1. Panimula
Nagsimula ang automotive lightweighting sa mga binuo na bansa at sa una ay pinamunuan ng mga tradisyunal na higanteng automotive. Sa patuloy na pag-unlad, nakakuha ito ng makabuluhang momentum. Mula noong unang ginamit ng mga Indian ang aluminum alloy upang makagawa ng mga automotive crankshaft hanggang sa unang mass production ng Audi ng mga all-aluminum na kotse noong 1999, nakita ng aluminum alloy ang matatag na paglaki sa mga automotive application dahil sa mga pakinabang nito tulad ng mababang density, mataas na tiyak na lakas at higpit, magandang elasticity at impact resistance, mataas na recyclability, at mataas na regeneration rate. Sa pamamagitan ng 2015, ang proporsyon ng aplikasyon ng aluminyo haluang metal sa mga sasakyan ay lumampas na sa 35%.
Nagsimula ang automotive lightweighting ng China wala pang 10 taon na ang nakalipas, at pareho ang antas ng teknolohiya at aplikasyon ay nahuhuli sa mga binuo na bansa tulad ng Germany, United States, at Japan. Gayunpaman, sa pag-unlad ng mga bagong sasakyang pang-enerhiya, ang pagbabawas ng materyal ay mabilis na umuunlad. Nakikinabang sa pagtaas ng mga bagong sasakyang pang-enerhiya, ang teknolohiya ng automotive lightweighting ng China ay nagpapakita ng trend ng paghabol sa mga binuo na bansa.
Ang merkado ng magaan na materyales ng China ay malawak. Sa isang banda, kumpara sa mga binuo na bansa sa ibang bansa, ang teknolohiya ng lightweighting ng China ay nagsimula nang huli, at ang kabuuang timbang ng sasakyan sa Curb ay mas malaki. Isinasaalang-alang ang benchmark ng proporsyon ng magaan na materyales sa ibang bansa, mayroon pa ring sapat na puwang para sa pag-unlad sa China. Sa kabilang banda, hinihimok ng mga patakaran, ang mabilis na pag-unlad ng bagong industriya ng sasakyang pang-enerhiya ng Tsina ay magpapalakas sa pangangailangan para sa magaan na materyales at mahihikayat ang mga kumpanya ng automotive na lumipat patungo sa lightweighting.
Ang pagpapabuti ng mga pamantayan sa paglabas at pagkonsumo ng gasolina ay pinipilit ang acceleration ng automotive lightweighting. Ganap na ipinatupad ng China ang mga pamantayan sa paglabas ng China VI noong 2020. Ayon sa "Paraan ng Pagsusuri at Mga Indicator para sa Pagkonsumo ng Fuel ng mga Pampasaherong Sasakyan" at ang "Pagtitipid ng Enerhiya at New Energy Vehicle Technology Roadmap," ang 5.0 L/km na pamantayan sa pagkonsumo ng gasolina. Isinasaalang-alang ang limitadong espasyo para sa malalaking tagumpay sa teknolohiya ng makina at pagbabawas ng mga emisyon, ang pagpapatibay ng mga hakbang sa magaan na bahagi ng automotive ay maaaring epektibong mabawasan ang mga emisyon ng sasakyan at pagkonsumo ng gasolina. Ang lightweighting ng mga bagong sasakyang pang-enerhiya ay naging isang mahalagang landas para sa pag-unlad ng industriya.
Noong 2016, ang China Automotive Engineering Society ay naglabas ng "Energy Saving and New Energy Vehicle Technology Roadmap," na nagplano ng mga salik gaya ng pagkonsumo ng enerhiya, hanay ng cruising, at mga materyales sa pagmamanupaktura para sa mga bagong sasakyang pang-enerhiya mula 2020 hanggang 2030. Magiging pangunahing direksyon ang lightweighting para sa hinaharap na pag-unlad ng mga bagong sasakyang pang-enerhiya. Maaaring mapataas ng lightweighting ang hanay ng cruising at matugunan ang "kabalisahan sa saklaw" sa mga bagong sasakyang pang-enerhiya. Sa pagtaas ng demand para sa pinalawig na hanay ng cruising, ang automotive lightweighting ay nagiging apurahan, at ang mga benta ng mga bagong sasakyang pang-enerhiya ay lumago nang malaki sa mga nakaraang taon. Ayon sa mga kinakailangan ng sistema ng marka at ng “Mid-to-Long-Term Development Plan for the Automotive Industry,” tinatantya na sa 2025, ang mga benta ng China ng mga bagong sasakyang pang-enerhiya ay lalampas sa 6 na milyong unit, na may pinagsamang taunang paglago rate na higit sa 38%.
2. Mga Katangian at Aplikasyon ng Aluminum Alloy
2.1 Mga Katangian ng Aluminum Alloy
Ang density ng aluminyo ay isang-katlo ng bakal, na ginagawang mas magaan. Mayroon itong mas mataas na tiyak na lakas, mahusay na kakayahan sa pagpilit, malakas na resistensya sa kaagnasan, at mataas na recyclability. Ang mga aluminyo na haluang metal ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagiging pangunahing binubuo ng magnesiyo, nagpapakita ng mahusay na paglaban sa init, mahusay na mga katangian ng hinang, mahusay na lakas ng pagkapagod, kawalan ng kakayahang palakasin ng paggamot sa init, at ang kakayahang dagdagan ang lakas sa pamamagitan ng malamig na pagtatrabaho. Ang 6 na serye ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagiging pangunahing binubuo ng magnesiyo at silikon, kasama ang Mg2Si bilang pangunahing yugto ng pagpapalakas. Ang pinakamalawak na ginagamit na mga haluang metal sa kategoryang ito ay 6063, 6061, at 6005A. Ang 5052 aluminum plate ay isang AL-Mg series alloy aluminum plate, na may magnesium bilang pangunahing elemento ng alloying. Ito ang pinakamalawak na ginagamit na anti-rust aluminum alloy. Ang haluang metal na ito ay may mataas na lakas, mataas na lakas ng pagkapagod, mahusay na plasticity at corrosion resistance, hindi maaaring palakasin ng heat treatment, may magandang plasticity sa semi-cold work hardening, mababang plasticity sa cold work hardening, magandang corrosion resistance, at magandang welding properties. Pangunahing ginagamit ito para sa mga bahagi tulad ng mga side panel, mga takip sa bubong, at mga panel ng pinto. Ang 6063 aluminum alloy ay isang heat-treatable strengthening alloy sa AL-Mg-Si series, na may magnesium at silicon bilang pangunahing mga elemento ng alloying. Ito ay isang heat-treatable strengthening aluminum alloy profile na may katamtamang lakas, pangunahing ginagamit sa mga structural na bahagi tulad ng mga column at side panel upang magdala ng lakas. Ang isang panimula sa mga grado ng aluminyo haluang metal ay ipinapakita sa Talahanayan 1.
2.2 Ang Extrusion ay isang Mahalagang Paraan ng Pagbuo ng Aluminum Alloy
Ang aluminyo haluang metal extrusion ay isang mainit na paraan ng pagbuo, at ang buong proseso ng produksyon ay nagsasangkot ng pagbuo ng aluminyo haluang metal sa ilalim ng three-way compressive stress. Ang buong proseso ng produksyon ay maaaring ilarawan tulad ng sumusunod: a. Ang aluminyo at iba pang mga haluang metal ay natutunaw at inihagis sa kinakailangang mga billet ng aluminyo na haluang metal; b. Ang mga preheated billet ay inilalagay sa extrusion equipment para sa extrusion. Sa ilalim ng pagkilos ng pangunahing silindro, ang aluminyo haluang metal billet ay nabuo sa kinakailangang mga profile sa pamamagitan ng lukab ng amag; c. Upang mapabuti ang mga mekanikal na katangian ng mga profile ng aluminyo, ang paggamot sa solusyon ay isinasagawa sa panahon o pagkatapos ng pagpilit, na sinusundan ng paggamot sa pagtanda. Ang mga mekanikal na katangian pagkatapos ng pag-iipon ng paggamot ay nag-iiba ayon sa iba't ibang mga materyales at aging rehimen. Ang katayuan ng heat treatment ng mga box-type na profile ng trak ay ipinapakita sa Talahanayan 2.
Ang mga produktong extruded ng aluminyo haluang metal ay may ilang mga pakinabang sa iba pang mga paraan ng pagbuo:
a. Sa panahon ng extrusion, ang extruded metal ay nakakakuha ng mas malakas at mas pare-parehong three-way compressive stress sa deformation zone kaysa rolling at forging, upang ganap nitong maglaro ang plasticity ng naprosesong metal. Maaari itong magamit upang iproseso ang mga metal na mahirap i-deform na hindi maproseso sa pamamagitan ng pag-roll o forging at maaaring gamitin upang gumawa ng iba't ibang kumplikadong guwang o solidong cross-section na bahagi.
b. Dahil ang geometry ng mga profile ng aluminyo ay maaaring iba-iba, ang kanilang mga bahagi ay may mataas na higpit, na maaaring mapabuti ang katigasan ng katawan ng sasakyan, bawasan ang mga katangian ng NVH nito, at mapabuti ang mga katangian ng dynamic na kontrol ng sasakyan.
c. Ang mga produktong may extrusion na kahusayan, pagkatapos ng pagsusubo at pagtanda, ay may makabuluhang mas mataas na longitudinal strength (R, Raz) kaysa sa mga produktong naproseso ng ibang mga pamamaraan.
d. Ang ibabaw ng mga produkto pagkatapos ng pagpilit ay may magandang kulay at mahusay na paglaban sa kaagnasan, na inaalis ang pangangailangan para sa iba pang paggamot sa ibabaw ng anti-corrosion.
e. Ang pagpoproseso ng extrusion ay may mahusay na kakayahang umangkop, mababang gastos sa tooling at amag, at mababang gastos sa pagbabago ng disenyo.
f. Dahil sa kakayahang kontrolin ng mga cross-section ng profile ng aluminyo, ang antas ng pagsasama ng bahagi ay maaaring tumaas, ang bilang ng mga bahagi ay maaaring mabawasan, at ang iba't ibang mga disenyo ng cross-section ay maaaring makamit ang tumpak na pagpoposisyon ng hinang.
Ang paghahambing ng pagganap sa pagitan ng mga extruded na profile ng aluminyo para sa mga box-type na trak at plain carbon steel ay ipinapakita sa Talahanayan 3.
Susunod na Direksyon sa Pag-develop ng Aluminum Alloy Profile para sa Box-type na Truck: Pagpapabuti ng lakas ng profile at pagpapahusay sa performance ng extrusion. Ang direksyon ng pananaliksik ng mga bagong materyales para sa mga profile ng aluminyo na haluang metal para sa mga box-type na trak ay ipinapakita sa Figure 1.
3. Aluminum Alloy Box Truck Structure, Pagsusuri ng Lakas, at Pag-verify
3.1 Aluminum Alloy Box Truck Structure
Ang box truck container ay pangunahing binubuo ng front panel assembly, kaliwa at kanang side panel assembly, rear door side panel assembly, floor assembly, roof assembly, pati na U-shaped bolts, side guards, rear guards, mud flaps, at iba pang accessories. konektado sa second-class chassis. Ang box body cross beam, pillars, side beams, at door panels ay gawa sa aluminum alloy extruded profiles, habang ang floor at roof panel ay gawa sa 5052 aluminum alloy flat plates. Ang istraktura ng aluminum alloy box truck ay ipinapakita sa Figure 2.
Ang paggamit ng mainit na proseso ng extrusion ng 6 na serye na aluminyo na haluang metal ay maaaring bumuo ng mga kumplikadong guwang na cross-section, ang isang disenyo ng mga profile ng aluminyo na may kumplikadong mga cross-section ay maaaring makatipid ng mga materyales, matugunan ang mga kinakailangan ng lakas at higpit ng produkto, at matugunan ang mga kinakailangan ng mutual na koneksyon sa pagitan iba't ibang sangkap. Samakatuwid, ang pangunahing istraktura ng disenyo ng beam at mga sectional na sandali ng inertia I at mga lumalaban na sandali W ay ipinapakita sa Figure 3.
Ang paghahambing ng pangunahing data sa Talahanayan 4 ay nagpapakita na ang sectional moments ng inertia at resisting moments ng dinisenyo na aluminum profile ay mas mahusay kaysa sa kaukulang data ng iron-made beam profile. Ang data ng stiffness coefficient ay halos kapareho ng sa kaukulang iron-made beam profile, at lahat ay nakakatugon sa mga kinakailangan sa pagpapapangit.
3.2 Pagkalkula ng Maximum Stress
Ang pagkuha ng key load-bearing component, ang crossbeam, bilang object, ang maximum na stress ay kinakalkula. Ang rated load ay 1.5 t, at ang crossbeam ay gawa sa 6063-T6 aluminum alloy profile na may mga mekanikal na katangian tulad ng ipinapakita sa Talahanayan 5. Ang beam ay pinasimple bilang cantilever structure para sa pagkalkula ng puwersa, tulad ng ipinapakita sa Figure 4.
Ang pagkuha ng 344mm span beam, ang compressive load sa beam ay kinakalkula bilang F=3757 N batay sa 4.5t, na tatlong beses sa karaniwang static na pagkarga. q=F/L
kung saan ang q ay ang panloob na diin ng sinag sa ilalim ng pagkarga, N/mm; Ang F ay ang load na dinadala ng beam, na kinakalkula batay sa 3 beses sa karaniwang static load, na 4.5 t; L ay ang haba ng sinag, mm.
Samakatuwid, ang panloob na stress q ay:
Ang formula ng pagkalkula ng stress ay ang mga sumusunod:
Ang maximum na sandali ay:
Kinukuha ang absolute value ng moment, M=274283 N·mm, ang maximum na stress σ=M/(1.05×w)=18.78 MPa, at ang maximum na stress value σ<215 MPa, na nakakatugon sa mga kinakailangan.
3.3 Mga Katangian ng Koneksyon ng Iba't ibang Bahagi
Ang aluminyo haluang metal ay may mahinang mga katangian ng hinang, at ang lakas ng punto ng hinang nito ay 60% lamang ng lakas ng base na materyal. Dahil sa takip ng isang layer ng Al2O3 sa ibabaw ng aluminyo haluang metal, ang punto ng pagkatunaw ng Al2O3 ay mataas, habang ang natutunaw na punto ng aluminyo ay mababa. Kapag hinangin ang aluminyo haluang metal, ang Al2O3 sa ibabaw ay dapat mabilis na masira upang maisagawa ang hinang. Kasabay nito, ang nalalabi ng Al2O3 ay mananatili sa solusyon ng aluminyo haluang metal, na nakakaapekto sa istraktura ng aluminyo haluang metal at binabawasan ang lakas ng punto ng hinang ng aluminyo haluang metal. Samakatuwid, kapag nagdidisenyo ng isang all-aluminum na lalagyan, ang mga katangiang ito ay ganap na isinasaalang-alang. Ang welding ay ang pangunahing paraan ng pagpoposisyon, at ang mga pangunahing bahagi na nagdadala ng pagkarga ay konektado sa pamamagitan ng mga bolts. Ang mga koneksyon tulad ng riveting at dovetail na istraktura ay ipinapakita sa Mga Figure 5 at 6.
Ang pangunahing istraktura ng katawan ng all-aluminum box ay gumagamit ng isang istraktura na may mga pahalang na beam, patayong mga haligi, mga gilid na beam, at mga gilid na beam na magkakaugnay sa isa't isa. Mayroong apat na punto ng koneksyon sa pagitan ng bawat pahalang na sinag at patayong haligi. Ang mga punto ng koneksyon ay nilagyan ng mga may ngipin na gasket upang mag-mesh sa may ngipin na gilid ng pahalang na beam, na epektibong pumipigil sa pag-slide. Ang walong corner point ay pangunahing konektado sa pamamagitan ng steel core inserts, na naayos na may bolts at self-locking rivets, at pinalakas ng 5mm triangular aluminum plates na hinangin sa loob ng box upang palakasin ang mga posisyon ng sulok sa loob. Ang panlabas na anyo ng kahon ay walang hinang o nakalantad na mga punto ng koneksyon, na tinitiyak ang pangkalahatang hitsura ng kahon.
3.4 SE Synchronous Engineering Technology
Ginagamit ang SE synchronous engineering technology upang malutas ang mga problemang dulot ng malalaking naiipon na mga paglihis sa laki para sa pagtutugma ng mga bahagi sa katawan ng kahon at ang mga kahirapan sa paghahanap ng mga sanhi ng mga gaps at pagkabigo sa flatness. Sa pamamagitan ng CAE analysis (tingnan ang Figure 7-8), ang isang paghahambing na pagsusuri ay isinasagawa gamit ang mga katawan ng kahon na gawa sa bakal upang suriin ang kabuuang lakas at katigasan ng katawan ng kahon, hanapin ang mga mahihinang punto, at gumawa ng mga hakbang upang ma-optimize at mapabuti ang disenyo ng mas epektibong paraan. .
4. Magaan na Epekto ng Aluminum Alloy Box Truck
Bilang karagdagan sa katawan ng kahon, ang mga aluminyo na haluang metal ay maaaring gamitin upang palitan ang bakal para sa iba't ibang bahagi ng mga box-type na lalagyan ng trak, tulad ng mga mudguard, rear guard, side guard, door latches, door hinges, at rear apron edges, na nakakakuha ng pagbabawas ng timbang. ng 30% hanggang 40% para sa cargo compartment. Ang epekto sa pagbabawas ng timbang para sa isang walang laman na 4080mm×2300mm×2200mm na lalagyan ng kargamento ay ipinapakita sa Talahanayan 6. Sa panimula nito, nilulutas nito ang mga problema ng labis na timbang, hindi pagsunod sa mga anunsyo, at mga panganib sa regulasyon ng tradisyonal na mga compartment ng kargamento na gawa sa bakal.
Sa pamamagitan ng pagpapalit ng tradisyunal na bakal ng mga aluminyo na haluang metal para sa mga bahagi ng sasakyan, hindi lamang makakamit ang mahusay na lightweighting effect, ngunit maaari rin itong mag-ambag sa pagtitipid ng gasolina, pagbabawas ng emisyon, at pagpapabuti ng pagganap ng sasakyan. Sa kasalukuyan, may iba't ibang opinyon sa kontribusyon ng lightweighting sa pagtitipid ng gasolina. Ang mga resulta ng pananaliksik ng International Aluminum Institute ay ipinapakita sa Figure 9. Ang bawat 10% na pagbawas sa timbang ng sasakyan ay maaaring mabawasan ang pagkonsumo ng gasolina ng 6% hanggang 8%. Batay sa domestic statistics, ang pagbabawas ng bigat ng bawat pampasaherong sasakyan ng 100 kg ay maaaring mabawasan ang pagkonsumo ng gasolina ng 0.4 L/100 km. Ang kontribusyon ng lightweighting sa pagtitipid ng gasolina ay batay sa mga resulta na nakuha mula sa iba't ibang pamamaraan ng pananaliksik, kaya mayroong ilang pagkakaiba-iba. Gayunpaman, ang automotive lightweighting ay may malaking epekto sa pagbabawas ng pagkonsumo ng gasolina.
Para sa mga de-kuryenteng sasakyan, ang lightweighting effect ay mas malinaw. Sa kasalukuyan, ang densidad ng yunit ng enerhiya ng mga de-koryenteng baterya ng sasakyan ay makabuluhang naiiba mula sa tradisyonal na likidong panggatong na mga sasakyan. Ang bigat ng sistema ng kuryente (kabilang ang baterya) ng mga de-koryenteng sasakyan ay kadalasang umaabot sa 20% hanggang 30% ng kabuuang bigat ng sasakyan. Kasabay nito, ang paglampas sa bottleneck ng pagganap ng mga baterya ay isang pandaigdigang hamon. Bago magkaroon ng malaking tagumpay sa high-performance na teknolohiya ng baterya, ang lightweighting ay isang epektibong paraan upang mapabuti ang cruising range ng mga electric vehicle. Para sa bawat 100 kg na pagbabawas ng timbang, ang cruising range ng mga de-kuryenteng sasakyan ay maaaring tumaas ng 6% hanggang 11% (ang relasyon sa pagitan ng pagbabawas ng timbang at cruising range ay ipinapakita sa Figure 10). Sa kasalukuyan, hindi matutugunan ng cruising range ng mga purong de-kuryenteng sasakyan ang mga pangangailangan ng karamihan sa mga tao, ngunit ang pagbabawas ng timbang sa isang partikular na halaga ay maaaring makabuluhang mapabuti ang cruising range, mapawi ang pagkabalisa sa hanay at pagpapabuti ng karanasan ng user.
5.Konklusyon
Bilang karagdagan sa all-aluminum na istraktura ng aluminum alloy box truck na ipinakilala sa artikulong ito, mayroong iba't ibang uri ng mga box truck, tulad ng mga aluminum honeycomb panel, aluminum buckle plate, aluminum frame + aluminum skin, at iron-aluminum hybrid cargo container. . Mayroon silang mga pakinabang ng magaan na timbang, mataas na tiyak na lakas, at mahusay na paglaban sa kaagnasan, at hindi nangangailangan ng electrophoretic na pintura para sa proteksyon ng kaagnasan, na binabawasan ang epekto sa kapaligiran ng electrophoretic na pintura. Ang aluminum alloy box truck ay pangunahing nilulutas ang mga problema ng labis na timbang, hindi pagsunod sa mga anunsyo, at mga panganib sa regulasyon ng tradisyonal na mga compartment ng kargamento na gawa sa bakal.
Ang extrusion ay isang mahalagang paraan ng pagproseso para sa mga aluminyo na haluang metal, at ang mga profile ng aluminyo ay may mahusay na mga katangian ng mekanikal, kaya ang higpit ng seksyon ng mga bahagi ay medyo mataas. Dahil sa variable na cross-section, ang mga aluminyo na haluang metal ay maaaring makamit ang kumbinasyon ng maraming mga function ng bahagi, na ginagawa itong isang magandang materyal para sa automotive lightweighting. Gayunpaman, ang malawakang paggamit ng mga aluminyo na haluang metal ay nahaharap sa mga hamon tulad ng hindi sapat na kakayahan sa disenyo para sa mga kompartamento ng kargamento ng aluminyo haluang metal, mga isyu sa pagbuo at hinang, at mataas na gastos sa pagpapaunlad at promosyon para sa mga bagong produkto. Ang pangunahing dahilan ay pa rin na ang aluminyo haluang metal ay nagkakahalaga ng higit sa bakal bago ang recycling ecology ng mga aluminyo haluang metal ay nagiging mature.
Sa konklusyon, ang saklaw ng aplikasyon ng mga aluminyo na haluang metal sa mga sasakyan ay magiging mas malawak, at ang kanilang paggamit ay patuloy na tataas. Sa kasalukuyang mga uso ng pagtitipid ng enerhiya, pagbabawas ng emisyon, at pag-unlad ng bagong industriya ng sasakyan ng enerhiya, na may lumalalim na pag-unawa sa mga katangian ng aluminyo haluang metal at mga epektibong solusyon sa mga problema sa aplikasyon ng aluminyo haluang metal, ang mga materyales na extrusion ng aluminyo ay mas malawak na gagamitin sa automotive lightweighting.
In-edit ni May Jiang mula sa MAT Aluminum
Oras ng post: Ene-12-2024
