1.Sarrera
Automobilgintza arintzea herrialde garatuetan hasi zen eta hasiera batean automobilgintzako erraldoi tradizionalek zuzendu zuten. Etengabeko garapenarekin, indar handia hartu du. Indiarrek lehen aldiz aluminiozko aleazioa erabili zuten automobilgintzako biraderak ekoizteko Audi-k 1999an aluminio osoko autoen lehen produkzio masibora arte, aluminio aleazioak hazkunde sendoa izan du automobilgintzako aplikazioetan, dentsitate baxua, indar espezifiko handia eta zurruntasuna bezalako abantailak direla eta, elastikotasun eta talketarako erresistentzia ona, birziklagarritasun handia eta birsortze tasa handia. 2015erako, automobiletan aluminiozko aleazioen aplikazio proportzioa % 35 baino handiagoa zen jada.
Txinako automobilgintza arintzea duela 10 urte baino gutxiago hasi zen, eta teknologia eta aplikazio maila Alemania, Estatu Batuak eta Japonia bezalako herrialde garatuen atzetik daude. Hala ere, energia-ibilgailu berrien garapenarekin, materialen arintasuna azkar doa aurrera. Energia berrien ibilgailuen gorakada aprobetxatuz, Txinako automobilgintza arintzeko teknologiak herrialde garatuekin harrapatzeko joera erakusten ari da.
Txinako material arineko merkatua zabala da. Alde batetik, atzerriko herrialde garatuekin alderatuta, Txinako arintze-teknologia berandu hasi zen, eta ibilgailuen pisu orokorra handiagoa da. Material arinak atzerriko herrialdeetan duten proportzioaren erreferentzia kontuan hartuta, oraindik ere toki zabala dago Txinan garatzeko. Bestalde, politikek bultzatuta, Txinako energia-ibilgailuen industria berriaren garapen azkarrak material arinen eskaria areagotuko du eta automobilgintzako enpresak arintasunera jotzera bultzatuko du.
Isurien eta erregaiaren kontsumoaren estandarrak hobetzeak automobilgintzaren pisu arina bizkortzera behartzen du. Txinak 2020an erabat ezarri zituen Txinako VI emisio-arauak. "Bidaiarien Autoen Erregaien Kontsumoaren Ebaluazio Metodoa eta Adierazleak" eta "Energia Aurrezteko eta Energia Berriko Ibilgailuen Teknologiaren Bide orria"ren arabera, 5,0 L/km erregai-kontsumoaren estandarraren arabera. Motorren teknologian eta emisioen murrizketan aurrerapen nabarmenak izateko espazio mugatua kontuan hartuta, automobilgintzako osagai arinei buruzko neurriak hartzeak ibilgailuen isuriak eta erregai-kontsumoa modu eraginkorrean murrizten ditu. Energia berrien ibilgailuen pisu arina industriaren garapenerako ezinbesteko bide bihurtu da.
2016an, Txinako Automobilgintzako Ingeniaritza Elkarteak "Energia Aurrezteko eta Energia Berriko Ibilgailuen Teknologiaren Bide-orria" kaleratu zuen, 2020tik 2030era bitartean energia-kontsumoa, gurutzaldi-sorta eta energia berrien ibilgailuen fabrikazio-materialak bezalako faktoreak planifikatu zituena. energia berrien ibilgailuen etorkizuneko garapenerako. Arinak gurutzaldi-barrutia handitu dezake eta energia berriko ibilgailuetan "barrutiaren antsietatea" aurre egin dezake. Gurutzaldi-sorta zabalaren eskaera gero eta handiagoa dela eta, automobilgintzaren pisu arina premiazkoa da, eta energia berrien ibilgailuen salmentak nabarmen hazi dira azken urteotan. Puntuazio sistemaren eta "Epe ertain-luzerako Automobilgintzaren Industriarako Garapen Planaren" eskakizunen arabera, 2025erako Txinako energia berrien ibilgailuen salmentak 6 milioi unitate baino gehiago izango dituela kalkulatzen da, urteko hazkunde konposatu batekin. tasa %38tik gorakoa.
2.Aluminiozko aleazioen ezaugarriak eta aplikazioak
2.1 Aluminio-aleazioaren ezaugarriak
Aluminioaren dentsitatea altzairuaren herena da, eta arinagoa da. Indar espezifiko handiagoa, estrusio-gaitasun ona, korrosioarekiko erresistentzia handia eta birziklagarritasun handia ditu. Aluminio-aleazioak batez ere magnesioz osatuta egoteagatik bereizten dira, bero-erresistentzia ona, soldadura-propietate onak, neke-erresistentzia ona, tratamendu termikoaren bidez indartzeko ezintasuna eta hotzaren bidez indarra handitzeko gaitasuna izatea. 6 serieak batez ere magnesioz eta silizioz osatuta egoteagatik ezaugarritzen du, Mg2Si sendotze fase nagusia dela. Kategoria honetan gehien erabiltzen diren aleazioak 6063, 6061 eta 6005A dira. 5052 aluminiozko plaka AL-Mg serieko aleaziozko aluminiozko plaka bat da, magnesioa aleazio elementu nagusi gisa duena. Herdoilaren aurkako aluminiozko aleaziorik erabiliena da. Aleazio honek erresistentzia handia, neke-erresistentzia handia, plastikotasun ona eta korrosioarekiko erresistentzia du, ezin da tratamendu termikoarekin indartu, plastikotasun ona du lan erdi-hotzean gogortzean, plastikotasun baxua lan hotzean, korrosioarekiko erresistentzia ona eta soldadura-propietate onak. Batez ere alboko panelak, teilatuaren estalkiak eta ate panelak bezalako osagaietarako erabiltzen da. 6063 aluminiozko aleazioa AL-Mg-Si serieko bero-tratagarria den indartze aleazio bat da, magnesioa eta silizioa aleazio elementu nagusi gisa. Erresistentzia ertaineko aluminiozko aleaziozko profila da, batez ere zutabeetan eta alboko paneletan erabiltzen den egitura-osagaietan, indarra eramateko. Aluminio-aleazioen kalifikazioen sarrera 1. taulan ageri da.
2.2 Estrusioa aluminio-aleazioaren konformazio-metodo garrantzitsua da
Aluminio-aleazio-estrusioa beroa konformatzeko metodo bat da, eta ekoizpen-prozesu osoak aluminio-aleazioa osatzen du hiru norabideko konpresio-esfortzuan. Ekoizpen-prozesu osoa honela deskriba daiteke: a. Aluminioa eta beste aleazio batzuk urtu eta behar diren aluminiozko aleazio totxoetan botatzen dira; b. Aurrez berotutako totxoak estrusio-ekipoan sartzen dira estrusiorako. Zilindro nagusiaren eraginez, aluminiozko aleazio totxoa moldearen barrunbearen bidez beharrezko profiletan eratzen da; c. Aluminiozko profilen propietate mekanikoak hobetzeko, disoluzio tratamendua egiten da estrusioan edo ondoren, eta ondoren zahartze tratamendua egiten da. Zahartzearen tratamenduaren ondoren propietate mekanikoak material eta zahartze erregimen ezberdinen arabera aldatzen dira. Kutxa motako kamioien profilen tratamendu termikoaren egoera 2. taulan ageri da.
Estrusiozko aluminiozko aleazioko produktuek hainbat abantaila dituzte beste konformazio metodo batzuen aldean:
a. Estrusioan, estrusiozko metalak ijezketa eta forjaketa baino hiru norabideko konpresio-esfortzu sendoagoa eta uniformeagoa lortzen du deformazio-eremuan, beraz, prozesatutako metalaren plastikotasuna guztiz jokatu dezake. Deformatzeko zailak diren metalak prozesatzeko erabil daiteke, ijezketaz edo forjatuz prozesatu ezin diren eta hainbat ebakidurako osagai konplexu hutsak edo solidoak egiteko erabil daiteke.
b. Aluminiozko profilen geometria askotarikoa izan daitekeenez, haien osagaiek zurruntasun handia dute, eta horrek ibilgailuaren karrozeriaren zurruntasuna hobetu dezake, bere NVH ezaugarriak murrizten ditu eta ibilgailuen kontrol dinamikoaren ezaugarriak hobetu ditzake.
c. Estrusio-eraginkortasuna duten produktuek, itzali eta zahartu ondoren, luzetarako erresistentzia nabarmen handiagoa dute (R, Raz) beste metodo batzuekin prozesatutako produktuek baino.
d. Estrusioaren ondoren produktuen gainazalek kolore ona eta korrosioarekiko erresistentzia ona du, korrosioaren aurkako gainazaleko tratamenduen beharra ezabatuz.
e. Estrusioaren prozesamenduak malgutasun handia du, tresnen eta moldeen kostu baxuak eta diseinuaren aldaketa kostu baxuak.
f. Aluminiozko profilaren sekzioen kontrolagarritasuna dela eta, osagaien integrazio-maila handitu daiteke, osagai kopurua murriztu daiteke eta zeharkako diseinu ezberdinek soldadura kokapen zehatza lor dezakete.
Kutxa motako kamioietarako aluminiozko estrusiozko profilen eta karbono altzairu arruntaren arteko errendimenduaren konparaketa 3. taulan ageri da.
Kaxa motako kamioientzako aluminiozko aleazioko profilen hurrengo garapenaren norabidea: profilaren indarra areagotzea eta estrusioaren errendimendua hobetzea. Kutxa motako kamioientzako aluminio-aleazioko profiletarako material berrien ikerketaren norabidea 1. irudian ageri da.
3.Aluminium Alloy Box Kamioiaren Egitura, Indarren Azterketa eta Egiaztapena
3.1 Aluminiozko aleaziozko kamioiaren egitura
Kutxa-kamioien edukiontzia, batez ere, aurreko panelen muntaketa, ezkerreko eta eskuineko alboko panelen muntaketa, atzeko atearen alboko panelen muntaketa, zoruaren muntaketa, teilatuaren muntaia, baita U formako torlojuak, alboko babesak, atzeko babesak, lokatz-flapak eta beste osagarri batzuk ditu. bigarren mailako xasisari konektatuta. Kaxa-gorputzaren gurutze-habeak, zutabeak, albo-habeak eta ate-panelak aluminio-aleaziozko profil extrusionatuez eginda daude, eta zorua eta teilatuaren panelak, berriz, 5052 aluminio-aleaziozko plaka lauez eginak daude. Aluminiozko aleazioko kamioiaren egitura 2. irudian ageri da.
6 serieko aluminio-aleazioaren bero-estrusio-prozesua erabiliz, sekzio huts konplexuak eratu daitezke, zehar-ebaki konplexuak dituzten aluminiozko profilen diseinuak materialak aurreztu ditzake, produktuaren indarra eta zurruntasunaren baldintzak bete eta elkarren arteko lotura-eskakizunak bete ditzake. hainbat osagai. Hori dela eta, habearen diseinuaren egitura eta I inertzia-momentu sekzionalak eta W momentu erresistenteak 3. Irudian agertzen dira.
4. taulako datu nagusien konparaketa batek erakusten du diseinatutako aluminiozko profilaren inertzia-momentu sekzioak eta momentu erresistenteak burdinez egindako habe-profilari dagozkion datuak baino hobeak direla. Zurruntasun-koefizientearen datuak, gutxi gorabehera, burdinaz egindako habe-profilaren berdinak dira, eta guztiek betetzen dituzte deformazio-baldintzak.
3.2 Esfortzu maximoaren kalkulua
Karga-osagai nagusia, habea, objektu gisa hartuta, tentsio maximoa kalkulatzen da. Karga nominala 1,5 t-koa da, eta gurutze-habea 6063-T6 aluminiozko aleazioko profilaz egina dago, 5. Taulan erakusten den propietate mekanikoak dituena. Habea indarra kalkulatzeko cantilever egitura gisa sinplifikatzen da, 4. Irudian erakusten den moduan.
344 mm-ko habe bat hartuz, habearen konpresio-karga F=3757 N gisa kalkulatzen da 4,5t-n oinarrituta, hau da, karga estatiko estandarraren hiru aldiz. q=F/L
non q habearen barneko tentsioa kargapean dagoen, N/mm; F habeak jasaten duen karga da, karga estatiko estandarraren 3 aldiz kalkulatua, hau da, 4,5 t; L habearen luzera da, mm.
Beraz, barneko tentsioa q hau da:
Esfortzua kalkulatzeko formula hau da:
Momentu maximoa hau da:
Momentuaren balio absolutua hartuta, M=274283 N·mm, esfortzu maximoa σ=M/(1,05×w)=18,78 MPa, eta eskakizunak betetzen dituen esfortzu maximoa σ<215 MPa.
3.3 Hainbat osagairen konexio-ezaugarriak
Aluminio aleazioak soldadura propietate eskasak ditu, eta bere soldadura puntuaren indarra oinarrizko materialaren indarraren % 60 baino ez da. Aluminio-aleazioen gainazalean Al2O3 geruza bat estaltzen denez, Al2O3-ren urtze-puntua altua da, eta aluminioaren urtze-puntua baxua den bitartean. Aluminio aleazioa soldatzen denean, gainazaleko Al2O3 azkar hautsi behar da soldadura egiteko. Aldi berean, Al2O3-ren hondakina aluminio-aleazio-soluzioan geratuko da, aluminio-aleazio-egiturari eraginez eta aluminio-aleazioko soldadura-puntuaren indarra murriztuz. Hori dela eta, guztiz aluminiozko ontzi bat diseinatzerakoan, ezaugarri horiek guztiz kontuan hartzen dira. Soldadura kokapen metodo nagusia da, eta karga-jasaten duten osagai nagusiak torlojuen bidez lotzen dira. Errematxaketa eta uso-tailaren egitura bezalako konexioak 5. eta 6. irudietan ageri dira.
Aluminio osoko kutxaren gorputzaren egitura nagusiak habe horizontalak, zutabe bertikalak, alboko habeak eta ertzeko habeak elkarren artean elkarri lotuta dituen egitura hartzen du. Lau lotura puntu daude habe horizontal bakoitzaren eta zutabe bertikalaren artean. Konexio-puntuek juntura zerradunekin hornituta daude habe horizontalaren ertz zerradunarekin bat egiteko, irristatzeak eraginkortasunez saihestuz. Zortzi izkin-puntuak batez ere altzairuzko nukleoen txertatzeen bidez lotzen dira, torlojuekin eta autoblokeatzeko errematxeekin finkatuta, eta kutxa barruan soldatutako 5 mm-ko aluminiozko plaka triangeluarrez indartuta daude izkinaren posizioak barnean indartzeko. Kaxaren kanpoko itxurak ez du soldadurarik edo ageriko konexio punturik, kaxaren itxura orokorra bermatuz.
3.4 SE Ingeniaritza Sinkronoaren Teknologia
SE ingeniaritza sinkronoaren teknologia erabiltzen da metatutako tamaina desbideratze handiek sortutako arazoak konpontzeko kutxaren gorputzean osagaiak parekatzeko eta hutsuneen eta lautasun-hutsen arrazoiak aurkitzeko zailtasunak. CAE analisiaren bidez (ikus 7-8. Irudia), konparazio-analisi bat egiten da burdinez egindako kaxa-gorputzekin, kaxa-gorputzaren erresistentzia eta zurruntasun orokorra egiaztatzeko, puntu ahulak aurkitzeko eta diseinu-eskema eraginkorrago optimizatzeko eta hobetzeko neurriak hartzeko. .
4.Aluminiozko aleazioko kamioiaren efektua arintzea
Kutxaren gorputzaz gain, aluminiozko aleazioak kamioi motako kamioien ontzien hainbat osagairen altzairua ordezkatzeko erabil daitezke, hala nola, lokatz, atzeko babesak, alboko babesak, ateen kistilak, ateko bisagrak eta atzeko atalaren ertzak, pisua murriztea lortuz. % 30 eta % 40 arteko zama-konpartimenturako. 4080mm×2300mm×2200mm-ko zama-ontzi huts baten pisua murrizteko efektua 6. taulan ageri da. Horrek funtsean konpontzen ditu gehiegizko pisuaren, iragarkiak ez betetzearen eta ohiko burdinazko zama-konpartimentuen arau-arriskuen arazoak.
Altzairu tradizionala automobilgintzako osagaietarako aluminiozko aleazioekin ordezkatuz, arintze-efektu bikainak lor daitezke ez ezik, erregaia aurrezten, isurketak murrizten eta ibilgailuen errendimendua hobetzen ere lagun dezake. Gaur egun, erregaien aurrezteari arinek egindako ekarpenari buruzko iritzi ezberdinak daude. Aluminioaren Nazioarteko Institutuaren ikerketa-emaitzak 9. Irudian ageri dira. Ibilgailuen pisuaren % 10 murrizten den bakoitzean erregaiaren kontsumoa % 6 eta % 8 murriztu daiteke. Etxeko estatistiketan oinarrituta, bidaiari-kotxe bakoitzaren pisua 100 kg murrizteak erregai-kontsumoa 0,4 L/100 km murriztu dezake. Arintzearen ekarpena erregaiaren aurrezpenari ikerketa-metodo ezberdinetatik lortutako emaitzetan oinarritzen da, beraz, aldakuntza bat dago. Dena den, automobilgintzaren arintasunak eragin handia du erregaiaren kontsumoa murrizteko.
Ibilgailu elektrikoen kasuan, arintze-efektua are nabarmenagoa da. Gaur egun, ibilgailu elektrikoen baterien energia-dentsitatea nabarmen desberdina da ohiko erregai likidoko ibilgailuen aldean. Ibilgailu elektrikoen energia-sistemaren (bateria barne) pisua askotan ibilgailuaren pisu osoaren % 20 eta % 30 bitartekoa da. Aldi berean, baterien errendimendu-botoia gainditzea mundu osoko erronka da. Errendimendu handiko baterien teknologian aurrerapen handi bat eman aurretik, pisu arina ibilgailu elektrikoen gurutzaldi-sorta hobetzeko modu eraginkorra da. 100 kg-ko pisua murrizten den bakoitzeko, ibilgailu elektrikoen gurutzaldi-autonomia % 6tik % 11ra handitu daiteke (pisu-murrizketaren eta gurutzaldi-eremuaren arteko erlazioa 10. irudian ageri da). Gaur egun, ibilgailu elektriko hutsen gurutzaldi-sorta ezin da jende gehienaren beharrak asetu, baina pisua kopuru jakin batean murrizteak gurutzaldi-sorta nabarmen hobetu dezake, barrutiaren antsietatea arindu eta erabiltzailearen esperientzia hobetu.
5.Ondorioa
Artikulu honetan aurkeztutako aluminio aleaziozko kamioi kamioiaren guztiz aluminiozko egituraz gain, hainbat kamioi mota daude, hala nola, aluminiozko abaraska panelak, aluminiozko beila-plakak, aluminiozko markoak + aluminiozko azalak eta burdin-aluminiozko karga-ontzi hibridoak. . Pisu arina, indar espezifiko handia eta korrosioarekiko erresistentzia ona duten abantailak dituzte, eta ez dute pintura elektroforetikorik behar korrosioaren babeserako, pintura elektroforetikoaren ingurumen-inpaktua murriztuz. Aluminiozko aleazioko kamioiak funtsean konpontzen ditu gehiegizko pisuaren, iragarkiak ez betetzearen eta ohiko burdinazko zama-konpartimentuen arauzko arriskuen arazoak.
Estrusioa aluminiozko aleazioetarako ezinbesteko prozesatzeko metodoa da, eta aluminiozko profilek propietate mekaniko bikainak dituzte, beraz, osagaien sekzio-zurruntasuna nahiko handia da. Zehar-sekzio aldakorra dela eta, aluminiozko aleazioak osagai anitzen funtzioen konbinazioa lor dezake, eta automozio arintzeko material ona da. Hala ere, aluminio-aleazioen aplikazio hedatuak erronkak ditu, hala nola, aluminio-aleazioen zama-konpartimentuen diseinu-gaitasun nahikoa, konformazio- eta soldadura-arazoak eta produktu berrien garapen- eta sustapen-kostu handiak. Arrazoi nagusia da oraindik ere aluminio-aleazioak altzairua baino gehiago kostatzen duela aluminio-aleazioen birziklatze-ekologia heldu baino lehen.
Ondorioz, automobiletan aluminiozko aleazioen aplikazio-esparrua zabalagoa izango da eta haien erabilera handitzen joango da. Energia aurrezteko, isurketen murrizketa eta energia-ibilgailuen industria berriaren garapenaren egungo joeretan, aluminio-aleazioen propietateen ulermena sakonduz eta aluminio-aleazioen aplikazio-arazoetarako irtenbide eraginkorrak izanik, aluminiozko estrusio-materialak gehiago erabiliko dira automobilgintzako arineketan.
May Jiangek editatua MAT Aluminium-ekoa
Argitalpenaren ordua: 2024-01-12
