta meetmeid disainiskeemi tõhusamaks optimeerimiseks ja täiustamiseks. .
4. Alumiiniumisulamist kastiga veoauto kergekaaluline mõju
Lisaks kasti kerele saab alumiiniumisulameid kasutada terase asendamiseks kastitüüpi veoautokonteinerite erinevate komponentide jaoks, nagu poritiivad, tagakaitsmed, küljekaitsed, uksesulgurid, uksehinged ja tagumised põlle servad, saavutades kaalu vähendamise. 30% kuni 40% kaubaruumi jaoks. Tühja 4080 mm × 2300 × 2200 mm kaubakonteineri kaalu vähendamise efekt on näidatud tabelis 6. See lahendab põhimõtteliselt traditsiooniliste rauast valmistatud kaubaruumide liigse kaalu, teadete mittejärgimise ja regulatiivsete riskide probleemid.
Traditsioonilise terase asendamine autoosade alumiiniumsulamitega ei saavuta mitte ainult suurepäraseid kergeid efekte, vaid aitab kaasa ka kütusesäästule, heitkoguste vähendamisele ja sõiduki jõudluse paranemisele. Praegu on kergekaalulisuse panuse kohta kütusesäästu erinevaid arvamusi. Rahvusvahelise Alumiiniumi Instituudi uurimistulemused on toodud joonisel 9. Iga 10% sõiduki massi vähenemine võib vähendada kütusekulu 6% kuni 8%. Kodumaise statistika põhjal võib iga sõiduauto massi vähendamine 100 kg võrra vähendada kütusekulu 0,4 l/100 km. Kergekaalustamise panus kütusesäästu põhineb erinevate uurimismeetoditega saadud tulemustel, seega on mõningaid erinevusi. Siiski on autode kergekaalutamisel oluline mõju kütusekulu vähendamisele.
Elektrisõidukite puhul on kergekaaluefekt veelgi tugevam. Praegu erineb elektrisõidukite akude energiatihedus oluliselt traditsiooniliste vedelkütusega sõidukite omast. Elektrisõidukite toitesüsteemi (sh aku) kaal moodustab sageli 20–30% sõiduki kogumassist. Samal ajal on akude jõudluse kitsaskohtadest läbimurdmine ülemaailmne väljakutse. Enne kui toimub suur läbimurre suure jõudlusega akutehnoloogias, on kergekaalustamine tõhus viis elektrisõidukite sõiduulatuse parandamiseks. Iga 100 kg kaalulanguse kohta saab elektrisõidukite sõiduulatust suurendada 6% kuni 11% (kaalu vähendamise ja sõiduulatuse vaheline seos on näidatud joonisel 10). Praegu ei suuda puhaste elektrisõidukite sõiduulatus enamiku inimeste vajadusi rahuldada, kuid kaalu teatud määral vähendamine võib oluliselt parandada sõiduulatust, leevendada sõiduulatust ja parandada kasutajakogemust.
5.Järeldus
Lisaks selles artiklis tutvustatud alumiiniumisulamist kastiga veoauto täielikult alumiiniumist struktuurile on olemas erinevat tüüpi kastveokid, nagu alumiiniumist kärgstruktuuriga paneelid, alumiiniumist pandlaplaadid, alumiiniumraamid + alumiiniumkatted ja raud-alumiinium hübriidkaubakonteinerid . Nende eelisteks on kerge kaal, kõrge eritugevus ja hea korrosioonikindlus ning need ei vaja korrosioonikaitseks elektroforeetilist värvi, mis vähendab elektroforeetilise värvi keskkonnamõju. Alumiiniumisulamist kastiga veok lahendab põhimõtteliselt traditsiooniliste rauast valmistatud kaubaruumide liigse kaalu, teadete mittejärgimise ja regulatiivsete riskide probleemid.
Ekstrusioon on alumiiniumisulamite oluline töötlemismeetod ja alumiiniumprofiilidel on suurepärased mehaanilised omadused, mistõttu on komponentide ristlõike jäikus suhteliselt kõrge. Muutuva ristlõike tõttu on alumiiniumisulamitega võimalik kombineerida mitut komponendi funktsiooni, mistõttu on see hea materjal autode kergekaaluks. Alumiiniumisulamite laialdane kasutamine seisab aga silmitsi väljakutsetega, nagu alumiiniumisulamist lastiruumide ebapiisav projekteerimisvõime, vormimis- ja keevitusprobleemid ning uute toodete kõrged arendus- ja reklaamikulud. Peamine põhjus on ikkagi see, et alumiiniumsulam maksab rohkem kui teras, enne kui alumiiniumisulamite ringlussevõtu ökoloogia saab küpseks.
Kokkuvõtteks võib öelda, et alumiiniumisulamite kasutusala autodes muutub laiemaks ja nende kasutus kasvab jätkuvalt. Praeguste energiasäästu, heitkoguste vähendamise ja uue energiaga sõidukite tööstuse arengusuundumuste kohaselt, süvenedes alumiiniumisulamite omadustest ja alumiiniumisulamite rakendusprobleemide tõhusatest lahendustest, kasutatakse alumiiniumi ekstrusioonmaterjale autotööstuses laialdasemalt.
Toimetanud May Jiang ettevõttest MAT Aluminium
Postitusaeg: jaan-12-2024
