Введение
С развитием автомобильной промышленности рынок ударных балок из алюминиевого сплава также быстро растет, хотя по-прежнему относительно невелик по общему размеру. Согласно прогнозу Альянса инноваций в области легковесных технологий в области автомобилестроения для китайского рынка ударных балок из алюминиевого сплава, к 2025 году спрос на рынке оценивается примерно в 140 000 тонн, а размер рынка, как ожидается, достигнет 4,8 млрд юаней. К 2030 году спрос на рынке, как ожидается, составит примерно 220 000 тонн, при предполагаемом размере рынка 7,7 млрд юаней и совокупном годовом темпе роста около 13%. Тенденция к развитию облегчения веса и быстрый рост моделей транспортных средств среднего и высокого класса являются важными движущими факторами для разработки ударных балок из алюминиевого сплава в Китае. Перспективы рынка автомобильных ударных балочных краш-боксов многообещающие.
По мере снижения затрат и развития технологий все более распространенными становятся передние противоударные балки и краш-боксы из алюминиевого сплава. В настоящее время они используются в моделях автомобилей среднего и высокого класса, таких как Audi A3, Audi A4L, BMW 3 серии, BMW X1, Mercedes-Benz C260, Honda CR-V, Toyota RAV4, Buick Regal и Buick LaCrosse.
Ударные балки из алюминиевого сплава в основном состоят из ударных поперечин, защитных коробов, монтажных опорных плит и втулок буксировочных крюков, как показано на рисунке 1.
Рисунок 1: Сборка ударной балки из алюминиевого сплава
Crash box — это металлический ящик, расположенный между ударной балкой и двумя продольными балками транспортного средства, по сути, служащий энергопоглощающим контейнером. Эта энергия относится к силе удара. Когда транспортное средство сталкивается, ударная балка имеет определенную степень способности поглощать энергию. Однако, если энергия превышает возможности ударной балки, она передаст энергию в crash box. Crash box поглощает всю силу удара и деформируется, гарантируя, что продольные балки останутся неповрежденными.
1 Требования к продукту
1.1 Размеры должны соответствовать требованиям допусков чертежа, как показано на рисунке 2.
1.3 Требования к механическим характеристикам:
Прочность на растяжение: ≥215 МПа
Предел текучести: ≥205 МПа
Удлинение А50: ≥10%
1.4 Эффективность дробления краш-бокса:
Вдоль оси X транспортного средства, используя поверхность столкновения, большую, чем поперечное сечение изделия, нагружайте со скоростью 100 мм/мин до смятия, с величиной сжатия 70%. Начальная длина профиля составляет 300 мм. На стыке ребра жесткости и внешней стенки трещины должны быть менее 15 мм, чтобы считаться приемлемыми. Следует убедиться, что допустимое растрескивание не ставит под угрозу способность профиля поглощать энергию смятия, и не должно быть значительных трещин в других областях после смятия.
2 Подход к разработке
Для одновременного удовлетворения требований по механическим характеристикам и производительности дробления подход к разработке следующий:
Используйте пруток 6063B с основным составом сплава Si 0,38–0,41% и Mg 0,53–0,60%.
Выполнить закалку на воздухе и искусственное старение для достижения состояния Т6.
Используйте закалку туманом + воздухом и проведите обработку старением для достижения состояния Т7.
3 Опытное производство
3.1 Условия экструзии
Производство осуществляется на экструзионном прессе 2000T с коэффициентом экструзии 36. Используемый материал - гомогенизированный алюминиевый пруток 6063B. Температуры нагрева алюминиевого прутка следующие: IV зона 450 - III зона 470 - II зона 490 - 1 зона 500. Давление прорыва главного цилиндра составляет около 210 бар, при этом стабильная фаза экструзии имеет давление экструзии, близкое к 180 бар. Скорость экструзионного вала составляет 2,5 мм/с, а скорость экструзии профиля - 5,3 м/мин. Температура на выходе экструзии составляет 500-540 °C. Закалка производится с использованием воздушного охлаждения при мощности левого вентилятора 100%, среднего вентилятора - 100% и правого вентилятора - 50%. Средняя скорость охлаждения в зоне закалки достигает 300-350°С/мин, а температура после выхода из зоны закалки составляет 60-180°С. При закалке туманом + воздухом средняя скорость охлаждения в зоне нагрева достигает 430-480°С/мин, а температура после выхода из зоны закалки составляет 50-70°С. Профиль не демонстрирует существенного изгиба.
3.2 Старение
После процесса старения T6 при температуре 185°C в течение 6 часов твердость и механические свойства материала следующие:
Согласно процессу старения T7 при температуре 210°C в течение 6 часов и 8 часов, твердость и механические свойства материала следующие:
На основании данных испытаний, метод закалки туманом + воздухом в сочетании с процессом старения 210°C/6 ч соответствует требованиям как по механическим характеристикам, так и по испытаниям на раздавливание. Учитывая экономическую эффективность, метод закалки туманом + воздухом и процесс старения 210°C/6 ч были выбраны для производства, чтобы удовлетворить требованиям продукта.
3.3 Испытание на раздавливание
Для второго и третьего стержней головной конец обрезается на 1,5 м, а хвостовой конец обрезается на 1,2 м. Из головной, средней и хвостовой частей отбираются по два образца длиной 300 мм. Испытания на раздавливание проводятся после старения при 185 °C/6 ч и 210 °C/6 ч и 8 ч (данные о механических характеристиках указаны выше) на универсальной испытательной машине для материалов. Испытания проводятся при скорости нагрузки 100 мм/мин с величиной сжатия 70%. Результаты следующие: для закалки туманом + воздухом с процессами старения 210 °C/6 ч и 8 ч испытания на раздавливание соответствуют требованиям, как показано на рисунке 3-2, в то время как образцы, закаленные на воздухе, демонстрируют растрескивание для всех процессов старения.
На основании результатов испытаний на раздавливание закалка туманом + воздухом с процессами старения 210°C/6 ч и 8 ч соответствует требованиям заказчика.
4 Заключение
Оптимизация процессов закалки и старения имеет решающее значение для успешной разработки продукта и обеспечивает идеальное технологическое решение для продукта Crash Box.
В результате обширных испытаний было установлено, что материалом для изготовления краш-бокса должно быть состояние 6063-T7, метод закалки — туман + воздушное охлаждение, а процесс старения при 210 °C/6 ч является наилучшим выбором для экструзии алюминиевых стержней с температурой в диапазоне 480–500 °C, скоростью экструзионного вала 2,5 мм/с, температурой экструзионной головки 480 °C и температурой на выходе экструзии 500–540 °C.
Под редакцией Мэй Цзян из MAT Aluminum
Время публикации: 07-05-2024
