1.Įvadas
Lengvieji automobiliai prasidėjo išsivysčiusiose šalyse, o iš pradžių jai vadovavo tradiciniai automobilių pramonės milžinai. Nuolat tobulėjant, jis įgavo didelį pagreitį. Nuo to laiko, kai indai pirmą kartą naudojo aliuminio lydinį automobilių alkūniniams velenams gaminti, iki pirmosios Audi masinės aliuminio automobilių gamybos 1999 m., aliuminio lydinys smarkiai išaugo automobilių pramonėje dėl savo pranašumų, tokių kaip mažas tankis, didelis specifinis stiprumas ir standumas. geras elastingumas ir atsparumas smūgiams, didelis perdirbamumas ir didelis regeneravimo greitis. Iki 2015 m. aliuminio lydinio panaudojimo automobiliuose dalis jau viršijo 35%.
Kinijoje lengvųjų automobilių gamyba prasidėjo mažiau nei prieš 10 metų, o technologijų ir pritaikymo lygis atsilieka nuo išsivysčiusių šalių, tokių kaip Vokietija, JAV ir Japonija. Tačiau kuriant naujas energetines transporto priemones, medžiagų lengvinimas sparčiai progresuoja. Panaudodama naujų energiją naudojančių transporto priemonių augimą, Kinijos lengvųjų automobilių technologija rodo išsivysčiusių šalių tendenciją.
Kinijos lengvųjų medžiagų rinka yra didžiulė. Viena vertus, palyginti su išsivysčiusiomis šalimis užsienyje, Kinijos lengvojo svorio technologija pradėjo veikti vėlai, o bendras automobilio svoris yra didesnis. Atsižvelgiant į lengvųjų medžiagų proporciją užsienio šalyse, Kinijoje vis dar yra daug erdvės plėtrai. Kita vertus, skatinama politikos, sparti Kinijos naujų energetinių transporto priemonių pramonės plėtra padidins lengvų medžiagų paklausą ir paskatins automobilių įmones pereiti prie lengvųjų svorių.
Gerėjantys išmetamųjų teršalų ir degalų sąnaudų standartai verčia paspartinti automobilių lengvumą. Kinija visiškai įgyvendino Kinijos VI emisijos standartus 2020 m. Pagal „Keleivinių automobilių degalų sąnaudų vertinimo metodą ir rodiklius“ ir „Energijos taupymo ir naujų energijos transporto priemonių technologijų veiksmų planą“ – 5,0 l/km degalų sąnaudų standartas. Atsižvelgiant į ribotą erdvę dideliems variklių technologijų pasiekimams ir išmetamųjų teršalų mažinimui, taikant priemones, skirtas lengviems automobilių komponentams, galima veiksmingai sumažinti transporto priemonių išmetamų teršalų kiekį ir degalų sąnaudas. Lengvas naujų energiją naudojančių transporto priemonių naudojimas tapo esminiu pramonės plėtros keliu.
2016 m. Kinijos automobilių inžinerijos draugija paskelbė „Energijos taupymo ir naujų energijos transporto priemonių technologijų veiksmų planą“, kuriame numatyti veiksniai, tokie kaip energijos suvartojimas, važiavimo nuotolis ir medžiagų gamyba naujoms energetinėms transporto priemonėms nuo 2020 iki 2030 m. Lengvas svoris bus pagrindinė kryptis. ateityje kuriant naujas energetines transporto priemones. Lengvas svoris gali padidinti kreiserinį atstumą ir sumažinti „atstumo nerimą“ naujose energetinėse transporto priemonėse. Didėjant didesnio plaukiojimo diapazono poreikiui, automobilių lengvoji masė tampa neatidėliotina, o naujų energetinių transporto priemonių pardavimas pastaraisiais metais labai išaugo. Remiantis balų sistemos reikalavimais ir „Automobilių pramonės vidutinės ir ilgos trukmės plėtros planu“, apskaičiuota, kad iki 2025 m. Kinijos naujų energetinių transporto priemonių pardavimas viršys 6 mln. vienetų, o metinis augimas bus sudėtinis. norma viršija 38%.
2. Aliuminio lydinio charakteristikos ir pritaikymas
2.1 Aliuminio lydinio charakteristikos
Aliuminio tankis yra trečdalis plieno tankio, todėl jis yra lengvesnis. Jis turi didesnį specifinį stiprumą, gerą ekstruzijos galimybę, stiprų atsparumą korozijai ir aukštą perdirbamumą. Aliuminio lydiniai pasižymi tuo, kad daugiausia sudaryti iš magnio, pasižymi geru atsparumu karščiui, geromis suvirinimo savybėmis, geru atsparumu nuovargiui, nesugebėjimu sustiprinti terminio apdorojimo ir gali padidinti stiprumą apdirbant šaltu būdu. 6 serija pasižymi tuo, kad daugiausia sudaryta iš magnio ir silicio, o Mg2Si yra pagrindinė stiprinimo fazė. Plačiausiai naudojami šios kategorijos lydiniai yra 6063, 6061 ir 6005A. 5052 aliuminio plokštė yra AL-Mg serijos lydinio aliuminio plokštė, kurios pagrindinis legiravimo elementas yra magnis. Tai plačiausiai naudojamas antikorozinis aliuminio lydinys. Šis lydinys pasižymi dideliu stiprumu, dideliu atsparumu nuovargiui, geru plastiškumu ir atsparumu korozijai, negali būti sustiprintas termiškai apdorojant, turi gerą plastiškumą grūdinant pusiau šaltą darbą, mažą plastiškumą kietinant šaltu darbu, gerą atsparumą korozijai ir geras suvirinimo savybes. Jis daugiausia naudojamas komponentams, tokiems kaip šoninės plokštės, stogo dangčiai ir durų plokštės. 6063 aliuminio lydinys yra termiškai apdorojamas AL-Mg-Si serijos stiprinamasis lydinys, kurio pagrindiniai legiravimo elementai yra magnis ir silicis. Tai termiškai apdorojamas stiprinamasis vidutinio stiprumo aliuminio lydinio profilis, daugiausia naudojamas konstrukciniuose komponentuose, tokiuose kaip kolonos ir šoninės plokštės, siekiant išlaikyti stiprumą. Aliuminio lydinių rūšių įvadas parodytas 1 lentelėje.
2.2 Ekstruzija yra svarbus aliuminio lydinio formavimo būdas
Aliuminio lydinio ekstruzija yra karšto formavimo metodas, o visas gamybos procesas apima aliuminio lydinio formavimą veikiant trijų krypčių gniuždymo įtempiams. Visą gamybos procesą galima apibūdinti taip: a. Aliuminis ir kiti lydiniai išlydomi ir išliejami į reikiamus aliuminio lydinio ruošinius; b. Iš anksto pašildyti ruošiniai dedami į ekstruzijos įrangą ekstruzijai. Veikiant pagrindiniam cilindrui, aliuminio lydinio ruošinys per formos ertmę suformuojamas į reikiamus profilius; c. Siekiant pagerinti aliuminio profilių mechanines savybes, ekstruzijos metu arba po jo atliekamas apdorojimas tirpalu, o po to atliekamas sendinimas. Mechaninės savybės po sendinimo skiriasi priklausomai nuo skirtingų medžiagų ir senėjimo režimų. Dėžės tipo sunkvežimių profilių terminio apdorojimo būsena parodyta 2 lentelėje.
Aliuminio lydinio ekstruziniai gaminiai turi keletą pranašumų, palyginti su kitais formavimo būdais:
a. Ekstruzijos metu ekstruzinis metalas deformacijos zonoje įgauna stipresnį ir vienodesnį trijų krypčių gniuždymo įtempį nei valcuojant ir kaliant, todėl gali visiškai suvaidinti apdirbamo metalo plastiškumą. Jis gali būti naudojamas apdoroti sunkiai deformuojamus metalus, kurių negalima apdoroti valcavimo ar kalimo būdu, ir gali būti naudojamas įvairiems sudėtingiems tuščiaviduriams arba kieto skerspjūvio komponentams gaminti.
b. Kadangi aliuminio profilių geometrija gali būti įvairi, jų komponentai turi didelį standumą, o tai gali pagerinti transporto priemonės kėbulo standumą, sumažinti jo NVH charakteristikas ir pagerinti transporto priemonės dinaminio valdymo charakteristikas.
c. Ekstruzijos efektyvumo gaminiai po grūdinimo ir sendinimo turi žymiai didesnį išilginį stiprumą (R, Raz) nei produktai, apdoroti kitais būdais.
d. Produktų paviršius po ekstruzijos turi gerą spalvą ir gerą atsparumą korozijai, todėl nereikia atlikti kitokio antikorozinio paviršiaus apdorojimo.
e. Ekstruzijos apdorojimas pasižymi dideliu lankstumu, mažomis įrankių ir formų sąnaudomis bei mažomis dizaino keitimo sąnaudomis.
f. Dėl aliuminio profilių skerspjūvių valdomumo galima padidinti komponentų integravimo laipsnį, sumažinti komponentų skaičių, o skirtingos skerspjūvio konstrukcijos gali pasiekti tikslią suvirinimo padėtį.
Dėžės tipo sunkvežimių ekstruzinio aliuminio profilių ir paprasto anglinio plieno našumo palyginimas parodytas 3 lentelėje.
Kita aliuminio lydinio profilių, skirtų dėžės tipo sunkvežimiams, kūrimo kryptis: toliau gerinamas profilio stiprumas ir gerinamas ekstruzijos efektyvumas. Dėžės tipo sunkvežimių aliuminio lydinio profilių naujų medžiagų tyrimo kryptis parodyta 1 pav.
3. Aliuminio lydinio dėžės sunkvežimio konstrukcija, stiprumo analizė ir patikra
3.1 Aliuminio lydinio dėžės sunkvežimio konstrukcija
Dėžės sunkvežimio konteinerį daugiausia sudaro priekinio skydo mazgas, kairiojo ir dešiniojo šoninio skydo mazgas, galinių durų šoninių skydų mazgas, grindų mazgas, stogo mazgas, taip pat U formos varžtai, šoninės apsaugos, galinės apsaugos, purvo atvartai ir kiti priedai. prijungtas prie antros klasės važiuoklės. Dėžutės korpuso skersinės sijos, stulpai, šoninės sijos ir durų plokštės yra pagamintos iš aliuminio lydinio ekstruzinių profilių, o grindų ir stogo plokštės pagamintos iš 5052 aliuminio lydinio plokščių plokščių. Aliuminio lydinio dėžės sunkvežimio konstrukcija parodyta 2 pav.
Naudojant 6 serijos aliuminio lydinio karšto ekstruzijos procesą galima sudaryti sudėtingus tuščiavidurius skerspjūvius, sudėtingų skerspjūvių aliuminio profilių konstrukcija gali sutaupyti medžiagų, atitikti gaminio stiprumo ir standumo reikalavimus bei abipusio ryšio reikalavimus. įvairių komponentų. Todėl pagrindinės sijos projektinė konstrukcija ir pjūvio inercijos I momentai bei pasipriešinimo momentai W parodyti 3 paveiksle.
Palyginus pagrindinius 4 lentelės duomenis, matyti, kad projektuojamo aliuminio profilio pjūvio inercijos ir pasipriešinimo momentai yra geresni už atitinkamus geležinio sijos profilio duomenis. Kietumo koeficiento duomenys yra maždaug tokie patys, kaip ir atitinkamo geležies sijos profilio, ir visi atitinka deformacijos reikalavimus.
3.2 Didžiausio streso apskaičiavimas
Paimant pagrindinį laikantįjį komponentą, skersinę siją, kaip objektą, apskaičiuojamas didžiausias įtempis. Nominali apkrova yra 1,5 t, o skersinė sija pagaminta iš 6063-T6 aliuminio lydinio profilio, kurio mechaninės savybės parodytos 5 lentelėje. Sija yra supaprastinta kaip konsolinė konstrukcija jėgos skaičiavimui, kaip parodyta 4 paveiksle.
Atsižvelgiant į 344 mm tarpatramio siją, sijos gniuždymo apkrova apskaičiuojama kaip F=3757 N, remiantis 4,5 t, o tai tris kartus viršija standartinę statinę apkrovą. q = F/L
čia q – vidinis sijos įtempis veikiant apkrovai, N/mm; F – sijos tenkanti apkrova, apskaičiuota pagal 3 kartus didesnę už standartinę statinę apkrovą, kuri yra 4,5 t; L yra sijos ilgis, mm.
Taigi vidinis įtempis q yra:
Įtempių skaičiavimo formulė yra tokia:
Maksimalus momentas yra:
Imant absoliučią momento reikšmę M=274283 N·mm, didžiausią įtempį σ=M/(1,05×w)=18,78 MPa ir didžiausią įtempių reikšmę σ<215 MPa, kuri atitinka reikalavimus.
3.3 Įvairių komponentų sujungimo charakteristikos
Aliuminio lydinys turi prastas suvirinimo savybes, o jo suvirinimo taško stiprumas sudaro tik 60% pagrindinės medžiagos stiprumo. Dėl aliuminio lydinio paviršiaus padengimo Al2O3 sluoksniu Al2O3 lydymosi temperatūra yra aukšta, o aliuminio lydymosi temperatūra yra žema. Kai suvirinamas aliuminio lydinys, norint atlikti suvirinimą, paviršiuje esantis Al2O3 turi būti greitai sulaužytas. Tuo pačiu metu aliuminio lydinio tirpale išliks Al2O3 likučiai, kurie paveiks aliuminio lydinio struktūrą ir sumažins aliuminio lydinio suvirinimo taško stiprumą. Todėl, projektuojant aliuminio talpyklą, į šias charakteristikas yra visiškai atsižvelgiama. Suvirinimas yra pagrindinis pozicionavimo būdas, o pagrindiniai laikantys komponentai sujungiami varžtais. Tokios jungtys kaip kniedės ir uodegos konstrukcija parodytos 5 ir 6 paveiksluose.
Pagrindinė viso aliuminio dėžutės korpuso konstrukcija yra su horizontaliomis sijomis, vertikaliais stulpais, šoninėmis sijomis ir kraštinėmis sijomis, susietomis viena su kita. Tarp kiekvienos horizontalios sijos ir vertikalaus stulpo yra keturi sujungimo taškai. Sujungimo taškai turi dantytus tarpiklius, kurie susilieja su dantytu horizontalios sijos kraštu ir veiksmingai apsaugo nuo slydimo. Aštuoni kampiniai taškai daugiausia sujungti plieniniais įdėklais, pritvirtintais varžtais ir savaime užsifiksuojančiomis kniedėmis, ir sustiprinti 5 mm trikampėmis aliuminio plokštėmis, suvirintomis dėžutės viduje, kad sustiprintų kampų padėtį viduje. Išorinėje dėžutės išvaizdoje nėra suvirinimo ar atvirų sujungimo taškų, užtikrinančių bendrą dėžutės išvaizdą.
3.4 SE sinchroninės inžinerijos technologija
SE sinchroninės inžinerijos technologija naudojama sprendžiant problemas, kylančias dėl didelių susikaupusių dydžių nuokrypių derinant dėžės korpuse komponentus bei sunkumus ieškant tarpų ir plokštumo gedimų priežasčių. Atliekant CAE analizę (žr. 7-8 pav.), lyginamoji analizė su geležiniais dėžės korpusais atliekama siekiant patikrinti bendrą dėžės korpuso stiprumą ir standumą, rasti silpnąsias vietas ir imtis priemonių veiksmingiau optimizuoti ir tobulinti projektavimo schemą. .
4. Lengvasis aliuminio lydinio dėžės sunkvežimio poveikis
Be dėžės korpuso, aliuminio lydiniai gali būti naudojami pakeisti plieną įvairioms dėžės tipo sunkvežimių konteinerių sudedamosioms dalims, pvz., purvasaugiams, galinėms apsaugoms, šoninėms apsaugoms, durų skląsčiams, durų vyriams ir galiniams prijuostės kraštams, taip sumažinant svorį. nuo 30% iki 40% krovinių skyriui. Svorio mažinimo efektas tuščiam 4080mm×2300mm×2200mm krovininiam konteineriui parodytas 6 lentelėje. Tai iš esmės išsprendžia tradicinių geležies krovinių skyrių per didelio svorio, skelbimų nesilaikymo ir reguliavimo rizikos problemas.
Pakeitus tradicinį plieną aliuminio lydiniais automobilių komponentams, galima ne tik pasiekti puikų lengvumo efektą, bet ir padėti sutaupyti degalų, sumažinti išmetamųjų teršalų kiekį ir pagerinti transporto priemonės veikimą. Šiuo metu yra įvairių nuomonių apie lengvojo svorio indėlį taupant kurą. Tarptautinio aliuminio instituto tyrimų rezultatai pateikti 9 paveiksle. Kas 10 % sumažinus automobilio svorį, degalų sąnaudos gali sumažėti nuo 6 % iki 8 %. Remiantis vidaus statistika, sumažinus kiekvieno lengvojo automobilio svorį 100 kg, degalų sąnaudos gali sumažėti 0,4 l/100 km. Lengvo svorio indėlis į degalų taupymą pagrįstas rezultatais, gautais naudojant skirtingus tyrimo metodus, todėl yra tam tikrų skirtumų. Tačiau automobilių lengvumas turi didelę įtaką degalų sąnaudų mažinimui.
Elektrinių transporto priemonių lengvumo efektas yra dar ryškesnis. Šiuo metu elektromobilių baterijų vieneto energijos tankis gerokai skiriasi nuo tradicinių skystą kurą naudojančių transporto priemonių. Elektromobilių maitinimo sistemos (įskaitant akumuliatorių) svoris dažnai sudaro 20–30 % visos transporto priemonės masės. Kartu įveikti baterijų veikimo trukdžius yra pasaulinis iššūkis. Prieš įvykstant dideliam didelio našumo akumuliatorių technologijos proveržiui, lengvas svoris yra veiksmingas būdas pagerinti elektrinių transporto priemonių važiavimo diapazoną. Sumažėjus svoriui 100 kg, elektromobilių kreiserinis nuotolis gali būti padidintas nuo 6% iki 11% (svorio sumažinimo ir kreiserinio nuotolio santykis parodytas 10 pav.). Šiuo metu grynai elektrinių transporto priemonių kruizinis diapazonas negali patenkinti daugumos žmonių poreikių, tačiau sumažinus svorį tam tikru dydžiu galima žymiai pagerinti kreiserinį atstumą, sumažinti nerimą dėl nuotolio ir pagerinti naudotojo patirtį.
5.Išvada
Be šiame straipsnyje pristatomos aliuminio lydinio dėžės sunkvežimio konstrukcijos, yra įvairių tipų dėžių sunkvežimių, tokių kaip aliuminio korio plokštės, aliuminio sagčių plokštės, aliuminio rėmai + aliuminio apvalkalai ir geležies-aliuminio hibridiniai krovinių konteineriai. . Jie turi lengvo svorio, didelio specifinio stiprumo ir gero atsparumo korozijai pranašumus ir nereikalauja elektroforetinių dažų apsaugai nuo korozijos, sumažinant elektroforetinių dažų poveikį aplinkai. Aliuminio lydinio dėžinis sunkvežimis iš esmės išsprendžia tradicinių geležies krovinių skyrių per didelio svorio, skelbimų nesilaikymo ir reguliavimo rizikos problemas.
Ekstruzija yra esminis aliuminio lydinių apdirbimo būdas, o aliuminio profiliai pasižymi puikiomis mechaninėmis savybėmis, todėl komponentų pjūvio standumas yra gana didelis. Dėl kintamo skerspjūvio aliuminio lydiniai gali atlikti kelių komponentų funkcijų derinį, todėl tai yra gera medžiaga lengviesiems automobiliams. Tačiau plačiai paplitęs aliuminio lydinių taikymas susiduria su tokiais iššūkiais kaip nepakankama aliuminio lydinio krovinių skyrių projektavimo galimybė, formavimo ir suvirinimo problemos bei didelės naujų gaminių kūrimo ir reklamavimo išlaidos. Pagrindinė priežastis vis dar yra ta, kad aliuminio lydinys kainuoja daugiau nei plienas, kol aliuminio lydinių perdirbimo ekologija tampa subrendusi.
Apibendrinant galima pasakyti, kad aliuminio lydinių pritaikymas automobiliuose taps platesnis, o jų naudojimas ir toliau didės. Atsižvelgiant į dabartines energijos taupymo, išmetamųjų teršalų mažinimo ir naujų energetinių transporto priemonių pramonės plėtros tendencijas, gilėjant aliuminio lydinio savybių supratimui ir veiksmingiems aliuminio lydinio taikymo problemų sprendimams, aliuminio ekstruzijos medžiagos bus plačiau naudojamos lengvųjų automobilių svoryje.
Redagavo May Jiang iš MAT Aluminium
Paskelbimo laikas: 2024-01-12
