Εισαγωγή
Με την ανάπτυξη της αυτοκινητοβιομηχανίας, η αγορά δοκών κρούσης από κράμα αλουμινίου αυξάνεται επίσης ραγδαία, αν και εξακολουθεί να είναι σχετικά μικρή σε συνολικό μέγεθος. Σύμφωνα με την πρόβλεψη της Συμμαχίας Καινοτομίας Τεχνολογίας Ελαφρύτητας Αυτοκινήτου (Automobile Lightweight Technology Innovation Alliance) για την κινεζική αγορά δοκών κρούσης 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 δισεκατομμύρια RMB και σύνθετο ετήσιο ρυθμό ανάπτυξης περίπου 13%. Η τάση ανάπτυξης του ελαφρού βάρους και η ταχεία ανάπτυξη των μοντέλων οχημάτων μεσαίας έως υψηλής τεχνολογίας αποτελούν σημαντικούς παράγοντες που οδηγούν στην ανάπτυξη δοκών κρούσης από κράμα αλουμινίου στην Κίνα. Οι προοπτικές της αγοράς για τα κιβώτια πρόσκρουσης δοκών κρούσης για αυτοκίνητα είναι πολλά υποσχόμενες.
Καθώς το κόστος μειώνεται και η τεχνολογία εξελίσσεται, οι μπροστινές δοκοί πρόσκρουσης και τα κιβώτια πρόσκρουσης από κράμα αλουμινίου γίνονται σταδιακά πιο διαδεδομένα. Σήμερα, χρησιμοποιούνται σε μοντέλα οχημάτων μεσαίας έως υψηλής κατηγορίας, όπως τα Audi A3, Audi A4L, BMW σειρά 3, 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 πρόσκρουσης, πλάκες βάσης στήριξης και μανίκια γάντζου ρυμούλκησης, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1.
Σχήμα 1: Συγκρότημα δοκού κρούσης από κράμα αλουμινίου
Το κουτί πρόσκρουσης είναι ένα μεταλλικό κουτί που βρίσκεται ανάμεσα στη δοκό πρόσκρουσης και δύο διαμήκεις δοκούς του οχήματος, ουσιαστικά χρησιμεύοντας ως δοχείο απορρόφησης ενέργειας. Αυτή η ενέργεια αναφέρεται στη δύναμη της πρόσκρουσης. Όταν ένα όχημα υφίσταται σύγκρουση, η δέσμη πρόσκρουσης έχει έναν ορισμένο βαθμό ικανότητας απορρόφησης ενέργειας. Ωστόσο, εάν η ενέργεια υπερβεί την ικανότητα της δέσμης πρόσκρουσης, θα μεταφέρει την ενέργεια στο κουτί πρόσκρουσης. Το κουτί πρόσκρουσης απορροφά όλη τη δύναμη πρόσκρουσης και παραμορφώνεται, διασφαλίζοντας ότι οι διαμήκεις δοκοί παραμένουν άθικτες.
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 σε εφελκυσμό: ≥215 MPa
Όριο διαρροής: ≥205 MPa
Επιμήκυνση A50: ≥10%
1.4 Απόδοση σύνθλιψης Crash Box:
Κατά μήκος του άξονα Χ του οχήματος, χρησιμοποιώντας μια επιφάνεια σύγκρουσης μεγαλύτερη από τη διατομή του προϊόντος, φορτίστε με ταχύτητα 100 mm/min μέχρι σύνθλιψης, με ποσοστό συμπίεσης 70%. Το αρχικό μήκος του προφίλ είναι 300 mm. Στη συμβολή της ενισχυτικής νευρώσεως και του εξωτερικού τοιχώματος, οι ρωγμές θα πρέπει να είναι μικρότερες από 15 mm για να θεωρηθούν αποδεκτές. Θα πρέπει να διασφαλιστεί ότι η επιτρεπόμενη ρωγμή δεν επηρεάζει την ικανότητα απορρόφησης ενέργειας σύνθλιψης του προφίλ και δεν θα πρέπει να υπάρχουν σημαντικές ρωγμές σε άλλες περιοχές μετά τη σύνθλιψη.
2 Προσέγγιση Ανάπτυξης
Για την ταυτόχρονη κάλυψη των απαιτήσεων μηχανικής απόδοσης και απόδοσης σύνθλιψης, η προσέγγιση ανάπτυξης έχει ως εξής:
Χρησιμοποιήστε ράβδο 6063B με σύνθεση πρωτογενούς κράματος Si 0,38-0,41% και Mg 0,53-0,60%.
Εκτελέστε σβέση με αέρα και τεχνητή γήρανση για να επιτύχετε την κατάσταση T6.
Χρησιμοποιήστε σιλικόνη + σβέση αέρα και εφαρμόστε επεξεργασία υπερβολικής γήρανσης για να επιτύχετε την κατάσταση T7.
3 Πιλοτική Παραγωγή
3.1 Συνθήκες εξώθησης
Η παραγωγή πραγματοποιείται σε πρέσα εξώθησης 2000T με λόγο εξώθησης 36. Το υλικό που χρησιμοποιείται είναι ομογενοποιημένη ράβδος αλουμινίου 6063B. Οι θερμοκρασίες θέρμανσης της ράβδου αλουμινίου είναι οι εξής: IV ζώνη 450-III ζώνη 470-II ζώνη 490-1 ζώνη 500. Η πίεση διάτρησης 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 ψύξη 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 απόσβεσης φτάνει τους 300-350°C/min και η θερμοκρασία μετά την έξοδο από τη ζώνη απόσβεσης είναι 60-180°C. Για την απόσβεση με ομίχλη + αέρα, ο μέσος ρυθμός ψύξης εντός της ζώνης θέρμανσης φτάνει τους 430-480°C/min και η θερμοκρασία μετά την έξοδο από τη ζώνη απόσβεσης 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 έχουν ως εξής:
Με βάση τα δεδομένα δοκιμών, η μέθοδος σβέσης με ομίχλη + αέρα, σε συνδυασμό με τη διαδικασία γήρανσης στους 210°C/6 ώρες, πληροί τις απαιτήσεις τόσο για μηχανική απόδοση όσο και για δοκιμές σύνθλιψης. Λαμβάνοντας υπόψη την οικονομική αποδοτικότητα, η μέθοδος σβέσης με ομίχλη + αέρα και η διαδικασία γήρανσης στους 210°C/6 ώρες επιλέχθηκαν για την παραγωγή ώστε να πληρούν τις 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 από το καθένα από την κεφαλή, το μεσαίο και το άκρο της ουράς, με μήκος 300 mm. Οι δοκιμές σύνθλιψης διεξάγονται μετά από γήρανση στους 185°C/6 ώρες και 210°C/6 ώρες και 8 ώρες (δεδομένα μηχανικής απόδοσης όπως αναφέρθηκαν παραπάνω) σε μια μηχανή δοκιμής υλικών γενικής χρήσης. Οι δοκιμές διεξάγονται με ταχύτητα φόρτωσης 100 mm/min με ποσότητα συμπίεσης 70%. Τα αποτελέσματα είναι τα εξής: για την σβέση με ομίχλη + αέρα με τις διαδικασίες γήρανσης 210°C/6 ώρες και 8 ώρες, οι δοκιμές σύνθλιψης πληρούν τις απαιτήσεις, όπως φαίνεται στο Σχήμα 3-2, ενώ τα δείγματα που έχουν υποστεί σβέση 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/6 ώρες και 8 ώρες ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις του πελάτη.
4 Συμπέρασμα
Η βελτιστοποίηση των διεργασιών απόσβεσης και γήρανσης είναι ζωτικής σημασίας για την επιτυχή ανάπτυξη του προϊόντος και παρέχει μια ιδανική λύση διεργασίας για το προϊόν crash box.
Μέσω εκτεταμένων δοκιμών, έχει προσδιοριστεί ότι η κατάσταση του υλικού για το προϊόν crash box θα πρέπει να είναι 6063-T7, η μέθοδος απόσβεσης είναι ομίχλη + ψύξη με αέρα και η διαδικασία γήρανσης στους 210°C/6 ώρες 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 Aluminum
Ώρα δημοσίευσης: 07 Μαΐου 2024
