Einführung
Mit der Entwicklung der Automobilindustrie wächst auch der Markt für Aufprallträger aus Aluminiumlegierungen schnell, auch wenn er insgesamt noch relativ klein ist. Laut einer Prognose der Automotive Lightweight Technology Innovation Alliance für den chinesischen Markt für Aufprallträger aus Aluminiumlegierungen wird die Nachfrage bis 2025 auf rund 140.000 Tonnen geschätzt, wobei ein Marktvolumen von 4,8 Milliarden RMB erwartet wird. Bis 2030 wird die Nachfrage voraussichtlich bei rund 220.000 Tonnen liegen, mit einem geschätzten Marktvolumen von 7,7 Milliarden RMB und einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von etwa 13 %. Der Entwicklungstrend zur Leichtbauweise und das schnelle Wachstum von Fahrzeugmodellen der mittleren bis oberen Preisklasse sind wichtige treibende Faktoren für die Entwicklung von Aufprallträgern aus Aluminiumlegierungen in China. Die Marktaussichten für Crashboxen für Pkw-Aufprallträger sind vielversprechend.
Mit sinkenden Kosten und technologischem Fortschritt finden Frontaufprallträger und Crashboxen aus Aluminiumlegierungen zunehmend Verbreitung. Sie werden derzeit in Fahrzeugmodellen der Mittel- und Oberklasse wie Audi A3, Audi A4L, BMW 3er, BMW X1, Mercedes-Benz C260, Honda CR-V, Toyota RAV4, Buick Regal und Buick LaCrosse eingesetzt.
Aufprallträger aus Aluminiumlegierung bestehen hauptsächlich aus Aufprallquerträgern, Crashboxen, Montagegrundplatten und Abschlepphakenhülsen, wie in Abbildung 1 dargestellt.
Abbildung 1: Aufprallträgerbaugruppe aus Aluminiumlegierung
Die Crashbox ist ein Metallkasten zwischen dem Aufprallträger und den beiden Längsträgern des Fahrzeugs und dient als Energieabsorptionsbehälter. Diese Energie bezieht sich auf die Aufprallkraft. Bei einem Fahrzeugaufprall absorbiert der Aufprallträger bis zu einem gewissen Grad Energie. Übersteigt die Energie jedoch die Kapazität des Aufprallträgers, wird sie auf die Crashbox übertragen. Die Crashbox absorbiert die gesamte Aufprallkraft und verformt sich, sodass die Längsträger unbeschädigt bleiben.
1 Produktanforderungen
1.1 Die Abmessungen müssen den Toleranzanforderungen der Zeichnung entsprechen, wie in Abbildung 2 dargestellt.
1.3 Mechanische Leistungsanforderungen:
Zugfestigkeit: ≥215 MPa
Streckgrenze: ≥205 MPa
Dehnung A50: ≥10%
1.4 Crashbox-Crushing-Leistung:
Entlang der X-Achse des Fahrzeugs wird eine Aufprallfläche, die größer als der Produktquerschnitt ist, mit einer Geschwindigkeit von 100 mm/min belastet, bis das Profil bricht, wobei der Kompressionsgrad 70 % beträgt. Die Ausgangslänge des Profils beträgt 300 mm. An der Verbindungsstelle zwischen Verstärkungsrippe und Außenwand sollten Risse kleiner als 15 mm sein, um als akzeptabel zu gelten. Es ist sicherzustellen, dass die zulässige Rissbildung die Energieabsorptionsfähigkeit des Profils bei Druck nicht beeinträchtigt und nach dem Druck keine nennenswerten Risse in anderen Bereichen vorhanden sind.
2 Entwicklungsansatz
Um die Anforderungen an die mechanische Leistung und die Zerkleinerungsleistung gleichzeitig zu erfüllen, ist der Entwicklungsansatz wie folgt:
Verwenden Sie einen Stab 6063B mit einer primären Legierungszusammensetzung von 0,38–0,41 % Si und 0,53–0,60 % Mg.
Führen Sie eine Luftabschreckung und künstliche Alterung durch, um den Zustand T6 zu erreichen.
Setzen Sie Nebel- und Luftabschreckung ein und führen Sie eine Überalterungsbehandlung durch, um den Zustand T7 zu erreichen.
3 Pilotproduktion
3.1 Extrusionsbedingungen
Die Produktion erfolgt auf einer 2000-Tonnen-Strangpresse mit einem Strangpressverhältnis von 36. Als Material wird homogenisierter Aluminiumstab 6063B verwendet. Die Heiztemperaturen des Aluminiumstabs sind wie folgt: IV Zone 450 – III Zone 470 – II Zone 490 – I Zone 500. Der Durchbruchdruck des Hauptzylinders liegt bei ca. 210 bar, während in der stabilen Strangpressphase ein Strangpressdruck von knapp 180 bar erreicht wird. Die Strangpresswellengeschwindigkeit beträgt 2,5 mm/s, die Profilextrusionsgeschwindigkeit 5,3 m/min. Die Temperatur am Strangpressausgang beträgt 500–540 °C. Das Abschrecken erfolgt mittels Luftkühlung mit 100 % linker, 100 % mittlerer und 50 % rechter Lüfterleistung. Die durchschnittliche Abkühlrate in der Abschreckzone beträgt 300–350 °C/min, die Temperatur nach Verlassen der Abschreckzone liegt bei 60–180 °C. Beim Abschrecken mit Nebel und Luft beträgt die durchschnittliche Abkühlrate in der Heizzone 430–480 °C/min, die Temperatur nach Verlassen der Abschreckzone liegt bei 50–70 °C. Das Profil weist keine nennenswerte Biegung auf.
3.2 Alterung
Nach dem T6-Alterungsprozess bei 185 °C für 6 Stunden sind die Härte und die mechanischen Eigenschaften des Materials wie folgt:
Nach dem T7-Alterungsprozess bei 210 °C für 6 Stunden und 8 Stunden ergeben sich folgende Härte- und mechanische Eigenschaften des Materials:
Basierend auf den Testdaten erfüllt das Nebel-Luft-Abschreckverfahren in Kombination mit dem Alterungsprozess bei 210 °C/6 Stunden die Anforderungen sowohl hinsichtlich der mechanischen Leistung als auch der Druckfestigkeit. Aus Kostengründen wurden das Nebel-Luft-Abschreckverfahren und der Alterungsprozess bei 210 °C/6 Stunden für die Produktion ausgewählt, um die Produktanforderungen zu erfüllen.
3.3 Druckprüfung
Beim zweiten und dritten Stab wird das Kopfende um 1,5 m und das Schwanzende um 1,2 m abgeschnitten. Je zwei Proben mit einer Länge von 300 mm werden aus dem Kopf-, Mittel- und Schwanzabschnitt entnommen. Druckversuche werden nach Alterung bei 185 °C/6 h und 210 °C/6 h und 8 h (mechanische Leistungsdaten wie oben erwähnt) auf einer Universal-Materialprüfmaschine durchgeführt. Die Versuche werden bei einer Belastungsgeschwindigkeit von 100 mm/min und einem Stauchungswert von 70 % durchgeführt. Die Ergebnisse sind wie folgt: Bei der Nebel- + Luftabschreckung mit den Alterungsprozessen 210 °C/6 h und 8 h erfüllen die Druckversuche die Anforderungen, wie in Abbildung 3-2 gezeigt, während die luftabgeschreckten Proben bei allen Alterungsprozessen Risse aufweisen.
Basierend auf den Ergebnissen des Zerkleinerungstests erfüllt die Nebel- und Luftabschreckung mit den Alterungsprozessen 210 °C/6 h und 8 h die Anforderungen des Kunden.
4 Fazit
Die Optimierung der Abschreck- und Alterungsprozesse ist für die erfolgreiche Entwicklung des Produkts von entscheidender Bedeutung und bietet eine ideale Prozesslösung für das Crashbox-Produkt.
Durch umfangreiche Tests wurde ermittelt, dass der Materialzustand für das Crashbox-Produkt 6063-T7 sein sollte, die Abschreckmethode Nebel- + Luftkühlung ist und der Alterungsprozess bei 210 °C/6 h die beste Wahl für das Extrudieren von Aluminiumstäben mit Temperaturen im Bereich von 480–500 °C, einer Extrusionswellengeschwindigkeit von 2,5 mm/s, einer Extrusionsdüsentemperatur von 480 °C und einer Extrusionsauslasstemperatur von 500–540 °C ist.
Herausgegeben von May Jiang von MAT Aluminum
Beitragszeit: 07. Mai 2024
