Einführung
Mit der Entwicklung der Automobilindustrie wächst auch der Markt für Aufprallträger aus Aluminiumlegierungen schnell, wenn auch insgesamt noch relativ klein. Laut der Prognose der Automotive Lightweight Technology Innovation Alliance für den chinesischen Markt für Aufprallträger aus Aluminiumlegierungen wird die Marktnachfrage bis 2025 auf rund 140.000 Tonnen geschätzt, wobei die Marktgröße voraussichtlich 4,8 Milliarden RMB erreichen wird. Bis 2030 wird die Marktnachfrage voraussichtlich etwa 220.000 Tonnen betragen, mit einer geschätzten Marktgröße von 7,7 Milliarden RMB und einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von etwa 13 %. Der Entwicklungstrend zum Leichtbau 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 Kfz-Aufprallträger-Crashboxen sind vielversprechend.
Da die Kosten sinken und die Technologie voranschreitet, werden Frontaufprallträger und Crashboxen aus Aluminiumlegierungen immer weiter verbreitet. Derzeit werden sie in Fahrzeugmodellen der mittleren bis oberen Preisklasse 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, der zwischen dem Aufprallträger und zwei Längsträgern des Fahrzeugs angeordnet ist und im Wesentlichen als energieabsorbierender Behälter dient. Diese Energie bezieht sich auf die Aufprallkraft. Bei einem Aufprall eines Fahrzeugs verfügt der Aufprallstrahl über ein gewisses Maß an Energieabsorptionsfähigkeit. Übersteigt die Energie jedoch die Kapazität des Aufprallbalkens, überträgt dieser die Energie auf die Crashbox. Die Crashbox nimmt die gesamte Aufprallkraft auf und verformt sich selbst, so dass 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 Crash-Box-Brechleistung:
Entlang der X-Achse des Fahrzeugs und unter Verwendung einer Kollisionsfläche, die größer als der Querschnitt des Produkts ist, mit einer Geschwindigkeit von 100 mm/min bis zur Quetschung beladen, mit einem Kompressionsgrad von 70 %. Die Ausgangslänge des Profils beträgt 300 mm. An der Verbindungsstelle zwischen Verstärkungsrippe und Außenwand sollten Risse weniger als 15 mm betragen, um als akzeptabel zu gelten. Es ist darauf zu achten, dass die zulässige Rissbildung die Fähigkeit des Profils zur Aufnahme von Brechenergie nicht beeinträchtigt und dass nach dem Brechen keine nennenswerten Risse in anderen Bereichen entstehen.
2 Entwicklungsansatz
Um die Anforderungen an mechanische Leistung und Brechleistung gleichzeitig zu erfüllen, ist der Entwicklungsansatz wie folgt:
Verwenden Sie 6063B-Stab mit einer Primärlegierungszusammensetzung von 0,38–0,41 % Si und 0,53–0,60 % Mg.
Luftabschreckung und künstliche Alterung durchführen, um den T6-Zustand zu erreichen.
Setzen Sie Nebel- und Luftabschreckung ein und führen Sie eine Überalterungsbehandlung durch, um den T7-Zustand zu erreichen.
3 Pilotproduktion
3.1 Extrusionsbedingungen
Die Produktion erfolgt auf einer 2000T-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 490-1 Zone 500. Der Durchbruchdruck des Hauptzylinders beträgt etwa 210 bar, wobei die stabile Extrusionsphase einen Extrusionsdruck von etwa 180 bar aufweist . Die Extrusionswellengeschwindigkeit beträgt 2,5 mm/s und die Profilextrusionsgeschwindigkeit 5,3 m/min. Die Temperatur am Extrusionsauslass beträgt 500–540 °C. Das Abschrecken erfolgt mittels Luftkühlung, wobei die linke Lüfterleistung bei 100 %, die mittlere Lüfterleistung bei 100 % und die rechte Lüfterleistung bei 50 % liegt. Die durchschnittliche Abkühlgeschwindigkeit innerhalb der Abschreckzone erreicht 300–350 °C/min und die Temperatur nach dem Verlassen der Abschreckzone beträgt 60–180 °C. Beim Nebel- und Luftabschrecken erreicht die durchschnittliche Abkühlgeschwindigkeit innerhalb der Heizzone 430–480 °C/min und die Temperatur nach dem Verlassen der Abschreckzone beträgt 50–70 °C. Das Profil weist keine nennenswerte Biegung auf.
3.2 Altern
Nach dem T6-Alterungsprozess bei 185 °C für 6 Stunden sind die Härte und mechanischen Eigenschaften des Materials wie folgt:
Nach dem T7-Alterungsprozess bei 210 °C für 6 Stunden und 8 Stunden sind die Härte und mechanischen Eigenschaften des Materials wie folgt:
Basierend auf den Testdaten erfüllt die Nebel-Luft-Abschreckmethode in Kombination mit dem Alterungsprozess bei 210 °C/6 Stunden die Anforderungen sowohl an die mechanische Leistung als auch an die Zerkleinerungsprüfung. Unter Berücksichtigung der Kosteneffizienz wurden für die Produktion das Nebel-Luft-Abschreckverfahren und der Alterungsprozess bei 210 °C/6 Stunden ausgewählt, um den Anforderungen des Produkts gerecht zu werden.
3.3 Zerkleinerungstest
Bei der zweiten und dritten Stange wird das Kopfende um 1,5 m und das Schwanzende um 1,2 m abgeschnitten. Es werden jeweils zwei Proben aus dem Kopf-, Mittel- und Schwanzteil mit einer Länge von 300 mm entnommen. Zerkleinerungstests werden nach der Alterung bei 185 °C/6 Stunden und 210 °C/6 Stunden und 8 Stunden (mechanische Leistungsdaten wie oben erwähnt) auf einer universellen Materialprüfmaschine durchgeführt. Die Tests werden bei einer Belastungsgeschwindigkeit von 100 mm/min und einem Kompressionsgrad von 70 % durchgeführt. Die Ergebnisse sind wie folgt: Beim Nebel- und Luftabschrecken mit den Alterungsprozessen 210 °C/6 Stunden und 8 Stunden erfüllen die Zerkleinerungstests die Anforderungen, wie in Abbildung 3-2 dargestellt, während die luftabgeschreckten Proben bei allen Alterungsprozessen Risse aufweisen .
Basierend auf den Ergebnissen der Zerkleinerungstests entspricht die Nebel- und Luftabschreckung mit den Alterungsprozessen 210 °C/6 Stunden und 8 Stunden den Anforderungen des Kunden.
4 Fazit
Die Optimierung der Abschreck- und Alterungsprozesse ist entscheidend für die erfolgreiche Entwicklung des Produkts und bietet eine ideale Prozesslösung für das Crash-Box-Produkt.
Durch umfangreiche Tests wurde festgestellt, dass der Materialzustand für das Crashbox-Produkt 6063-T7 sein sollte, die Abschreckmethode Nebel + Luftkühlung ist und der Alterungsprozess bei 210 °C/6 Stunden die beste Wahl für das Strangpressen von Aluminiumstangen ist 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.
Herausgegeben von May Jiang von MAT Aluminium
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 07.05.2024
