Uvod
S razvojem automobilske industrije, tržište udarnih greda od aluminijskih legura također brzo raste, iako je još uvijek relativno malo u ukupnoj veličini. Prema prognozi Automotive Lightweight Technology Innovation Alliance za kinesko tržište udarnih greda od aluminijskih legura, do 2025. procjenjuje se da će tržišna potražnja iznositi oko 140 000 tona, a očekuje se da će veličina tržišta dosegnuti 4,8 milijardi RMB. Predviđa se da će do 2030. tržišna potražnja iznositi približno 220 000 tona, s procijenjenom veličinom tržišta od 7,7 milijardi RMB i ukupnom godišnjom stopom rasta od oko 13%. Razvojni trend smanjenja težine i brzi rast modela vozila srednje i visoke klase važni su pokretački čimbenici za razvoj udarnih greda od aluminijskih legura u Kini. Tržišni izgledi za automobilske kutije za udarne zrake su obećavajući.
Kako se troškovi smanjuju i tehnologija napreduje, prednje udarne grede i kutije od aluminijske legure postupno postaju sve raširenije. Trenutno se koriste u modelima vozila srednje i visoke klase kao što su Audi A3, Audi A4L, BMW serije 3, BMW X1, Mercedes-Benz C260, Honda CR-V, Toyota RAV4, Buick Regal i Buick LaCrosse.
Udarne grede od aluminijske legure uglavnom se sastoje od udarnih poprečnih greda, kutija za sudare, montažnih osnovnih ploča i rukavaca kuke za vuču, kao što je prikazano na slici 1.
Slika 1: Sklop udarne grede od legure aluminija
Crash box je metalna kutija koja se nalazi između udarne grede i dvije uzdužne grede vozila, a u biti služi kao spremnik za upijanje energije. Ova energija se odnosi na snagu udarca. Kada vozilo doživi sudar, udarna zraka ima određeni stupanj sposobnosti apsorpcije energije. Međutim, ako energija premašuje kapacitet udarne zrake, ona će prenijeti energiju na kutiju sudara. Crash box apsorbira svu silu udarca i sam se deformira, osiguravajući da uzdužne grede ostanu neoštećene.
1 Zahtjevi za proizvod
1.1 Dimenzije moraju biti u skladu sa zahtjevima tolerancije crteža, kao što je prikazano na slici 2.
1.3 Zahtjevi mehaničkih performansi:
Vlačna čvrstoća: ≥215 MPa
Granica razvlačenja: ≥205 MPa
Istezanje A50: ≥10%
1.4 Učinkovitost drobljenja Crash Box-a:
Uzduž X-osi vozila, koristeći površinu sudara veću od poprečnog presjeka proizvoda, opterećujte brzinom od 100 mm/min do drobljenja, sa stupnjem kompresije od 70%. Početna duljina profila je 300 mm. Na spoju armaturnog rebra i vanjskog zida pukotine bi trebale biti manje od 15 mm da bi se smatrale prihvatljivima. Treba osigurati da dopušteno pucanje ne ugrozi sposobnost apsorpcije energije drobljenja profila i ne bi trebalo biti značajnih pukotina na drugim područjima nakon drobljenja.
2 Razvojni pristup
Kako bi se istovremeno zadovoljili zahtjevi mehaničkih performansi i performansi drobljenja, razvojni pristup je sljedeći:
Koristite šipku 6063B sa sastavom primarne legure od Si 0,38-0,41% i Mg 0,53-0,60%.
Provedite kaljenje zrakom i umjetno starenje kako biste postigli stanje T6.
Upotrijebite gašenje maglom + zrakom i provedite tretman prekomjernog starenja kako biste postigli stanje T7.
3 Pilot proizvodnja
3.1 Uvjeti ekstruzije
Proizvodnja se odvija na ekstruzijskoj preši 2000T s omjerom ekstruzije 36. Materijal koji se koristi je homogenizirana aluminijska šipka 6063B. Temperature zagrijavanja aluminijske šipke su sljedeće: IV zona 450-III zona 470-II zona 490-1 zona 500. Tlak proboja glavnog cilindra je oko 210 bara, sa stabilnom fazom ekstruzije koja ima tlak ekstruzije blizu 180 bara . Brzina osovine za istiskivanje je 2,5 mm/s, a brzina istiskivanja profila je 5,3 m/min. Temperatura na izlazu iz ekstruzije je 500-540°C. Kaljenje se provodi pomoću hlađenja zrakom sa snagom lijevog ventilatora na 100%, snagom srednjeg ventilatora na 100% i snagom desnog ventilatora na 50%. Prosječna brzina hlađenja unutar zone kaljenja doseže 300-350°C/min, a temperatura nakon izlaska iz zone kaljenja je 60-180°C. Za gašenje maglom + zrakom, prosječna brzina hlađenja unutar zone grijanja doseže 430-480°C/min, a temperatura nakon izlaska iz zone gašenja je 50-70°C. Profil ne pokazuje značajno savijanje.
3.2 Starenje
Nakon procesa starenja T6 na 185°C tijekom 6 sati, tvrdoća materijala i mehanička svojstva su sljedeća:
Prema procesu starenja T7 na 210°C tijekom 6 sati i 8 sati, tvrdoća materijala i mehanička svojstva su sljedeća:
Na temelju podataka o ispitivanju, metoda gašenja maglom + zrakom, u kombinaciji s postupkom starenja na 210°C/6h, ispunjava zahtjeve i za mehaničku izvedbu i za ispitivanje drobljenja. S obzirom na ekonomičnost, za proizvodnju su odabrani postupak kaljenja maglom + zrakom i proces starenja na 210°C/6h kako bi se zadovoljili zahtjevi proizvoda.
3.3 Ispitivanje gnječenjem
Za drugu i treću šipku, vrh glave je odrezan za 1,5 m, a kraj repa za 1,2 m. Uzimaju se po dva uzorka iz glave, sredine i repa, duljine 300 mm. Testovi drobljenja provode se nakon starenja na 185°C/6h i 210°C/6h i 8h (podaci o mehaničkim performansama kao što je gore navedeno) na univerzalnom stroju za ispitivanje materijala. Ispitivanja se provode pri brzini opterećenja od 100 mm/min uz stupanj kompresije od 70%. Rezultati su sljedeći: za kaljenje maglicom + zrakom s procesima starenja na 210°C/6h i 8h, testovi drobljenja zadovoljavaju zahtjeve, kao što je prikazano na slici 3-2, dok uzorci kaljeni zrakom pokazuju pucanje za sve procese starenja .
Na temelju rezultata testa drobljenja, kaljenje maglicom + zrakom s procesima starenja na 210°C/6h i 8h ispunjava zahtjeve kupca.
4 Zaključak
Optimizacija procesa kaljenja i starenja ključna je za uspješan razvoj proizvoda i pruža idealno procesno rješenje za proizvod crash box.
Opsežnim testiranjem utvrđeno je da bi stanje materijala za proizvod crash box trebalo biti 6063-T7, metoda kaljenja je magla + zračno hlađenje, a proces starenja na 210°C/6h najbolji je izbor za ekstrudiranje aluminijskih šipki s temperaturama u rasponu od 480-500°C, brzinom ekstruzijske osovine od 2,5 mm/s, temperaturom ekstruzijske matrice od 480°C i izlaznom temperaturom ekstruzije od 500-540°C.
Uredio May Jiang iz MAT Aluminiuma
Vrijeme objave: 7. svibnja 2024
