1. Pengenalan
Ringan otomotif dimulai di negara -negara maju dan awalnya dipimpin oleh raksasa otomotif tradisional. Dengan perkembangan berkelanjutan, ia telah memperoleh momentum yang signifikan. Sejak saat India pertama kali menggunakan paduan aluminium untuk menghasilkan poros engkol otomotif ke produksi massal pertama Audi dari mobil aluminium pada tahun 1999, paduan aluminium telah melihat pertumbuhan yang kuat dalam aplikasi otomotif karena keunggulannya seperti kepadatan rendah, kekuatan dan kekakuan spesifik yang tinggi, Elastisitas dan resistensi dampak yang baik, daur ulang yang tinggi, dan tingkat regenerasi yang tinggi. Pada 2015, proporsi aplikasi paduan aluminium di mobil telah melebihi 35%.
Ringan otomotif China dimulai kurang dari 10 tahun yang lalu, dan baik lag teknologi dan lag aplikasi di belakang negara -negara maju seperti Jerman, Amerika Serikat, dan Jepang. Namun, dengan pengembangan kendaraan energi baru, peningan material berkembang pesat. Memanfaatkan kebangkitan kendaraan energi baru, teknologi ringan otomotif China menunjukkan tren mengejar ketinggalan dengan negara -negara maju.
Pasar Bahan Ringan China sangat luas. Di satu sisi, dibandingkan dengan negara -negara maju di luar negeri, teknologi ringan China dimulai terlambat, dan berat badan secara keseluruhan lebih besar. Mempertimbangkan tolok ukur proporsi bahan ringan di negara -negara asing, masih ada ruang yang cukup untuk pengembangan di Cina. Di sisi lain, didorong oleh kebijakan, perkembangan cepat industri kendaraan energi baru China akan meningkatkan permintaan bahan ringan dan mendorong perusahaan otomotif untuk bergerak menuju ringan.
Peningkatan standar emisi dan konsumsi bahan bakar memaksa percepatan ringan otomotif. China sepenuhnya menerapkan standar emisi China VI pada tahun 2020. Menurut "metode evaluasi dan indikator untuk konsumsi bahan bakar mobil penumpang" dan "hemat energi dan peta jalan teknologi kendaraan energi baru," standar konsumsi bahan bakar 5,0 L/km. Dengan mempertimbangkan ruang terbatas untuk terobosan besar dalam teknologi mesin dan pengurangan emisi, mengadopsi langkah -langkah terhadap komponen otomotif yang ringan dapat secara efektif mengurangi emisi kendaraan dan konsumsi bahan bakar. Ringan kendaraan energi baru telah menjadi jalur penting bagi pengembangan industri.
Pada tahun 2016, China Automotive Engineering Society mengeluarkan "hemat energi dan roadmap teknologi kendaraan energi baru," yang merencanakan faktor -faktor seperti konsumsi energi, jangkauan jelajah, dan bahan manufaktur untuk kendaraan energi baru dari tahun 2020 hingga 2030. Peningan akan menjadi arah utama akan menjadi kunci utama Untuk pengembangan kendaraan energi baru di masa depan. Ringan dapat meningkatkan jangkauan jelajah dan mengatasi "kecemasan jangkauan" pada kendaraan energi baru. Dengan meningkatnya permintaan untuk jangkauan jelajah yang diperluas, ringan otomotif menjadi mendesak, dan penjualan kendaraan energi baru telah tumbuh secara signifikan dalam beberapa tahun terakhir. Menurut persyaratan sistem skor dan “rencana pengembangan jangka menengah hingga jangka panjang untuk industri otomotif,” diperkirakan bahwa pada tahun 2025, penjualan kendaraan energi baru China akan melebihi 6 juta unit, dengan pertumbuhan tahunan majemuk tahunan majemuk tarif melebihi 38%.
2. Karakteristik dan aplikasi paduan aluminium
2.1 Karakteristik paduan aluminium
Kepadatan aluminium adalah sepertiga baja, membuatnya lebih ringan. Ini memiliki kekuatan spesifik yang lebih tinggi, kemampuan ekstrusi yang baik, resistensi korosi yang kuat, dan daur ulang yang tinggi. Paduan aluminium ditandai dengan terutama terdiri dari magnesium, menunjukkan ketahanan panas yang baik, sifat pengelasan yang baik, kekuatan kelelahan yang baik, ketidakmampuan untuk diperkuat oleh perlakuan panas, dan kemampuan untuk meningkatkan kekuatan melalui kerja dingin. Seri 6 ditandai dengan terutama terdiri dari magnesium dan silikon, dengan MG2SI sebagai fase penguatan utama. Paduan yang paling banyak digunakan dalam kategori ini adalah 6063, 6061, dan 6005a. 5052 Aluminium Plate adalah pelat aluminium paduan seri al-Mg, dengan magnesium sebagai elemen paduan utama. Ini adalah paduan aluminium anti-rust yang paling banyak digunakan. Paduan ini memiliki kekuatan tinggi, kekuatan kelelahan tinggi, plastisitas yang baik dan ketahanan korosi, tidak dapat diperkuat dengan perlakuan panas, memiliki plastisitas yang baik dalam pengerasan kerja semi dingin, plastisitas rendah dalam pengerasan kerja dingin, ketahanan korosi yang baik, dan sifat pengelasan yang baik. Ini terutama digunakan untuk komponen seperti panel samping, penutup atap, dan panel pintu. 6063 Aluminium Alloy adalah paduan penguatan yang dapat diobati dengan panas dalam seri Al-MG-Si, dengan magnesium dan silikon sebagai elemen paduan utama. Ini adalah profil paduan aluminium penguatan yang dapat diperlakukan dengan panas dengan kekuatan sedang, terutama digunakan dalam komponen struktural seperti kolom dan panel samping untuk membawa kekuatan. Pengantar nilai paduan aluminium ditunjukkan pada Tabel 1.
2.2 Ekstrusi adalah metode pembentukan aluminium yang penting
Ekstrusi paduan aluminium adalah metode pembentukan panas, dan seluruh proses produksi melibatkan pembentukan paduan aluminium di bawah tekanan tekan tiga arah. Seluruh proses produksi dapat digambarkan sebagai berikut: a. Aluminium dan paduan lainnya dilelehkan dan dilemparkan ke dalam billet paduan aluminium yang diperlukan; B. Billet yang sudah dipanaskan dimasukkan ke dalam peralatan ekstrusi untuk ekstrusi. Di bawah aksi silinder utama, billet paduan aluminium dibentuk menjadi profil yang diperlukan melalui rongga cetakan; C. Untuk meningkatkan sifat mekanik profil aluminium, pengobatan solusi dilakukan selama atau setelah ekstrusi, diikuti oleh pengobatan penuaan. Sifat mekanik setelah perawatan penuaan bervariasi sesuai dengan bahan yang berbeda dan rezim penuaan. Status perlakuan panas dari profil truk tipe kotak ditunjukkan pada Tabel 2.
Produk ekstrusi paduan aluminium memiliki beberapa keunggulan dibandingkan metode pembentukan lainnya:
A. Selama ekstrusi, logam yang diekstrusi memperoleh tekanan tekan tiga arah yang lebih kuat dan lebih seragam di zona deformasi daripada menggulung dan menempa, sehingga dapat sepenuhnya memainkan plastisitas logam yang diproses. Ini dapat digunakan untuk memproses logam yang sulit dirusak yang tidak dapat diproses dengan menggulung atau menempa dan dapat digunakan untuk membuat berbagai komponen penampang berongga atau padat kompleks.
B. Karena geometri profil aluminium dapat bervariasi, komponennya memiliki kekakuan tinggi, yang dapat meningkatkan kekakuan badan kendaraan, mengurangi karakteristik NVH, dan meningkatkan karakteristik kontrol dinamis kendaraan.
C. Produk dengan efisiensi ekstrusi, setelah pendinginan dan penuaan, memiliki kekuatan longitudinal yang jauh lebih tinggi (R, RAZ) daripada produk yang diproses dengan metode lain.
D. Permukaan produk setelah ekstrusi memiliki warna yang baik dan ketahanan korosi yang baik, menghilangkan kebutuhan untuk perlakuan permukaan anti-korosi lainnya.
e. Pemrosesan ekstrusi memiliki fleksibilitas yang besar, biaya perkakas dan cetakan yang rendah, dan biaya perubahan desain yang rendah.
F. Karena pengontrolan penampang profil aluminium, tingkat integrasi komponen dapat ditingkatkan, jumlah komponen dapat dikurangi, dan desain penampang yang berbeda dapat mencapai posisi pengelasan yang tepat.
Perbandingan kinerja antara profil aluminium yang diekstrusi untuk truk tipe kotak dan baja karbon polos ditunjukkan pada Tabel 3.
Arah pengembangan berikutnya dari profil paduan aluminium untuk truk tipe kotak: lebih lanjut meningkatkan kekuatan profil dan meningkatkan kinerja ekstrusi. Arah penelitian bahan baru untuk profil paduan aluminium untuk truk tipe kotak ditunjukkan pada Gambar 1.
3. Struktur truk kotak paduan aluminium, analisis kekuatan, dan verifikasi
3.1 Struktur truk kotak aluminium
Wadah truk kotak terutama terdiri dari unit panel depan, unit panel sisi kiri dan kanan, unit panel samping pintu belakang, perakitan lantai, perakitan atap, serta baut berbentuk U, penjaga samping, pelindung belakang, flap lumpur, dan aksesori lainnya terhubung ke sasis kelas dua. Balok silang bodi kotak, pilar, balok samping, dan panel pintu terbuat dari profil aluminium paduan yang diekstrusi, sedangkan panel lantai dan atap terbuat dari pelat datar aluminium aluminium 5052. Struktur truk kotak paduan aluminium ditunjukkan pada Gambar 2.
Menggunakan proses ekstrusi panas dari paduan aluminium 6 seri dapat membentuk penampang berongga yang kompleks, desain profil aluminium dengan penampang yang kompleks dapat menghemat bahan, memenuhi persyaratan kekuatan dan kekakuan produk, dan memenuhi persyaratan hubungan timbal balik antara berbagai komponen. Oleh karena itu, struktur desain balok utama dan momen sectional inersia I dan momen -momen penahanan W ditunjukkan pada Gambar 3.
Perbandingan data utama pada Tabel 4 menunjukkan bahwa momen-momen sectional inersia dan momen-momen penahanan dari profil aluminium yang dirancang lebih baik daripada data yang sesuai dari profil balok buatan besi. Data koefisien kekakuan kira-kira sama dengan yang dari profil balok buatan besi yang sesuai, dan semua memenuhi persyaratan deformasi.
3.2 Perhitungan tegangan maksimum
Mengambil komponen bantalan beban kunci, crossbeam, sebagai objek, tegangan maksimum dihitung. Beban pengenal adalah 1,5 T, dan crossbeam terbuat dari profil paduan aluminium 6063-T6 dengan sifat mekanik seperti yang ditunjukkan pada Tabel 5. Balok disederhanakan sebagai struktur kantilever untuk perhitungan gaya, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.
Mengambil balok rentang 344mm, beban tekan pada balok dihitung sebagai F = 3757 N berdasarkan 4.5T, yang tiga kali lipat beban statis standar. q = f/l
di mana q adalah tegangan internal balok di bawah beban, n/mm; F adalah beban yang ditanggung oleh balok, dihitung berdasarkan 3 kali beban statis standar, yaitu 4,5 t; L adalah panjang balok, mm.
Oleh karena itu, stres internal Q adalah:
Formula perhitungan stres adalah sebagai berikut:
Momen maksimal adalah:
Mengambil nilai absolut saat ini, m = 274283 n · mm, tegangan maksimum σ = m/(1,05 × w) = 18,78 MPa, dan nilai tegangan maksimum σ <215 MPa, yang memenuhi persyaratan.
3.3 Karakteristik koneksi dari berbagai komponen
Paduan aluminium memiliki sifat pengelasan yang buruk, dan kekuatan titik pengelasannya hanya 60% dari kekuatan bahan dasar. Karena penutup lapisan Al2O3 pada permukaan paduan aluminium, titik leleh AL2O3 tinggi, sedangkan titik leleh aluminium rendah. Ketika paduan aluminium dilas, al2O3 di permukaan harus dengan cepat rusak untuk melakukan pengelasan. Pada saat yang sama, residu AL2O3 akan tetap dalam larutan paduan aluminium, mempengaruhi struktur paduan aluminium dan mengurangi kekuatan titik pengelasan paduan aluminium. Oleh karena itu, ketika merancang wadah aluminium all-aluminium, karakteristik ini sepenuhnya dipertimbangkan. Pengelasan adalah metode penentuan posisi utama, dan komponen bantalan beban utama dihubungkan oleh baut. Koneksi seperti struktur memukau dan pas ditunjukkan pada Gambar 5 dan 6.
Struktur utama tubuh kotak aluminium mengadopsi struktur dengan balok horizontal, pilar vertikal, balok samping, dan balok tepi yang saling terkait. Ada empat titik koneksi antara setiap balok horizontal dan pilar vertikal. Titik koneksi dilengkapi dengan gasket bergerigi untuk menyatu dengan tepi bergerigi dari balok horizontal, secara efektif mencegah geser. Delapan titik sudut terutama dihubungkan oleh sisipan inti baja, difiksasi dengan baut dan paku keling penguncian sendiri, dan diperkuat oleh pelat aluminium segitiga 5mm yang dilas di dalam kotak untuk memperkuat posisi sudut secara internal. Penampilan eksternal kotak tidak memiliki titik koneksi pengelasan atau terbuka, memastikan keseluruhan penampilan kotak.
3.4 Teknologi Teknik Sinkron
Teknologi rekayasa sinkron SE digunakan untuk menyelesaikan masalah yang disebabkan oleh deviasi ukuran besar akumulasi untuk komponen yang cocok di bodi kotak dan kesulitan dalam menemukan penyebab celah dan kegagalan kerataan. Melalui analisis CAE (lihat Gambar 7-8), analisis perbandingan dilakukan dengan badan kotak buatan besi untuk memeriksa kekuatan dan kekakuan tubuh secara keseluruhan, menemukan titik lemah, dan mengambil langkah-langkah untuk mengoptimalkan dan meningkatkan skema desain secara lebih efektif .
4. Pengaruh Cahaya dari Truk Kotak Paduan Aluminium
Selain bodi kotak, paduan aluminium dapat digunakan untuk mengganti baja untuk berbagai komponen wadah truk tipe kotak, seperti lumpur, pelindung belakang, penjaga samping, kait pintu, engsel pintu, dan tepi celemek belakang, mencapai pengurangan berat badan berat badan yang berat badan berat berat berat 30% hingga 40% untuk kompartemen kargo. Efek pengurangan berat untuk wadah kargo 4080mm × 2300mm × 2200mm kosong ditunjukkan pada Tabel 6. Ini secara fundamental memecahkan masalah berat yang berlebihan, ketidakpatuhan dengan pengumuman, dan risiko regulasi kompartemen kargo buatan besi tradisional.
Dengan mengganti baja tradisional dengan paduan aluminium untuk komponen otomotif, tidak hanya efek ringan yang sangat baik dapat dicapai, tetapi juga dapat berkontribusi pada penghematan bahan bakar, pengurangan emisi, dan peningkatan kinerja kendaraan. Saat ini, ada berbagai pendapat tentang kontribusi ringan untuk penghematan bahan bakar. Hasil penelitian Institut Aluminium Internasional ditunjukkan pada Gambar 9. Setiap pengurangan berat badan 10% dapat mengurangi konsumsi bahan bakar sebesar 6% hingga 8%. Berdasarkan statistik domestik, mengurangi berat masing -masing mobil penumpang sebesar 100 kg dapat mengurangi konsumsi bahan bakar sebesar 0,4 L/100 km. Kontribusi ringan terhadap penghematan bahan bakar didasarkan pada hasil yang diperoleh dari metode penelitian yang berbeda, jadi ada beberapa variasi. Namun, ringan otomotif memiliki dampak signifikan pada pengurangan konsumsi bahan bakar.
Untuk kendaraan listrik, efek ringannya bahkan lebih jelas. Saat ini, kepadatan energi unit baterai tenaga kendaraan listrik secara signifikan berbeda dari kendaraan bahan bakar cair tradisional. Berat sistem daya (termasuk baterai) kendaraan listrik sering menyumbang 20% hingga 30% dari total berat kendaraan. Secara bersamaan, menerobos hambatan kinerja baterai adalah tantangan di seluruh dunia. Sebelum ada terobosan besar dalam teknologi baterai berkinerja tinggi, ringan adalah cara yang efektif untuk meningkatkan jangkauan kendaraan listrik yang berlayar. Untuk setiap pengurangan berat 100 kg, kisaran jelajah kendaraan listrik dapat meningkat sebesar 6% menjadi 11% (hubungan antara pengurangan berat badan dan jangkauan jelajah ditunjukkan pada Gambar 10). Saat ini, jangkauan jelajah kendaraan listrik murni tidak dapat memenuhi kebutuhan kebanyakan orang, tetapi mengurangi berat badan dengan jumlah tertentu dapat secara signifikan meningkatkan jangkauan jelajah, mengurangi kecemasan jangkauan dan meningkatkan pengalaman pengguna.
5.klusi
Selain struktur aluminium aluminium truk kotak paduan aluminium yang diperkenalkan dalam artikel ini, ada berbagai jenis truk kotak, seperti panel sarang lebah aluminium, pelat gesper aluminium, bingkai aluminium + kulit aluminium, dan wadah kargo aluminium besi-aluminum, dan wadah kargo besi-aluminum, wadah kargo besi-aluminum, aluminium besi-aluminum besi-aluminum . Mereka memiliki keunggulan berat ringan, kekuatan spesifik tinggi, dan ketahanan korosi yang baik, dan tidak memerlukan cat elektroforesis untuk perlindungan korosi, mengurangi dampak lingkungan dari cat elektroforesis. Truk kotak paduan aluminium secara fundamental memecahkan masalah berat badan yang berlebihan, ketidakpatuhan dengan pengumuman, dan risiko regulasi kompartemen kargo buatan tradisional.
Ekstrusi adalah metode pemrosesan penting untuk paduan aluminium, dan profil aluminium memiliki sifat mekanik yang sangat baik, sehingga kekakuan bagian komponen relatif tinggi. Karena variabel penampang, paduan aluminium dapat mencapai kombinasi beberapa fungsi komponen, menjadikannya bahan yang baik untuk ringan otomotif. Namun, aplikasi paduan aluminium yang meluas menghadapi tantangan seperti kemampuan desain yang tidak memadai untuk kompartemen kargo paduan aluminium, masalah pembentukan dan pengelasan, dan biaya pengembangan dan promosi yang tinggi untuk produk baru. Alasan utamanya adalah bahwa paduan aluminium harganya lebih mahal daripada baja sebelum ekologi daur ulang paduan aluminium menjadi dewasa.
Sebagai kesimpulan, ruang lingkup aplikasi paduan aluminium di mobil akan menjadi lebih luas, dan penggunaannya akan terus meningkat. Dalam tren penghematan energi saat ini, pengurangan emisi, dan pengembangan industri kendaraan energi baru, dengan pemahaman yang semakin dalam tentang sifat paduan aluminium dan solusi yang efektif untuk masalah aplikasi paduan aluminium, bahan ekstrusi aluminium akan lebih banyak digunakan dalam ringan otomotif.
Diedit oleh May Jiang dari Mat Aluminium
Waktu posting: Jan-12-2024
