1.Giriş
Otomotivin hafifletilmesi gelişmiş ülkelerde başladı ve başlangıçta geleneksel otomotiv devleri tarafından yönetildi. Sürekli gelişim ile önemli bir ivme kazanmıştır. Hintlilerin otomotiv krank milleri üretmek için ilk kez alüminyum alaşımı kullandığı zamandan, Audi'nin 1999'da tamamen alüminyum otomobillerin ilk seri üretimine kadar, alüminyum alaşımı, düşük yoğunluk, yüksek özgül mukavemet ve sertlik gibi avantajları nedeniyle otomotiv uygulamalarında güçlü bir büyüme gördü. iyi esneklik ve darbe direnci, yüksek geri dönüştürülebilirlik ve yüksek yenilenme oranı. 2015 yılı itibarıyla otomobillerde alüminyum alaşımının uygulama oranı halihazırda %35'i aşmıştı.
Çin'in otomotiv hafiflemesi 10 yıldan daha kısa bir süre önce başladı ve hem teknoloji hem de uygulama düzeyi Almanya, ABD ve Japonya gibi gelişmiş ülkelerin gerisinde kalıyor. Ancak yeni enerji araçlarının geliştirilmesiyle birlikte malzemenin hafifletilmesi hızla ilerlemektedir. Yeni enerji araçlarının yükselişinden yararlanan Çin'in otomotiv hafifletme teknolojisi, gelişmiş ülkeleri yakalama eğilimi gösteriyor.
Çin'in hafif malzeme pazarı çok geniştir. Bir yandan, yurtdışındaki gelişmiş ülkelerle karşılaştırıldığında Çin'in hafifleme teknolojisi geç başladı ve aracın toplam boş ağırlığı daha büyük. Yabancı ülkelerdeki hafif malzemelerin oranı göz önüne alındığında, Çin'de hala gelişme için geniş bir alan var. Öte yandan, politikalar doğrultusunda Çin'in yeni enerjili araç endüstrisinin hızlı gelişimi, hafif malzemelere olan talebi artıracak ve otomotiv şirketlerini hafifleştirmeye yönelmeye teşvik edecek.
Emisyon ve yakıt tüketimi standartlarının iyileştirilmesi, otomotivin hafifletilmesinin hızlanmasını zorluyor. Çin, 2020 yılında Çin VI emisyon standartlarını tam olarak uygulamaya koydu. “Binek Araçların Yakıt Tüketimine İlişkin Değerlendirme Yöntemi ve Göstergeleri” ile “Enerji Tasarrufu ve Yeni Enerji Araç Teknolojisi Yol Haritası”na göre 5,0 L/km yakıt tüketimi standardı. Motor teknolojisinde ve emisyonların azaltılmasında önemli atılımlar için sınırlı alan dikkate alındığında, hafif otomotiv bileşenlerine yönelik önlemlerin alınması, araç emisyonlarını ve yakıt tüketimini etkili bir şekilde azaltabilir. Yeni enerji araçlarının hafifletilmesi endüstrinin gelişimi için vazgeçilmez bir yol haline geldi.
2016 yılında Çin Otomotiv Mühendisliği Topluluğu, 2020'den 2030'a kadar yeni enerji araçlarına yönelik enerji tüketimi, seyir menzili ve üretim malzemeleri gibi faktörleri planlayan "Enerji Tasarrufu ve Yeni Enerji Araç Teknolojisi Yol Haritası"nı yayınladı. Hafiflik önemli bir yön olacaktır. yeni enerji araçlarının gelecekteki gelişimi için. Hafifleştirme, seyir menzilini artırabilir ve yeni enerjili araçlarda “menzil kaygısını” ortadan kaldırabilir. Genişletilmiş seyir menziline olan talebin artmasıyla birlikte, otomotivin hafifletilmesi acil hale geldi ve yeni enerji araçlarının satışları son yıllarda önemli ölçüde arttı. Puanlama sistemi ve “Otomotiv Endüstrisi için Orta-Uzun Vadeli Kalkınma Planı” gerekliliklerine göre, 2025 yılına kadar Çin'in yeni enerji araçları satışının yıllık bileşik büyümeyle 6 milyon adedi aşacağı tahmin ediliyor. oranı %38'i aşıyor.
2.Alüminyum Alaşım Özellikleri ve Uygulamaları
2.1 Alüminyum Alaşımının Özellikleri
Alüminyumun yoğunluğu çeliğin üçte biri kadar olduğundan daha hafiftir. Daha yüksek spesifik mukavemete, iyi ekstrüzyon kabiliyetine, güçlü korozyon direncine ve yüksek geri dönüştürülebilirliğe sahiptir. Alüminyum alaşımları, öncelikle magnezyumdan oluşması, iyi ısı direnci sergilemesi, iyi kaynaklanma özellikleri, iyi yorulma mukavemeti, ısıl işlemle güçlendirilememesi ve soğuk işlemle mukavemeti artırma yeteneği ile karakterize edilir. 6 serisinin özelliği, esas olarak magnezyum ve silikondan oluşması ve ana güçlendirme fazının Mg2Si olmasıdır. Bu kategoride en yaygın kullanılan alaşımlar 6063, 6061 ve 6005A'dır. 5052 alüminyum levha, ana alaşım elementi magnezyum olan AL-Mg serisi alaşımlı alüminyum levhadır. En yaygın kullanılan pas önleyici alüminyum alaşımıdır. Bu alaşım yüksek mukavemete, yüksek yorulma mukavemetine, iyi plastisiteye ve korozyon direncine sahiptir, ısıl işlemle güçlendirilemez, yarı soğuk iş sertleştirmesinde iyi plastikliğe, soğuk iş sertleştirmesinde düşük plastisiteye, iyi korozyon direncine ve iyi kaynak özelliklerine sahiptir. Esas olarak yan paneller, çatı kaplamaları ve kapı panelleri gibi bileşenler için kullanılır. 6063 alüminyum alaşımı, ana alaşım elementleri olarak magnezyum ve silikon içeren, AL-Mg-Si serisinde ısıl işlem görebilen güçlendirici bir alaşımdır. Esas olarak kolon ve yan panel gibi yapısal bileşenlerde mukavemet taşımak amacıyla kullanılan, orta mukavemetli, ısıl işlem görebilen, güçlendirici alüminyum alaşımlı profildir. Alüminyum alaşım kalitelerine giriş Tablo 1'de gösterilmektedir.
2.2 Ekstrüzyon, Alüminyum Alaşımının Önemli Bir Şekillendirme Yöntemidir
Alüminyum alaşımlı ekstrüzyon, sıcak şekillendirme yöntemidir ve tüm üretim süreci, üç yönlü basınç gerilimi altında alüminyum alaşımının oluşturulmasını içerir. Üretim sürecinin tamamı şu şekilde açıklanabilir: a. Alüminyum ve diğer alaşımlar eritilir ve gerekli alüminyum alaşımlı kütüklere dökülür; B. Önceden ısıtılmış kütükler ekstrüzyon için ekstrüzyon ekipmanına konur. Ana silindirin hareketi altında, alüminyum alaşımlı kütük, kalıbın boşluğundan gerekli profillere dönüştürülür; C. Alüminyum profillerin mekanik özelliklerini iyileştirmek için ekstrüzyon sırasında veya sonrasında çözelti işlemi yapılır ve ardından yaşlandırma işlemi yapılır. Yaşlandırma işlemi sonrası mekanik özellikler farklı malzemelere ve yaşlandırma rejimlerine göre değişiklik gösterir. Kutu tipi kamyon profillerinin ısıl işlem durumu Tablo 2’de gösterilmektedir.
Alüminyum alaşımlı ekstrüde ürünlerin diğer şekillendirme yöntemlerine göre birçok avantajı vardır:
A. Ekstrüzyon sırasında, ekstrüde edilmiş metal, deformasyon bölgesinde haddeleme ve dövmeye göre daha güçlü ve daha düzgün bir üç yönlü basınç gerilimi elde eder, böylece işlenmiş metalin plastisitesini tam olarak oynayabilir. Haddeleme veya dövme yoluyla işlenemeyen, deforme edilmesi zor metalleri işlemek için kullanılabilir ve çeşitli karmaşık içi boş veya katı kesitli bileşenlerin yapımında kullanılabilir.
B. Alüminyum profillerin geometrisi değiştirilebildiği için bileşenleri yüksek sertliğe sahiptir, bu da araç gövdesinin sağlamlığını artırabilir, NVH özelliklerini azaltabilir ve aracın dinamik kontrol özelliklerini geliştirebilir.
C. Ekstrüzyon verimliliğine sahip ürünler, su verme ve yaşlandırma sonrasında, diğer yöntemlerle işlenen ürünlere göre önemli ölçüde daha yüksek uzunlamasına mukavemete (R, Raz) sahiptir.
D. Ekstrüzyondan sonra ürünlerin yüzeyi iyi bir renge ve iyi bir korozyon direncine sahiptir, bu da diğer korozyon önleyici yüzey işlemlerine olan ihtiyacı ortadan kaldırır.
e. Ekstrüzyon prosesi büyük bir esnekliğe, düşük takım ve kalıp maliyetlerine ve düşük tasarım değişikliği maliyetlerine sahiptir.
F. Alüminyum profil kesitlerinin kontrol edilebilirliği sayesinde bileşen entegrasyon derecesi arttırılabilir, bileşen sayısı azaltılabilir ve farklı kesit tasarımları hassas kaynak konumlandırması sağlayabilir.
Kutu tipi kamyonlara yönelik ekstrüde alüminyum profiller ile düz karbon çeliği arasındaki performans karşılaştırması Tablo 3'te gösterilmektedir.
Kutu Tipi Kamyonlar için Alüminyum Alaşımlı Profillerin Sonraki Gelişim Yönü: Profil mukavemetinin daha da arttırılması ve ekstrüzyon performansının arttırılması. Kutu tipi kamyonlara yönelik alüminyum alaşımlı profiller için yeni malzemelerin araştırma yönü Şekil 1'de gösterilmektedir.
3.Alüminyum Alaşımlı Kutu Kamyon Yapısı, Mukavemet Analizi ve Doğrulaması
3.1 Alüminyum Alaşımlı Kutu Kamyon Yapısı
Kapalı kasa kamyon konteyneri temel olarak ön panel montajı, sol ve sağ yan panel montajı, arka kapı yan panel montajı, zemin montajı, çatı montajının yanı sıra U-şekilli cıvatalar, yan korumalar, arka korumalar, çamurluklar ve diğer aksesuarlardan oluşur. ikinci sınıf şasiye bağlı. Kutu gövde çapraz kirişleri, sütunları, yan kirişleri ve kapı panelleri alüminyum alaşımlı ekstrüzyon profillerden yapılırken, zemin ve tavan panelleri 5052 alüminyum alaşımlı düz plakalardan yapılmıştır. Alüminyum alaşımlı kapalı kasa kamyonun yapısı Şekil 2'de gösterilmektedir.
6 serisi alüminyum alaşımının sıcak ekstrüzyon işlemini kullanarak karmaşık içi boş kesitler oluşturabilir, karmaşık kesitlere sahip alüminyum profillerin tasarımı malzemelerden tasarruf edebilir, ürün mukavemeti ve sertliği gereksinimlerini karşılayabilir ve karşılıklı bağlantı gereksinimlerini karşılayabilir. çeşitli bileşenler. Bu nedenle, ana kiriş tasarım yapısı ve atalet I ve direnç momentleri W'nin kesit momentleri Şekil 3'te gösterilmektedir.
Tablo 4'teki ana verilerin karşılaştırılması, tasarlanan alüminyum profilin kesit atalet momentlerinin ve direnç momentlerinin, demirden yapılmış kiriş profilinin karşılık gelen verilerinden daha iyi olduğunu göstermektedir. Sertlik katsayısı verileri kabaca karşılık gelen demirden yapılmış kiriş profiliyle aynıdır ve tümü deformasyon gereksinimlerini karşılar.
3.2 Maksimum Gerilme Hesabı
Temel yük taşıyan bileşen olan çapraz kiriş nesne olarak alınarak maksimum gerilim hesaplanır. Nominal yük 1,5 t'dir ve çapraz kiriş, Tablo 5'te gösterildiği gibi mekanik özelliklere sahip 6063-T6 alüminyum alaşımlı profilden yapılmıştır. Kiriş, Şekil 4'te gösterildiği gibi kuvvet hesaplaması için konsol yapısı olarak basitleştirilmiştir.
344 mm açıklıklı bir kiriş alınarak kiriş üzerindeki basınç yükü, standart statik yükün üç katı olan 4,5t esas alınarak F=3757 N olarak hesaplanır. q=F/L
burada q kirişin yük altındaki iç gerilimidir, N/mm; F, 4,5 t olan standart statik yükün 3 katı temel alınarak hesaplanan, kirişin taşıdığı yüktür; L kirişin uzunluğudur, mm.
Bu nedenle iç stres q şu şekildedir:
Stres hesaplama formülü aşağıdaki gibidir:
Maksimum moment:
Momentin mutlak değeri M=274283 N·mm alındığında, maksimum gerilim σ=M/(1,05×w)=18,78 MPa ve maksimum gerilim değeri σ<215 MPa gereksinimleri karşılamaktadır.
3.3 Çeşitli Bileşenlerin Bağlantı Özellikleri
Alüminyum alaşımının kaynak özellikleri zayıftır ve kaynak noktası mukavemeti, temel malzeme mukavemetinin yalnızca %60'ıdır. Alüminyum alaşımının yüzeyinde Al2O3 tabakasının kaplanması nedeniyle Al2O3'ün erime noktası yüksek, alüminyumun erime noktası ise düşüktür. Alüminyum alaşımı kaynak yapıldığında kaynak yapılabilmesi için yüzeydeki Al2O3'ün hızlı bir şekilde kırılması gerekir. Aynı zamanda, Al2O3 kalıntısı alüminyum alaşımlı çözelti içinde kalacak, alüminyum alaşımlı yapıyı etkileyecek ve alüminyum alaşımlı kaynak noktasının mukavemetini azaltacaktır. Bu nedenle tamamı alüminyumdan yapılmış bir kap tasarlanırken bu özellikler tamamen dikkate alınır. Kaynak ana konumlandırma yöntemidir ve ana yük taşıyan bileşenler cıvatalarla bağlanır. Perçinleme ve kırlangıç kuyruğu yapısı gibi bağlantılar Şekil 5 ve 6'da gösterilmektedir.
Tamamen alüminyum kutu gövdenin ana yapısı, birbirine kenetlenen yatay kirişler, dikey sütunlar, yan kirişler ve kenar kirişlerinden oluşan bir yapıyı benimser. Her yatay kiriş ile dikey direk arasında dört bağlantı noktası bulunmaktadır. Bağlantı noktaları, yatay kirişin tırtıklı kenarı ile birleşerek kaymayı etkili bir şekilde önleyen tırtıklı contalarla donatılmıştır. Sekiz köşe noktası esas olarak çelik göbek uçları ile birbirine bağlanmış, cıvatalar ve kendinden kilitli perçinlerle sabitlenmiş ve köşe konumlarını dahili olarak güçlendirmek için kutunun içine kaynaklanmış 5 mm'lik üçgen alüminyum plakalarla güçlendirilmiştir. Kutunun dış görünümünde kaynak veya açıkta kalan bağlantı noktaları bulunmamakta olup kutunun genel görünümü sağlanmaktadır.
3.4 SE Senkron Mühendislik Teknolojisi
SE senkron mühendislik teknolojisi, kutu gövdedeki bileşenlerin eşleştirilmesinde biriken büyük boyut sapmalarının neden olduğu sorunları ve boşlukların ve düzlük hatalarının nedenlerinin bulunmasındaki zorlukları çözmek için kullanılır. CAE analizi aracılığıyla (bkz. Şekil 7-8), kutu gövdenin genel gücünü ve sertliğini kontrol etmek, zayıf noktaları bulmak ve tasarım şemasını daha etkili bir şekilde optimize etmek ve geliştirmek için önlemler almak üzere demirden yapılmış kutu gövdelerle bir karşılaştırma analizi gerçekleştirilir. .
4. Alüminyum Alaşımlı Kasa Kamyonunun Hafifletme Etkisi
Kutu gövdesine ek olarak, çamurluklar, arka korumalar, yan korumalar, kapı mandalları, kapı menteşeleri ve arka rüzgarlık kenarları gibi kutu tipi kamyon konteynerlerinin çeşitli bileşenlerinde çeliğin yerini almak üzere alüminyum alaşımları kullanılabilir ve böylece ağırlık azaltımı sağlanır. Kargo bölmesi için %30 ila %40. Boş bir 4080mm×2300mm×2200mm kargo konteyneri için ağırlık azaltma etkisi Tablo 6'da gösterilmektedir. Bu, aşırı ağırlık, duyurulara uyulmaması ve geleneksel demirden yapılmış kargo bölmelerindeki mevzuat risklerini temel olarak çözmektedir.
Otomotiv bileşenlerinde geleneksel çeliğin alüminyum alaşımlarla değiştirilmesi yalnızca mükemmel hafifleştirme etkileri elde etmekle kalmaz, aynı zamanda yakıt tasarrufuna, emisyon azaltımına ve gelişmiş araç performansına da katkıda bulunabilir. Hafifliğin yakıt tasarrufuna katkısı konusunda günümüzde çeşitli görüşler bulunmaktadır. Uluslararası Alüminyum Enstitüsü'nün araştırma sonuçları Şekil 9'da gösterilmektedir. Araç ağırlığındaki her %10'luk azalma, yakıt tüketimini %6 ila %8 oranında azaltabilir. Yurt içi istatistiklere göre her binek otomobilin ağırlığının 100 kg azaltılması, yakıt tüketimini 0,4 L/100 km oranında azaltabilir. Hafifliğin yakıt tasarrufuna katkısı farklı araştırma yöntemlerinden elde edilen sonuçlara dayanmaktadır, dolayısıyla bazı farklılıklar vardır. Bununla birlikte, otomotivin hafifletilmesinin yakıt tüketimini azaltmada önemli bir etkisi vardır.
Elektrikli araçlarda hafifleme etkisi daha da belirgindir. Şu anda elektrikli araç güç akülerinin birim enerji yoğunluğu, geleneksel sıvı yakıtlı araçlarınkinden önemli ölçüde farklıdır. Elektrikli araçların güç sisteminin ağırlığı (batarya dahil) genellikle toplam araç ağırlığının %20 ila %30'unu oluşturur. Aynı zamanda, pillerin performans darboğazını aşmak dünya çapında bir zorluktur. Yüksek performanslı akü teknolojisinde büyük bir atılım yaşanmadan önce, hafiflik, elektrikli araçların seyir menzilini iyileştirmenin etkili bir yoludur. Ağırlıktaki her 100 kg'lık azalma için elektrikli araçların seyir menzili %6 ila %11 oranında artırılabiliyor (ağırlık azalması ile seyir menzili arasındaki ilişki Şekil 10'da gösterilmektedir). Şu anda tamamen elektrikli araçların seyir menzili çoğu insanın ihtiyaçlarını karşılayamıyor ancak ağırlığın belirli bir miktar azaltılması seyir menzilini önemli ölçüde iyileştirebilir, menzil endişesini azaltabilir ve kullanıcı deneyimini iyileştirebilir.
5.Sonuç
Bu makalede tanıtılan alüminyum alaşımlı kapalı kasa kamyonun tamamen alüminyum yapısına ek olarak, alüminyum petek paneller, alüminyum toka plakaları, alüminyum çerçeveler + alüminyum kaplamalar ve demir-alüminyum hibrit kargo konteynerleri gibi çeşitli kapalı kasa kamyon türleri bulunmaktadır. . Hafiflik, yüksek özgül mukavemet ve iyi korozyon direnci gibi avantajlara sahiptirler ve korozyon koruması için elektroforetik boya gerektirmezler, bu da elektroforetik boyanın çevresel etkisini azaltır. Alüminyum alaşımlı kapalı kasa kamyon, aşırı ağırlık, duyurulara uyulmaması ve geleneksel demirden yapılmış kargo bölmelerindeki mevzuat riskleri gibi sorunları temelden çözüyor.
Ekstrüzyon, alüminyum alaşımları için önemli bir işleme yöntemidir ve alüminyum profiller mükemmel mekanik özelliklere sahiptir, dolayısıyla bileşenlerin kesit sertliği nispeten yüksektir. Değişken kesit nedeniyle, alüminyum alaşımları birden fazla bileşen fonksiyonunun kombinasyonunu elde edebilir ve bu da onu otomotiv hafiflemesi için iyi bir malzeme haline getirir. Bununla birlikte, alüminyum alaşımlarının yaygın uygulaması, alüminyum alaşımlı kargo bölmeleri için yetersiz tasarım kapasitesi, şekillendirme ve kaynaklama sorunları ve yeni ürünler için yüksek geliştirme ve tanıtım maliyetleri gibi zorluklarla karşı karşıyadır. Bunun temel nedeni, alüminyum alaşımlarının geri dönüşüm ekolojisi olgunlaşmadan önce alüminyum alaşımının çelikten daha pahalı olmasıdır.
Sonuç olarak alüminyum alaşımlarının otomobillerdeki uygulama alanı genişleyecek ve kullanımları artmaya devam edecektir. Enerji tasarrufu, emisyon azaltımı ve yeni enerjili araç endüstrisinin geliştirilmesine yönelik mevcut trendlerde, alüminyum alaşım özelliklerinin derinleştirilmesi ve alüminyum alaşımı uygulama sorunlarına etkili çözümler sağlanmasıyla birlikte, alüminyum ekstrüzyon malzemeleri otomotiv hafiflemesinde daha yaygın olarak kullanılacaktır.
MAT Alüminyum'dan May Jiang tarafından düzenlendi
Gönderim zamanı: Ocak-12-2024
