1.Уводзіны
Аўтамабільнае палегчэнне пачалося ў развітых краінах і першапачаткова ўзначальвалася традыцыйнымі аўтамабільнымі гігантамі. Пры бесперапынным развіцці ён набыў значны размах. З таго часу, як індыйцы ўпершыню выкарысталі алюмініевы сплаў для вытворчасці аўтамабільных каленчатых валаў, і да першай серыйнай вытворчасці Audi цалкам алюмініевых аўтамабіляў у 1999 годзе, алюмініевы сплаў моцна расце ў аўтамабільнай прамысловасці дзякуючы сваім перавагам, такім як нізкая шчыльнасць, высокая ўдзельная трываласць і калянасць, добрая эластычнасць і ўдаратрываласць, высокая магчымасць перапрацоўкі і высокая хуткасць рэгенерацыі. Да 2015 годзе доля прымянення алюмініевага сплаву ў аўтамабілях ужо перавысіла 35%.
Аўтамабільная палегчанасць у Кітаі пачалася менш за 10 гадоў таму, і ўзровень тэхналогіі і прымянення адстае ад такіх развітых краін, як Германія, ЗША і Японія. Аднак з распрацоўкай новых энергетычных транспартных сродкаў хутка развіваецца палегчэнне матэрыялаў. Дзякуючы павелічэнню колькасці новых энергетычных транспартных сродкаў, кітайская тэхналогія палегчаных аўтамабіляў дэманструе тэндэнцыю даганяць развітыя краіны.
Кітайскі рынак лёгкіх матэрыялаў велізарны. З аднаго боку, у параўнанні з развітымі краінамі за мяжой, у Кітаі тэхналогія памяншэння вагі пачалася позна, і агульная ўласная маса аўтамабіля большая. Улічваючы эталон долі лёгкіх матэрыялаў у замежных краінах, у Кітаі яшчэ ёсць шырокія магчымасці для развіцця. З іншага боку, хуткае развіццё кітайскай індустрыі новых энергетычных транспартных сродкаў, абумоўленае палітыкай, павысіць попыт на лёгкія матэрыялы і заахвоціць аўтамабільныя кампаніі рухацца да палегчаных.
Паляпшэнне стандартаў выкідаў і расходу паліва прымушае паскорыць палегчэнне аўтамабільнай масы. У 2020 годзе Кітай цалкам укараніў стандарты выкідаў China VI. У адпаведнасці з «Метадам ацэнкі і паказчыкамі спажывання паліва легкавымі аўтамабілямі» і «Дарожнай картай энергазберажэння і новых энергетычных тэхналогій транспартных сродкаў», стандарт спажывання паліва складае 5,0 л/км. Улічваючы абмежаваную прастору для істотных прарываў у тэхналогіі рухавікоў і скарачэнні выкідаў, прыняцце мер па палегчанасці аўтамабільных кампанентаў можа эфектыўна знізіць выкіды аўтамабіляў і расход паліва. Палегчэнне новых энергетычных транспартных сродкаў стала важным шляхам для развіцця галіны.
У 2016 годзе Кітайскае таварыства аўтамабілебудавання выпусціла «Дарожную карту энергазберажэння і новых энергетычных транспартных сродкаў», у якой запланаваны такія фактары, як спажыванне энергіі, запас ходу і матэрыялы для вытворчасці новых энергетычных транспартных сродкаў з 2020 па 2030 год. Палегчэнне будзе ключавым напрамкам для будучай распрацоўкі новых энергетычных транспартных сродкаў. Змяншэнне вагі можа павялічыць запас ходу і ліквідаваць «неспакой аб далёкасці» ў новых энергетычных аўтамабілях. З ростам попыту на павялічаны запас ходу палегчаная вага аўтамабіля становіцца актуальнай, і за апошнія гады продажы новых энергетычных аўтамабіляў значна выраслі. У адпаведнасці з патрабаваннямі сістэмы ацэнкі і «Сярэднетэрміновага і доўгатэрміновага плана развіцця аўтамабільнай прамысловасці» мяркуецца, што да 2025 года продажы новых энергетычных аўтамабіляў у Кітаі перавысяць 6 мільёнаў адзінак з агульным штогадовым ростам. стаўка перавышае 38%.
2.Характарыстыкі і прымяненне алюмініевага сплаву
2.1 Характарыстыкі алюмініевага сплаву
Шчыльнасць алюмінія складае адну трэць шчыльнасці сталі, што робіць яго лягчэйшым. Ён мае больш высокую ўдзельную трываласць, добрую здольнасць да экструзіі, моцную каразійную ўстойлівасць і высокую магчымасць перапрацоўкі. Алюмініевыя сплавы характарызуюцца тым, што ў асноўным складаюцца з магнію, дэманструюць добрую тэрмаўстойлівасць, добрыя зварачныя ўласцівасці, добрую ўсталостную трываласць, немагчымасць умацавання тэрмічнай апрацоўкай і здольнасць павялічваць трываласць шляхам халоднай апрацоўкі. Серыя 6 характарызуецца тым, што ў асноўным складаецца з магнію і крэмнію, з Mg2Si у якасці асноўнай фазы ўмацавання. Найбольш шырока выкарыстоўваюцца сплавы ў гэтай катэгорыі 6063, 6061 і 6005A. Алюмініевая пласціна 5052 - гэта алюмініевая пласціна серыі AL-Mg з магніем у якасці галоўнага легіруючага элемента. Гэта найбольш шырока выкарыстоўваны антыкаразійны алюмініевы сплаў. Гэты сплаў мае высокую трываласць, высокую трываласць на стомленасць, добрую пластычнасць і ўстойлівасць да карозіі, не можа быць умацаваны тэрмічнай апрацоўкай, мае добрую пластычнасць пры нагартаванні ў паўхалодным стане, нізкую пластычнасць пры нагартаванні ў халодным стане, добрую ўстойлівасць да карозіі і добрыя зварачныя ўласцівасці. Ён у асноўным выкарыстоўваецца для такіх кампанентаў, як бакавыя панэлі, крышкі даху і дзвярныя панэлі. Алюмініевы сплаў 6063 - гэта ўмацавальны сплаў серыі AL-Mg-Si, які паддаецца тэрмічнай апрацоўцы, з магніем і крэмніем у якасці асноўных легіруючых элементаў. Гэта тэрмічнаму апрацаваны ўмацоўваючы профіль з алюмініевага сплаву сярэдняй трываласці, які ў асноўным выкарыстоўваецца ў канструкцыйных кампанентах, такіх як калоны і бакавыя панэлі, для захавання трываласці. Увядзенне ў маркі алюмініевых сплаваў паказана ў табліцы 1.
2.2 Экструзія з'яўляецца важным метадам фарміравання алюмініевага сплаву
Экструзія алюмініевага сплаву - гэта метад гарачай фармоўкі, і ўвесь вытворчы працэс уключае фармоўку алюмініевага сплаву пад трохбаковым напружаннем сціску. Увесь вытворчы працэс можна апісаць наступным чынам: a. Алюміній і іншыя сплавы плавяцца і адліваюцца ў неабходныя нарыхтоўкі з алюмініевага сплаву; б. Папярэдне нагрэтыя загатоўкі падаюць у экструзійнае абсталяванне для экструзіі. Пад дзеяннем галоўнага цыліндру нарыхтоўка з алюмініевага сплаву фармуецца ў неабходныя профілі праз паражніну прэс-формы; в. Для паляпшэння механічных уласцівасцяў алюмініевых профіляў падчас або пасля экструзіі праводзіцца апрацоўка растворам з наступнай апрацоўкай старэння. Механічныя ўласцівасці пасля апрацоўкі старэння адрозніваюцца ў залежнасці ад розных матэрыялаў і рэжымаў старэння. Стан тэрмічнай апрацоўкі каробкавых профіляў грузавых аўтамабіляў паказаны ў табліцы 2.
Экструдаваныя вырабы з алюмініевага сплаву маюць некалькі пераваг перад іншымі метадамі фармоўкі:
а. Падчас экструзіі прэсаваны метал атрымлівае больш моцнае і раўнамернае трохбаковае напружанне сціску ў зоне дэфармацыі, чым пракатка і коўка, таму ён можа цалкам прайграць пластычнасць апрацоўванага металу. Ён можа быць выкарыстаны для апрацоўкі металаў, якія цяжка дэфармуюцца, якія не паддаюцца пракатцы або коўцы, і можа выкарыстоўвацца для вырабу розных складаных полых або суцэльных дэталяў папярочнага перасеку.
б. Паколькі геаметрыя алюмініевых профіляў можа быць рознай, іх кампаненты валодаюць высокай калянасцю, што можа палепшыць калянасць кузава транспартнага сродку, знізіць яго характарыстыкі NVH і палепшыць характарыстыкі дынамічнага кіравання транспартным сродкам.
в. Вырабы з эфектыўнасцю экструзіі пасля загартоўкі і старэння маюць значна больш высокую падоўжную трываласць (R, Raz), чым вырабы, апрацаваныя іншымі метадамі.
d. Паверхня вырабаў пасля экструзіі мае добры колер і добрую ўстойлівасць да карозіі, што пазбаўляе ад неабходнасці іншай антыкаразійнай апрацоўкі паверхні.
д. Апрацоўка экструзіяй адрозніваецца вялікай гнуткасцю, нізкімі выдаткамі на інструменты і прэс-формы і нізкімі выдаткамі на змяненне канструкцыі.
е. Дзякуючы кіраванасці папярочнымі перасекамі алюмініевых профіляў можна павялічыць ступень інтэграцыі кампанентаў, паменшыць колькасць кампанентаў, а розныя канструкцыі папярочных перасекаў могуць дасягнуць дакладнага пазіцыянавання пры зварцы.
Параўнанне прадукцыйнасці паміж экструдаваным алюмініевым профілем для каробкавых грузавікоў і простай вугляродзістай сталі паказана ў табліцы 3.
Наступны кірунак развіцця профіляў з алюмініевага сплаву для каробкавых грузавікоў: далейшае павышэнне трываласці профілю і павышэнне прадукцыйнасці экструзіі. Напрамак даследаванняў новых матэрыялаў для профіляў з алюмініевых сплаваў для каробкавых грузавікоў паказаны на малюнку 1.
3.Алюмініевага сплаву Каробка грузавік структура, трываласць аналіз і праверка
3.1 Канструкцыя каробкавага грузавіка з алюмініевага сплаву
Кантэйнер грузавіка ў асноўным складаецца з зборкі пярэдняй панэлі, зборкі левай і правай бакавой панэлі, зборкі бакавой панэлі задніх дзвярэй, зборкі падлогі, зборкі даху, а таксама U-вобразных нітаў, бакавых агароджаў, задніх агароджаў, брызговіков і іншых аксесуараў падлучаны да шасі другога класа. Папярочныя бэлькі кузава, стойкі, бакавыя бэлькі і дзвярныя панэлі зроблены з экструдаваных профіляў з алюмініевага сплаву, а панэлі падлогі і даху зроблены з плоскіх пласцін з алюмініевага сплаву 5052. Канструкцыя фурнітуры з алюмініевага сплаву паказана на малюнку 2.
Выкарыстанне працэсу гарачай экструзіі з алюмініевага сплаву серыі 6 можа сфармаваць складаныя полыя папярочныя сячэнні, канструкцыя алюмініевых профіляў са складанымі папярочнымі сячэннямі можа зэканоміць матэрыялы, адпавядаць патрабаванням трываласці і калянасці прадукту і адпавядаць патрабаванням узаемнага злучэння паміж розныя кампаненты. Такім чынам, канструктыўная канструкцыя галоўнай бэлькі і моманты інэрцыі I і супраціўляльныя моманты W паказаны на малюнку 3.
Параўнанне асноўных даных у табліцы 4 паказвае, што моманты інэрцыі сячэння і моманты супраціўлення распрацаванага алюмініевага профілю лепш, чым адпаведныя даныя жалезнага профілю бэлькі. Дадзеныя аб каэфіцыенце калянасці прыкладна такія ж, як і для адпаведнага жалезнага профілю бэлькі, і ўсе яны адпавядаюць патрабаванням да дэфармацыі.
3.2 Разлік максімальнага напружання
Прымаючы ў якасці аб'екта асноўны нясучы кампанент - папярочную бэльку, разлічваецца максімальнае напружанне. Намінальная нагрузка складае 1,5 т, а папярочная бэлька зроблена з профілю з алюмініевага сплаву 6063-T6 з механічнымі ўласцівасцямі, як паказана ў табліцы 5. Бэлька спрошчаная як кансольная канструкцыя для разліку сілы, як паказана на малюнку 4.
Узяўшы бэльку з пралётам 344 мм, нагрузка на сціск на бэльку разлічваецца як F=3757 Н на аснове 4,5 т, што ў тры разы перавышае стандартную статычную нагрузку. q=F/L
дзе q - унутранае напружанне бэлькі пад нагрузкай, Н/мм; F - нагрузка, якую нясе бэлька, разлічаная зыходзячы з 3-кратнай стандартнай статычнай нагрузкі, якая складае 4,5 т; L - даўжыня бэлькі, мм.
Такім чынам, унутранае напружанне q роўна:
Формула разліку стрэсу выглядае наступным чынам:
Максімальны момант:
Прымаючы абсалютнае значэнне моманту М=274283 Н·мм, максімальнае напружанне σ=M/(1,05×w)=18,78 МПа і максімальнае значэнне напружання σ<215 МПа, што адпавядае патрабаванням.
3.3 Характарыстыкі злучэння розных кампанентаў
Алюмініевы сплаў мае дрэнныя зварачныя ўласцівасці, і яго трываласць у кропцы зваркі складае толькі 60% трываласці асноўнага матэрыялу. Дзякуючы пакрыццю пласта Al2O3 на паверхні алюмініевага сплаву, тэмпература плаўлення Al2O3 высокая, а тэмпература плаўлення алюмінія нізкая. Калі алюмініевы сплаў зварваецца, Al2O3 на паверхні павінен быць хутка разбіты, каб выканаць зварку. У той жа час рэшткі Al2O3 застануцца ў растворы алюмініевага сплаву, уплываючы на структуру алюмініевага сплаву і зніжаючы трываласць месца зваркі алюмініевага сплаву. Такім чынам, пры распрацоўцы цалкам алюмініевай ёмістасці гэтыя характарыстыкі цалкам улічваюцца. Зварка з'яўляецца асноўным спосабам пазіцыянавання, а асноўныя нясучыя кампаненты злучаюцца нітамі. Такія злучэнні, як клёпкі і ластаўчын хвост, паказаны на малюнках 5 і 6.
Асноўная канструкцыя цалкам алюмініевага каробкавага кузава мае структуру з гарызантальнымі бэлькамі, вертыкальнымі стойкамі, бакавымі бэлькамі і кантавымі бэлькамі, злучанымі адна з адной. Паміж кожнай гарызантальнай бэлькай і вертыкальнай стойкай ёсць чатыры кропкі злучэння. Кропкі злучэння абсталяваны зубчастымі пракладкамі, якія ўваходзяць у сетку з зубчастым краем гарызантальнай бэлькі, эфектыўна прадухіляючы слізгаценне. Восем вуглавых кропак у асноўным злучаны ўстаўкамі са сталёвага стрыжня, замацаванымі балтамі і самафіксуючымі заклёпваннямі і ўзмоцненымі 5-мм трохкутнымі алюмініевымі пласцінамі, зваранымі ўнутры скрынкі, каб умацаваць вуглавыя пазіцыі ўнутры. Знешні выгляд скрынкі не мае зваркі або адкрытых кропак злучэння, што забяспечвае агульны выгляд скрынкі.
3.4 Тэхналогія сінхроннага машынабудавання SE
Тэхналогія сінхроннага праектавання SE выкарыстоўваецца для вырашэння праблем, выкліканых вялікімі назапашанымі адхіленнямі памераў для адпаведных кампанентаў у корпусе скрынкі, а таксама цяжкасцей у пошуку прычын зазораў і плоскасці. З дапамогай аналізу CAE (гл. Малюнак 7-8) праводзіцца параўнальны аналіз з вырабленымі з жалеза корпусамі скрынак, каб праверыць агульную трываласць і калянасць корпуса скрынак, знайсці слабыя месцы і прыняць меры для больш эфектыўнай аптымізацыі і паляпшэння канструктыўнай схемы. .
4. Палегчаны эфект фургона з алюмініевага сплаву
У дадатак да каробкавага кузава, алюмініевыя сплавы могуць выкарыстоўвацца для замены сталі для розных кампанентаў каробкавых кантэйнераў грузавікоў, такіх як брызговики, заднія агароджы, бакавыя агароджы, дзвярныя зашчапкі, дзвярныя завесы і краю задняга фартуха, дасягаючы зніжэння вагі. ад 30% да 40% для грузавога адсека. Эфект памяншэння вагі для пустога грузавога кантэйнера 4080 мм × 2300 мм × 2200 мм паказаны ў табліцы 6. Гэта прынцыпова вырашае праблемы празмернай вагі, неадпаведнасці аб'явам і нарматыўных рызык традыцыйных грузавых адсекаў, зробленых з жалеза.
Замяніўшы традыцыйную сталь на алюмініевыя сплавы для аўтамабільных кампанентаў, можна не толькі дамагчыся выдатнага эфекту лёгкасці, але і ўнесці свой уклад у эканомію паліва, скарачэнне выкідаў і паляпшэнне характарыстык аўтамабіля. У цяперашні час існуюць розныя меркаванні адносна ўкладу палегчанасці ў эканомію паліва. Вынікі даследаванняў Міжнароднага інстытута алюмінія паказаны на малюнку 9. Кожныя 10% памяншэння вагі аўтамабіля могуць знізіць расход паліва на 6-8%. Зыходзячы з айчыннай статыстыкі, памяншэнне масы кожнага легкавога аўтамабіля на 100 кг можа знізіць расход паліва на 0,4 л/100 км. Уклад палегчанага вагі ў эканомію паліва заснаваны на выніках, атрыманых з дапамогай розных метадаў даследавання, таму ёсць некаторыя варыяцыі. Тым не менш, палегчэнне аўтамабільнай вагі аказвае істотны ўплыў на зніжэнне спажывання паліва.
Для электрамабіляў эфект палегчанасці яшчэ больш выяўлены. У цяперашні час адзінкавая шчыльнасць энергіі акумулятараў электрамабіляў істотна адрозніваецца ад шчыльнасці энергіі традыцыйных аўтамабіляў на вадкім паліве. Вага энергасістэмы (уключаючы акумулятар) электрамабіляў часта складае ад 20% да 30% ад агульнай масы аўтамабіля. У той жа час, пераадолець недахоп прадукцыйнасці батарэй з'яўляецца сусветнай праблемай. Перш чым адбудзецца сур'ёзны прарыў у тэхналогіі высокапрадукцыйных акумулятараў, палегчаны вага стане эфектыўным спосабам палепшыць запас ходу электрамабіляў. На кожныя 100 кг памяншэння вагі запас ходу электрамабіляў можна павялічыць на 6-11% (сувязь паміж памяншэннем вагі і запасам ходу паказана на малюнку 10). У цяперашні час запас ходу чыста электрычных транспартных сродкаў не можа задаволіць патрэбы большасці людзей, але памяншэнне вагі на пэўную велічыню можа значна павялічыць запас ходу, палегчыўшы занепакоенасць запасам ходу і палепшыўшы карыстацкі досвед.
5.Заключэнне
У дадатак да цалкам алюмініевай канструкцыі фургона з алюмініевага сплаву, прадстаўленага ў гэтым артыкуле, існуюць розныя тыпы фургона, такія як алюмініевыя сотавыя панэлі, алюмініевыя спражкі, алюмініевыя рамы + алюмініевыя абшыўкі і жалеза-алюмініевыя гібрыдныя грузавыя кантэйнеры . Яны маюць такія перавагі, як малы вага, высокая ўдзельная трываласць і добрая ўстойлівасць да карозіі, і не патрабуюць электрафарэтычнай фарбы для абароны ад карозіі, што зніжае ўздзеянне электрафарэтычнай фарбы на навакольнае асяроддзе. Грузавік з алюмініевым сплавам карэнным чынам вырашае праблемы празмернай вагі, неадпаведнасці аб'явам і нарматыўных рызык традыцыйных грузавых адсекаў з жалеза.
Экструзія з'яўляецца важным метадам апрацоўкі алюмініевых сплаваў, а алюмініевыя профілі валодаюць выдатнымі механічнымі ўласцівасцямі, таму калянасць кампанентаў адносна высокая. Дзякуючы пераменнаму папярочнаму перасеку, алюмініевыя сплавы могуць дасягаць спалучэння некалькіх функцый кампанентаў, што робіць іх добрым матэрыялам для аўтамабільнага палегчання. Аднак шырокае прымяненне алюмініевых сплаваў сутыкаецца з такімі праблемамі, як недастатковыя канструктыўныя магчымасці для грузавых адсекаў з алюмініевага сплаву, праблемы з фармоўкай і зваркай, а таксама высокія выдаткі на распрацоўку і прасоўванне новых прадуктаў. Асноўная прычына па-ранейшаму заключаецца ў тым, што алюмініевы сплаў каштуе даражэй, чым сталь, перш чым экалогія перапрацоўкі алюмініевых сплаваў стане сталай.
У заключэнне можна сказаць, што сфера прымянення алюмініевых сплаваў у аўтамабілях будзе пашырацца, і іх выкарыстанне будзе працягваць павялічвацца. У цяперашніх тэндэнцыях энергазберажэння, скарачэння выкідаў і развіцця індустрыі новых энергетычных транспартных сродкаў, з паглыбленнем разумення ўласцівасцей алюмініевых сплаваў і эфектыўных рашэнняў праблем прымянення алюмініевых сплаваў, алюмініевыя экструзійныя матэрыялы будуць больш шырока выкарыстоўвацца ў аўтамабільнай лёгкай вазе.
Пад рэдакцыяй Мэй Цзян з MAT Aluminium
Час публікацыі: 12 студзеня 2024 г
