1. Inleiding
Automotive Lightweighting het in ontwikkelde lande begin en is aanvanklik gelei deur tradisionele motorreuse. Met deurlopende ontwikkeling het dit 'n beduidende momentum gekry. Vanaf die tyd toe Indiërs die eerste keer aluminiumlegering gebruik het om motor-krukas te vervaardig tot Audi se eerste massaproduksie van aluminiummotors in 1999, het aluminiumlegering 'n sterk groei in motoraansoeke gesien as gevolg van die voordele daarvan, soos 'n lae digtheid, hoë spesifieke sterkte en styfheid, Goeie elastisiteit en impakweerstandigheid, hoë herwinbaarheid en hoë regenerasietempo. Teen 2015 het die toepassingsverhouding van aluminiumlegering in motors reeds 35%oorskry.
China se liggewig in die motor het minder as tien jaar gelede begin, en beide die tegnologie- en toepassingsvlak vertraag agter ontwikkelde lande soos Duitsland, die Verenigde State en Japan. Met die ontwikkeling van nuwe energievoertuie vorder materiële liggewig egter vinnig. Met die opkoms van nuwe energievoertuie, toon China se liggewigtegnologie in die motor 'n neiging om ontwikkelde lande in te haal.
China se mark vir liggewigmateriaal is groot. Aan die een kant, in vergelyking met ontwikkelde lande in die buiteland, het China se liggewigtegnologie laat begin, en die algehele gewig van die voertuig se gewig is groter. Met inagneming van die maatstaf van liggewigmateriaal se verhouding in die buiteland, is daar nog genoeg ruimte vir ontwikkeling in China. Aan die ander kant, aangedryf deur beleid, sal die vinnige ontwikkeling van China se nuwe energievoertuigbedryf die vraag na liggewigmateriaal verhoog en motorondernemings aanmoedig om na liggewig te beweeg.
Die verbetering van emissie- en brandstofverbruikstandaarde dwing die versnelling van liggewig in die motor. China het die China VI -emissiestandaarde in 2020 ten volle geïmplementeer volgens die “evalueringsmetode en aanwysers vir brandstofverbruik van passasiersmotors” en die “energiebesparende en nuwe padkaart vir energie -voertuie”, die 5,0 L/km -brandstofverbruikstandaard. Met inagneming van die beperkte ruimte vir aansienlike deurbrake in enjinkomstegnologie en die vermindering van emissies, kan maatreëls aan liggewig motorkomponente die emissies en brandstofverbruik effektief verminder. Liggewig van nuwe energievoertuie het 'n noodsaaklike pad geword vir die ontwikkeling van die bedryf.
In 2016 het die China Automotive Engineering Society die 'energiebesparende en nuwe padkaart vir energie -voertuie' uitgereik, wat faktore soos energieverbruik, vaart en vervaardigingsmateriaal vir nuwe energievoertuie van 2020 tot 2030 beplan. Liggewig sal 'n belangrike rigting wees vir die toekomstige ontwikkeling van nuwe energievoertuie. Liggewig kan die vaarbereik verhoog en 'reikwydte' in nuwe energievoertuie aanspreek. Met die toenemende vraag na uitgebreide vaarbereik, word liggewig in die motor dringend, en die verkope van nuwe energievoertuie het die afgelope jaar aansienlik gegroei. Volgens die vereistes van die puntestelsel en die 'middel-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.Aluminumlegeringseienskappe en toepassings
2.1 Eienskappe van aluminiumlegering
Die digtheid van aluminium is 'n derde van staal, wat dit ligter maak. Dit het 'n hoër spesifieke sterkte, goeie extrusievermoë, sterk korrosie -weerstand en hoë herwinbaarheid. Aluminiumlegerings word gekenmerk deur hoofsaaklik saamgestel uit magnesium, met goeie hitteweerstand, goeie sweis eienskappe, goeie moegheidsterkte, die onvermoë om versterk te word deur hittebehandeling, en die vermoë om krag te verhoog deur koue werk. 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 aluminiumplaat van Al-Mg-reeks, met magnesium as die belangrikste legeringselement. Dit is die mees gebruikte aluminiumlegering teen Rust. Hierdie legering het 'n hoë sterkte, hoë moegheidsterkte, goeie plastisiteit en weerstand teen korrosie, kan nie versterk word deur hittebehandeling nie, het goeie plastisiteit in semi-koue werkverharding, lae plastisiteit in koue werkverharding, goeie korrosieweerstand en goeie sweis-eienskappe. Dit word hoofsaaklik gebruik vir komponente soos sypanele, dakbedekkings en deurpanele. 6063 Aluminiumlegering is 'n hittebehandelbare versterkende legering in die Al-Mg-Si-reeks, met magnesium en silikon as die belangrikste legeringselemente. Dit is 'n hittebehandelbare versterkende aluminiumlegeringsprofiel met mediumsterkte, hoofsaaklik gebruik in strukturele komponente soos kolomme en sypanele om krag te dra. 'N Inleiding tot aluminiumlegeringsgrade word in Tabel 1 getoon.
2.2 Ekstrudering is 'n belangrike vormingsmetode van aluminiumlegering
Aluminiumlegering-ekstrudering is 'n warm vormmetode, en die hele produksieproses behels die vorming van aluminiumlegering onder drie-rigting drukspanning. Die hele produksieproses kan soos volg beskryf word: a. Aluminium en ander legerings word gesmelt en in die vereiste aluminiumlegeringsbillets gegooi; b. Die voorverhitte billets word in die extrusie -toerusting geplaas vir extrusie. Onder die werking van die hoofsilinder word die aluminiumlegering -billet in die vereiste profiele gevorm deur die holte van die vorm; c. Ten einde die meganiese eienskappe van aluminiumprofiele te verbeter, word oplossingsbehandeling tydens of na extrusie uitgevoer, gevolg deur verouderingsbehandeling. Die meganiese eienskappe na verouderingsbehandeling verskil volgens verskillende materiale en verouderingsregimes. Die hittebehandelingstatus van boks-tipe vragmotorprofiele word in Tabel 2 getoon.
Aluminiumlegering -geëxtrudeerde produkte het verskeie voordele bo ander vormingsmetodes:
a. Tydens ekstrudering verkry die geëxtrudeerde metaal 'n sterker en meer eenvormige drie-rigting drukspanning in die vervormingsone as om te rol en te smee, sodat dit die plastisiteit van die verwerkte metaal volledig kan speel. Dit kan gebruik word om metale wat moeilik is om te beskerm, te verwerk wat nie deur rol of smee verwerk kan word nie en kan gebruik word om verskillende komplekse hol of soliede dwarssnitkomponente te maak.
b. Aangesien die meetkunde van aluminiumprofiele uiteenlopend kan wees, het hul komponente 'n hoë styfheid, wat die styfheid van die voertuigliggaam kan verbeter, die NVH -eienskappe kan verminder en die dinamiese beheerseienskappe van voertuie kan verbeter.
c. Produkte met extrusie -doeltreffendheid, na blus en veroudering, het aansienlik hoër longitudinale sterkte (R, RAZ) as produkte wat volgens ander metodes verwerk word.
d. Die oppervlak van produkte na ekstrudering het 'n goeie kleur en goeie korrosie-weerstand, wat die behoefte aan ander anti-korrosieoppervlakbehandeling uitskakel.
e. Ekstrusieverwerking het 'n groot buigsaamheid, lae gereedskap en vormkoste, en lae ontwerpveranderingskoste.
f. As gevolg van die beheerbaarheid van aluminiumprofiel-dwarssnitte, kan die mate van komponentintegrasie verhoog word, kan die aantal komponente verminder word, en kan verskillende deursnitontwerpe presiese sweisposisionering behaal.
In Tabel 3 word die prestasievergelyking tussen uitgedrukte aluminiumprofiele vir boks-vragmotors en gewone koolstofstaal getoon.
Volgende ontwikkelingsrigting van aluminiumlegeringsprofiele vir vragmotors vir boks-tipe: Verbeter die profielsterkte en verbeter die ekstruderingsprestasie. In Figuur 1 word die navorsingsrigting van nuwe materiale vir aluminiumlegeringsprofiele vir vragmotors van die boksie getoon.
3.Aluminium legeringsvragmotorstruktuur, sterkte -analise en verifikasie
3.1 Aluminium legeringsvragmotorstruktuur
Die houer van die boksvragmotor bestaan hoofsaaklik uit die voorpaneel, linker- en regterkant van die paneel, die agterdeurpaneel, die vloermontering, dak-montering, sowel as U-vormige boute, sywagte, agterste wagte, modderklappe en ander bykomstighede gekoppel aan die tweedeklas-onderstel. Die kruisbalke, pilare, sybalke en deurpanele van die boks is van aluminiumlegering -geëxtrudeerde profiele, terwyl die vloer- en dakpanele van 5052 aluminiumlegerings plat plate bestaan. Die struktuur van die aluminiumlegeringsvragmotor word in Figuur 2 getoon.
Deur die warm extrusieproses van die 6-reeks aluminiumlegering te gebruik, kan dit komplekse hol dwarssnitte vorm, 'n ontwerp van aluminiumprofiele met komplekse dwarssnitte, kan materiale bespaar, aan die vereistes van produksterkte en styfheid voldoen, en aan die vereistes van onderlinge verbinding tussen mekaar voldoen verskillende komponente. Daarom word die hoofstraalontwerpstruktuur en deursnee -oomblikke van traagheid I en weerstandige momente w in Figuur 3 getoon.
'N Vergelyking van die belangrikste gegewens in Tabel 4 toon dat die deursnitmomente van traagheid en weerstandige oomblikke van die ontwerpte aluminiumprofiel beter is as die ooreenstemmende gegewens van die ystergemaakte balkprofiel. Die styfheidskoëffisiëntdata is ongeveer dieselfde as dié van die ooreenstemmende ystergemaakte balkprofiel, en almal voldoen aan die vervormingsvereistes.
3.2 Maksimum stresberekening
Die maksimum spanning word bereken. Die nominale las is 1,5 T, en die dwarsbalk is gemaak van 6063-T6 aluminiumlegeringsprofiel met meganiese eienskappe soos getoon in Tabel 5. Die balk word vereenvoudig as 'n cantilever-struktuur vir kragberekening, soos getoon in Figuur 4.
Met 'n 344 mm -spanbalk word die druklading op die balk bereken as F = 3757 N gebaseer op 4.5T, wat drie keer die standaard statiese las is. q = f/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 oomblik, 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 verskillende komponente
Aluminiumlegering het swak sweis eienskappe, en die sweispuntsterkte daarvan is slegs 60% van die basismateriaalsterkte. As gevolg van die bedekking van 'n laag Al2O3 op die aluminiumlegeringoppervlak, is die smeltpunt van Al2O3 hoog, terwyl die smeltpunt van aluminium laag is. As aluminiumlegering gesweis is, moet die Al2O3 op die oppervlak vinnig gebreek word om sweiswerk uit te voer. Terselfdertyd sal die residu van Al2O3 in die aluminiumlegeringsoplossing bly, wat die aluminiumlegeringstruktuur beïnvloed en die sterkte van die aluminiumlegering sweispunt verminder. Daarom word hierdie eienskappe ten volle oorweeg wanneer die ontwerp van 'n all-aluminiumhouer. Sweiswerk is die belangrikste posisioneringsmetode, en die belangrikste lasdraende komponente word deur boute verbind. Verbindings soos klinknael- en swaelstertstruktuur word in Figuur 5 en 6 getoon.
Die hoofstruktuur van die all-aluminium-boksliggaam neem 'n struktuur aan met horisontale balke, vertikale pilare, sybalke en randbalke wat met mekaar verbind. Daar is vier verbindingspunte tussen elke horisontale balk en vertikale pilaar. Die verbindingspunte is toegerus met gekeurde pakkies om met die getande rand van die horisontale balk te gaas, wat effektief verhoed word. Die agt hoekpunte word hoofsaaklik deur staalkern-insetsels gekoppel, vasgemaak met boute en self-sluitende klinknaels, en versterk deur 5 mm-driehoekige aluminiumplate wat in die boks gesweis is om die hoekposisies intern te versterk. Die eksterne voorkoms van die kassie het geen sweiswerk of blootgestelde verbindingspunte nie, wat die algemene voorkoms van die kassie verseker.
3.4 SE Synchroniese ingenieurstegnologie
SE -sinchrone ingenieurswese -tegnologie word gebruik om die probleme wat veroorsaak word deur groot opgehoopte grootte afwykings op te los vir die ooreenstemming van komponente in die boksliggaam en die probleme om die oorsake van gapings en platheidsfoute te vind. Deur middel van CAE-analise (sien Figuur 7-8), word 'n vergelykingsanalise uitgevoer met ystergemaakte bokliggame om die algehele sterkte en styfheid van die boksliggaam te bepaal, swak punte te vind en maatreëls te tref om die ontwerpskema doeltreffender te optimaliseer en te verbeter .
4.Liggewig -effek van aluminiumlegeringskas
Benewens die boksliggaam, kan aluminiumlegerings gebruik word om staal te vervang vir verskillende komponente van vragmotorhouers, soos modderwagte, agterwagte, sywagte, deurknoppies, deurskarniere en agterste voorskootkante, wat 'n gewigsvermindering bereik van 30% tot 40% vir die vragkompartement. Die gewigsverminderingseffek vir 'n leë vraghouer van 4080 mm × 2300mm × 2200mm word in Tabel 6 getoon. Dit los die probleme van oormatige gewig, nie-nakoming van aankondigings en regulatoriese risiko's van tradisionele ystergemaakte vragkompartemente op.
Deur tradisionele staal met aluminiumlegerings vir motoronderdele te vervang, kan nie net uitstekende liggewig -effekte bereik word nie, maar dit kan ook bydra tot brandstofbesparing, emissievermindering en verbeterde voertuigprestasie. Daar is tans verskillende menings oor die bydrae van liggewig tot brandstofbesparing. Die navorsingsresultate van die Internasionale Aluminiuminstituut word in Figuur 9 getoon. Elke vermindering van die gewig van die voertuig kan die brandstofverbruik met 6% tot 8% verminder. Op grond van huishoudelike statistieke, kan die vermindering van die gewig van elke passasiersmotor met 100 kg die brandstofverbruik met 0,4 L/100 km verminder. Die bydrae van liggewig tot brandstofbesparing is gebaseer op resultate wat uit verskillende navorsingsmetodes verkry is, dus is daar 'n mate van variasie. Liggewig van die motor het egter 'n beduidende invloed op die vermindering van brandstofverbruik.
Vir elektriese voertuie is die liggewig -effek nog meer uitgesproke. Tans verskil die energiedigtheid van die 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 hoëprestasiebatterietegnologie is, is liggewig 'n effektiewe manier om die vaart van elektriese voertuie te verbeter. Vir elke 100 kg vermindering in gewig, kan die vaart van elektriese voertuie met 6% tot 11% verhoog word (die verband tussen gewigsvermindering en die vaart 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 vaarbereik aansienlik verbeter, angs verlig en die gebruikerservaring verbeter.
5. Conclusion
Benewens die all-aluminiumstruktuur van die aluminiumlegeringsvragmotor wat in hierdie artikel bekendgestel is, is daar verskillende soorte boksvragmotors, soos aluminium heuningkoekpanele, aluminium-gespe, aluminiumrame + aluminiumvelle en yster-aluminium-hibriede vraghouers houers . Hulle het die voordele van liggewig, hoë spesifieke sterkte en goeie korrosie -weerstand, en benodig nie elektroforetiese verf vir korrosiebeskerming nie, wat die omgewingsimpak van elektroforetiese verf verminder. Die aluminiumlegeringskas-vragmotor los fundamenteel die probleme van oormatige gewig, nie-nakoming van aankondigings en regulatoriese risiko's van tradisionele ystergemaakte vragkompartemente op.
Extrusie is 'n noodsaaklike verwerkingsmetode vir aluminiumlegerings, en aluminiumprofiele het uitstekende meganiese eienskappe, dus is die gedeelte styfheid van komponente relatief hoog. As gevolg van die veranderlike dwarssnit, kan aluminiumlegerings die kombinasie van veelvuldige komponentfunksies bereik, wat dit 'n goeie materiaal maak vir liggewig in die motor. Die wydverspreide toepassing van aluminiumlegerings staar egter uitdagings in die gesig, soos onvoldoende ontwerpvermoë vir vragkompartemente vir aluminiumlegering, vorming en sweisprobleme, en hoë ontwikkeling en promosiekoste vir nuwe produkte. Die hoofrede is steeds dat aluminiumlegering meer as staal kos voordat die herwinningsekologie van aluminiumlegerings volwasse word.
Ten slotte sal die toepassingsomvang van aluminiumlegerings in motors breër word, en die gebruik daarvan sal steeds toeneem. In die huidige neigings van energiebesparing, die vermindering van emissie en die ontwikkeling van die nuwe energievoertuigbedryf, met die verdieping van aluminiumlegeringseienskappe en effektiewe oplossings vir aluminiumlegeringsprobleme, sal aluminium -ekstruderingsmateriaal meer wyd gebruik word in liggewig in die motor.
Geredigeer deur Mei Jiang van Mat Aluminium
Postyd: Jan-12-2024 Januarie
