Введение
С развитием автомобильной промышленности рынок ударных балок из алюминиевого сплава также быстро растет, хотя все еще относительно невелик по общему размеру. Согласно прогнозу Альянса инноваций в области легких автомобильных технологий для китайского рынка ударных балок из алюминиевого сплава, к 2025 году рыночный спрос оценивается примерно в 140 000 тонн, а размер рынка, как ожидается, достигнет 4,8 млрд юаней. К 2030 году рыночный спрос, по прогнозам, составит приблизительно 220 000 тонн, с предполагаемым размером рынка в 7,7 млрд юаней и совокупным годовым темпом роста около 13%. Тенденция к развитию облегчения и быстрый рост моделей транспортных средств среднего и высокого класса являются важными движущими факторами для развития ударных балок из алюминиевого сплава в Китае. Перспективы рынка автомобильных краш-боксов для ударных балок многообещающие.
По мере снижения стоимости и развития технологий, лобовые противоударные балки и краш-боксы из алюминиевого сплава постепенно становятся всё более распространёнными. В настоящее время они используются в автомобилях среднего и высшего 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, краш-боксов, монтажных оснований и втулок буксировочных крюков, как показано на рисунке 1.
Рисунок 1: Ударная балка из алюминиевого сплава
Защитный короб представляет собой металлический короб, расположенный между ударной балкой и двумя продольными балками транспортного средства, который, по сути, служит энергопоглощающим контейнером. Эта энергия относится к силе удара. При столкновении автомобиля ударная балка обладает определённой способностью поглощать энергию. Однако, если энергия превышает её возможности, она передаёт её в защитный короб. Защитный короб поглощает всю силу удара и деформируется, обеспечивая целостность продольных балок.
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 Crash Box:
Вдоль оси X транспортного средства, используя поверхность столкновения, превышающую поперечное сечение изделия, нагружайте со скоростью 100 мм/мин до смятия, степень сжатия должна составлять 70%. Начальная длина профиля составляет 300 мм. В месте соединения ребра жесткости с наружной стенкой трещины должны быть менее 15 мм, чтобы считаться приемлемыми. Необходимо убедиться, что допустимое количество трещин не снижает энергопоглощающую способность профиля, а в других зонах после смятия не должно быть значительных трещин.
2 Подход к разработке
Для одновременного удовлетворения требований к механическим характеристикам и производительности дробления подход к разработке заключается в следующем:
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.
Примените 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 прессования 36. Используемый материал - гомогенизированный алюминиевый пруток 6063B. Температуры нагрева алюминиевого прутка следующие: IV зона 450 - III зона 470 - II зона 490 - I зона 500. Давление прорыва главного цилиндра составляет около 210 бар, при этом стабильная фаза прессования имеет давление прессования близкое к 180 бар. Скорость вращения вала пресса составляет 2,5 мм/с, а скорость прессования профиля - 5,3 м/мин. Температура на выходе пресса составляет 500-540 °C. Закалка осуществляется воздушным охлаждением с мощностью левого вентилятора 100%, среднего вентилятора - 100%, правого вентилятора - 50%. Средняя скорость охлаждения в зоне закалки достигает 300–350 °C/мин, а температура после выхода из зоны закалки – 60–180 °C. При закалке в тумановоздушной среде средняя скорость охлаждения в зоне нагрева достигает 430–480 °C/мин, а температура после выхода из зоны закалки – 50–70 °C. Профиль не имеет существенного изгиба.
3.2 Старение
После процесса старения T6 при температуре 185°C в течение 6 часов твердость и механические свойства материала следующие:
В результате процесса старения Т7 при температуре 210 °С в течение 6 и 8 часов твердость и механические свойства материала следующие:
На основании данных испытаний, метод закалки в тумане и на воздухе в сочетании с процессом старения при 210 °C/6 ч соответствует требованиям как к механическим свойствам, так и к испытаниям на раздавливание. С учетом экономической эффективности для производства были выбраны метод закалки в тумане и на воздухе в сочетании с процессом старения при 210 °C/6 ч, что соответствует требованиям к продукту.
3.3 Испытание на раздавливание
Для второго и третьего стержней головной конец обрезается на 1,5 м, а хвостовой конец - на 1,2 м. Из головной, средней и хвостовой частей отбираются 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 нагружения 100 мм/мин с величиной сжатия 70%. Результаты следующие: для закалки в тумане + на воздухе 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.
По результатам испытаний на раздавливание закалка в тумане + на воздухе 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 всесторонних испытаний было установлено, что состояние материала для изготовления краш-бокса должно соответствовать классу прочности 6063-T7, метод закалки — туман + воздушное охлаждение, а процесс старения при температуре 210 °C/6 ч является наилучшим выбором для экструзии алюминиевых прутков с диапазоном температур 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 мая 2024 г.
