1.Inngangur
Léttvigtun bíla hófst í þróuðum löndum og var upphaflega undir forystu hefðbundinna bílarisa. Með stöðugri þróun hefur það náð verulegum skriðþunga. Frá þeim tíma þegar Indverjar notuðu fyrst ál til að framleiða sveifarása fyrir bíla til fyrstu fjöldaframleiðslu Audi á bílum úr áli árið 1999, hefur álblendi orðið fyrir miklum vexti í bifreiðanotkun vegna kosta þess eins og lágs þéttleika, mikillar sérstyrks og stífleika, góð mýkt og höggþol, mikil endurvinnanleiki og hár endurnýjunarhraði. Árið 2015 var notkunarhlutfall álblöndu í bifreiðum þegar farið yfir 35%.
Léttvigtun bíla í Kína hófst fyrir minna en 10 árum síðan og bæði tækni og notkunarstig eru á eftir þróuðum löndum eins og Þýskalandi, Bandaríkjunum og Japan. Hins vegar, með þróun nýrra orkutækja, fer léttvigtun efnis hratt fram. Með því að nýta uppgang nýrra orkutækja, sýnir léttvigtartækni Kína fyrir bíla í Kína þá þróun að ná í við þróuð lönd.
Létt efnismarkaður Kína er mikill. Annars vegar, samanborið við þróuð lönd erlendis, byrjaði léttvigtartækni Kína seint og heildarþyngd ökutækisins er stærri. Miðað við viðmiðun hlutfalls léttra efna í erlendum löndum er enn nóg pláss fyrir þróun í Kína. Á hinn bóginn, knúin áfram af stefnu, mun hröð þróun nýrrar orkubílaiðnaðar Kína auka eftirspurn eftir léttum efnum og hvetja bílafyrirtæki til að fara í átt að léttvigt.
Endurbætur á stöðlum um losun og eldsneytiseyðslu knýr fram hröðun léttvigtar bíla. Kína innleiddi að fullu Kína VI útblástursstaðla árið 2020. Samkvæmt „Matsaðferð og vísbendingar um eldsneytisnotkun fólksbíla“ og „Orkusparandi og ný orkubílatækni vegvísir,“ er 5,0 L/km eldsneytisnotkunarstaðalinn. Að teknu tilliti til takmarkaðs rýmis fyrir verulegar byltingar í vélatækni og minnkun losunar, getur það að samþykkja ráðstafanir til léttra bifreiðaíhluta í raun dregið úr losun ökutækja og eldsneytisnotkun. Léttvigtun nýrra orkutækja hefur orðið nauðsynleg leið fyrir þróun iðnaðarins.
Árið 2016 gaf kínverska bílaverkfræðifélagið út „orkusparnað og nýja orkubílatækni vegvísi“ sem skipulagði þætti eins og orkunotkun, siglingasvið og framleiðsluefni fyrir ný orkutæki frá 2020 til 2030. Léttvigtun verður lykilstefna fyrir framtíðarþróun nýrra orkutækja. Léttþyngd getur aukið aksturssviðið og tekið á „sviðskvíða“ í nýjum orkutækjum. Með aukinni eftirspurn eftir auknu siglingasviði verður léttvigt bifreiða aðkallandi og sala nýrra orkutækja hefur vaxið verulega á undanförnum árum. Samkvæmt kröfum stigakerfisins og „Mell-til-langtíma þróunaráætlun fyrir bílaiðnaðinn,“ er áætlað að árið 2025 muni sala Kína á nýjum orkutækjum fara yfir 6 milljónir eininga, með samsettum árlegum vexti hlutfall yfir 38%.
2.Aluminum Alloy Eiginleikar og forrit
2.1 Eiginleikar álblöndu
Þéttleiki áls er þriðjungur á við stál, sem gerir það léttara. Það hefur meiri sértækan styrk, góða útpressunargetu, sterka tæringarþol og mikla endurvinnslu. Álblöndur einkennast af því að vera fyrst og fremst samsettar úr magnesíum, sýna góða hitaþol, góða suðueiginleika, góðan þreytustyrk, vanhæfni til að styrkjast með hitameðferð og getu til að auka styrk með kaldvinnslu. 6 röðin einkennist af því að vera fyrst og fremst samsett úr magnesíum og sílikoni, með Mg2Si sem helsta styrkingarfasann. Mest notaðir málmblöndur í þessum flokki eru 6063, 6061 og 6005A. 5052 álplata er AL-Mg röð álplata, með magnesíum sem aðal málmblöndunarefni. Það er mest notaða ryðvarnar álblendi. Þetta álfelgur hefur mikinn styrk, mikla þreytustyrk, góða mýkt og tæringarþol, er ekki hægt að styrkja með hitameðferð, hefur góða mýkt í hálfkaltri vinnuherðingu, lítið mýkt í köldu vinnuherðingu, góða tæringarþol og góða suðueiginleika. Það er aðallega notað fyrir íhluti eins og hliðarplötur, þakhlífar og hurðarplötur. 6063 ál er hitameðhöndlað styrkingarblendi í AL-Mg-Si röðinni, með magnesíum og kísill sem helstu málmblöndur. Það er hitameðhöndlað styrkjandi álprófíl með miðlungs styrk, aðallega notað í byggingarhluta eins og súlur og hliðarplötur til að bera styrk. Kynning á álblöndu er sýnd í töflu 1.
2.2 Útpressun er mikilvæg myndunaraðferð á áli
Útpressun úr áli er heitmótunaraðferð og allt framleiðsluferlið felur í sér að mynda álblöndu undir þríhliða þjöppunarálagi. Öllu framleiðsluferlinu má lýsa sem hér segir: a. Ál og önnur málmblöndur eru brætt og steypt í nauðsynlegar álblöndur; b. Forhituðu plöturnar eru settar í útpressunarbúnaðinn til útpressunar. Undir virkni aðalhólksins myndast álfelgur í nauðsynlegum sniðum í gegnum hola mótsins; c. Til að bæta vélræna eiginleika álprófíla er lausnarmeðhöndlun framkvæmd við eða eftir útpressun, fylgt eftir með öldrun. Vélrænni eiginleikar eftir öldrunarmeðferð eru mismunandi eftir mismunandi efnum og öldrunaraðferðum. Hitameðferðarstaða vörubílaprófíla af kassagerð er sýnd í töflu 2.
Pressaðar vörur úr áli hafa nokkra kosti umfram aðrar mótunaraðferðir:
a. Við útpressun fær útpressaði málmurinn sterkari og jafnari þríhliða þjöppunarálag á aflögunarsvæðinu en veltingur og mótun, þannig að hann getur að fullu leikið mýkt unnar málmsins. Það er hægt að nota til að vinna málma sem erfitt er að afmynda sem ekki er hægt að vinna með því að rúlla eða smíða og hægt er að nota það til að búa til ýmsa flókna hola eða solida þversniðshluta.
b. Vegna þess að rúmfræði álprófíla getur verið fjölbreytt, hafa íhlutir þeirra mikla stífleika, sem getur bætt stífleika yfirbyggingar ökutækis, dregið úr NVH-eiginleikum þess og bætt kraftmikla stýrieiginleika ökutækis.
c. Vörur með útpressunarnýtni, eftir slökun og öldrun, hafa verulega hærri lengdarstyrk (R, Raz) en vörur sem unnar eru með öðrum aðferðum.
d. Yfirborð vöru eftir útpressun hefur góðan lit og góða tæringarþol, sem útilokar þörfina fyrir aðra tæringarvarnar yfirborðsmeðferð.
e. Extrusion vinnsla hefur mikinn sveigjanleika, lágan verkfæra- og moldkostnað og lágan kostnað við hönnunarbreytingar.
f. Vegna stjórnunar á þversniði álsniðs er hægt að auka samþættingu íhluta, fækka íhlutum og mismunandi þversniðshönnun geta náð nákvæmri suðustaðsetningu.
Samanburður á frammistöðu milli pressuðu álprófíla fyrir vörubíla af kassagerð og venjulegs kolefnisstáls er sýndur í töflu 3.
Næsta þróunarstefna álprófíla fyrir vörubíla af kassagerð: Bætir enn frekar styrkleika sniðsins og eykur útpressunarafköst. Rannsóknarstefna nýrra efna fyrir álprófíla fyrir vörubíla af kassagerð er sýnd á mynd 1.
3.Aluminum Alloy Box Truck Uppbygging, Styrkur greining, og sannprófun
3.1 Ál ál kassi vörubíll uppbygging
Kassabílagámurinn samanstendur aðallega af framhliðarsamsetningu, vinstri og hægri hliðarhliðarsamsetningu, hliðarhliðarsamstæðu afturhurðarinnar, gólfsamsetningu, þaksamsetningu, svo og U-laga bolta, hliðarhlífar, afturhlífar, aurflikar og annar aukabúnaður tengdur annars flokks undirvagni. Þverbitar, stólpar, hliðarbitar og hurðarspjöld eru úr álpressuðum sniðum, en gólf- og þakplötur eru úr 5052 álplötum. Uppbygging álkassabílsins er sýnd á mynd 2.
Með því að nota heitt útpressunarferlið 6 röð álblöndunnar geturðu myndað flókna hola þversnið, hönnun álprófíla með flóknum þversniðum getur sparað efni, uppfyllt kröfur um styrkleika og stífleika vöru og uppfyllt kröfur um gagnkvæma tengingu milli ýmsum íhlutum. Þess vegna er hönnunarbygging aðalgeisla og þrotagjörn I og mótstöðumoment W sýnd á mynd 3.
Samanburður á helstu gögnum í töflu 4 sýnir að tregðu- og viðnámsmoment hönnuða álsniðsins eru betri en samsvarandi gögn um járnsmíðaða geislasniðið. Gögnin um stífleikastuðul eru nokkurn veginn þau sömu og samsvarandi járnsmíðaða geislasnið og uppfylla öll aflögunarkröfur.
3.2 Hámarksálagsútreikningur
Með því að taka lykilburðarhlutann, þverbitann, sem hlut, er hámarksspenna reiknuð út. Málálagið er 1,5 t og þverbiturinn er úr 6063-T6 álprófíl með vélrænni eiginleika eins og sýnt er í töflu 5. Bjálkurinn er einfaldaður sem burðarvirki fyrir útreikning á krafti eins og sýnt er á mynd 4.
Ef tekinn er 344 mm spannar geisla, er þrýstiálagið á bjálkann reiknað sem F=3757 N miðað við 4,5t, sem er þrisvar sinnum venjulegt stöðuálag. q=F/L
þar sem q er innra álag bjálkans undir álagi, N/mm; F er álagið sem geislinn ber, reiknað út frá 3 sinnum staðlaða stöðuálaginu, sem er 4,5 t; L er lengd geislans, mm.
Þess vegna er innri streita q:
Álagsreikningsformúlan er sem hér segir:
Hámarksstund er:
Ef tekið er algildi augnabliksins, M=274283 N·mm, hámarksspenna σ=M/(1,05×w)=18,78 MPa og hámarksspennugildi σ<215 MPa, sem uppfyllir kröfur.
3.3 Tengingareiginleikar ýmissa íhluta
Ál hefur lélega suðueiginleika og suðupunktsstyrkur þess er aðeins 60% af styrkleika grunnefnisins. Vegna þess að lag af Al2O3 er þakið á yfirborði álblöndunnar er bræðslumark Al2O3 hátt en bræðslumark áls er lágt. Þegar ál er soðið verður Al2O3 á yfirborðinu að vera fljótt brotið til að framkvæma suðu. Á sama tíma verða leifar af Al2O3 áfram í álblöndunni, sem hefur áhrif á álbyggingu og dregur úr styrk suðupunkts álblöndunnar. Þess vegna, þegar verið er að hanna gám úr áli, er tekið tillit til þessara eiginleika að fullu. Suða er aðal staðsetningaraðferðin og helstu burðarhlutirnir eru tengdir með boltum. Tengingar eins og hnoð og svifhalabygging eru sýnd á myndum 5 og 6.
Aðalbygging álkassans tekur upp uppbyggingu með láréttum geislum, lóðréttum stoðum, hliðarbitum og brúnbitum sem tengjast hver öðrum. Það eru fjórir tengipunktar á milli hvers lárétts geisla og lóðréttrar stoðar. Tengipunktarnir eru búnir töfruðum þéttingum til að tengjast við tunnan brún lárétta geislans, sem kemur í veg fyrir að renna. Hornpunktarnir átta eru aðallega tengdir með stálkjarnainnleggjum, festir með boltum og sjálflæsandi hnoðum, og styrktir með 5 mm þríhyrningslaga álplötum sem eru soðnar inni í kassanum til að styrkja hornstöðurnar að innan. Ytra útlit kassans hefur enga suðu eða óvarða tengipunkta, sem tryggir heildarútlit kassans.
3.4 SE samstilltur verkfræðitækni
SE samstilltur verkfræðitækni er notuð til að leysa vandræði sem stafa af stórum uppsöfnuðum stærðarfrávikum fyrir samsvörun íhluta í kassahlutanum og erfiðleikum við að finna orsakir bila og flatarbilunar. Með CAE greiningu (sjá mynd 7-8) er gerð samanburðargreining með járngerðum kassahlutum til að athuga heildarstyrk og stífleika kassakroppsins, finna veika punkta og gera ráðstafanir til að hámarka og bæta hönnunarkerfið á skilvirkari hátt. .
4.Lightweighting áhrif á áli Box Truck
Auk kassabyggingarinnar er hægt að nota álblöndur til að skipta um stál fyrir ýmsa íhluti vörubílagáma af kassagerð, svo sem aurhlífum, afturhlífum, hliðarhlífum, hurðarlásum, hurðarlörum og aftari svuntubrúnum, til að ná þyngdarminnkun 30% til 40% fyrir farmrýmið. Þyngdarminnkunaráhrifin fyrir tóman 4080mm×2300mm×2200mm farmgám eru sýnd í töflu 6. Þetta leysir í grundvallaratriðum vandamálin vegna ofþyngdar, ófylgni við tilkynningar og reglugerðaráhættu hefðbundinna járnframleiddra farmhólfa.
Með því að skipta út hefðbundnu stáli fyrir álblöndur fyrir bílaíhluti er ekki aðeins hægt að ná framúrskarandi léttvægisáhrifum, heldur getur það einnig stuðlað að eldsneytissparnaði, losun minni og bættri frammistöðu ökutækja. Um þessar mundir eru ýmsar skoðanir um framlag léttvigtar til eldsneytissparnaðar. Rannsóknarniðurstöður Alþjóðlegu álstofnunarinnar eru sýndar á mynd 9. Hver 10% lækkun á þyngd ökutækja getur dregið úr eldsneytisnotkun um 6% til 8%. Miðað við tölfræði innanlands getur það dregið úr eldsneytisnotkun um 0,4 l/100 km með því að minnka þyngd hvers fólksbíls um 100 kg. Framlag léttvigtar til eldsneytissparnaðar byggist á niðurstöðum sem fengnar eru úr mismunandi rannsóknaraðferðum og er því nokkur breytileiki. Hins vegar hefur léttvigt bíla veruleg áhrif til að draga úr eldsneytisnotkun.
Fyrir rafbíla eru léttvigtaráhrifin enn áberandi. Eins og er er orkuþéttleiki rafgeyma rafgeyma verulega frábrugðinn hefðbundnum ökutækjum með fljótandi eldsneyti. Þyngd raforkukerfis (þar með talið rafhlöðu) rafknúinna ökutækja er oft 20% til 30% af heildarþyngd ökutækis. Að sama skapi er það áskorun um allan heim að brjótast í gegnum flöskuháls rafgeyma. Áður en mikil bylting er í afkastamikilli rafhlöðutækni er léttvigtun áhrifarík leið til að bæta siglingasvið rafknúinna farartækja. Fyrir hverja 100 kg lækkun á þyngd er hægt að auka gangdrægi rafbíla um 6% í 11% (samhengið á milli þyngdarminnkunar og farflugsviðs er sýnt á mynd 10). Eins og er getur ferðasvið hreinna rafknúinna farartækja ekki uppfyllt þarfir flestra, en að draga úr þyngd um ákveðna upphæð getur verulega bætt siglingasviðið, dregið úr sviðskvíða og bætt notendaupplifunina.
5.Niðurstaða
Til viðbótar við ál uppbyggingu álkassabílsins sem kynnt er í þessari grein, eru ýmsar gerðir af kassabílum, svo sem ál honeycomb spjöldum, ál sylgjuplötum, ál ramma + ál skinn, og járn-ál blendingur farmílát. . Þeir hafa kosti þess að vera léttur, hár sérstakur styrkur og góð tæringarþol, og þurfa ekki rafhleðslumálningu til tæringarverndar, sem dregur úr umhverfisáhrifum rafhleðslumálningar. Álkassabíllinn leysir í grundvallaratriðum vandamálin vegna ofþyngdar, ófylgni við tilkynningar og reglugerðaráhættu hefðbundinna járngerðar farmhólfa.
Extrusion er nauðsynleg vinnsluaðferð fyrir álblöndur og álprófílar hafa framúrskarandi vélræna eiginleika, þannig að hlutastífleiki íhluta er tiltölulega hár. Vegna breytilegs þversniðs geta álblöndur náð samsetningu margra íhlutaaðgerða, sem gerir það að góðu efni fyrir léttþyngd bíla. Hins vegar er útbreidd notkun álblöndur frammi fyrir áskorunum eins og ófullnægjandi hönnunargetu fyrir álfelgur, mótunar- og suðuvandamál og háan þróunar- og kynningarkostnað fyrir nýjar vörur. Aðalástæðan er samt sú að álblendi kostar meira en stál áður en endurvinnsluvistfræði álblöndur verður þroskað.
Að lokum mun notkunarsvið álblöndur í bifreiðum verða víðtækara og notkun þeirra mun halda áfram að aukast. Í núverandi þróun orkusparnaðar, losunarminnkunar og þróunar nýrrar orkubifreiðaiðnaðar, með dýpkandi skilningi á eiginleikum álblöndu og árangursríkum lausnum á vandamálum við notkun álblöndu, verða álpressuefni meira notað í léttþyngd bifreiða.
Ritstýrt af May Jiang frá MAT Aluminum
Pósttími: Jan-12-2024
