1.Увод
Олакшавање аутомобила почело је у развијеним земљама и у почетку су га водили традиционални аутомобилски гиганти. Уз континуирани развој, добија значајан замах. Од времена када су Индијци први пут користили легуру алуминијума за производњу аутомобилских радилица до Аудијеве прве масовне производње потпуно алуминијумских аутомобила 1999. године, легура алуминијума је доживела снажан раст у аутомобилским апликацијама због својих предности као што су ниска густина, висока специфична чврстоћа и крутост, добра еластичност и отпорност на ударце, висока могућност рециклирања и висока стопа регенерације. До 2015. године, удео примене легуре алуминијума у аутомобилима је већ премашио 35%.
Кинеско смањење тежине аутомобила почело је пре мање од 10 година, а и технологија и ниво примене заостају за развијеним земљама попут Немачке, Сједињених Држава и Јапана. Међутим, са развојем нових енергетских возила, смањење тежине материјала брзо напредује. Користећи пораст нових енергетских возила, кинеска технологија за лаке аутомобиле показује тренд сустизања развијених земаља.
Кинеско тржиште лаких материјала је огромно. С једне стране, у поређењу са развијеним земљама у иностранству, кинеска технологија лаке тежине почела је касно, а укупна тежина возила је већа. Узимајући у обзир референтну вредност удела лаких материјала у страним земљама, у Кини још увек има довољно простора за развој. С друге стране, вођен политиком, брзи развој кинеске индустрије нових енергетских возила повећаће потражњу за лаким материјалима и подстаћи аутомобилске компаније да крену ка лаганој тежини.
Побољшање стандарда за емисију и потрошњу горива приморава убрзање смањења тежине аутомобила. Кина је 2020. године у потпуности применила стандарде за емисију издувних гасова Кине ВИ. Према „Методи евалуације и индикаторима за потрошњу горива путничких аутомобила“ и „Мапи пута за технологију уштеде енергије и нових енергетских возила“, стандарду потрошње горива од 5,0 Л/км. Узимајући у обзир ограничен простор за значајна открића у технологији мотора и смањење емисија, усвајање мера за лаке аутомобилске компоненте може ефикасно смањити емисије из возила и потрошњу горива. Лагање возила са новом енергијом постало је суштински пут за развој индустрије.
Године 2016., Кинеско удружење за аутомобилско инжењерство издало је „Мапу пута за уштеду енергије и нове енергетске технологије возила“, у којој су планирани фактори као што су потрошња енергије, домет крстарења и материјали за производњу нових енергетских возила од 2020. до 2030. године. Лагана тежина ће бити кључни правац за будући развој возила нове енергије. Лагана тежина може повећати домет крстарења и решити „немирност домета“ у возилима нове енергије. Са све већом потражњом за проширеним дометом крстарења, аутомобилска лака тежина постаје хитна, а продаја нових енергетских возила значајно је порасла последњих година. Према захтевима система бодовања и „Средњорочног плана развоја аутомобилске индустрије“, процењује се да ће до 2025. године кинеска продаја нових енергетских возила премашити 6 милиона јединица, са сложеним годишњим растом стопа прелази 38%.
2. Карактеристике и примена легуре алуминијума
2.1 Карактеристике легуре алуминијума
Густина алуминијума је једна трећина од челика, што га чини лакшим. Има већу специфичну чврстоћу, добру способност екструзије, јаку отпорност на корозију и високу могућност рециклирања. Легуре алуминијума се одликују тиме што се првенствено састоје од магнезијума, показујући добру отпорност на топлоту, добра својства заваривања, добру чврстоћу на замор, немогућност да се ојачају топлотном обрадом и способност повећања чврстоће кроз хладну обраду. Серију 6 карактерише то што се првенствено састоји од магнезијума и силицијума, са Мг2Си као главном фазом јачања. Најраспрострањеније легуре у овој категорији су 6063, 6061 и 6005А. 5052 алуминијумска плоча је алуминијумска плоча од легуре АЛ-Мг серије, са магнезијумом као главним легирајућим елементом. То је најраспрострањенија легура алуминијума против рђе. Ова легура има високу чврстоћу, високу чврстоћу на замор, добру пластичност и отпорност на корозију, не може се ојачати топлотном обрадом, има добру пластичност у полухладном каљењу, ниску пластичност у хладном раду, добру отпорност на корозију и добра својства заваривања. Углавном се користи за компоненте као што су бочне плоче, кровни покривачи и панели врата. 6063 легура алуминијума је легура за ојачавање у серији АЛ-Мг-Си, са магнезијумом и силицијумом као главним легирајућим елементима. То је профил од алуминијумске легуре који се може термички обрађивати, средње чврстоће, који се углавном користи у структурним компонентама као што су стубови и бочне плоче за ношење снаге. Увод у разреде легуре алуминијума приказан је у табели 1.
2.2 Екструзија је важна метода формирања легуре алуминијума
Екструзија алуминијумске легуре је метода врућег обликовања, а цео производни процес укључује формирање легуре алуминијума под троструким притиском на притисак. Цео производни процес се може описати на следећи начин: а. Алуминијум и друге легуре се топе и изливају у потребне гредице од легуре алуминијума; б. Претходно загрејане гредице се стављају у опрему за екструзију за екструзију. Под дејством главног цилиндра, гредица од легуре алуминијума се формира у потребне профиле кроз шупљину калупа; ц. У циљу побољшања механичких својстава алуминијумских профила, третман раствором се спроводи током или након екструзије, након чега следи третман старењем. Механичка својства након третмана старењем варирају у зависности од различитих материјала и режима старења. Статус термичке обраде сандучастих профила камиона приказан је у табели 2.
Екструдирани производи од легуре алуминијума имају неколико предности у односу на друге методе обликовања:
а. Током екструзије, екструдирани метал добија јачи и уједначенији тросмерни тлачни напон у зони деформације од ваљања и ковања, тако да може у потпуности играти пластичност обрађеног метала. Може се користити за обраду метала који се тешко деформишу који се не могу обрадити ваљањем или ковањем и може се користити за израду различитих сложених шупљих или чврстих компоненти попречног пресека.
б. Пошто геометрија алуминијумских профила може да варира, њихове компоненте имају високу крутост, што може побољшати крутост каросерије возила, смањити његове НВХ карактеристике и побољшати карактеристике динамичке контроле возила.
ц. Производи са ефикасношћу екструзије, након гашења и старења, имају знатно већу уздужну чврстоћу (Р, Раз) од производа обрађених другим методама.
д. Површина производа након екструзије има добру боју и добру отпорност на корозију, елиминишући потребу за другим антикорозивним површинским третманом.
е. Обрада екструзијом има велику флексибилност, ниске трошкове алата и калупа и ниске трошкове промене дизајна.
ф. Због управљивости попречних пресека алуминијумских профила, степен интеграције компоненти се може повећати, број компоненти се може смањити, а различити дизајни попречног пресека могу постићи прецизно позиционирање заваривања.
Поређење перформанси између екструдираних алуминијумских профила за камионе са сандуком и обичног угљеничног челика је приказано у табели 3.
Следећи правац развоја профила од алуминијумске легуре за камионе са сандуком: Даље побољшање чврстоће профила и побољшање перформанси екструзије. Правац истраживања нових материјала за профиле од легура алуминијума за камионе сандучастог типа приказан је на слици 1.
3. Структура камиона од алуминијумске легуре, анализа чврстоће и верификација
3.1 Структура камиона са кутијом од алуминијумске легуре
Контејнер сандук камиона се углавном састоји од склопа предње плоче, склопа леве и десне бочне плоче, склопа бочне плоче задњих врата, склопа пода, склопа крова, као и вијака у облику слова У, бочних штитника, задњих штитника, завеса за блато и друге додатне опреме повезан са шасијом друге класе. Попречне греде, стубови, бочне греде и панели врата израђени су од екструдираних профила од алуминијумске легуре, док су подни и кровни панели израђени од равних плоча од легуре алуминијума 5052. Структура камиона са сандуком од алуминијумске легуре приказана је на слици 2.
Користећи процес вруће екструзије легуре алуминијума серије 6 може формирати сложене шупље попречне пресеке, дизајн алуминијумских профила са сложеним попречним пресецима може уштедети материјале, испунити захтеве чврстоће и крутости производа и испунити захтеве међусобне везе између разне компоненте. Стога су конструкција главне греде и моменти пресека инерције И и отпорни моменти В приказани на слици 3.
Поређење основних података у табели 4 показује да су моменти пресека инерције и отпорни моменти пројектованог алуминијумског профила бољи од одговарајућих података профила од гвожђа. Подаци о коефицијенту крутости су отприлике исти као они за одговарајући профил греде од гвожђа и сви испуњавају захтеве за деформацију.
3.2 Прорачун максималног напрезања
Узимајући кључну носиву компоненту, попречну греду, као објекат, израчунава се максимални напон. Називно оптерећење је 1,5 т, а попречна греда је израђена од профила легуре алуминијума 6063-Т6 са механичким својствима приказаним у табели 5. Греда је поједностављена као конзолна конструкција за прорачун силе, као што је приказано на слици 4.
Узимајући греду распона од 344 мм, оптерећење при притиску на греду се израчунава као Ф=3757 Н на основу 4,5т, што је три пута више од стандардног статичког оптерећења. к=Ф/Л
где је к унутрашњи напон греде под оптерећењем, Н/мм; Ф је оптерећење које носи греда, израчунато на основу 3 пута већег стандардног статичког оптерећења, што је 4,5 т; Л је дужина греде, мм.
Дакле, унутрашњи напон к је:
Формула за израчунавање напона је следећа:
Максимални тренутак је:
Узимајући апсолутну вредност момента, М=274283 Н·мм, максимални напон σ=М/(1,05×в)=18,78 МПа, а максимална вредност напона σ<215 МПа, што испуњава услове.
3.3 Карактеристике повезивања различитих компоненти
Алуминијумска легура има лоша својства заваривања, а њена чврстоћа тачке заваривања је само 60% чврстоће основног материјала. Због покривања слоја Ал2О3 на површини легуре алуминијума, тачка топљења Ал2О3 је висока, док је тачка топљења алуминијума ниска. Када се легура алуминијума завари, Ал2О3 на површини се мора брзо разбити да би се извршило заваривање. У исто време, остатак Ал2О3 ће остати у раствору легуре алуминијума, утичући на структуру легуре алуминијума и смањујући чврстоћу тачке заваривања легуре алуминијума. Стога, када се дизајнира потпуно алуминијумски контејнер, ове карактеристике се у потпуности узимају у обзир. Заваривање је главна метода позиционирања, а главне носиве компоненте су повезане вијцима. Везе као што су закивање и структура ластиног репа приказане су на сликама 5 и 6.
Главна структура кућишта потпуно алуминијумске кутије има структуру са хоризонталним гредама, вертикалним стубовима, бочним гредама и ивичним гредама које су међусобно повезане. Постоје четири прикључне тачке између сваке хоризонталне греде и вертикалног стуба. Тачке спајања су опремљене назубљеним заптивкама које се спајају са назубљеном ивицом хоризонталне греде, ефикасно спречавајући клизање. Осам угаоних тачака су углавном повезани уметцима од челичног језгра, причвршћени завртњима и самозакључујућим заковицама, и ојачани троугластим алуминијумским плочама од 5 мм завареним унутар кутије како би се ојачале позиције углова изнутра. Спољашњи изглед кутије нема заваривање или видљиве спојне тачке, што осигурава укупан изглед кутије.
3.4 СЕ Синцхроноус Енгинееринг Тецхнологи
СЕ синхрона инжењерска технологија се користи за решавање проблема узрокованих великим акумулираним одступањима величине за одговарајуће компоненте у кућишту кутије и потешкоћа у проналажењу узрока зазора и кварова равности. Кроз ЦАЕ анализу (погледајте слику 7-8), упоредна анализа је спроведена са кућиштима кутија направљеним од гвожђа како би се проверила укупна чврстоћа и крутост кућишта кутије, пронашле слабе тачке и предузеле мере за ефикасније оптимизацију и побољшање шеме дизајна. .
4.Лигхтвеигхтинг Еффецт оф Алуминиум Аллои Бок Труцк
Поред кућишта кутије, легуре алуминијума се могу користити за замену челика за различите компоненте кутијастих контејнера за камионе, као што су блатобрани, задњи штитници, бочни штитници, браве на вратима, шарке врата и ивице задње кецеље, чиме се постиже смањење тежине од 30% до 40% за товарни простор. Ефекат смањења тежине празног теретног контејнера 4080мм×2300мм×2200мм приказан је у табели 6. Ово суштински решава проблеме прекомерне тежине, неусаглашености са најавама и регулаторних ризика традиционалних товарних преграда од гвожђа.
Заменом традиционалног челика легурама алуминијума за аутомобилске компоненте, не само да се могу постићи одлични ефекти смањења тежине, већ може допринети и уштеди горива, смањењу емисија и побољшаним перформансама возила. Тренутно постоје различита мишљења о доприносу мале тежине уштеди горива. Резултати истраживања Међународног института за алуминијум приказани су на слици 9. Сваких 10% смањења тежине возила може смањити потрошњу горива за 6% до 8%. На основу домаћих статистика, смањење тежине сваког путничког аутомобила за 100 кг може смањити потрошњу горива за 0,4 Л/100 км. Допринос мале тежине уштеди горива заснива се на резултатима добијеним из различитих истраживачких метода, тако да постоје одређене варијације. Међутим, смањење тежине аутомобила има значајан утицај на смањење потрошње горива.
Код електричних возила ефекат олакшавања тежине је још израженији. Тренутно се јединична густина енергије батерија за напајање електричних возила значајно разликује од оне код традиционалних возила на течна горива. Тежина система за напајање (укључујући батерију) електричних возила често чини 20% до 30% укупне тежине возила. Истовремено, пробијање уског грла у перформансама батерија је изазов широм света. Пре него што дође до великог пробоја у технологији батерија високих перформанси, смањење тежине је ефикасан начин да се побољша домет електричних возила за крстарење. За сваких 100 кг смањења тежине, домет крстарења електричних возила може се повећати за 6% до 11% (однос између смањења тежине и домета крстарења приказан је на слици 10). Тренутно, домет крстарења чисто електричних возила не може задовољити потребе већине људи, али смањење тежине за одређену количину може значајно побољшати домет крстарења, ублажити анксиозност домета и побољшати корисничко искуство.
5.Закључак
Поред потпуно алуминијумске структуре камиона са сандуком од алуминијумске легуре представљене у овом чланку, постоје различите врсте сандука камиона, као што су алуминијумски панели са саћем, алуминијумске плоче са копчама, алуминијумски оквири + алуминијумске коже и хибридни контејнери за терет од гвожђа и алуминијума . Имају предности мале тежине, високе специфичне чврстоће и добре отпорности на корозију и не захтевају електрофоретску боју за заштиту од корозије, смањујући утицај електрофоретске боје на животну средину. Камион са сандуком од алуминијумске легуре суштински решава проблеме прекомерне тежине, непоштовања најава и регулаторних ризика традиционалних товарних преграда од гвожђа.
Екструзија је суштинска метода обраде алуминијумских легура, а алуминијумски профили имају одличне механичке особине, тако да је крутост пресека компоненти релативно висока. Због променљивог попречног пресека, легуре алуминијума могу да остваре комбинацију функција више компоненти, што их чини добрим материјалом за аутомобилску лакоћу. Међутим, широка примена алуминијумских легура суочава се са изазовима као што су недовољне могућности дизајна за товарне одељке од алуминијумских легура, проблеми формирања и заваривања, и високи трошкови развоја и промоције нових производа. Главни разлог је и даље тај што легура алуминијума кошта више од челика пре него што екологија рециклирања алуминијумских легура постане зрела.
У закључку, обим примене алуминијумских легура у аутомобилима ће постати шири, а њихова употреба ће наставити да расте. У тренутним трендовима уштеде енергије, смањења емисија и развоја индустрије нових енергетских возила, са продубљивањем разумевања особина легура алуминијума и ефикасним решењима проблема примене алуминијумских легура, материјали за екструзију алуминијума ће се више користити у аутомобилској лакој тежини.
Уредио Маи Јианг из МАТ Алуминиум
Време поста: Јан-12-2024
