1. Ynlieding
It lichter meitsjen fan auto's begon yn ûntwikkele lannen en waard yn earste ynstânsje laat troch tradisjonele autogiganten. Mei trochgeande ûntwikkeling hat it wichtige momentum krigen. Fan 'e tiid dat Yndianen foar it earst aluminiumlegering brûkten om autokrukassen te produsearjen oant Audi's earste massaproduksje fan folslein aluminium auto's yn 1999, hat aluminiumlegering in sterke groei sjoen yn auto-tapassingen fanwegen syn foardielen lykas lege tichtheid, hege spesifike sterkte en stivens, goede elastisiteit en slagbestindigens, hege recycleberens en hege regeneraasjesnelheid. Tsjin 2015 hie it tapassingsoanpart fan aluminiumlegering yn auto's al mear as 35% berikt.
Sina's auto-lichtgewichtferbettering begûn minder as 10 jier lyn, en sawol de technology as it tapassingsnivo bliuwe efter op ûntwikkele lannen lykas Dútslân, de Feriene Steaten en Japan. Mei de ûntwikkeling fan nije enerzjyauto's giet it lichtgewichtferbettering fan materialen lykwols rap foarút. Troch gebrûk te meitsjen fan de opkomst fan nije enerzjyauto's lit Sina's auto-lichtgewichtferbetteringstechnology in trend sjen om by te bliuwen mei ûntwikkele lannen.
De merk foar lichtgewicht materialen yn Sina is enoarm. Oan 'e iene kant, yn ferliking mei ûntwikkele lannen yn it bûtenlân, is de lichtgewichttechnology fan Sina let begûn, en is it totale leeggewicht fan auto's grutter. Mei it each op it oandiel fan lichtgewicht materialen yn it bûtenlân, is der noch genôch romte foar ûntwikkeling yn Sina. Oan 'e oare kant, oandreaun troch belied, sil de rappe ûntwikkeling fan 'e nije enerzjy-auto-yndustry fan Sina de fraach nei lichtgewicht materialen stimulearje en autobedriuwen oanmoedigje om oer te gean nei lichtgewicht.
De ferbettering fan útstjit- en brânstofferbrûksnormen twingt de fersnelling fan it lichter meitsjen fan auto's. Sina hat de Sina VI-útstjitnormen yn 2020 folslein ymplementearre. Neffens de "Evaluaasjemetoade en yndikatoaren foar brânstofferbrûk fan persoane-auto's" en de "Roadmap foar enerzjybesparring en nije enerzjyautotechnology", de brânstofferbrûksnorm fan 5,0 L/km. Rekken hâldend mei de beheinde romte foar substansjele trochbraken yn motortechnology en útstjitreduksje, kin it nimmen fan maatregels foar lichter meitsjen fan autokomponinten effektyf de útstjit en it brânstofferbrûk fan auto's ferminderje. It lichter meitsjen fan nije enerzjyauto's is in essinsjeel paad wurden foar de ûntwikkeling fan 'e yndustry.
Yn 2016 publisearre de China Automotive Engineering Society de "Energy Saving and New Energy Vehicle Technology Roadmap", dy't faktoaren lykas enerzjyferbrûk, krúsberik en produksjematerialen foar nije enerzjyauto's fan 2020 oant 2030 plande. Lichtgewicht meitsjen sil in wichtige rjochting wêze foar de takomstige ûntwikkeling fan nije enerzjyauto's. Lichtgewicht meitsjen kin it krúsberik ferheegje en "berikangst" yn nije enerzjyauto's oanpakke. Mei de tanimmende fraach nei útwreide krúsberik wurdt lichtgewicht meitsjen fan auto's driuwend, en de ferkeap fan nije enerzjyauto's is de lêste jierren flink groeid. Neffens de easken fan it skoaresysteem en it "Mid-to-Long-Term Development Plan for the Automotive Industry" wurdt rûsd dat yn 2025 de ferkeap fan nije enerzjyauto's yn Sina mear as 6 miljoen ienheden sil bedrage, mei in gearstalde jierlikse groeisnelheid fan mear as 38%.
2. Karakteristiken en tapassingen fan aluminiumlegering
2.1 Eigenskippen fan aluminiumlegering
De tichtheid fan aluminium is ien tredde dy fan stiel, wêrtroch it lichter is. It hat in hegere spesifike sterkte, goede ekstrusjemooglikheden, sterke korrosjebestriding en hege recycleberens. Aluminiumlegeringen wurde karakterisearre trochdat se primêr gearstald binne út magnesium, goede waarmtebestriding, goede laseigenskippen, goede wurgenssterkte, ûnfermogen om fersterke te wurden troch waarmtebehanneling, en it fermogen om sterkte te ferheegjen troch kâldbewurking. De 6-searje wurdt karakterisearre trochdat se primêr gearstald binne út magnesium en silisium, mei Mg2Si as de wichtichste fersterkingsfaze. De meast brûkte legeringen yn dizze kategory binne 6063, 6061 en 6005A. 5052 aluminiumplaat is in AL-Mg-searje legearing aluminiumplaat, mei magnesium as it wichtichste legearingselemint. It is de meast brûkte anty-roest aluminiumlegering. Dizze legearing hat hege sterkte, hege wurgenssterkte, goede plastisiteit en korrosjebestriding, kin net fersterke wurde troch waarmtebehanneling, hat goede plastisiteit yn heal-kâlde wurkferhurding, lege plastisiteit yn kâldbewurke wurkferhurding, goede korrosjebestriding en goede laseigenskippen. It wurdt benammen brûkt foar ûnderdielen lykas sydpanielen, dakbedekkingen en doarpanielen. 6063 aluminiumlegering is in waarmtebehannelbere fersterkjende legearing yn 'e AL-Mg-Si-searje, mei magnesium en silisium as de wichtichste legearingseleminten. It is in waarmtebehannelber fersterkjend aluminiumlegeringprofyl mei middelsterkte, benammen brûkt yn strukturele ûnderdielen lykas kolommen en sydpanielen om sterkte te dragen. In ynlieding ta aluminiumlegeringsklassen wurdt werjûn yn tabel 1.
2.2 Ekstruzje is in wichtige foarmmetoade fan aluminiumlegering
Aluminiumlegering-ekstruzje is in hjitte foarmjouwingsmetoade, en it heule produksjeproses omfettet it foarmjen fan aluminiumlegering ûnder trijefâldige kompresjespanning. It heule produksjeproses kin as folget beskreaun wurde: a. Aluminium en oare legeringen wurde smelte en getten yn 'e fereaske aluminiumlegeringsknuppels; b. De foarferwaarme knuppels wurde yn 'e ekstruzje-apparatuer pleatst foar ekstruzje. Under de aksje fan 'e haadsilinder wurdt de aluminiumlegeringsknuppel troch de holte fan' e mal ta de fereaske profilen foarme; c. Om de meganyske eigenskippen fan aluminiumprofilen te ferbetterjen, wurdt oplossingsbehanneling útfierd tidens of nei ekstruzje, folge troch ferâlderingsbehanneling. De meganyske eigenskippen nei ferâlderingsbehanneling fariearje neffens ferskate materialen en ferâlderingsregimes. De waarmtebehannelingstatus fan doaze-type frachtweinprofilen wurdt werjûn yn tabel 2.
Ekstrudearre produkten fan aluminiumlegering hawwe ferskate foardielen boppe oare foarmmetoaden:
a. Tidens ekstrudaasje krijt it ekstrudearre metaal in sterkere en unifoarmer trijefâldige kompresjespanning yn 'e deformaasjezone as by rôljen en smeden, sadat it de plastisiteit fan it ferwurke metaal folslein kin benutte. It kin brûkt wurde om lestich te ferfoarmjen metalen te ferwurkjen dy't net ferwurke wurde kinne troch rôljen of smeden en kin brûkt wurde om ferskate komplekse holle of fêste dwerstrochsneedkomponinten te meitsjen.
b. Omdat de geometry fan aluminiumprofilen farieare wurde kin, hawwe har komponinten hege styfheid, wat de styfheid fan 'e autokarossery ferbetterje kin, de NVH-eigenskippen ferminderje kin, en de dynamyske kontrôleeigenskippen fan it auto ferbetterje kin.
c. Produkten mei ekstrusje-effisjinsje hawwe, nei it blussen en ferâlderen, in signifikant hegere longitudinale sterkte (R, Raz) as produkten dy't mei oare metoaden ferwurke binne.
d. It oerflak fan produkten nei ekstruzje hat in goede kleur en goede korrosjebestriding, wêrtroch't oare anty-korrosje oerflakbehanneling net nedich is.
e. Ekstrusjeferwurking hat grutte fleksibiliteit, lege ark- en skimmelkosten, en lege ûntwerpferoaringskosten.
f. Troch de kontrolearberens fan aluminiumprofyldwarssneden kin de mjitte fan komponintyntegraasje ferhege wurde, it oantal komponinten fermindere wurde, en ferskate dwarssnedenûntwerpen kinne krekte lasposysje berikke.
De prestaasjeferliking tusken ekstrudearre aluminiumprofilen foar doazefrachtweinen en gewoan koalstofstiel wurdt werjûn yn tabel 3.
Folgjende ûntwikkelingsrjochting fan aluminiumlegeringsprofilen foar doaze-type frachtweinen: Fierdere ferbettering fan profylsterkte en fersterking fan ekstrusjeprestaasjes. De ûndersyksrjochting fan nije materialen foar aluminiumlegeringsprofilen foar doaze-type frachtweinen wurdt werjûn yn figuer 1.
3. Struktuer, sterkte-analyze en ferifikaasje fan aluminiumlegering-bakweinen
3.1 Struktuer fan aluminiumlegering fan frachtweinen
De kontener fan 'e bakwein bestiet benammen út in foarpaniel-assemblage, in linker- en rjochter sydpaniel-assemblage, in sydpaniel-assemblage fan 'e efterdoar, in flier-assemblage, in dak-assemblage, lykas U-foarmige bouten, sydbeskermers, efterbeskermers, spatlappen en oare accessoires dy't ferbûn binne mei it twadde-klasse chassis. De dwersbalken, pylders, sydbalken en doarpanielen fan 'e bakwein binne makke fan ekstrudearre profilen fan aluminiumlegering, wylst de flier- en dakpanielen makke binne fan platte platen fan 5052 aluminiumlegering. De struktuer fan 'e bakwein fan aluminiumlegering wurdt werjûn yn figuer 2.
Mei it brûken fan it hjitte ekstruzjeproses fan 'e 6-searje aluminiumlegering kinne komplekse holle dwerssnitten foarmje, in ûntwerp fan aluminiumprofilen mei komplekse dwerssnitten kin materialen besparje, foldwaan oan 'e easken foar produktsterkte en stivens, en foldwaan oan 'e easken foar ûnderlinge ferbining tusken ferskate komponinten. Dêrom wurde de haadbalke-ûntwerpstruktuer en seksjonele traachheidsmominten I en wjerstânsmominten W werjûn yn figuer 3.
In ferliking fan 'e wichtichste gegevens yn Tabel 4 lit sjen dat de traachheidsmominten en wjerstânsmominten fan it ûntwurpen aluminiumprofyl better binne as de oerienkommende gegevens fan it izermakke balkeprofyl. De gegevens fan 'e styfheidskoëffisjint binne sawat itselde as dy fan it oerienkommende izermakke balkeprofyl, en foldogge allegear oan 'e deformaasje-easken.
3.2 Maksimale spanningsberekkening
Mei it wichtichste draachkomponint, de dwersbalke, as objekt, wurdt de maksimale spanning berekkene. De nominale lading is 1,5 t, en de dwersbalke is makke fan in 6063-T6 aluminiumlegeringprofyl mei meganyske eigenskippen lykas werjûn yn tabel 5. De balke is ferienfâldige as in cantileverstruktuer foar krêftberekkening, lykas werjûn yn figuer 4.
Mei in balk mei in spanwiidte fan 344 mm wurdt de drukkrêft op 'e balk berekkene as F = 3757 N basearre op 4,5 t, wat trije kear de standert statyske lading is. q = F / L
wêrby't q de ynterne spanning fan 'e balk ûnder de lading is, N/mm; F is de lading dy't troch de balk droegen wurdt, berekkene op basis fan 3 kear de standert statyske lading, dy't 4,5 t is; L is de lingte fan 'e balk, mm.
Dêrom is de ynterne spanning q:
De formule foar it berekkenjen fan stress is as folget:
It maksimale momint is:
Mei de absolute wearde fan it momint, M=274283 N·mm, de maksimale spanning σ=M/(1.05×w)=18.78 MPa, en de maksimale spanningswearde σ<215 MPa, dy't foldocht oan de easken.
3.3 Ferbiningskarakteristiken fan ferskate komponinten
Aluminiumlegering hat minne laseigenskippen, en de laspuntsterkte is mar 60% fan 'e sterkte fan it basismateriaal. Troch de bedekking fan in laach Al2O3 op it oerflak fan 'e aluminiumlegering is it smeltpunt fan Al2O3 heech, wylst it smeltpunt fan aluminium leech is. As aluminiumlegering lassen wurdt, moat de Al2O3 op it oerflak fluch brutsen wurde om lassen út te fieren. Tagelyk sil it oerbliuwsel fan Al2O3 yn 'e oplossing fan' e aluminiumlegering bliuwe, wat de struktuer fan 'e aluminiumlegering beynfloedet en de sterkte fan it laspunt fan' e aluminiumlegering ferminderet. Dêrom wurde dizze skaaimerken folslein yn oerweging nommen by it ûntwerpen fan in kontener fan folslein aluminium. Lassen is de wichtichste posysjonearringsmetoade, en de wichtichste draachkomponinten wurde ferbûn troch bouten. Ferbiningen lykas klinknagels en swalfsturtstruktuer wurde werjûn yn figueren 5 en 6.
De haadstruktuer fan 'e folslein aluminium doazebehuizing brûkt horizontale balken, fertikale pylders, sydbalken en rânebalken dy't mei-inoar yninoar gripe. Der binne fjouwer ferbiningspunten tusken elke horizontale balke en fertikale pylder. De ferbiningspunten binne foarsjoen fan getande pakkingen om yn te gripen mei de getande râne fan 'e horizontale balke, wêrtroch ferskowing effektyf foarkomt wurdt. De acht hoekepunten binne benammen ferbûn troch stielen kearnynfoegsels, fêstmakke mei bouten en selsslotende klinknagels, en fersterke troch 5 mm trijehoekige aluminiumplaten dy't yn 'e doaze laske binne om de hoekeposysjes yntern te fersterkjen. It uterlik fan 'e doaze hat gjin lassen of bleatstelde ferbiningspunten, wat it algemiene uterlik fan 'e doaze garandearret.
3.4 SE Synchrone yngenieurstechnology
SE syngroane yngenieurstechnology wurdt brûkt om de problemen op te lossen dy't feroarsake wurde troch grutte opboude grutte-ôfwikingen foar oerienkommende komponinten yn 'e doaze en de swierrichheden by it finen fan 'e oarsaken fan gatten en flakheidsfouten. Troch CAE-analyze (sjoch figuer 7-8) wurdt in ferlykjende analyze útfierd mei doaze-konstruksjes fan izer om de algemiene sterkte en stivens fan 'e doaze te kontrolearjen, swakke punten te finen en maatregels te nimmen om it ûntwerpskema effektiver te optimalisearjen en te ferbetterjen.
4. Lichtgewichteffekt fan aluminiumlegering doaze frachtwein
Neist de doazebak kinne aluminiumlegeringen brûkt wurde om stiel te ferfangen foar ferskate komponinten fan doaze-type frachtweinkonteners, lykas spatborden, efterbeskermers, sydbeskermers, doarfergrendelingen, doarskarnieren en efterste skirtrânen, wêrtroch in gewichtsreduksje fan 30% oant 40% foar it laadromte berikt wurdt. It gewichtsreduksjeeffekt foar in lege 4080mm × 2300mm × 2200mm laadkontener wurdt werjûn yn tabel 6. Dit lost fundamenteel de problemen fan oermjittich gewicht, net-neilibjen fan oankundigingen en regeljouwingsrisiko's fan tradisjonele izeren laadromten op.
Troch tradisjoneel stiel te ferfangen troch aluminiumlegeringen foar auto-ûnderdielen, kinne net allinich poerbêste lichtgewichteffekten berikt wurde, mar it kin ek bydrage oan brânstofbesparring, útstjitreduksje en ferbettere autoprestaasjes. Op it stuit binne d'r ferskate mieningen oer de bydrage fan lichtgewicht oan brânstofbesparring. De ûndersyksresultaten fan it Ynternasjonaal Aluminium Ynstitút wurde werjûn yn figuer 9. Elke 10% reduksje yn autogewicht kin it brânstofferbrûk mei 6% oant 8% ferminderje. Op basis fan nasjonale statistiken kin it ferminderjen fan it gewicht fan elke persoane-auto mei 100 kg it brânstofferbrûk mei 0,4 L/100 km ferminderje. De bydrage fan lichtgewicht oan brânstofbesparring is basearre op resultaten dy't krigen binne fan ferskate ûndersyksmetoaden, dus d'r is wat fariaasje. Lichtgewicht auto's hat lykwols in wichtige ynfloed op it ferminderjen fan brânstofferbrûk.
Foar elektryske auto's is it lichtgewichteffekt noch mear útsprutsen. Op it stuit is de ienheidsenerzjydichtheid fan batterijen foar elektryske auto's signifikant oars as dy fan tradisjonele auto's op floeibere brânstof. It gewicht fan it stroomsysteem (ynklusyf de batterij) fan elektryske auto's is faak ferantwurdlik foar 20% oant 30% fan it totale gewicht fan it auto. Tagelyk is it trochbrekken fan 'e prestaasjeknelpunt fan batterijen in wrâldwide útdaging. Foardat der in grutte trochbraak is yn hege prestaasjesbatterijtechnology, is lichtgewicht in effektive manier om it krúsberik fan elektryske auto's te ferbetterjen. Foar elke 100 kg gewichtsreduksje kin it krúsberik fan elektryske auto's mei 6% oant 11% ferhege wurde (de relaasje tusken gewichtsreduksje en krúsberik wurdt werjûn yn figuer 10). Op it stuit kin it krúsberik fan suver elektryske auto's net foldwaan oan 'e behoeften fan' e measte minsken, mar it ferminderjen fan gewicht mei in bepaald bedrach kin it krúsberik signifikant ferbetterje, wêrtroch't de eangst foar berik ferminderet en de brûkersûnderfining ferbetteret.
5. Konklúzje
Neist de folslein aluminium struktuer fan 'e aluminiumlegering bakwein dy't yn dit artikel yntrodusearre wurdt, binne d'r ferskate soarten bakweinen, lykas aluminium huningraatpanielen, aluminium gespplaten, aluminium frames + aluminium skins, en izer-aluminium hybride frachtkonteners. Se hawwe de foardielen fan licht gewicht, hege spesifike sterkte, en goede korrosjebestriding, en fereaskje gjin elektroforetyske ferve foar korrosjebeskerming, wêrtroch't de miljeu-ynfloed fan elektroforetyske ferve ferminderet. De aluminiumlegering bakwein lost fundamenteel de problemen fan oermjittich gewicht, net-neilibjen fan oankundigingen, en regeljouwingsrisiko's fan tradisjonele izermakke frachtromten op.
Ekstruzje is in essensjele ferwurkingsmetoade foar aluminiumlegeringen, en aluminiumprofilen hawwe poerbêste meganyske eigenskippen, sadat de seksjestivens fan komponinten relatyf heech is. Troch de fariabele dwerstrochsneed kinne aluminiumlegeringen de kombinaasje fan meardere komponintfunksjes berikke, wêrtroch't it in goed materiaal is foar it lichtgewicht meitsjen fan auto's. De wiidfersprate tapassing fan aluminiumlegeringen stiet lykwols foar útdagings lykas ûnfoldwaande ûntwerpmooglikheden foar frachtromten fan aluminiumlegeringen, foarm- en lasproblemen, en hege ûntwikkelings- en promoasjekosten foar nije produkten. De wichtichste reden is noch altyd dat aluminiumlegering mear kostet as stiel foardat de recycling-ekology fan aluminiumlegeringen folwoeksen wurdt.
Konklúzjend sil it tapassingsgebiet fan aluminiumlegeringen yn auto's breder wurde, en har gebrûk sil fierder tanimme. Yn 'e hjoeddeiske trends fan enerzjybesparring, emissiereduksje en de ûntwikkeling fan 'e nije enerzjy-auto-yndustry, mei it ferdjipjen fan begryp fan aluminiumlegeringen en effektive oplossingen foar tapassingsproblemen fan aluminiumlegeringen, sille aluminium-ekstrusjematerialen mear brûkt wurde yn lichtgewicht auto's.
Bewurke troch May Jiang fan MAT Aluminium
Pleatsingstiid: 12 jannewaris 2024
