Wstęp
Wraz z rozwojem przemysłu motoryzacyjnego, rynek belek udarowych ze stopów aluminium również szybko rośnie, choć nadal jest stosunkowo niewielki. Według prognozy stowarzyszenia Automotive Lightweight Technology Innovation Alliance dla chińskiego rynku belek udarowych ze stopu aluminium do 2025 r. zapotrzebowanie rynku szacuje się na około 140 000 ton, a wielkość rynku ma osiągnąć 4,8 miliarda RMB. Przewiduje się, że do 2030 r. popyt rynkowy wyniesie około 220 000 ton, przy szacowanej wielkości rynku na 7,7 miliarda RMB i złożonej rocznej stopie wzrostu na poziomie około 13%. Trend rozwojowy w zakresie zmniejszania masy pojazdów oraz szybki rozwój modeli pojazdów ze średniej i wyższej półki to ważne czynniki napędzające rozwój belek udarowych ze stopu aluminium w Chinach. Perspektywy rynkowe dla samochodowych zderzaków z belkami udarowymi są obiecujące.
Wraz ze spadkiem kosztów i postępem technologii, przednie belki zderzakowe i zderzaki ze stopu aluminium stają się coraz bardziej powszechne. Obecnie są one stosowane w modelach pojazdów ze średniej i wyższej półki, 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 udarowe ze stopu aluminium składają się głównie z belek poprzecznych, skrzynek awaryjnych, płyt montażowych i tulei haków holowniczych, jak pokazano na rysunku 1.
Rysunek 1: Zespół belki udarowej ze stopu aluminium
Crash box to metalowa skrzynka umieszczona pomiędzy belką uderzeniową a dwiema belkami wzdłużnymi pojazdu, służąca zasadniczo jako pojemnik pochłaniający energię. Energia ta odnosi się do siły uderzenia. Kiedy pojazd ulega kolizji, wiązka uderzeniowa ma pewien stopień zdolności pochłaniania energii. Jeśli jednak energia przekroczy pojemność wiązki uderzeniowej, przekaże ona energię do skrzynki zderzeniowej. Crash box absorbuje całą siłę uderzenia i odkształca się, dzięki czemu belki wzdłużne pozostają nieuszkodzone.
1 Wymagania dotyczące produktu
1.1 Wymiary muszą odpowiadać wymaganiom tolerancji 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, obciążać z prędkością 100 mm/min aż do zmiażdżenia, przy stopniu ściskania 70%. Początkowa długość profilu wynosi 300 mm. Na styku żebra wzmacniającego i ściany zewnętrznej pęknięcia powinny być mniejsze niż 15 mm, aby można je było uznać za dopuszczalne. Należy zwrócić uwagę, aby dopuszczalne pęknięcia nie wpływały negatywnie na zdolność profilu do pochłaniania energii zgniatania, a po zmiażdżeniu nie powinny występować żadne znaczące pęknięcia w innych obszarach.
2 Podejście rozwojowe
Aby jednocześnie spełnić wymagania dotyczące wydajności mechanicznej i wydajności kruszenia, podejście rozwojowe jest następujące:
Użyj pręta 6063B o składzie stopu pierwotnego Si 0,38–0,41% i Mg 0,53–0,60%.
Przeprowadzić hartowanie powietrzem i sztuczne starzenie, aby osiągnąć stan T6.
Zastosuj mgłę i hartowanie powietrzem i przeprowadź obróbkę przeciwstarzeniową, aby osiągnąć stan T7.
3 Produkcja pilotażowa
3.1 Warunki wytłaczania
Produkcja odbywa się na prasie wytłaczającej 2000T o stopniu wytłaczania 36. Zastosowanym materiałem jest homogenizowany pręt aluminiowy 6063B. Temperatury nagrzewania pręta aluminiowego są następujące: IV strefa 450-III strefa 470-II strefa 490-1 strefa 500. Ciśnienie przebicia głównego cylindra wynosi około 210 bar, przy czym stabilna faza wytłaczania ma ciśnienie wytłaczania bliskie 180 bar . Prędkość wału wytłaczającego wynosi 2,5 mm/s, a prędkość wytłaczania profili 5,3 m/min. Temperatura na wylocie wytłaczarki wynosi 500-540°C. Hartowanie odbywa się przy użyciu chłodzenia powietrzem przy mocy lewego wentylatora na poziomie 100%, środkowego wentylatora na poziomie 100% i prawego wentylatora na poziomie 50%. Średnia szybkość chłodzenia w strefie hartowania sięga 300-350°C/min, a temperatura po wyjściu ze strefy hartowania wynosi 60-180°C. Dla hartowania mgłą + powietrzem średnia szybkość chłodzenia w strefie grzewczej sięga 430-480°C/min, a temperatura po wyjściu ze strefy hartowania wynosi 50-70°C. Profil nie wykazuje znaczących ugięć.
3.2 Starzenie się
Po procesie starzenia T6 w temperaturze 185°C przez 6 godzin twardość i właściwości mechaniczne materiału przedstawiają się następująco:
Według procesu starzenia T7 w temperaturze 210°C przez 6 i 8 godzin, twardość i właściwości mechaniczne materiału przedstawiają się następująco:
Na podstawie danych testowych metoda hartowania mgłą + powietrzem w połączeniu z procesem starzenia w temperaturze 210°C/6h spełnia wymagania zarówno wytrzymałości mechanicznej, jak i testów na zgniatanie. Mając na uwadze efektywność kosztową, do produkcji wybrano metodę hartowania mgłą + powietrzem oraz proces starzenia w temperaturze 210°C/6h, aby spełnić wymagania produktu.
3.3 Próba zgniatania
W przypadku drugiego i trzeciego pręta część czołowa jest odcinana o 1,5 m, a część tylna o 1,2 m. Pobiera się po dwie próbki z części głowy, środkowej i ogona, o długości 300 mm. Próby zgniatania przeprowadza się po starzeniu w temperaturze 185°C/6h oraz 210°C/6h i 8h (dane mechaniczne jak podano powyżej) na uniwersalnej maszynie do badania materiałów. Badania przeprowadza się przy prędkości obciążenia 100 mm/min przy stopniu ściskania 70%. Wyniki są następujące: dla chłodzenia mgłą + powietrzem w procesach starzenia 210°C/6h i 8h, próby kruszenia spełniają wymagania, jak pokazano na rysunku 3-2, natomiast próbki hartowane powietrzem wykazują pękanie dla wszystkich procesów starzenia .
Na podstawie wyników testów kruszenia, hartowanie mgłą + powietrzem w procesach starzenia 210°C/6h i 8h spełnia wymagania klienta.
4 Wniosek
Optymalizacja procesów hartowania i starzenia ma kluczowe znaczenie dla pomyślnego rozwoju produktu i zapewnia idealne rozwiązanie procesowe dla produktu typu Crash Box.
W wyniku szeroko zakrojonych testów ustalono, że stan materiału produktu typu Crash Box powinien wynosić 6063-T7, metodą hartowania jest chłodzenie mgłą + powietrzem, a proces starzenia w temperaturze 210°C/6h jest najlepszym wyborem do wytłaczania prętów aluminiowych przy temperaturach w zakresie 480-500°C, prędkości wału wytłaczającego 2,5 mm/s, temperaturze matrycy wytłaczającej 480°C i temperaturze wylotowej wytłaczarki 500-540°C.
Pod redakcją May Jiang z MAT Aluminium
Czas publikacji: 7 maja 2024 r
