Wstęp
Wraz z rozwojem przemysłu motoryzacyjnego rynek belek udarowych ze stopu aluminium również szybko rośnie, choć nadal jest stosunkowo niewielki pod względem ogólnej wielkości. Zgodnie z prognozą Automotive Lightweight Technology Innovation Alliance dla chińskiego rynku belek udarowych ze stopu aluminium, do 2025 r. popyt rynkowy szacuje się na około 140 000 ton, przy czym wielkość rynku ma osiągnąć 4,8 miliarda RMB. Do 2030 r. popyt rynkowy ma wynieść około 220 000 ton, przy szacowanej wielkości rynku 7,7 miliarda RMB i skumulowanej rocznej stopie wzrostu wynoszącej około 13%. Trend rozwojowy w zakresie lekkości i szybki wzrost modeli pojazdów średniej i wysokiej klasy są ważnymi czynnikami napędowymi rozwoju belek udarowych ze stopu aluminium w Chinach. Perspektywy rynkowe dla skrzynek zderzeniowych z belkami udarowymi do samochodów są obiecujące.
Wraz ze spadkiem kosztów i postępem technologicznym, aluminiowe belki uderzeniowe i crash boxy stają się coraz bardziej powszechne. Obecnie są stosowane w modelach pojazdów średniej i wysokiej klasy, 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 poprzeczek 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 skrzynka umieszczona między belką uderzeniową a dwiema podłużnymi belkami pojazdu, zasadniczo służąca jako pochłaniający energię pojemnik. Ta energia odnosi się do siły uderzenia. Gdy pojazd doświadcza zderzenia, belka uderzeniowa ma pewien stopień zdolności pochłaniania energii. Jednakże, jeśli energia przekroczy pojemność belki uderzeniowej, przeniesie ona energię do crash boxa. Crash box pochłania całą siłę uderzenia i odkształca się, zapewniając, że podłużne belki pozostają nieuszkodzone.
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
Wytrzymałość na rozciąganie: ≥205 MPa
Wydłużenie A50: ≥10%
1.4 Wydajność kruszenia Crash Box:
Wzdłuż osi X pojazdu, używając powierzchni kolizyjnej większej niż przekrój poprzeczny produktu, obciążaj z prędkością 100 mm/min aż do zmiażdżenia, ze stopniem kompresji 70%. Początkowa długość profilu wynosi 300 mm. Na styku żebra wzmacniającego i ściany zewnętrznej pęknięcia powinny być mniejsze niż 15 mm, aby były uznane za dopuszczalne. Należy upewnić się, że dopuszczalne pęknięcia nie wpłyną na zdolność profilu do pochłaniania energii zgniatania, a po zmiażdżeniu nie powinno być żadnych znaczących pęknięć 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 wynoszącym Si 0,38-0,41% i Mg 0,53-0,60%.
Wykonaj hartowanie na 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 2000T ze współczynnikiem wytłaczania 36. Materiałem używanym jest homogenizowany pręt aluminiowy 6063B. Temperatury nagrzewania pręta aluminiowego są następujące: strefa IV 450-strefa III 470-strefa II 490-strefa 1 500. 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 profilu wynosi 5,3 m/min. Temperatura na wylocie wytłaczania wynosi 500-540°C. Hartowanie odbywa się za pomocą chłodzenia powietrzem z mocą lewego wentylatora równą 100%, mocą środkowego wentylatora równą 100% i mocą 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 mgłą + powietrzem średnia szybkość chłodzenia w strefie ogrzewania osiąga 430-480°C/min, a temperatura po wyjściu ze strefy hartowania wynosi 50-70°C. Profil nie wykazuje znaczącego zginania.
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 twardość i właściwości mechaniczne materiału są następujące:
Na podstawie danych testowych metoda hartowania mgłą + powietrzem, połączona z procesem starzenia 210°C/6h, spełnia wymagania zarówno pod względem wydajności mechanicznej, jak i testów kruszenia. Biorąc pod uwagę opłacalność, wybrano metodę hartowania mgłą + powietrzem i proces starzenia 210°C/6h do produkcji, aby spełnić wymagania produktu.
3.3 Test zgniatania
W przypadku drugiego i trzeciego pręta, końcówka głowicy jest odcinana o 1,5 m, a końcówka ogona o 1,2 m. Pobrano dwie próbki z sekcji głowicy, środka i ogona o długości 300 mm. Testy kruszenia przeprowadzono po starzeniu w temperaturze 185°C/6h i 210°C/6h i 8h (dane dotyczące wydajności mechanicznej, jak wspomniano powyżej) na uniwersalnej maszynie do badania materiałów. Testy przeprowadzono przy prędkości obciążenia 100 mm/min ze stopniem kompresji 70%. Wyniki są następujące: w przypadku hartowania mgłą + powietrzem z procesami starzenia 210°C/6h i 8h, testy kruszenia spełniają wymagania, jak pokazano na rysunku 3-2, podczas gdy próbki hartowane powietrzem wykazują pękanie we wszystkich procesach starzenia.
Na podstawie wyników testów zgniatania, 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 zapewnia 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 dyszy wytłaczarki 480°C i temperatury wylotu wytłaczarki 500–540°C.
Edytowane przez May Jiang z MAT Aluminium
Czas publikacji: 07-05-2024
