1.Introduzzione
A lightweighting di l'automobile hà iniziatu in i paesi sviluppati è era inizialmente guidata da i giganti di l'automobile tradiziunali. Cù u sviluppu cuntinuu, hà guadagnatu un momentu significativu. Da u tempu quandu l'indiani anu utilizatu prima l'alia d'aluminiu per pruduce i crankshafts di l'automobile à a prima pruduzzione in massa di vitture d'aluminiu di Audi in u 1999, a lega d'aluminiu hà vistu una crescita robusta in l'applicazioni automobilistiche per via di i so vantaghji cum'è a bassa densità, alta forza specifica è rigidità. bona elasticità è resistenza à l'impattu, alta riciclabilità, è altu tassu di regenerazione. In u 2015, a proporzione di l'applicazioni di l'alia d'aluminiu in l'automobile avia digià superatu u 35%.
U lightweighting di l'automobile di a Cina hà iniziatu menu di 10 anni fà, è a tecnulugia è u livellu di l'applicazione sò in ritardu di i paesi sviluppati cum'è a Germania, i Stati Uniti è u Giappone. In ogni casu, cù u sviluppu di novi veiculi d'energia, u materiale di lightweighting avanza rapidamente. Sfruttandu l'aumentu di i veiculi di l'energia nova, a tecnulugia di lightweighting di l'automobile di a Cina mostra una tendenza di ritruvà cù i paesi sviluppati.
U mercatu di materiali ligeri di a Cina hè vastu. Da una banda, paragunatu cù i paesi sviluppati à l'esteru, tecnulugia lightweighting di China principiatu tardu, è u veìculu generale Curb pesu hè più grande. In cunsiderà u benchmark di a proporzione di materiali ligeri in i paesi stranieri, ci hè sempre spaziu per u sviluppu in Cina. Per d 'altra banda, guidatu da e pulitiche, u rapidu sviluppu di a nova industria di i veiculi energetichi di a Cina aumenterà a dumanda di materiali ligeri è incuraghjerà l'imprese automobilistiche à avanzà versu a ligerezza.
A migliione di i normi di emissioni è di cunsumu di carburante hè furzendu l'accelerazione di l'algerimentu di l'automobile. Cina hà implementatu cumplettamente i normi di emissioni di China VI in 2020. Sicondu u "Metudu di valutazione è indicatori per u cunsumu di carburante di e vitture di passeggeri" è u "Strumentu di l'Energia è a New Energy Vehicle Technology Roadmap", u standard di cunsumu di carburante 5.0 L / km. In cunsiderà u spaziu limitatu per innovazioni sustanziali in a tecnulugia di u mutore è a riduzione di emissioni, l'adopzione di misure per i cumpunenti di l'automobile ligeri pò riduce in modu efficace l'emissioni di i veiculi è u cunsumu di carburante. A lightweighting di i veiculi d'energia nova hè diventata una strada essenziale per u sviluppu di l'industria.
In 2016, a Società di l'Ingenieria di l'Automobile di China hà publicatu u "Mappa di Strada di Tecnulugia di Veiculu di l'Energia è di a Nova Energia", chì hà pianificatu fatturi cum'è u cunsumu d'energia, a gamma di crociera è i materiali di fabricazione per i veiculi d'energia nova da 2020 à 2030. Lightweighting serà una direzzione chjave. per u sviluppu futuru di veiculi d'energia nova. Lightweighting pò aumentà a gamma di crociera è affruntà "l'ansietà di gamma" in i veiculi d'energia nova. Cù a crescente dumanda di una gamma di crociera allargata, a lightweighting di l'automobile diventa urgente, è a vendita di novi veiculi di energia hè cresciutu significativamente in l'ultimi anni. Sicondu i requisiti di u sistema di puntuazione è u "Piano di Sviluppu à Mediu à Longu-Term per l'Industria di l'Automobile", hè stimatu chì da u 2025, a vendita di i veiculi d'energia nova da a Cina supererà 6 milioni di unità, cù una crescita annuale cumposta. tassu chì supera u 38%.
2.Aluminum Alloy Caratteristiche è Applicazioni
2.1 Caratteristiche di l'Aluminium Alloy
A densità di l'aluminiu hè un terzu di quella di l'azzaru, facendu più ligera. Hà una forza specifica più alta, una bona capacità di estrusione, una forte resistenza à a corrosione è una alta riciclabilità. L'aliaghji d'aluminiu sò carattarizati da esse cumposti principarmenti di magnesiu, chì mostranu una bona resistenza à u calore, boni proprietà di saldatura, una bona forza di fatigue, incapacità à esse rinfurzata da u trattamentu termale, è a capacità di aumentà a forza per u travagliu à friddu. A serie 6 hè carattarizata da esse composta principalmente di magnesiu è siliciu, cù Mg2Si cum'è a fase di rinfurzà principale. I ligami più utilizati in questa categuria sò 6063, 6061 è 6005A. A piastra d'aluminiu 5052 hè una piastra d'aluminiu in lega di serie AL-Mg, cù u magnesiu cum'è l'elementu di lega principale. Hè a lega d'aluminiu anti-ruggina più usata. Questa lega hà una forza alta, una forza di fatigue alta, una bona plasticità è una resistenza à a corrosione, ùn pò micca esse rinfurzata da u trattamentu termale, hà una bona plasticità in l'indurimentu di u travagliu semi-frid, a plasticità bassa in l'endurimentu di u travagliu à u friddu, una bona resistenza à a corrosione è e boni proprietà di saldatura. Hè principarmenti utilizatu per cumpunenti cum'è pannelli laterali, coperchi di tettu, è pannelli di porte. A lega d'aluminiu 6063 hè una lega di rinfurzà termotrattata in a serie AL-Mg-Si, cù magnesiu è siliciu cum'è elementi di lega principali. Hè un prufilu di lega d'aluminiu di rinfurzà termicamente cù forza media, principarmenti utilizatu in cumpunenti strutturali cum'è colonne è pannelli laterali per purtà a forza. Una introduzione à i qualità di l'aliaghji d'aluminiu hè mostrata in a Tabella 1.
2.2 L'estrusione hè un Metudu di Formazione Importante di Alloy d'Aluminium
L'estrusione di lega d'aluminiu hè un metudu di formatura à caldu, è tuttu u prucessu di produzzione implica a furmazione di lega d'aluminiu sottu stress compressive tri-way. U prucessu di pruduzzione tutale pò esse discrittu cusì: a. L'aluminiu è l'altri alliati sò fusi è fusi in i billetti d'alea d'aluminiu necessariu; b. I billets preheated sò messi in l'equipaggiu di extrusion per l'extrusion. Sutta l'azzione di u cilindru principale, u billet d'alea d'aluminiu hè furmatu in i profili necessarii attraversu a cavità di u moldu; c. Per migliurà e proprietà meccaniche di i profili d'aluminiu, u trattamentu di suluzione hè realizatu durante o dopu l'estrusione, seguitu da u trattamentu di l'anziane. E proprietà meccaniche dopu à u trattamentu di l'invechjamentu varienu sicondu i diversi materiali è i regimi di anziane. U statutu di trattamentu termicu di i profili di camion in scatula hè mostratu in a Tabella 2.
I prudutti d'estrusione in lega d'aluminiu anu parechji vantaghji annantu à altri metudi di furmazione:
a. Durante l'estrusione, u metale extrusionatu ottene un stress di compressione tridirezionale più forte è più uniforme in a zona di deformazione cà u rolling è a forgiatura, cusì pò ghjucà cumplettamente a plasticità di u metallu processatu. Pò esse usatu per processà metalli difficiuli di deformazione chì ùn ponu micca esse processati per rotulamentu o forgiatura è pò esse usatu per fà diversi cumpunenti cumplessi di sezione trasversale cava o solida.
b. Perchè a geometria di profili d'aluminiu pò esse variata, i so cumpunenti anu una alta rigidità, chì ponu migliurà a rigidità di u corpu di u veiculu, riduce e so caratteristiche NVH, è migliurà e caratteristiche di cuntrollu dinamicu di u veiculu.
c. I prudutti cù l'efficienza di estrusione, dopu à l'astinenza è l'anziane, anu una forza longitudinale significativamente più alta (R, Raz) cà i prudutti processati da altri metudi.
d. A superficia di i prudutti dopu l'estrusione hà un bonu culore è una bona resistenza à a corrosione, eliminendu a necessità di un altru trattamentu di superficia anticorrosione.
e. U prucessu di estrusione hà una grande flessibilità, bassi costi di utensili è di stampi, è bassi costi di cambiamentu di disignu.
f. A causa di a cuntrullabilità di e sezioni trasversali di profili d'aluminiu, u gradu di integrazione di cumpunenti pò esse aumentatu, u numeru di cumpunenti pò esse ridutta, è diversi disinni di sezioni trasversali ponu ottene un posizionamentu precisu di saldatura.
U paragone di prestazioni trà i profili d'aluminiu extrusionatu per i camioni di tippu di scatula è l'acciaio di carbone pianu hè mostratu in a Tabella 3.
Prossima Direzzione di Sviluppu di Profili in Lega d'Aluminiu per Camion Box-Tipu: Migliurà ancu a forza di u prufilu è rinfurzà a prestazione di estrusione. A direzzione di ricerca di novi materiali per profili di lega d'aluminiu per i camioni di scatula hè mostrata in Figura 1.
3.Aluminum Alloy Box Truck Structure, Analysis di forza, è Verification
3.1 Struttura di Camion di Scatola d'Aluminium Alloy
U cuntainer di camion box hè principalmente custituitu da l'assemblea di u pannellu frontale, l'assemblea di u pannellu laterale left è right, l'assemblea di u pannellu laterale di a porta posteriore, l'assemblea di u pianu, l'assemblea di u tettu, è ancu di bulloni in forma di U, guardii laterali, guardii posteriori, parafanghi è altri accessori. cunnessu à u chassis di seconda classe. I travi, i pilastri, i travi laterali è i pannelli di e porte di u corpu di scatula sò fatti di profili estrusi in lega d'aluminiu, mentre chì i pannelli di pavimentu è di u tettu sò fatti di 5052 piastre d'alia d'aluminiu. A struttura di u camion di scatula in lega d'aluminiu hè mostrata in Figura 2.
Aduprendu u prucessu di estrusione calda di l'alea d'aluminiu di a serie 6 pò furmà sezioni trasversali cavi cumplessi, un disignu di profili d'aluminiu cù sezioni trasversali cumplessi pò salvà materiali, risponde à i requisiti di forza è rigidità di u produttu, è risponde à i requisiti di cunnessione mutuale trà. diversi cumpunenti. Dunque, a struttura di u disignu di u fasciu principale è i mumenti seccionali d'inerzia I è i mumenti resistenti W sò mostrati in Figura 3.
Una comparazione di i dati principali in a Tabella 4 mostra chì i mumenti seccionali d'inerzia è i mumenti resistenti di u prufilu d'aluminiu cuncepitu sò megliu cà i dati currispundenti di u prufilu di fasciu di ferru. I dati di coefficienti di rigidità sò quasi uguali à quelli di u prufilu di fasciu di ferru currispondente, è tutti rispondenu à i requisiti di deformazione.
3.2 Càlculu di Stress Massimu
Pigliendu u cumpunente portante chjave, a traversa, cum'è l'ughjettu, u stress massimu hè calculatu. A carica nominali hè di 1,5 t, è a traversa hè fatta di un prufilu d'aleatu d'aluminiu 6063-T6 cù pruprietà meccanica cum'è mostra in a Table 5. U fasciu hè simplificatu cum'è una struttura cantilever per u calculu di forza, cum'è mostra in Figura 4.
Pigliendu un fasciu di span 344mm, a carica di compressione nantu à u fasciu hè calculata cum'è F = 3757 N basatu nantu à 4.5t, chì hè trè volte a carica statica standard. q=F/L
induve q hè a tensione interna di u fasciu sottu a carica, N/mm; F hè a carica purtata da u fasciu, calculata basatu annantu à 3 volte a carica statica standard, chì hè 4,5 t; L hè a lunghezza di u fasciu, mm.
Dunque, u stress internu q hè:
A formula di calculu di stress hè a siguenti:
U mumentu massimu hè:
Pigliendu u valore assolutu di u mumentu, M = 274283 N·mm, u sforzu massimu σ=M/(1.05×w)=18.78 MPa, è u valore di tensione massima σ<215 MPa, chì risponde à i requisiti.
3.3 Caratteristiche di cunnessione di varii cumpunenti
A lega d'aluminiu hà proprietà di saldatura poveri, è a so forza di u puntu di saldatura hè solu 60% di a forza di u materiale di basa. A causa di a cupertura di una capa di Al2O3 nantu à a superficia di l'alia di aluminiu, u puntu di fusione di Al2O3 hè altu, mentre chì u puntu di fusione di l'aluminiu hè bassu. Quandu l'alea d'aluminiu hè saldata, l'Al2O3 nantu à a superficia deve esse rapidamente rottu per eseguisce a saldatura. À u listessu tempu, u residuu di Al2O3 ferma in a suluzione di l'alia d'aluminiu, affettendu a struttura di l'alia d'aluminiu è riducendu a forza di u puntu di saldatura di l'alia d'aluminiu. Dunque, quandu si cuncepisce un containeru d'aluminiu, queste caratteristiche sò cunsiderate cumpletamente. A saldatura hè u metudu di pusizioni principali, è i cumpunenti principali di carichi sò cunnessi da bulloni. Cunnessioni cum'è a rivettatura è a struttura di coda di rondine sò mostrati in Figure 5 è 6.
A struttura principale di u corpu di scatula all-aluminiu adopra una struttura cù travi orizontali, pilastri verticali, travi laterali è travi di bordu intrecciati l'una cù l'altri. Ci hè quattru punti di cunnessione trà ogni fasciu horizontale è pilastru verticale. I punti di cunnessione sò dotati di guarnizioni serrate per maglia cù u bordu serratu di u fasciu horizontale, impediscendu efficacemente u sliding. L'ottu punti d'angulu sò principarmenti cunnessi da inserti di core in acciaio, fissati cù bulloni è rivets autobloccanti, è rinfurzati da piastre d'aluminiu triangulare 5mm saldate in a scatula per rinfurzà e pusizioni d'angulu internu. L'aspettu esternu di a scatula ùn hà micca punti di cunnessione di saldatura o esposti, assicurendu l'aspettu generale di a scatula.
3.4 Tecnulugia di l'Ingenieria Sincronu SE
Tecnulugia di ingegneria sincrona SE hè aduprata à risolve i prublemi causati da grandi deviazioni di dimensioni accumulate per cumpunenti cumminenti in u corpu di scatula è e difficultà à truvà e cause di lacune è fiaschi flatness. Per mezu di l'analisi CAE (vede a Figura 7-8), un analisi di paragone hè realizatu cù corpi di scatula fatti di ferru per verificà a forza generale è a rigidità di u corpu di scatula, truvà punti debuli, è piglià misure per ottimisà è migliurà u schema di cuncepimentu in modu più efficace. .
Effettu 4.Lightweighting di Alluminum Alloy Box Truck
In più di u corpu di scatula, legami d'aluminiu ponu esse aduprati per rimpiazzà l'azzaru per diversi cumpunenti di cuntenituri di camion di tippu scatula, cum'è parafanghi, guardii posteriori, guardii laterali, serrature di porte, cerniere di porte è bordi di grembiule posteriore, ottenendu una riduzione di pesu. da 30% à 40% per u compartmentu di carica. L'effettu di riduzzione di pesu per un containeru vacante di 4080mm × 2300mm × 2200mm hè mostratu in a Tabella 6. Questu risolve fundamentalmente i prublemi di pesu eccessivu, non-cunformità cù l'annunzii, è i risichi regulatori di i compartimenti di carica tradiziunali di ferru.
Sustituendu l'acciaio tradiziunale cù leghe d'aluminiu per i cumpunenti di l'automobile, ùn solu pò esse ottenuti eccellenti effetti di lightweighting, ma pò ancu cuntribuisce à u risparmiu di carburante, a riduzzione di emissioni è u rendiment di u veiculu megliu. Attualmente, ci sò parechje opinioni nantu à a cuntribuzione di a lightweighting à u risparmiu di carburante. I risultati di ricerca di l'Istitutu Internaziunale di l'Aluminium sò mostrati in a Figura 9. Ogni 10% di riduzione di u pesu di u veiculu pò riduce u cunsumu di carburante da 6% à 8%. Basatu nantu à statistiche domestiche, riducendu u pesu di ogni vittura di passageru da 100 kg pò riduce u cunsumu di carburante da 0,4 L / 100 km. A cuntribuzione di lightweighting à u risparmiu di carburante hè basatu annantu à i risultati ottenuti da diversi metudi di ricerca, cusì ci hè una certa variazione. In ogni casu, a lightweighting di l'automobile hà un impattu significativu in a riduzione di u cunsumu di carburante.
Per i veiculi elettrici, l'effettu di lightweighting hè ancu più pronunzianu. Attualmente, a densità di l'energia unità di e batterie di l'energia di i veiculi elettrici hè significativamente sfarente da quella di i veiculi tradiziunali di carburante liquidu. U pesu di u sistema di putenza (cumpresa a bateria) di i veiculi elettrici spessu conta da 20% à 30% di u pesu tutale di u veiculu. Simultaneamente, sfondà u collu di buttiglia di rendiment di e batterie hè una sfida mundiale. Prima chì ci hè un grande sfondate in a tecnulugia di batterie d'altu rendiment, a lightweighting hè un modu efficace per migliurà a gamma di cruciera di i veiculi elettrici. Per ogni riduzzione di pesu di 100 kg, a gamma di crociera di i veiculi elettrici pò esse aumentata da 6% à 11% (a relazione trà a riduzione di pesu è a gamma di crociera hè mostrata in Figura 10). Attualmente, a gamma di cruciera di i veiculi elettrici puri ùn pò micca risponde à i bisogni di a maiò parte di a ghjente, ma riducendu u pesu da una certa quantità pò migliurà significativamente a gamma di cruciera, allentendu l'ansietà di gamma è migliurà l'esperienza di l'utilizatore.
5.Conclusioni
In più di a struttura tutta d'aluminiu di u camion di scatula d'aluminiu introduttu in questu articulu, ci sò parechji tippi di camioni di scatula, cum'è pannelli di favo d'aluminiu, piastre di fibbia d'aluminiu, frames d'aluminiu + pelle d'aluminiu, è cuntenituri di carica hibridi di ferru-aluminiu. . Hanu i vantaghji di u pesu ligeru, una forza specifica alta è una bona resistenza à a corrosione, è ùn anu micca bisognu di pittura elettroforetica per a prutezzione di a corrosione, riducendu l'impattu ambientale di pittura elettroforetica. U camion di scatula in lega d'aluminiu risolve fundamentalmente i prublemi di pesu eccessivu, non-cunformità cù l'annunzii, è i risichi regulatori di i compartimenti di carica tradiziunali di ferru.
L'estrusione hè un metudu di trasfurmazione essenziale per l'aliaghji d'aluminiu, è i profili d'aluminiu anu proprietà meccaniche eccellenti, cusì a rigidità di a sezione di cumpunenti hè relativamente alta. A causa di a sezione trasversale variabile, ligami d'aluminiu ponu ottene a cumminazione di funzioni multiple di cumpunenti, facendu un bonu materiale per a lightweighting di l'automobile. Tuttavia, l'applicazione generalizata di leghe d'aluminiu face sfide cum'è una capacità di cuncepimentu insufficiente per i compartimenti di carica in lega d'aluminiu, prublemi di furmazione è di saldatura, è alti costi di sviluppu è di prumuzione per i novi prudutti. U mutivu principale hè sempre chì l'alia d'aluminiu custa più di l'azzaru prima chì l'ecologia di riciclamentu di l'aliati d'aluminiu diventa maturu.
In cunclusioni, u scopu di l'applicazione di leghe d'aluminiu in l'automobile diventerà più largu, è u so usu cuntinuerà à aumentà. In i tendenzi attuali di risparmiu d'energia, riduzzione di emissioni, è u sviluppu di a nova industria di i veiculi energetichi, cù a cunniscenza approfondita di e proprietà di l'alia d'aluminiu è e suluzioni efficaci à i prublemi di l'applicazione di l'alia d'aluminiu, i materiali di estrusione d'aluminiu seranu più largamente utilizati in l'automotive lightweighting.
Editatu da May Jiang da MAT Aluminium
Tempu di post: 12-Jan-2024
