1. Einführung
Das Automobil -Leichtgewicht begann in Industrieländern und wurde zunächst von traditionellen Automobilgiganten geleitet. Bei kontinuierlicher Entwicklung hat es erhebliche Dynamik gewonnen. Ab dem Zeitpunkt, an dem die Indianer zum ersten Mal Aluminiumlegierung verwendeten, um Automobilkurbelwellen zur ersten Massenproduktion von All-Aluminium-Autos von Audi im Jahr 1999 zu produzieren, verzeichnete die Aluminiumlegierung aufgrund ihrer Vorteile wie niedriger Dichte, hoher bestimmter Festigkeit und Steifheit und Steifheit und Steifheit, steifes Wachstum und Steifheit, und stellte sich zu einem robusten Wachstum der Automobilautos. Gute Elastizität und Schlagresistenz, hohe Recyclingfähigkeit und hohe Regenerationsrate. Bis 2015 hatte der Anwendungsanteil der Aluminiumlegierung in Automobilen bereits 35%überschritten.
Chinas Automobil -Leichtgewicht begann vor weniger als 10 Jahren, und sowohl die Technologie- als auch die Anwendungsniveau hinter den Industrieländern wie Deutschland, den USA und Japan. Mit der Entwicklung neuer Energiefahrzeuge führt die materielle Leichtgewichte jedoch rasch vor. Die Chinas Automobil -Leichtgewichtstechnologie nutzt den Anstieg neuer Energiefahrzeuge und zeigt den Trend, mit den Industrieländern einzuholen.
Der chinesische Markt für leichte Materialien ist groß. Einerseits begann im Vergleich zu den Industrieländern im Ausland die leichte Technologie Chinas spät und das Gesamtbordaben des Fahrzeugs ist größer. In Anbetracht des Benchmarks für den Anteil der leichten Materialien im Ausland gibt es in China noch ausreichend Raum für die Entwicklung. Andererseits wird die rasante Entwicklung der neuen Energiefahrzeugindustrie Chinas die Nachfrage nach leichten Materialien erhöhen und Automobilunternehmen dazu ermutigen, sich in Richtung leichtes Gewicht zu bewegen.
Die Verbesserung der Emissions- und Kraftstoffverbrauchsstandards erzwingt die Beschleunigung des leichten Automobils. China hat die China -VI -Emissionsstandards im Jahr 2020 vollständig implementiert. Gemäß der „Bewertungsmethode und Indikatoren für den Kraftstoffverbrauch von Personenwagen“ und der „Energiesparung und neuer Energie für Energiefahrzeuge“, dem 5,0 l/km -Kraftstoffverbrauchsstandard. Unter Berücksichtigung des begrenzten Platzes für erhebliche Durchbrüche in der Motortechnologie und der Emissionsreduzierung kann die Annahme von Maßnahmen für leichte Automobilkomponenten die Fahrzeugemissionen und den Kraftstoffverbrauch effektiv reduzieren. Leichtes Gewicht neuer Energiefahrzeuge ist zu einem wesentlichen Weg für die Entwicklung der Branche geworden.
Im Jahr 2016 erteilte die China Automotive Engineering Society die „Energieeinsparung und die neue Roadmap von Energy Vehicle Technology“, die von 2020 bis 2030 Faktoren wie Energieverbrauch, Kreuzfahrt und Herstellungsmaterialien für neue Energiefahrzeuge geplante Für die zukünftige Entwicklung neuer Energiefahrzeuge. Leichtes Gewicht kann das Kreuzfahrtbereich erhöhen und die „Reichweite“ in neuen Energiefahrzeugen ansprechen. Angesichts der zunehmenden Nachfrage nach einem erweiterten Kreuzfahrtbereich wird die leichte Automobilgewichtung dringend und der Umsatz neuer Energiefahrzeuge ist in den letzten Jahren erheblich zugenommen. Gemäß den Anforderungen des Score-Systems und des „mittel- bis langfristigen Entwicklungsplans für die Automobilindustrie“ wird es geschätzt, dass der Umsatz mit neuen Energiefahrzeugen durch 2025 bis 2025 6 Millionen Einheiten überschreiten wird, wobei ein zusammengesetzliches jährliches Wachstum eingesagt wird Rate über 38%.
2. Aluminiumlegierung Eigenschaften und Anwendungen
2.1 Merkmale der Aluminiumlegierung
Die Dichte von Aluminium beträgt ein Drittel des Stahls, was es leichter macht. Es hat eine höhere spezifische Stärke, eine gute Extrusionsfähigkeit, eine starke Korrosionsresistenz und eine hohe Rezyklinabilität. Aluminiumlegierungen sind durch hauptsächlich aus Magnesium bestehende, auftretende Wärmefestigkeit, gute Schweißeigenschaften, gute Müdigkeitsfestigkeit, Unfähigkeit, durch Wärmebehandlung und die Fähigkeit zur Erhöhung der Festigkeit durch Kaltarbeit zu erhöhen. Die 6er -Serie zeichnet sich durch hauptsächlich aus Magnesium und Silizium mit MG2SI als Hauptverstärkungsphase aus. Die am häufigsten verwendeten Legierungen in dieser Kategorie sind 6063, 6061 und 6005A. 5052 Aluminiumplatte ist eine Al-Mg-Serie-Aluminiumplatte mit Magnesium als Hauptlegierungselement. Es ist die am häufigsten verwendete Anti-Rust-Aluminiumlegierung. Diese Legierung hat eine hohe Festigkeit, eine hohe Ermüdungsfestigkeit, eine gute Plastizität und Korrosionsbeständigkeit, kann nicht durch Wärmebehandlung gestärkt werden, weist eine gute Plastizität bei halbkaltem Arbeitshärtung, eine geringe Plastizität bei kaltem Arbeiten, eine gute Korrosionsbeständigkeit und gute Schweißeigenschaften auf. Es wird hauptsächlich für Komponenten wie Seitenpaneele, Dachabdeckungen und Türplatten verwendet. 6063 Aluminiumlegierung ist eine hitzebehandelbare Stärkung in der Al-Mg-Si-Serie mit Magnesium und Silizium als Hauptlegierelemente. Es handelt sich um ein wärmebehandeltes Verstärkungs-Aluminium-Legierungsprofil mit mittlerer Festigkeit, das hauptsächlich in strukturellen Komponenten wie Säulen und Seitenwänden verwendet wird, um Festigkeit zu tragen. Eine Einführung in die Noten von Aluminiumlegierung ist in Tabelle 1 gezeigt.
2.2 Extrusion ist eine wichtige Form der Aluminiumlegierung
Die Aluminium-Legierungs-Extrusion ist eine heiße Formmethode, und der gesamte Produktionsprozess beinhaltet die Bildung von Aluminiumlegierung unter Drei-Wege-Druckspannung. Der gesamte Produktionsprozess kann wie folgt beschrieben werden: a. Aluminium und andere Legierungen werden geschmolzen und in die erforderlichen Aluminiumlegierungs -Börsen gegossen. B. Die vorgeheizten Billets werden zur Extrusion in die Extrusionsausrüstung gesteckt. Unter der Wirkung des Hauptzylinders wird die Aluminiumlegierung in den erforderlichen Profilen durch den Hohlraum der Form gebildet. C. Um die mechanischen Eigenschaften von Aluminiumprofilen zu verbessern, wird die Lösungsbehandlung während oder nach der Extrusion durchgeführt, gefolgt von der alternden Behandlung. Die mechanischen Eigenschaften nach der alternden Behandlung variieren je nach Materialien und Alterungsregimen. Der Wärmebehandlungsstatus von LKW-Profilen vom Box ist in Tabelle 2 angezeigt.
Extrudierte Produkte von Aluminiumlegierungen haben gegenüber anderen Formungsmethoden mehrere Vorteile:
A. Während der Extrusion erhält das extrudierte Metall eine stärkere und gleichmäßigere Drei-Wege-Druckspannung in der Verformungszone als das Rollen und Schmieden, sodass es die Plastizität des verarbeiteten Metalls vollständig spielen kann. Es kann verwendet werden, um schwer zu fördernde Metalle zu verarbeiten, die nicht durch Rollen oder Schmieden verarbeitet werden können, und kann verwendet werden, um verschiedene komplexe, hohle oder feste Querschnittskomponenten herzustellen.
B. Da die Geometrie von Aluminiumprofilen variiert werden kann, weisen ihre Komponenten eine hohe Steifheit auf, die die Steifigkeit der Fahrzeugkörper verbessern, ihre NVH -Eigenschaften verringern und die dynamischen Kontrolleigenschaften des Fahrzeugs verbessern können.
C. Produkte mit Extrusionseffizienz haben nach dem Löschen und Altern eine signifikant höhere Längsfestigkeit (R, RAZ) als Produkte, die mit anderen Methoden verarbeitet werden.
D. Die Oberfläche der Produkte nach der Extrusion hat eine gute Farbe und eine gute Korrosionsresistenz, wodurch die Notwendigkeit einer anderen Behandlung mit einer Antikorrosionsoberfläche beseitigt wird.
e. Die Extrusionsverarbeitung hat eine große Flexibilität, niedrige Werkzeuge und Schimmelpilze sowie niedrige Kosten für das Designänderungen.
F. Aufgrund der Kontrollierbarkeit von Aluminiumprofilquerschnitten kann der Grad der Komponentenintegration erhöht werden, die Anzahl der Komponenten reduziert werden und verschiedene Querschnittsdesigns können eine präzise Schweißpositionierung erreichen.
Der Leistungsvergleich zwischen extrudierten Aluminiumprofilen für Kastenwagen und einfacher Kohlenstoffstahl ist in Tabelle 3 dargestellt.
Nächste Entwicklungsrichtung von Aluminium-Legierungsprofilen für Box-LKWs: Weitere Verbesserung der Profilstärke und Verbesserung der Extrusionsleistung. Die Forschungsrichtung neuer Materialien für Aluminiumlegierungsprofile für Kastenwagen ist in Abbildung 1 dargestellt.
3. Aluminium -Legierungsbox -LKW -Struktur, Festigkeitsanalyse und Überprüfung
3.1 Aluminium -Legierungsbox -LKW -Struktur
Der Box-LKW-Behälter besteht hauptsächlich aus Frontplattenbaugruppe, linker und rechter Seitenverkleidung, Heckbaumbaugruppe, Bodenbaugruppe, Dachbaugruppe sowie U-förmigen Schrauben, Seitenwächter, Hinterwachen, Schlammklappen und anderen Zubehör mit dem Chassis der zweiten Klasse verbunden. Die Kastenkörperkreuzstrahlen, Säulen, Seitenbalken und Türplatten bestehen aus extrudierten Profilen mit Aluminiumlegierung, während der Boden und die Dachplatten aus 5052 Aluminiumlegierplatten bestehen. Die Struktur des Aluminiumlegierungsbox -LKWs ist in Abbildung 2 dargestellt.
Durch die Verwendung des HOT-Extrusionsprozesses der 6er-Aluminiumlegierung kann komplexe Hohlquerschnitte bilden. Ein Design von Aluminiumprofilen mit komplexen Querschnitten kann Materialien sparen, die Anforderungen der Produktstärke und Steifheit erfüllen und die Anforderungen der gegenseitigen Verbindung zwischen erfüllen Verschiedene Komponenten. Daher sind die Hauptstrahlentwurfsstruktur und Schnittmomente der Trägheit I und der Widerstand gegen Momente W in Abbildung 3 dargestellt.
Ein Vergleich der Hauptdaten in Tabelle 4 zeigt, dass die Abschnittsmomente der Trägheit und der Widerstandsmomente des entworfenen Aluminiumprofils besser sind als die entsprechenden Daten des eisernen Strahlprofils. Die Daten der Steifigkeitskoeffizienten entsprechen ungefähr denen des entsprechenden eisernen Strahlprofils und entsprechen den Deformationsanforderungen.
3.2 Berechnung der maximalen Spannung
Nehmen Sie die wichtigste tragende Komponente, das Kreuzbeam, als Objekt, die maximale Spannung berechnet. Die Nennlast beträgt 1,5 T und das Kreuzbeam besteht aus 6063-T6-Aluminiumlegierungsprofil mit mechanischen Eigenschaften, wie in Tabelle 5 gezeigt. Der Strahl wird als Auslegerstruktur für die Kraftberechnung vereinfacht, wie in Abbildung 4 gezeigt.
Ein 344 -mm -Spannwalkenstrahl und die Druckbelastung am Strahl wird als F = 3757 N berechnet, basierend auf 4,5 t, was das Dreifache der statischen Standardlast ist. q = f/l
wobei Q die innere Spannung des Strahls unter der Last ist, n/mm; F ist die vom Strahl getragene Belastung, berechnet basierend auf der dreifachen statischen Standardlast, die 4,5 t beträgt; L ist die Länge des Strahls, mm.
Daher ist der interne Stress Q:
Die Spannungsberechnungsformel lautet wie folgt:
Der maximale Moment ist:
Nehmen Sie den Absolutwert des Augenblicks, M = 274283 n · mm, die maximale Spannung σ = m/(1,05 × W) = 18,78 MPa und den maximalen Spannungswert σ <215 MPa, der den Anforderungen entspricht.
3.3 Verbindungseigenschaften verschiedener Komponenten
Aluminiumlegierung hat schlechte Schweißeigenschaften, und ihre Schweißpunktstärke beträgt nur 60% der Grundmaterialfestigkeit. Aufgrund der Abdeckung einer Schicht Al2O3 auf der Aluminiumlegierfläche ist der Schmelzpunkt von Al2o3 hoch, während der Schmelzpunkt von Aluminium niedrig ist. Wenn die Aluminiumlegierung geschweißt ist, muss der AL2O3 auf der Oberfläche schnell gebrochen werden, um das Schweißen durchzuführen. Gleichzeitig bleibt der Rückstand von Al2o3 in der Lösung zur Aluminiumlegierung, die die Aluminiumlegierungsstruktur beeinflusst und die Festigkeit des Aluminiumlegierungsschweißpunkts verringert. Daher werden diese Eigenschaften bei der Gestaltung eines Alluminiumbehälters vollständig berücksichtigt. Das Schweißen ist die Hauptpositionierungsmethode, und die wichtigsten tragenden Komponenten sind durch Schrauben verbunden. Verbindungen wie Nieten und Schwalbenschwanzstruktur sind in den Abbildungen 5 und 6 dargestellt.
Die Hauptstruktur des All-Aluminiumbox-Körpers verwendet eine Struktur mit horizontalen Strahlen, vertikalen Säulen, Seitenstrahlen und Kantenstrahlen, die miteinander ineinander greifen. Es gibt vier Verbindungspunkte zwischen jedem horizontalen Strahl und der vertikalen Säule. Die Verbindungspunkte werden mit gezackten Dichtungen ausgestattet, um mit der gezackten Kante des horizontalen Strahls zu mesh, was das Gleiten effektiv verhindert. Die acht Eckpunkte sind hauptsächlich mit Stahlkerneinsätzen verbunden, mit Bolzen und selbstverriegelten Nieten befestigt und durch 5 mm dreieckige Aluminiumplatten verstärkt, um in die Box geschweißt zu werden, um die Eckpositionen intern zu stärken. Das externe Erscheinungsbild der Box hat keine Schweiß- oder exponierten Verbindungspunkte, wodurch das Gesamterscheinung der Box gewährleistet ist.
3.4 SE Synchronous Engineering Technology
Die SE -Synchrone Engineering -Technologie wird verwendet, um die Probleme zu lösen, die durch große akkumulierte Größenabweichungen für die Übereinstimmung von Komponenten im Box -Körper und die Schwierigkeiten beim Auffinden der Ursachen von Lücken und Flachnessfehlern verursacht werden. Durch die CAE-Analyse (siehe Abbildung 7-8) wird eine Vergleichsanalyse mit Eisenkästen durchgeführt .
4. Lichtgewichtswirkung von Aluminiumlegierkasten -LKW
Zusätzlich zum Kastenkörper können Aluminiumlegierungen verwendet werden, um Stahl für verschiedene Komponenten von LKW-Behältern vom Typ Box zu ersetzen, z. von 30% bis 40% für das Frachtfach. Der Gewichtsreduktionseffekt für einen leeren 4080 mm × 2300 mm × 2200-mm-Ladungsbehälter ist in Tabelle 6 dargestellt. Dies löst die Probleme von übermäßigem Gewicht, Nichteinhaltung der Ankündigungen und regulatorischen Risiken herkömmlicher eisernen Ladungsabteilungen.
Durch den Austausch traditioneller Stahl durch Aluminiumlegierungen für Automobilkomponenten können nicht nur hervorragende leichte Effekte erzielt werden, sondern auch zu Kraftstoffeinsparungen, Emissionsreduzierung und verbesserter Fahrzeugleistung beitragen. Gegenwärtig gibt es verschiedene Meinungen zum Beitrag des leichten Gewichts zu Kraftstoffeinsparungen. Die Forschungsergebnisse des Internationalen Aluminiuminstituts sind in Abbildung 9 dargestellt. Jede 10% ige Verringerung des Fahrzeuggewichts kann den Kraftstoffverbrauch um 6% auf 8% verringern. Basierend auf der Inlandsstatistik kann die Reduzierung des Gewichts jedes Passagierwagens um 100 kg den Kraftstoffverbrauch um 0,4 l/100 km senken. Der Beitrag der leichten Gewicht zu Kraftstoffeinsparungen basiert auf den Ergebnissen, die aus verschiedenen Forschungsmethoden erhalten wurden, sodass einige Variationen vorliegen. Die leichte Automobilgewichtung hat jedoch einen erheblichen Einfluss auf die Verringerung des Kraftstoffverbrauchs.
Für Elektrofahrzeuge ist der leichte Effekt noch ausgeprägter. Derzeit unterscheidet sich die Einheitenenergiedichte von Elektrofahrzeugstrombatterien erheblich von der von herkömmlichen Flüssigkeitsbrennstofffahrzeugen. Das Gewicht des Stromversorgungssystems (einschließlich der Batterie) von Elektrofahrzeugen macht häufig 20% bis 30% des gesamten Fahrzeuggewichts aus. Gleichzeitig ist es eine weltweite Herausforderung, den Performance -Engpass der Batterien zu durchbrechen. Bevor ein großer Durchbruch in der Hochleistungs-Batterie-Technologie vorhanden ist, ist Leichtgewicht ein effektiver Weg, um die Fahrt Reichweite von Elektrofahrzeugen zu verbessern. Für jede Gewichtsreduzierung von 100 kg kann der Kreuzfahrtbereich der Elektrofahrzeuge um 6% bis 11% erhöht werden (die Beziehung zwischen Gewichtsreduzierung und Kreuzfahrtbereich ist in Abbildung 10 dargestellt). Derzeit kann das Kreuzfahrtbereich reiner Elektrofahrzeuge den Bedürfnissen der meisten Menschen nicht erfüllen, aber die Verringerung des Gewichts um eine bestimmte Menge kann die Kreuzfahrtstufe erheblich verbessern, die Angst der Reichweite lindern und die Benutzererfahrung verbessern.
5. Konkle
Zusätzlich zur All-Aluminium-Struktur des in diesem Artikel eingeführten Aluminiumlegierungsbox-Lastwagen . Sie haben die Vorteile des leichten Gewichts, einer hohen spezifischen Festigkeit und einer guten Korrosionsbeständigkeit und benötigen keine elektrophoretische Farbe für den Korrosionsschutz, wodurch die Umwelteinflüsse der elektrophoretischen Farbe verringert wird. Der Aluminium-Legierungsbox-LKW löst grundlegend die Probleme von übermäßigem Gewicht, Nichteinhaltung von Ankündigungen und regulatorischen Risiken traditioneller Eisenabteilungen.
Extrusion ist eine wesentliche Verarbeitungsmethode für Aluminiumlegierungen, und Aluminiumprofile haben hervorragende mechanische Eigenschaften, sodass die Abschnittsteifheit von Komponenten relativ hoch ist. Aufgrund des variablen Querschnitts können Aluminiumlegierungen die Kombination aus mehreren Komponentenfunktionen erzielen, was es zu einem guten Material für die leichte Automobilgewichts macht. Die weit verbreitete Anwendung von Aluminiumlegierungen steht jedoch vor Herausforderungen, wie z. B. unzureichende Entwurfsfähigkeit für Aluminiumlegierungs -Frachtfächer, Bildungs- und Schweißprobleme sowie hohe Entwicklungs- und Werbekosten für neue Produkte. Der Hauptgrund ist immer noch, dass die Aluminiumlegierung mehr kostet als Stahl, bevor die Recyclingökologie von Aluminiumlegierungen reif wird.
Zusammenfassend wird der Anwendungsbereich von Aluminiumlegierungen in Automobilen breiter und ihre Verwendung wird weiter zunehmen. In den aktuellen Trends der Energieeinsparung, der Emissionsreduzierung und der Entwicklung der neuen Energiefahrzeugindustrie, wobei das Verständnis der Eigenschaften von Aluminiumlegierung und effektive Lösungen für Probleme mit der Aluminiumlegierung von Aluminium -Extrusionsmaterialien bei der leichten Automobilgewichtswahrzeiten stärker eingesetzt werden.
Herausgegeben von Mai Jiang von Mat Aluminium
Postzeit: Jan-12-2024
