Wstęp
Wraz z rozwojem przemysłu motoryzacyjnego, rynek aluminiowych belek udarowych również szybko rośnie, choć nadal jest stosunkowo niewielki pod względem ogólnej wielkości. Według prognozy Automotive Lightweight Technology Innovation Alliance dla chińskiego rynku aluminiowych belek udarowych, do 2025 roku popyt rynkowy szacuje się na około 140 000 ton, a jego wielkość ma osiągnąć 4,8 miliarda RMB. Do 2030 roku popyt rynkowy ma wynieść około 220 000 ton, przy szacowanej wielkości rynku na 7,7 miliarda RMB i średniorocznej stopie wzrostu wynoszącej około 13%. Trend rozwoju lekkiej konstrukcji i szybki wzrost modeli pojazdów średniej i wysokiej klasy są ważnymi czynnikami napędzającymi rozwój aluminiowych belek udarowych w Chinach. Perspektywy rynkowe dla samochodowych skrzynek zderzeniowych z belkami udarowymi są obiecujące.
Wraz ze spadkiem kosztów i postępem technologicznym, aluminiowe belki uderzeniowe i crash boxy ze stopu aluminium stają się coraz bardziej powszechne. Obecnie są one stosowane w modelach samochodów klasy średniej i wyższej, takich jak Audi A3, Audi A4L, BMW serii 3, BMW X1, Mercedes-Benz C260, Honda CR-V, Toyota RAV4, Buick Regal i Buick LaCrosse.
Belki uderzeniowe ze stopu aluminium składają się głównie z poprzecznych belek uderzeniowych, skrzynek zderzeniowych, płyt montażowych i tulei haka holowniczego, jak pokazano na rysunku 1.
Rysunek 1: Zespół belki uderzeniowej ze stopu aluminium
Crash box to metalowa obudowa umieszczona pomiędzy belką uderzeniową a dwiema podłużnymi belkami pojazdu, pełniąca zasadniczo funkcję pochłaniacza energii. Energia ta odnosi się do siły uderzenia. Podczas zderzenia pojazdu belka uderzeniowa ma pewien stopień zdolności pochłaniania energii. Jeśli jednak energia przekroczy możliwości belki uderzeniowej, zostanie ona przekazana do crash boxa. Crash box pochłania całą siłę uderzenia i odkształca się, chroniąc podłużne belki przed uszkodzeniem.
1 Wymagania dotyczące produktu
1.1 Wymiary muszą być zgodne z wymaganiami tolerancji podanymi na rysunku, jak pokazano na rysunku 2.
1.3 Wymagania dotyczące wydajności mechanicznej:
Wytrzymałość na rozciąganie: ≥215 MPa
Granica plastyczności: ≥205 MPa
Wydłużenie A50: ≥10%
1.4 Wydajność kruszenia Crash Box:
Wzdłuż osi X pojazdu, wykorzystując powierzchnię zderzenia większą niż przekrój poprzeczny produktu, należy obciążyć go z prędkością 100 mm/min, aż do zgniecenia, przy stopniu ściskania 70%. Początkowa długość profilu wynosi 300 mm. Na styku żebra wzmacniającego ze ścianką zewnętrzną pęknięcia powinny mieć szerokość mniejszą niż 15 mm, aby były uznane za dopuszczalne. Należy upewnić się, że dopuszczalne pęknięcia nie wpłyną negatywnie na zdolność profilu do pochłaniania energii zgniatania, a po zgnieceniu nie powinny wystąpić znaczące pęknięcia w innych obszarach.
2 Podejście rozwojowe
Aby jednocześnie spełnić wymagania dotyczące wydajności mechanicznej i wydajności kruszenia, podejście rozwojowe jest następujące:
Należy użyć pręta 6063B o podstawowym składzie stopu Si 0,38-0,41% i Mg 0,53-0,60%.
Wykonaj hartowanie w powietrzu i sztuczne starzenie w celu osiągnięcia stanu T6.
Zastosuj chłodzenie mgłą i powietrzem oraz przeprowadź obróbkę postarzającą w celu osiągnięcia stanu T7.
3 Produkcja pilotażowa
3.1 Warunki wytłaczania
Produkcja odbywa się na prasie wytłaczającej o nacisku 2000 ton i stopniu wytłaczania 36. Materiałem jest homogenizowany pręt aluminiowy 6063B. Temperatury nagrzewania pręta aluminiowego są następujące: strefa IV 450, strefa III 470, strefa II 490 i strefa I 500. Ciśnienie przebicia w cylindrze głównym wynosi około 210 barów, a stabilna faza wytłaczania ma ciśnienie wytłaczania bliskie 180 barów. Prędkość wału wytłaczarki wynosi 2,5 mm/s, a prędkość wytłaczania profilu 5,3 m/min. Temperatura na wylocie wytłaczarki wynosi 500–540°C. Hartowanie odbywa się za pomocą chłodzenia powietrzem z mocą lewego wentylatora równą 100%, środkowego wentylatora równą 100% i prawego wentylatora równą 50%. Średnia szybkość chłodzenia w strefie hartowania osiąga 300–350°C/min, a temperatura po wyjściu ze strefy hartowania wynosi 60–180°C. W przypadku hartowania metodą mgły i powietrza średnia szybkość chłodzenia w strefie grzania osiąga 430–480°C/min, a temperatura po wyjściu ze strefy hartowania wynosi 50–70°C. Profil nie wykazuje znaczącego uginania.
3.2 Starzenie się
Po procesie starzenia T6 w temperaturze 185°C przez 6 godzin twardość i właściwości mechaniczne materiału są następujące:
W wyniku procesu starzenia T7 w temperaturze 210°C przez 6 i 8 godzin uzyskano następujące parametry twardości i właściwości mechaniczne materiału:
Na podstawie danych testowych, metoda hartowania mgłą i powietrzem, w połączeniu z procesem starzenia w temperaturze 210°C/6h, spełnia wymagania zarówno w zakresie wytrzymałości mechanicznej, jak i wytrzymałości na zgniatanie. Biorąc pod uwagę opłacalność, do produkcji wybrano metodę hartowania mgłą i powietrzem oraz proces starzenia w temperaturze 210°C/6h, aby spełnić wymagania produktu.
3.3 Test zgniatania
Dla drugiego i trzeciego pręta, czołowy koniec jest odcięty o 1,5 m, a tylny koniec jest odcięty o 1,2 m. Pobrano po dwie próbki z przedniej, środkowej i tylnej sekcji, o długości 300 mm. Testy kruszenia przeprowadzono po starzeniu w temperaturze 185°C/6 h i 210°C/6 h i 8 h (dane dotyczące wydajności mechanicznej, jak wspomniano powyżej) na uniwersalnej maszynie wytrzymałościowej. Testy przeprowadzono przy prędkości obciążenia 100 mm/min i stopniu ściskania 70%. Wyniki są następujące: w przypadku hartowania mgłą + powietrzem z procesami starzenia 210°C/6 h i 8 h, testy kruszenia spełniają wymagania, jak pokazano na rysunku 3-2, podczas gdy próbki hartowane powietrzem wykazują pękanie dla wszystkich procesów starzenia.
Na podstawie wyników testów zgniatania stwierdzono, że hartowanie mgłą i powietrzem z procesami starzenia 210°C/6h i 8h spełnia wymagania klienta.
4. Wnioski
Optymalizacja procesów hartowania i starzenia ma kluczowe znaczenie dla pomyślnego rozwoju produktu i stanowi idealne rozwiązanie procesowe dla produktu typu crash-box.
W wyniku szeroko zakrojonych testów ustalono, że stan materiału dla produktu crash-box powinien wynosić 6063-T7, metoda hartowania to chłodzenie mgłą i powietrzem, a proces starzenia w temperaturze 210°C/6 godz. jest najlepszym wyborem do wytłaczania prętów aluminiowych w zakresie temperatur 480–500°C, prędkości wału wytłaczarki 2,5 mm/s, temperatury matrycy wytłaczarki 480°C i temperatury wylotu wytłaczarki 500–540°C.
Edytowane przez May Jiang z MAT Aluminum
Czas publikacji: 07-05-2024
