Úvod
S rozvojom automobilového priemyslu rýchlo rastie aj trh s nárazovými nosníkmi z hliníkových zliatin, hoci je stále relatívne malý. Podľa prognózy Automotive Lightweight Technology Innovation Alliance pre čínsky trh s nárazovými nosníkmi z hliníkových zliatin sa do roku 2025 odhaduje dopyt na trhu na približne 140 000 ton, pričom sa očakáva, že veľkosť trhu dosiahne 4,8 miliardy RMB. Do roku 2030 sa predpokladá, že dopyt na trhu dosiahne približne 220 000 ton, s odhadovanou veľkosťou trhu 7,7 miliardy RMB a zloženou ročnou mierou rastu približne 13 %. Trend vývoja odľahčovania a rýchly rast modelov stredných až vyššej triedy vozidiel sú dôležitými hnacími faktormi pre vývoj nárazových nosníkov z hliníkových zliatin v Číne. Trhové vyhliadky pre nárazové boxy automobilových nárazových nosníkov sú sľubné.
S poklesom nákladov a technologickým pokrokom sa predné nárazové nosníky a crashboxy z hliníkových zliatin postupne rozširujú. V súčasnosti sa používajú v modeloch vozidiel strednej a vyššej triedy, ako sú Audi A3, Audi A4L, BMW radu 3, BMW X1, Mercedes-Benz C260, Honda CR-V, Toyota RAV4, Buick Regal a Buick LaCrosse.
Nárazové nosníky z hliníkovej zliatiny sa skladajú hlavne z nárazových priečnych nosníkov, nárazových boxov, montážnych základných dosiek a objímok ťažného háku, ako je znázornené na obrázku 1.
Obrázok 1: Zostava nárazového nosníka z hliníkovej zliatiny
Nárazový box je kovová skriňa umiestnená medzi nárazovým nosníkom a dvoma pozdĺžnymi nosníkmi vozidla, ktorá v podstate slúži ako nádoba absorbujúca energiu. Táto energia sa vzťahuje na silu nárazu. Keď vozidlo zažije kolíziu, nárazový nosník má určitý stupeň schopnosti absorbovať energiu. Ak však energia prekročí kapacitu nárazového nosníka, prenesie ju do nárazového boxu. Nárazový box absorbuje všetku silu nárazu a deformuje sa, čím zabezpečí, že pozdĺžne nosníky zostanú nepoškodené.
1 Požiadavky na produkt
1.1 Rozmery musia zodpovedať požiadavkám na tolerancie uvedeným na výkrese, ako je znázornené na obrázku 2.
1.3 Požiadavky na mechanické vlastnosti:
Pevnosť v ťahu: ≥215 MPa
Medza klzu: ≥205 MPa
Predĺženie A50: ≥10%
1.4 Výkonnosť pri drvení nárazového boxu:
Pozdĺž osi X vozidla, s použitím nárazovej plochy väčšej ako je prierez výrobku, zaťažujte rýchlosťou 100 mm/min až do rozdrvenia s mierou stlačenia 70 %. Počiatočná dĺžka profilu je 300 mm. V mieste spojenia výstužného rebra a vonkajšej steny by mali byť trhliny menšie ako 15 mm, aby sa považovali za prijateľné. Malo by sa zabezpečiť, aby povolené trhliny neohrozili schopnosť profilu absorbovať energiu pri rozdrvení a aby po rozdrvení neboli v iných oblastiach žiadne významné trhliny.
2. Prístup k rozvoju
Aby sa súčasne splnili požiadavky na mechanický výkon a drviaci výkon, vývojový prístup je nasledovný:
Použite tyč z ocele 6063B s primárnym zložením zliatiny Si 0,38 – 0,41 % a Mg 0,53 – 0,60 %.
Vykonajte kalenie vzduchom a umelé starnutie, aby ste dosiahli stav T6.
Na dosiahnutie stavu T7 použite kalenie hmlou + vzduchom a vykonajte úpravu starnutím.
3 Pilotná výroba
3.1 Podmienky extrúzie
Výroba sa vykonáva na extrúznom lise 2000T s extrúznym pomerom 36. Použitým materiálom je homogenizovaná hliníková tyč 6063B. Teploty ohrevu hliníkovej tyče sú nasledovné: IV zóna 450 - III zóna 470 - II zóna 490 - 1 zóna 500. Prielomový tlak hlavného valca je okolo 210 barov, pričom stabilná extrúzna fáza má extrúzny tlak blízky 180 barom. Rýchlosť extrúzneho hriadeľa je 2,5 mm/s a rýchlosť extrúzie profilu je 5,3 m/min. Teplota na výstupe z extrúzie je 500 – 540 °C. Kalenie sa vykonáva vzduchovým chladením s výkonom ľavého ventilátora 100 %, výkonom stredného ventilátora 100 % a výkonom pravého ventilátora 50 %. Priemerná rýchlosť chladenia v kaliacej zóne dosahuje 300 – 350 °C/min a teplota po výstupe z kaliacej zóny je 60 – 180 °C. Pri kalení hmlou a vzduchom dosahuje priemerná rýchlosť ochladzovania v ohrevnej zóne 430 – 480 °C/min a teplota po opustení kaliacej zóny je 50 – 70 °C. Profil nevykazuje žiadne významné ohyby.
3.2 Starnutie
Po procese starnutia T6 pri teplote 185 °C počas 6 hodín sú tvrdosť a mechanické vlastnosti materiálu nasledovné:
Podľa procesu starnutia T7 pri teplote 210 °C počas 6 hodín a 8 hodín sú tvrdosť a mechanické vlastnosti materiálu nasledovné:
Na základe testovacích údajov spĺňa metóda kalenia v hmle a vzduchu v kombinácii s procesom starnutia pri teplote 210 °C/6 hodín požiadavky na mechanické vlastnosti aj skúšky tlakom. Vzhľadom na nákladovú efektívnosť bola na výrobu zvolená metóda kalenia v hmle a vzduchu a proces starnutia pri teplote 210 °C/6 hodín, aby sa splnili požiadavky na produkt.
3.3 Skúška tlakom
V prípade druhej a tretej tyče sa hlavová časť skráti o 1,5 m a zadná časť o 1,2 m. Z hlavovej, strednej a zadnej časti sa odoberú po dve vzorky s dĺžkou 300 mm. Skúšky tlakom sa vykonajú po starnutí pri teplote 185 °C/6 hodín a 210 °C/6 hodín a 8 hodín (údaje o mechanickom výkone sú uvedené vyššie) na univerzálnom skúšobnom stroji na materiály. Skúšky sa vykonávajú pri rýchlosti zaťaženia 100 mm/min s mierou kompresie 70 %. Výsledky sú nasledovné: pri kalení hmlou + vzduchom s procesmi starnutia pri teplote 210 °C/6 hodín a 8 hodín spĺňajú skúšky tlakom požiadavky, ako je znázornené na obrázku 3-2, zatiaľ čo vzorky kalené vzduchom vykazujú praskanie pri všetkých procesoch starnutia.
Na základe výsledkov tlakovej skúšky spĺňajú požiadavky zákazníka kalenie v hmle a na vzduchu s procesmi starnutia pri teplote 210 °C/6 hodín a 8 hodín.
4 Záver
Optimalizácia procesov kalenia a starnutia je kľúčová pre úspešný vývoj produktu a poskytuje ideálne procesné riešenie pre produkt crash box.
Rozsiahlym testovaním sa zistilo, že materiál pre crash box by mal byť 6063-T7, metóda kalenia je hmla + chladenie vzduchom a proces starnutia pri 210 °C/6 hodín je najlepšou voľbou na extrúziu hliníkových tyčí s teplotami v rozmedzí 480 – 500 °C, rýchlosťou extrúzneho hriadeľa 2,5 mm/s, teplotou extrúznej formy 480 °C a výstupnou teplotou extrúzie 500 – 540 °C.
Upravené May Jiang z MAT Aluminum
Čas uverejnenia: 7. mája 2024
