1.Inleiding
Motorbeligting het in ontwikkelde lande begin en is aanvanklik gelei deur tradisionele motorreuse. Met voortdurende ontwikkeling het dit aansienlike momentum gekry. Vanaf die tyd toe Indiërs vir die eerste keer aluminiumlegering gebruik het om motorkrukasse te vervaardig tot Audi se eerste massaproduksie van volledig-aluminiummotors in 1999, het aluminiumlegering sterk groei in motortoepassings gesien as gevolg van sy voordele soos lae digtheid, hoë spesifieke sterkte en styfheid, goeie elastisiteit en impakweerstand, hoë herwinbaarheid en hoë regenerasietempo. Teen 2015 het die toepassingsverhouding van aluminiumlegering in motors reeds 35% oorskry.
China se motorverligting het minder as 10 jaar gelede begin, en beide die tegnologie en toepassingsvlak is agter ontwikkelde lande soos Duitsland, die Verenigde State en Japan. Met die ontwikkeling van nuwe energievoertuie vorder materiaalliggewig egter vinnig. Deur gebruik te maak van die opkoms van nuwe energievoertuie, toon China se motorverligtingstegnologie 'n neiging om ontwikkelde lande in te haal.
China se mark vir liggewig materiaal is groot. Aan die een kant, in vergelyking met ontwikkelde lande in die buiteland, het China se liggewig-tegnologie laat begin, en die algehele voertuig se randsteen gewig is groter. Met inagneming van die maatstaf van die verhouding van liggewig materiale in die buiteland, is daar nog genoeg ruimte vir ontwikkeling in China. Aan die ander kant, gedryf deur beleide, sal die vinnige ontwikkeling van China se nuwe energievoertuigbedryf die vraag na liggewigmateriaal verhoog en motormaatskappye aanmoedig om na liggewig te beweeg.
Die verbetering van emissie- en brandstofverbruikstandaarde dwing die versnelling van motorverligting af. China het die China VI-emissiestandaarde ten volle geïmplementeer in 2020. Volgens die "Evalueringsmetode en Aanwysers vir Brandstofverbruik van Passasiersmotors" en die "Energiebesparing en Nuwe Energie Voertuigtegnologie Padkaart," die 5.0 L/km brandstofverbruikstandaard. Met inagneming van die beperkte ruimte vir aansienlike deurbrake in enjintegnologie en vermindering van emissies, kan die aanneming van maatreëls vir liggewig-motorkomponente voertuiguitlaatgasse en brandstofverbruik effektief verminder. Liggewig van nuwe energievoertuie het 'n noodsaaklike pad vir die industrie se ontwikkeling geword.
In 2016 het die China Automotive Engineering Society die "Energy Saving and New Energy Vehicle Technology Roadmap" uitgereik, wat faktore soos energieverbruik, vaarafstand en vervaardigingsmateriaal vir nuwe energievoertuie vanaf 2020 tot 2030 beplan het. Liggewig sal 'n sleutelrigting wees vir die toekomstige ontwikkeling van nuwe energievoertuie. Liggewig kan die kruisafstand vergroot en "reeksangs" in nuwe energievoertuie aanspreek. Met die toenemende vraag na uitgebreide vaarreeks, word motorverligting dringend, en die verkope van nuwe energievoertuie het die afgelope jaar aansienlik gegroei. Volgens die vereistes van die tellingstelsel en die "Mid-tot-langtermyn-ontwikkelingsplan vir die motorbedryf," word beraam dat China se verkope van nuwe energievoertuie teen 2025 6 miljoen eenhede sal oorskry, met 'n saamgestelde jaarlikse groei koers van meer as 38%.
2.Aluminiumlegering eienskappe en toepassings
2.1 Eienskappe van aluminiumlegering
Die digtheid van aluminium is een derde van dié van staal, wat dit ligter maak. Dit het hoër spesifieke sterkte, goeie ekstrusievermoë, sterk korrosiebestandheid en hoë herwinbaarheid. Aluminiumlegerings word gekenmerk deurdat dit hoofsaaklik uit magnesium bestaan, wat goeie hittebestandheid, goeie sweiseienskappe, goeie moegheidssterkte, onvermoë om deur hittebehandeling versterk te word, en die vermoë om sterkte deur koue bewerking te verhoog, vertoon. Die 6-reeks word gekenmerk deur hoofsaaklik saamgestel uit magnesium en silikon, met Mg2Si as die belangrikste versterkingsfase. Die mees gebruikte legerings in hierdie kategorie is 6063, 6061 en 6005A. 5052 aluminiumplaat is 'n AL-Mg-reeks legeringsaluminiumplaat, met magnesium as die hooflegeringselement. Dit is die mees gebruikte anti-roes aluminium legering. Hierdie legering het hoë sterkte, hoë moegheidssterkte, goeie plastisiteit en korrosiebestandheid, kan nie deur hittebehandeling versterk word nie, het goeie plastisiteit in semi-koue werk verharding, lae plastisiteit in koue werk verharding, goeie korrosie weerstand, en goeie sweis eienskappe. Dit word hoofsaaklik gebruik vir komponente soos sypanele, dakbedekkings en deurpanele. 6063-aluminiumlegering is 'n hitte-behandelbare versterkingslegering in die AL-Mg-Si-reeks, met magnesium en silikon as die hooflegeringselemente. Dit is 'n hitte-behandelbare versterkende aluminiumlegeringsprofiel met medium sterkte, hoofsaaklik gebruik in strukturele komponente soos kolomme en sypanele om sterkte te dra. ’n Inleiding tot aluminiumlegeringsgrade word in Tabel 1 getoon.
2.2 Ekstrusie is 'n belangrike vormingsmetode van aluminiumlegering
Ekstrusie van aluminiumlegering is 'n warmvormmetode, en die hele produksieproses behels die vorming van aluminiumlegering onder drierigting-drukspanning. Die hele produksieproses kan soos volg beskryf word: a. Aluminium en ander legerings word gesmelt en gegiet in die vereiste aluminiumlegeringsknuppels; b. Die voorverhitte knuppels word in die ekstrusietoerusting geplaas vir ekstrusie. Onder die werking van die hoofsilinder word die aluminiumlegeringsblok in die vereiste profiele deur die holte van die vorm gevorm; c. Om die meganiese eienskappe van aluminiumprofiele te verbeter, word oplossingsbehandeling tydens of na ekstrusie uitgevoer, gevolg deur verouderingsbehandeling. Die meganiese eienskappe na verouderingsbehandeling verskil volgens verskillende materiale en verouderingsregimes. Die hittebehandelingstatus van bokstipe vragmotorprofiele word in Tabel 2 getoon.
Geëxtrudeerde produkte van aluminiumlegering het verskeie voordele bo ander vormingsmetodes:
a. Tydens ekstrusie verkry die geëxtrudeerde metaal 'n sterker en meer eenvormige drierigting-drukspanning in die vervormingsone as rol en smee, sodat dit die plastisiteit van die verwerkte metaal ten volle kan speel. Dit kan gebruik word om moeilik vervormbare metale te verwerk wat nie deur rol of smee verwerk kan word nie en kan gebruik word om verskeie komplekse hol of soliede deursnee-komponente te maak.
b. Omdat die geometrie van aluminiumprofiele gevarieer kan word, het hul komponente hoë styfheid, wat die styfheid van die voertuigbak kan verbeter, sy NVH-eienskappe kan verminder en voertuigdinamiese beheereienskappe kan verbeter.
c. Produkte met ekstrusiedoeltreffendheid, na blus en veroudering, het aansienlik hoër longitudinale sterkte (R, Raz) as produkte wat deur ander metodes verwerk word.
d. Die oppervlak van produkte na ekstrusie het goeie kleur en goeie weerstand teen korrosie, wat die behoefte aan ander anti-roes oppervlakbehandeling uitskakel.
e. Ekstrusieverwerking het groot buigsaamheid, lae gereedskap- en vormkoste, en lae koste vir ontwerpverandering.
f. As gevolg van die beheerbaarheid van aluminiumprofiel-deursnee, kan die mate van komponent-integrasie verhoog word, die aantal komponente kan verminder word, en verskillende deursnee-ontwerpe kan presiese sweisposisionering bereik.
Die prestasievergelyking tussen geëxtrudeerde aluminiumprofiele vir bokstipe vragmotors en gewone koolstofstaal word in Tabel 3 getoon.
Volgende ontwikkelingsrigting van aluminiumlegeringsprofiele vir boks-tipe vragmotors: Verdere verbetering van profielsterkte en verbetering van ekstrusieprestasie. Die navorsingsrigting van nuwe materiale vir aluminiumlegeringsprofiele vir bokstipe vragmotors word in Figuur 1 getoon.
3.Aluminium Alloy Box Truck Struktuur, Sterkte Analise, en Verifikasie
3.1 Aluminiumlegering-boksvragmotorstruktuur
Die boksvragmotorhouer bestaan hoofsaaklik uit voorpaneelsamestelling, linker- en regterkantpaneelsamestelling, agterdeur-sypaneelsamestelling, vloersamestelling, daksamestelling, sowel as U-vormige boute, syskerms, agterskerms, modderflappe en ander bykomstighede gekoppel aan die tweedeklas-onderstel. Die boksliggaam-dwarsbalke, pilare, sybalke en deurpanele is gemaak van geëxtrudeerde aluminiumprofiele, terwyl die vloer- en dakpanele van 5052 aluminiumlegeringsplatplate gemaak is. Die struktuur van die aluminium-allooi-boksvragmotor word in Figuur 2 getoon.
Die gebruik van die warm ekstrusieproses van die 6-reeks aluminiumlegering kan komplekse hol deursnee vorm, 'n ontwerp van aluminiumprofiele met komplekse deursnee kan materiaal bespaar, voldoen aan die vereistes van produksterkte en styfheid, en voldoen aan die vereistes van onderlinge verbinding tussen verskeie komponente. Daarom word die hoofbalkontwerpstruktuur en deursnee-traagheidsmomente I en weerstandsmomente W in Figuur 3 getoon.
'n Vergelyking van die hoofdata in Tabel 4 toon dat die deursnee-traagheidsmomente en weerstandsmomente van die ontwerpte aluminiumprofiel beter is as die ooreenstemmende data van die ystervervaardigde balkprofiel. Die styfheidskoëffisiëntdata is min of meer dieselfde as dié van die ooreenstemmende ystervervaardigde balkprofiel, en almal voldoen aan die vervormingsvereistes.
3.2 Maksimum spanningsberekening
Deur die sleutel lasdraende komponent, die dwarsbalk, as die voorwerp te neem, word die maksimum spanning bereken. Die nominale las is 1,5 t, en die dwarsbalk is gemaak van 6063-T6 aluminium allooi profiel met meganiese eienskappe soos getoon in Tabel 5. Die balk is vereenvoudig as 'n cantilever struktuur vir krag berekening, soos getoon in Figuur 4.
Met 'n 344mm span balk, word die druklas op die balk bereken as F=3757 N gebaseer op 4.5t, wat drie keer die standaard statiese las is. q=V/L
waar q die interne spanning van die balk onder die las is, N/mm; F is die las wat deur die balk gedra word, bereken op grond van 3 keer die standaard statiese las, wat 4,5 t is; L is die lengte van die balk, mm.
Daarom is die interne spanning q:
Die spanningsberekeningsformule is soos volg:
Die maksimum oomblik is:
Neem die absolute waarde van die moment, M=274283 N·mm, die maksimum spanning σ=M/(1.05×w)=18.78 MPa, en die maksimum spanningswaarde σ<215 MPa, wat aan die vereistes voldoen.
3.3 Verbindingskenmerke van verskeie komponente
Aluminiumlegering het swak sweiseienskappe, en sy sweispuntsterkte is slegs 60% van die basismateriaalsterkte. As gevolg van die bedekking van 'n laag Al2O3 op die aluminiumlegeringsoppervlak, is die smeltpunt van Al2O3 hoog, terwyl die smeltpunt van aluminium laag is. Wanneer aluminiumlegering gesweis word, moet die Al2O3 op die oppervlak vinnig gebreek word om sweiswerk uit te voer. Terselfdertyd sal die oorblyfsel van Al2O3 in die aluminiumlegeringsoplossing bly, wat die aluminiumlegeringsstruktuur beïnvloed en die sterkte van die aluminiumlegeringssweispunt verminder. Daarom word hierdie eienskappe ten volle oorweeg wanneer 'n houer volledig van aluminium ontwerp word. Sweiswerk is die hoofposisioneringsmetode, en die belangrikste lasdraende komponente word deur boute verbind. Verbindings soos klinknagels en swaelstertstruktuur word in Figure 5 en 6 getoon.
Die hoofstruktuur van die geheel-aluminium boksliggaam neem 'n struktuur aan met horisontale balke, vertikale pilare, sybalke en randbalke wat met mekaar verbind is. Daar is vier verbindingspunte tussen elke horisontale balk en vertikale pilaar. Die verbindingspunte is toegerus met getande gaskets om in te pas met die getande rand van die horisontale balk, wat effektief gly voorkom. Die agt hoekpunte word hoofsaaklik verbind deur staalkern-insetsels, vasgemaak met boute en selfsluitende klinknaels, en versterk deur 5 mm driehoekige aluminiumplate wat binne-in die boks gesweis is om die hoekposisies intern te versterk. Die eksterne voorkoms van die boks het geen sweis- of blootgestelde verbindingspunte nie, wat die algehele voorkoms van die boks verseker.
3.4 SE Sinchroniese Ingenieurstegnologie
SE sinchroniese ingenieurstegnologie word gebruik om die probleme op te los wat veroorsaak word deur groot opgehoopte grootteafwykings vir bypassende komponente in die boksliggaam en die probleme om die oorsake van gapings en platheidfoute te vind. Deur CAE-analise (sien Figuur 7-8), word 'n vergelykingsanalise met ystervervaardigde boksliggame uitgevoer om die algehele sterkte en styfheid van die boksliggaam na te gaan, swak punte te vind en maatreëls te tref om die ontwerpskema meer effektief te optimaliseer en te verbeter .
4.Lightweighting Effek van Aluminium Alloy Box Truck
Benewens die bak, kan aluminiumlegerings gebruik word om staal te vervang vir verskeie komponente van bokstipe vragmotorhouers, soos modderskerms, agterskerms, syskerms, deurgrendels, deurskarniere en agterste voorskootrande, wat 'n gewigsvermindering bewerkstellig van 30% tot 40% vir die vragkompartement. Die gewigverminderingseffek vir 'n leë 4080mm×2300mm×2200mm vraghouer word in Tabel 6 getoon. Dit los fundamenteel die probleme op van oormatige gewig, nie-nakoming van aankondigings en regulatoriese risiko's van tradisionele ystervervaardigde vragkompartemente.
Deur tradisionele staal met aluminiumlegerings vir motorkomponente te vervang, kan nie net uitstekende liggewig-effekte behaal word nie, maar dit kan ook bydra tot brandstofbesparing, emissievermindering en verbeterde voertuigverrigting. Tans is daar verskeie menings oor die bydrae van liggewig tot brandstofbesparing. Die navorsingsresultate van die Internasionale Aluminiuminstituut word in Figuur 9 getoon. Elke 10% vermindering in voertuiggewig kan brandstofverbruik met 6% tot 8% verminder. Gebaseer op binnelandse statistieke, kan die vermindering van die gewig van elke passasiersmotor met 100 kg brandstofverbruik met 0,4 L/100 km verminder. Die bydrae van liggewig tot brandstofbesparing is gebaseer op resultate verkry uit verskillende navorsingsmetodes, so daar is 'n mate van variasie. Motorverligting het egter 'n beduidende impak op die vermindering van brandstofverbruik.
Vir elektriese voertuie is die liggewig-effek selfs meer uitgespreek. Tans verskil die eenheid-energiedigtheid van elektriese voertuigkragbatterye aansienlik van dié van tradisionele vloeibare brandstofvoertuie. Die gewig van die kragstelsel (insluitend die battery) van elektriese voertuie maak dikwels 20% tot 30% van die totale voertuiggewig uit. Terselfdertyd is dit 'n wêreldwye uitdaging om deur die prestasie-bottelnek van batterye te breek. Voordat daar 'n groot deurbraak in hoëprestasie-batterytegnologie is, is liggewig 'n doeltreffende manier om die vaarreeks van elektriese voertuie te verbeter. Vir elke 100 kg vermindering in gewig, kan die kruisafstand van elektriese voertuie met 6% tot 11% verhoog word (die verhouding tussen gewigvermindering en kruisafstand word in Figuur 10 getoon). Tans kan die vaarreeks van suiwer elektriese voertuie nie aan die behoeftes van die meeste mense voldoen nie, maar die vermindering van gewig met 'n sekere hoeveelheid kan die vaartreeks aansienlik verbeter, afstandsangs verlig en die gebruikerservaring verbeter.
5.Gevolgtrekking
Benewens die geheel-aluminium-struktuur van die aluminium-legering-boksvragmotor wat in hierdie artikel bekendgestel word, is daar verskeie soorte boksvragmotors, soos aluminium heuningkoekpanele, aluminium gespe plate, aluminium rame + aluminium velle, en yster-aluminium hibriede vraghouers . Hulle het die voordele van ligte gewig, hoë spesifieke sterkte en goeie korrosiebestandheid, en benodig nie elektroforetiese verf vir korrosiebeskerming nie, wat die omgewingsimpak van elektroforetiese verf verminder. Die vragmotor van aluminiumlegering los fundamenteel die probleme van oormatige gewig, nie-nakoming van aankondigings en regulatoriese risiko's van tradisionele ystervervaardigde vragkompartemente op.
Ekstrusie is 'n noodsaaklike verwerkingsmetode vir aluminiumlegerings, en aluminiumprofiele het uitstekende meganiese eienskappe, so die snitstyfheid van komponente is relatief hoog. As gevolg van die veranderlike deursnee, kan aluminiumlegerings die kombinasie van veelvuldige komponentfunksies bereik, wat dit 'n goeie materiaal maak vir motorverligting. Die wydverspreide toepassing van aluminiumlegerings staar egter uitdagings in die gesig, soos onvoldoende ontwerpvermoë vir aluminiumlegeringsvragkompartemente, vorming en sweiskwessies, en hoë ontwikkeling- en promosiekoste vir nuwe produkte. Die hoofrede is steeds dat aluminiumlegering meer kos as staal voordat die herwinningsekologie van aluminiumlegerings volwasse word.
Ten slotte, die toepassingsomvang van aluminiumlegerings in motors sal wyer word, en die gebruik daarvan sal aanhou toeneem. In die huidige neigings van energiebesparing, emissievermindering en die ontwikkeling van die nuwe energievoertuigbedryf, met die verdieping van die begrip van aluminiumlegerings-eienskappe en effektiewe oplossings vir aluminiumlegeringstoepassingsprobleme, sal aluminium-ekstrusiemateriaal meer wyd gebruik word in motorverligting.
Geredigeer deur May Jiang van MAT Aluminium
Postyd: Jan-12-2024
