1. sissejuhatus
Autotööstus sai alguse arenenud riikides ja algselt juhiti traditsioonilisi autohiiglasi. Pideva arenguga on see saavutanud märkimisväärse hoo. Alates ajast, mil indiaanlased kasutasid esmakordselt alumiiniumsulamit autotööstuse väntvõllide tootmiseks Audi esimesele allumiiniumiautode masstootmisele 1999. aastal, on alumiiniumsulamist autotööstuses olnud tugevat kasvu, kuna selle eelised, nagu väike tihedus, kõrge spetsiifiline tugevus ja jäikus, kõrge spetsiifiline tugevus ja jäikus,, suure tihedus ja jäikus Hea elastsus ja löögikindlus, kõrge taaskasutatavus ja kõrge regenereerimise määr. 2015. aastaks oli autode alumiiniumisulami rakendusprogramm juba ületanud 35%.
Hiina autotööstus sai alguse vähem kui 10 aastat tagasi ja nii tehnoloogia kui ka rakenduse tase jäävad maha arenenud riikidest nagu Saksamaa, Ameerika Ühendriigid ja Jaapan. Uute energiasõidukite väljatöötamisega edeneb aga materiaalne kergekaal kiiresti. Uute energiasõidukite tõusu võimendades näitab Hiina autotööstuse kergekaalu tehnoloogia suundumust arenenud riikidele järele jõuda.
Hiina kergete materjalide turg on tohutu. Ühelt poolt, võrreldes välismaal arenenud riikidega, algas Hiina kergekaalu tehnoloogia hilja ja sõiduki üldine kaal on suurem. Arvestades kergete materjalide osakaalu võrdlusalust välisriikides, on Hiinas veel palju arenguruumi. Teisest küljest suurendab Hiina uue energiasõidukite tööstuse kiire areng kergete materjalide nõudlust ja julgustab autofirmasid liikuma kergekaalu poole.
Emissiooni- ja kütusekulustandardite parandamine sunnib autotööstuse kergekaalu kiirendamist. Hiina rakendas Hiina VI heitkoguste standardeid täielikult 2020. aastal. Vastavalt „Hindamismeetodile ja sõiduautode kütusekulu indikaatoritele” ning „energiasäästlik ja uus energiasõidukitehnoloogia tegevuskava”, 5,0 l/km kütusekulu standard. Võttes arvesse piiratud läbimurdeid mootoritehnoloogia ja heitkoguste vähendamise osas, võib kergete autotööstuse komponentide meetmete võtmine tõhusalt vähendada sõidukite heitkoguseid ja kütusekulu. Uute energiasõidukite kergekaaluline on muutunud oluliseks teeks tööstuse arenguks.
2016. aastal andis Hiina autotööstuse inseneride selts välja „energiasäästu ja uue energiasõidukitehnoloogia tegevuskava”, mis kavandatud tegurid nagu energiatarbimine, kruiisivalik ja uute energiasõidukite tootmismaterjalid aastatel 2020–2030. uute energiasõidukite edasiseks arendamiseks. Kergekaalu võib suurendada kruiisi ulatust ja käsitleda uute energiasõidukite „levila ärevust”. Kuna kasvav nõudlus laiendatud püsikiiruse järele, muutub autotööstus kiireloomuliseks ja uute energiasõidukite müük on viimastel aastatel märkimisväärselt kasvanud. Vastavalt skoorisüsteemi nõuetele ja autotööstuse keskmise ajapikkuse arengukavale on hinnanguliselt 2025. aastaks ületanud Hiina müük uute energiasõidukite müük 6 miljonit ühikut, mille iga-aastane kasv on iga-aastane kasv määr üle 38%.
2.Alumiiniumisulami omadused ja rakendused
2.1 Alumiiniumsulami omadused
Alumiiniumi tihedus on üks kolmandik terasest, muutes selle kergemaks. Sellel on suurem spetsiifiline tugevus, hea väljapressimisvõime, tugev korrosioonikindlus ja kõrge taaskasutatav. Alumiiniumsulamid iseloomustavad peamiselt magneesiumi, millel on hea soojustakistus, hea keevitusomadus, hea väsimustugevus, suutmatust tugevdada kuumtöötlusega ja võime suurendada tugevust külma töö kaudu. 6 seeriat iseloomustab peamiselt magneesiumi ja räni, mille peamine tugevdamisfaas on MG2SI. Selles kategoorias on kõige laialdasemalt kasutatavad sulamid 6063, 6061 ja 6005A. 5052 alumiiniumplaat on Al-MG seeria sulami alumiiniumplaat, mille peamine legeerivaks elemendiks on magneesium. See on kõige laialdasemalt kasutatav märatsev alumiiniumsulam. Sellel sulamil on kõrge tugevus, kõrge väsimustugevus, hea plastilisus ja korrosioonikindlus, seda ei saa tugevdada kuumtöötlusega, sellel on hea plastilisus poolkülma tööga karastumisel, madala plastilisusega külma töö karastumisel, hea korrosioonikindlus ja head keevitusomadused. Seda kasutatakse peamiselt komponentide, näiteks külgpaneelide, katusekatete ja uksepaneelide jaoks. 6063 Alumiiniumsulam on Al-Mg-Si seerias kuumtöödelv tugevdav sulam, peamiste legeerivate elementidena on magneesium ja räni. See on kuumtöödelv tugevdav alumiiniumsulami profiil keskmise tugevusega, mida kasutatakse peamiselt tugevuse kandmiseks sellistes konstruktsioonikomponentides, näiteks kolonnides ja külgpaneelides. Sissejuhatus alumiiniumsulami hinnetesse on toodud tabelis 1.
2.2 Ekstrusioon on alumiiniumsulami oluline moodustamismeetod
Alumiiniumisulami ekstrusioon on kuum moodustamismeetod ja kogu tootmisprotsess hõlmab alumiiniumisulami moodustamist kolmesuunalise survepinge all. Kogu tootmisprotsessi saab kirjeldada järgmiselt: a. Alumiinium ja muud sulamid sulatatakse ja valatakse nõutavatesse alumiiniumsulami kangidesse; b. Eeltooitud kangid pannakse ekstrusiooniseadmesse ekstrusioonile. Põhisilindri toimimisel moodustatakse alumiiniumsulamist toorvormi õõnsuse kaudu nõutavateks profiilideks; c. Alumiiniumprofiilide mehaaniliste omaduste parandamiseks viiakse lahuseravi läbi ekstrusiooni ajal või pärast seda, millele järgneb vananemisravi. Mehaanilised omadused pärast vananemist varieeruvad erinevate materjalide ja vananemisrežiimide järgi. Box-tüüpi veoautoprofiilide kuumtöötluse seisund on toodud tabelis 2.
Alumiiniumsulami ekstroofitud toodetel on muude moodustamismeetodite ees mitmeid eeliseid:
a. Ekstrusiooni ajal saab väljapressifitseeritud metall deformatsioonitsoonis tugevam ja ühtlasema kolmesuunalise survepinge kui veeremine ja sepistamine, nii et see võib täielikult mängida töödeldud metalli plastilisust. Seda saab kasutada raskesti kasutatavate metallide töötlemiseks, mida ei saa veeremise või sepistamise teel töödelda, ja mida saab kasutada mitmesuguste keerukate õõnsate või tahkete ristlõike komponentide valmistamiseks.
b. Kuna alumiiniumprofiilide geomeetriat võib varieeruda, on nende komponentidel kõrge jäikus, mis võib parandada sõiduki korpuse jäikust, vähendada selle NVH omadusi ja parandada sõiduki dünaamilisi kontrolli omadusi.
c. Ekstrusiooni efektiivsusega toodetel on pärast kustutamist ja vananemist märkimisväärselt suurem pikisuunaline tugevus (R, raz) kui muude meetoditega töödeldavatel toodetel.
d. Toodete pinnal pärast ekstrusiooni on hea värv ja hea korrosioonikindlus, välistades vajaduse muu korrosioonivastase pinna töötlemise järele.
e. Ekstrusiooni töötlemine on suur paindlikkus, madal tööriistade ja hallituse kulud ning madalad disainimuutused.
f. Alumiiniumiprofiili ristlõikede juhtimise tõttu saab komponentide integreerimise astet suurendada, komponentide arvu saab vähendada ja erinevad ristlõike kujundused võivad saavutada täpse keevitusseisundi.
Tabelis 3 on toodud kasti tüüpi veoautode ja tavalise süsinikterase ekstruurunud alumiiniumprofiilide jõudluse võrdlus.
Järgmine alumiiniumsulamiprofiilide arendussuund kasti tüüpi veoautode jaoks: profiilitugevuse veelgi parandamine ja ekstrusiooni jõudluse suurendamine. Kasti tüüpi veoautode alumiiniumsulamiprofiilide uute materjalide uurimissuund on näidatud joonisel 1.
3. Alumiiniumisulami kasti veoauto struktuur, tugevuse analüüs ja kontrollimine
3.1 Alumiiniumsulami kasti veoauto struktuur
Boxi veoauto konteiner koosneb peamiselt esipaneeli komplektist, vasakust ja parempoolsest paneeli komplektist, tagaukse külgpaneeli komplektist, põrandakomplektist, katusekomplektist, samuti U-kujulistest poltidest, külgkaitsjatest, tagumisest valvuritest, mudaklapidest ja muud aksessuaarid ühendatud teise klassi šassiiga. Karbikorpuse risti talad, sambad, külgtalad ja uksepaneelid on valmistatud alumiiniumist sulamist väljapressimist, samas kui põrand ja katusepaneelid on valmistatud 5052 alumiiniumsulamist lamedatest plaatidest. Alumiiniumsulamist kasti veoauto struktuur on näidatud joonisel 2.
Kasutades 6-seeria alumiiniumsulami kuuma ekstrusiooniprotsessi, võib moodustada keerulisi õõnes ristlõikeid, keerukate ristlõikega alumiiniumistprofiilide disain võib materjale päästa, täita toote tugevuse ja jäikuse nõudeid ning vastata vastastikuse ühenduse nõuetele erinevad komponendid. Seetõttu on joonisel 3 näidatud peamised tala kujundusstruktuur ja inertsuse I ja vastupanuhetked.
Tabelis 4 esitatud peamiste andmete võrdlus näitab, et inertsuse sektsioonimomendid ja kavandatud alumiiniumistprofiili vastupanuhetked on paremad kui rauast valmistatud tala profiili vastavad andmed. Jäikuse koefitsiendi andmed on umbes samad kui vastava raua valmistatud tala profiili andmetel ja kõik vastavad deformatsiooninõuetele.
3.2 Maksimaalne pinge arvutamine
Võttes võtmekoormuse kandva komponendi, ristvead, arvutatakse maksimaalne pinge. Nimega koormus on 1,5 t ja ristvead on valmistatud mehaaniliste omadustega 6063-T6 alumiiniumsulami profiilist, nagu on näidatud tabelis 5. Tala lihtsustatakse jõu arvutamiseks konsooli struktuurina, nagu on näidatud joonisel 4.
Võttes 344 mm pikkuse tala, arvutatakse tala survekoormus 4,5T põhjal F = 3757 N, mis on tavalise staatilise koormuse kolm korda suurem. q = f/l
kus q on tala sisemine pinge koormuse all, n/mm; F on tala poolt kantav koormus, mis on arvutatud standardsest staatilisest koormusest 3 korda, mis on 4,5 t; L on tala pikkus, mm.
Seetõttu on sisemine pinge Q:
Stressi arvutamise valem on järgmine:
Maksimaalne hetk on:
Võttes hetke absoluutväärtuse, m = 274283 n · mm, maksimaalne pinge σ = m/(1,05 × w) = 18,78 MPa ja maksimaalne pinge väärtus σ <215 MPa, mis vastab nõuetele.
3.3 Erinevate komponentide ühendusomadused
Alumiiniumisulamil on kehvad keevitusomadused ja selle keevituspunkti tugevus moodustab ainult 60% põhimaterjali tugevusest. Al2O3 kihi katte tõttu alumiiniumisulami pinnal on Al2O3 sulamistemperatuur kõrge, samas kui alumiiniumi sulamistemperatuur on madal. Kui alumiiniumsulam on keevitatud, tuleb keevituse tegemiseks kiiresti puruneda pinnal olev Al2O3. Samal ajal jääb Al2O3 jääk alumiiniumisulami lahusesse, mõjutades alumiiniumisulami struktuuri ja vähendades alumiiniumisulami keevituspunkti tugevust. Seetõttu kaalutakse neid omadusi täielikult alumiiniummahuti kujundamisel täielikult. Keevitamine on peamine positsioneerimismeetod ja peamised koormuse kandvad komponendid on ühendatud poltidega. Sellised ühendused nagu neetimine ja hautatud struktuur on näidatud joonistel 5 ja 6.
Alumiiniumkasti korpuse põhikonstruktsioon võtab vastu horisontaalsete talade, vertikaalsete sammaste, külgtalade ja servataladega, mis üksteisega blokeerivad. Iga horisontaalse tala ja vertikaalse samba vahel on neli ühenduspunkti. Ühenduspunktid on varustatud hammaste tihenditega, et võrku horisontaalse tala hambumusega servaga, takistades tõhusalt libisemist. Kaheksa nurgapunkti on ühendatud peamiselt terasest südamiku sisestustega, fikseeritud poltide ja iselugutavate neetidega ning tugevdavad karpi sees keevitatud 5mm kolmnurkse alumiiniumplaati, et tugevdada nurgaasendeid sisemiselt. Karbi välisküljel pole keevitamist ega paljastatud ühenduspunkte, tagades kasti üldise väljanägemise.
3.4 SE sünkroonse inseneritöö tehnoloogia
SE sünkroonse inseneri tehnoloogiat kasutatakse suurte akumuleeritud suurusega kõrvalekalde põhjustatud probleemide lahendamiseks kasti korpuse komponentide sobitamiseks ja raskusi lünkade ja tasasuse ebaõnnestumiste põhjuste leidmisel. CAE analüüsi kaudu (vt joonis 7-8) viiakse võrdlusanalüüs läbi rauast valmistatud kastide kehadega, et kontrollida kasti korpuse üldist tugevust ja jäikust, leida nõrku punkte ning võtta meetmeid disainilahenduse optimeerimiseks ja paremaks muutmiseks tõhusamalt .
4. Alumiiniumsulami kasti veoauto valguse kaaluv efekt
Lisaks kasti korpusele saab alumiiniumsulameid kasutada kasti tüüpi veoautode konteinerite erinevate komponentide, näiteks muda, tagumiste valvurite, külgkaitsjate, ukseridade, uksevormide ja tagumiste põlle servade erinevate komponentide asendamiseks 30–40% lastiruumi puhul. Tühja 4080 mm × 2300 mm × 2200 mm lastimahuti kaalu vähendamise efekt on toodud tabelis 6. See lahendab põhimõtteliselt ülemäärase kaalu, teadeteta jätmise ja traditsiooniliste rauast valmistatud lastiruumide regulatiivsed riskid.
Asendades traditsioonilise terase autotööstuse komponentide alumiiniumsulamitega, ei saa mitte ainult suurepäraseid kergeid efekte saavutada, vaid see võib aidata kaasa ka kütuse kokkuhoiule, heitkoguste vähendamisele ja sõidukite paremale jõudlusele. Praegu on erinevaid arvamusi kergekaalu panuse kohta kütuse kokkuhoiule. Rahvusvahelise alumiiniuminstituudi uurimistulemused on näidatud joonisel 9. Iga sõiduki kaalu vähenemine võib vähendada kütusekulu 6% kuni 8%. Kodumaise statistika põhjal võib iga sõiduauto kaalu vähendamine 100 kg võrra vähendada kütusekulu 0,4 L/100 km võrra. Kergekaalu panus kütuse kokkuhoiule põhineb erinevate uurimismeetodite tulemustel, seega on mõned variatsioonid. Autotöötaja kergekaalul on aga kütusekulu vähendamisel märkimisväärne mõju.
Elektrisõidukite puhul on kerge raskusaste veelgi selgem. Praegu erineb elektrisõidukite elektrienergia akude energiatihedus oluliselt traditsiooniliste vedelikütuse sõidukite omast. Elektrisõidukite elektrisüsteemi (sealhulgas aku) kaal moodustab sageli 20–30% kogu sõiduki kaalust. Samal ajal on akude jõudluse kitsaskoha läbimine ülemaailmne väljakutse. Enne suure jõudlusega akutehnoloogiat on suur läbimurre, kergekaaluline viis elektrisõidukite kruiisisuuna parandamiseks. Iga 100 kg kaalu languse kohta saab elektrisõidukite püsikiiruse ulatust suurendada 6% -ni 11% -ni (seos kehakaalu languse ja püsikiiruse vahelise vahelise vahe vahel on näidatud joonisel 10). Praegu ei suuda puhaste elektrisõidukite kruiisimisvahemik enamiku inimeste vajadusi vastata, kuid kaalu vähendamine teatud summa võrra võib oluliselt parandada püsikiiruse ulatust, leevendada ärevust ja parandada kasutajakogemust.
5. Jätkamine
Lisaks selles artiklis tutvustatud alumiiniumsulamist kasti veoauto kõik alumiiniumist struktuurile on erinevat tüüpi kastiveokid, näiteks alumiiniumist kärgstruktuuri paneelid, alumiiniumist pandlaplaadid, alumiiniumraamid + alumiiniumist nahk ja raud-alumiiniumhübriidsed kaubamahutid . Neil on kerge kaalu, kõrge spetsiifilise tugevuse ja hea korrosioonikindluse eelised ning need ei vaja korrosioonikaitse jaoks elektroforeetilist värvi, vähendades elektroforeetilise värvi keskkonnamõju. Alumiiniumsulami kasti veoauto lahendab põhimõtteliselt ülemäärase kaalu, teadete mittevastavuse ja traditsiooniliste rauast valmistatud lasti sektsioonide regulatiivsed riskid.
Ekstrusioon on alumiiniumsulamite jaoks oluline töötlemismeetod ja alumiiniumprofiilidel on suurepärased mehaanilised omadused, seega on komponentide sektsiooni jäikus suhteliselt kõrge. Muutuva ristlõike tõttu saavad alumiiniumsulamid saavutada mitme komponendi funktsiooni kombinatsiooni, muutes selle heaks materjaliks autotööstuse kergekaalu jaoks. Alumiiniumsulamite laialdane rakendamine seisab aga selliste väljakutsetega, näiteks alumiiniumisulami lastiruumide ebapiisav kujundusvõime, moodustamis- ja keevitamisprobleemid ning uute toodete kõrged arengu- ja reklaamikulud. Peamine põhjus on endiselt see, et alumiiniumsulam maksab rohkem kui terasest, enne kui alumiiniumsulamite ringlussevõtu ökoloogia muutub küpseks.
Kokkuvõtteks võib öelda, et autode alumiiniumisulamite rakendus ulatus muutub laiemaks ja nende kasutamine jätkub. Energiasäästmise, heitkoguste vähendamise ja uue energiasõidukite tööstuse arendamise praegustes suundumustes koos alumiiniumisulami omaduste süvenemisega ja tõhusatest lahendustest alumiiniumsulami rakendusprobleemide jaoks kasutatakse alumiiniumi ekstsioonimaterjale laiemalt autotööstuses.
Toimetanud May Jiang Mat Alumiiniumist
Postiaeg: 12. jaanuar-20124
