Εισαγωγή
Με την ανάπτυξη της αυτοκινητοβιομηχανίας, η αγορά των δοκών κρούσης από κράμα αλουμινίου αυξάνεται επίσης γρήγορα, αν και εξακολουθεί να είναι σχετικά μικρή σε συνολικό μέγεθος. Σύμφωνα με την πρόβλεψη της Automotive Lightweight Technology Innovation Alliance για την κινεζική αγορά κρουστικών δοκών από κράμα αλουμινίου, έως το 2025, η ζήτηση της αγοράς εκτιμάται ότι θα είναι περίπου 140.000 τόνοι, με το μέγεθος της αγοράς να αναμένεται να φτάσει τα 4,8 δισεκατομμύρια RMB. Μέχρι το 2030, η ζήτηση της αγοράς προβλέπεται να είναι περίπου 220.000 τόνοι, με εκτιμώμενο μέγεθος αγοράς 7,7 δισεκατομμυρίων RMB και σύνθετο ετήσιο ρυθμό ανάπτυξης περίπου 13%. Η τάση ανάπτυξης του ελαφρού βάρους και η ταχεία ανάπτυξη των μοντέλων οχημάτων μεσαίας έως υψηλής ποιότητας είναι σημαντικοί κινητήριοι παράγοντες για την ανάπτυξη κρουστικών δοκών από κράμα αλουμινίου στην Κίνα. Οι προοπτικές της αγοράς για τα κιβώτια σύγκρουσης με δοκούς πρόσκρουσης αυτοκινήτου είναι ελπιδοφόρες.
Καθώς το κόστος μειώνεται και η τεχνολογία προχωρά, οι μπροστινές δοκοί πρόσκρουσης από κράμα αλουμινίου και τα κιβώτια σύγκρουσης γίνονται σταδιακά πιο διαδεδομένα. Επί του παρόντος, χρησιμοποιούνται σε μοντέλα οχημάτων μεσαίας έως υψηλής ποιότητας, όπως Audi A3, Audi A4L, BMW 3 series, BMW X1, Mercedes-Benz C260, Honda CR-V, Toyota RAV4, Buick Regal και Buick LaCrosse.
Οι δοκοί κρούσης από κράμα αλουμινίου αποτελούνται κυρίως από εγκάρσιες δοκούς κρούσης, κιβώτια σύγκρουσης, πλάκες βάσης τοποθέτησης και χιτώνια γάντζου ρυμούλκησης, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1.
Εικόνα 1: Συγκρότημα δοκού κρούσης από κράμα αλουμινίου
Το crash box είναι ένα μεταλλικό κουτί που βρίσκεται ανάμεσα στη δέσμη πρόσκρουσης και δύο διαμήκεις δοκούς του οχήματος, που ουσιαστικά χρησιμεύει ως δοχείο απορρόφησης ενέργειας. Αυτή η ενέργεια αναφέρεται στη δύναμη της κρούσης. Όταν ένα όχημα αντιμετωπίζει σύγκρουση, η δέσμη κρούσης έχει έναν ορισμένο βαθμό ικανότητας απορρόφησης ενέργειας. Ωστόσο, εάν η ενέργεια υπερβαίνει τη χωρητικότητα της δέσμης κρούσης, θα μεταφέρει την ενέργεια στο κιβώτιο πρόσκρουσης. Το crash box απορροφά όλη τη δύναμη κρούσης και παραμορφώνεται μόνο του, διασφαλίζοντας ότι οι διαμήκεις δοκοί παραμένουν άθικτοι.
1 Απαιτήσεις προϊόντος
1.1 Οι διαστάσεις πρέπει να συμμορφώνονται με τις απαιτήσεις ανοχής του σχεδίου, όπως φαίνεται στο σχήμα 2.
1.3 Απαιτήσεις μηχανικής απόδοσης:
Αντοχή εφελκυσμού: ≥215 MPa
Αντοχή διαρροής: ≥205 MPa
Επιμήκυνση A50: ≥10%
1.4 Απόδοση σύνθλιψης Crash Box:
Κατά μήκος του άξονα Χ του οχήματος, χρησιμοποιώντας επιφάνεια σύγκρουσης μεγαλύτερη από τη διατομή του προϊόντος, φορτίστε με ταχύτητα 100 mm/min μέχρι τη σύνθλιψη, με ποσότητα συμπίεσης 70%. Το αρχικό μήκος του προφίλ είναι 300 mm. Στη διασταύρωση του ενισχυτικού νεύρου και του εξωτερικού τοιχώματος, οι ρωγμές πρέπει να είναι μικρότερες από 15 mm για να θεωρούνται αποδεκτές. Θα πρέπει να διασφαλίζεται ότι η επιτρεπόμενη ρωγμή δεν θέτει σε κίνδυνο την ικανότητα απορρόφησης ενέργειας σύνθλιψης του προφίλ και δεν θα πρέπει να υπάρχουν σημαντικές ρωγμές σε άλλες περιοχές μετά τη σύνθλιψη.
2 Αναπτυξιακή Προσέγγιση
Για να ικανοποιηθούν ταυτόχρονα οι απαιτήσεις της μηχανικής απόδοσης και της απόδοσης σύνθλιψης, η προσέγγιση ανάπτυξης είναι η εξής:
Χρησιμοποιήστε ράβδο 6063B με σύνθεση πρωτογενούς κράματος Si 0,38-0,41% και Mg 0,53-0,60%.
Εκτελέστε σβέση αέρα και τεχνητή γήρανση για να επιτύχετε την κατάσταση Τ6.
Χρησιμοποιήστε σβήσιμο με ομίχλη + αέρα και κάντε θεραπεία υπεργήρανσης για να επιτύχετε την κατάσταση Τ7.
3 Πιλοτική Παραγωγή
3.1 Συνθήκες εξώθησης
Η παραγωγή πραγματοποιείται σε πρέσα εξώθησης 2000Τ με αναλογία εξώθησης 36. Το υλικό που χρησιμοποιείται είναι ράβδος ομογενοποιημένου αλουμινίου 6063Β. Οι θερμοκρασίες θέρμανσης της ράβδου αλουμινίου είναι οι εξής: IV ζώνη 450-III ζώνη 470-II ζώνη 490-1 ζώνη 500. Η πίεση διαφυγής του κύριου κυλίνδρου είναι περίπου 210 bar, με τη σταθερή φάση εξώθησης να έχει πίεση εξώθησης κοντά στα 180 bar . Η ταχύτητα του άξονα εξώθησης είναι 2,5 mm/s και η ταχύτητα εξώθησης προφίλ είναι 5,3 m/min. Η θερμοκρασία στην έξοδο εξώθησης είναι 500-540°C. Η απόσβεση γίνεται με ψύξη αέρα με την ισχύ του αριστερού ανεμιστήρα στο 100%, την ισχύ του μεσαίου ανεμιστήρα στο 100% και την ισχύ του δεξιού ανεμιστήρα στο 50%. Ο μέσος ρυθμός ψύξης εντός της ζώνης σβέσης φτάνει τους 300-350°C/min και η θερμοκρασία μετά την έξοδο από τη ζώνη σβέσης είναι 60-180°C. Για σβέση ομίχλης + αέρα, ο μέσος ρυθμός ψύξης εντός της ζώνης θέρμανσης φτάνει τους 430-480°C/min και η θερμοκρασία μετά την έξοδο από τη ζώνη σβέσης είναι 50-70°C. Το προφίλ δεν παρουσιάζει σημαντική κάμψη.
3.2 Γήρανση
Μετά τη διαδικασία γήρανσης T6 στους 185°C για 6 ώρες, η σκληρότητα και οι μηχανικές ιδιότητες του υλικού έχουν ως εξής:
Σύμφωνα με τη διαδικασία γήρανσης T7 στους 210°C για 6 ώρες και 8 ώρες, η σκληρότητα και οι μηχανικές ιδιότητες του υλικού είναι οι εξής:
Με βάση τα δεδομένα των δοκιμών, η μέθοδος σβέσης ομίχλης + αέρα, σε συνδυασμό με τη διαδικασία γήρανσης 210°C/6h, πληροί τις απαιτήσεις τόσο για τη μηχανική απόδοση όσο και για τη δοκιμή σύνθλιψης. Λαμβάνοντας υπόψη τη σχέση κόστους-αποτελεσματικότητας, η μέθοδος σβέσης με ομίχλη + αέρα και η διαδικασία γήρανσης στους 210°C/6h επιλέχθηκαν για παραγωγή ώστε να ανταποκρίνονται στις απαιτήσεις του προϊόντος.
3.3 Δοκιμή σύνθλιψης
Για τη δεύτερη και την τρίτη ράβδο, το άκρο της κεφαλής κόβεται κατά 1,5 m και το άκρο της ουράς κόβεται κατά 1,2 m. Λαμβάνονται δύο δείγματα το καθένα από τα τμήματα της κεφαλής, της μέσης και της ουράς, με μήκος 300 mm. Οι δοκιμές σύνθλιψης διεξάγονται μετά από γήρανση στους 185°C/6h και 210°C/6h και 8h (δεδομένα μηχανικής απόδοσης όπως αναφέρθηκαν παραπάνω) σε μια μηχανή δοκιμών υλικών γενικής χρήσης. Οι δοκιμές διεξάγονται με ταχύτητα φόρτωσης 100 mm/min με ποσότητα συμπίεσης 70%. Τα αποτελέσματα είναι τα εξής: για σβέση ομίχλης + αέρα με τις διαδικασίες γήρανσης 210°C/6h και 8h, οι δοκιμές σύνθλιψης πληρούν τις απαιτήσεις, όπως φαίνεται στο σχήμα 3-2, ενώ τα δείγματα που έχουν σβήσει με αέρα παρουσιάζουν ρωγμές για όλες τις διαδικασίες γήρανσης .
Με βάση τα αποτελέσματα των δοκιμών σύνθλιψης, η σβέση με ομίχλη + αέρα με τις διαδικασίες γήρανσης 210°C/6h και 8h ικανοποιεί τις απαιτήσεις του πελάτη.
4 Συμπέρασμα
Η βελτιστοποίηση των διαδικασιών σβέσης και γήρανσης είναι ζωτικής σημασίας για την επιτυχημένη ανάπτυξη του προϊόντος και παρέχει μια ιδανική λύση διαδικασίας για το προϊόν crash box.
Μέσω εκτεταμένων δοκιμών, καθορίστηκε ότι η κατάσταση υλικού για το προϊόν crash box θα πρέπει να είναι 6063-T7, η μέθοδος σβέσης είναι ψύξη με ομίχλη + αέρα και η διαδικασία γήρανσης στους 210°C/6h είναι η καλύτερη επιλογή για την εξώθηση ράβδων αλουμινίου με θερμοκρασίες που κυμαίνονται από 480-500°C, ταχύτητα άξονα εξώθησης 2,5 mm/s, θερμοκρασία μήτρας εξώθησης 480°C και θερμοκρασία εξόδου εξώθησης 500-540°C.
Επιμέλεια May Jiang από το MAT Aluminium
Ώρα δημοσίευσης: Μάιος-07-2024
