Zavedení
S rozvojem automobilového průmyslu rychle roste i trh s hliníkovými nárazovými nosníky, i když jejich celková velikost je stále relativně malá. Podle prognózy Automotive Lightweight Technology Innovation Alliance pro čínský trh s hliníkovými nárazovými nosníky se do roku 2025 odhaduje poptávka na trhu na přibližně 140 000 tun, přičemž velikost trhu by měla dosáhnout 4,8 miliardy RMB. Do roku 2030 se předpokládá, že poptávka na trhu dosáhne přibližně 220 000 tun, s odhadovanou velikostí trhu 7,7 miliardy RMB a složenou roční mírou růstu přibližně 13 %. Trend vývoje odlehčování a rychlý růst modelů vozidel střední až vyšší třídy jsou důležitými hnacími faktory pro vývoj hliníkových nárazových nosníků v Číně. Tržní vyhlídky pro automobilové nárazové boxy jsou slibné.
S klesajícími náklady a technologickým pokrokem se hliníkové slitiny postupně rozšiřují a používají se čelní nárazové nosníky a crashboxy. V současné době se používají ve vozidlech střední a vyšší třídy, jako jsou Audi A3, Audi A4L, BMW řady 3, BMW X1, Mercedes-Benz C260, Honda CR-V, Toyota RAV4, Buick Regal a Buick LaCrosse.
Nárazové nosníky z hliníkové slitiny se skládají hlavně z nárazových příčníků, nárazových boxů, montážních základních desek a objímek tažného háku, jak je znázorněno na obrázku 1.
Obrázek 1: Sestava nárazového nosníku z hliníkové slitiny
Nárazový box je kovová schránka umístěná mezi nárazovým nosníkem a dvěma podélnými nosníky vozidla, která v podstatě slouží jako nádoba pohlcující energii. Tato energie se vztahuje k síle nárazu. Když vozidlo zažije kolizi, nárazový nosník má určitý stupeň schopnosti pohltit energii. Pokud však energie překročí kapacitu nárazového nosníku, přenese ji do nárazového boxu. Nárazový box absorbuje veškerou sílu nárazu a deformuje se, čímž zajišťuje, že podélné nosníky zůstanou nepoškozené.
1 Požadavky na produkt
1.1 Rozměry musí odpovídat požadavkům na tolerance uvedeným na výkresu, jak je znázorněno na obrázku 2.
1.3 Požadavky na mechanické vlastnosti:
Pevnost v tahu: ≥215 MPa
Mez kluzu: ≥205 MPa
Prodloužení A50: ≥10%
1.4 Výkon Crash Boxu při drcení:
Podél osy X vozidla, s použitím nárazové plochy větší než je průřez výrobku, zatěžujte rychlostí 100 mm/min až do rozdrcení s mírou stlačení 70 %. Počáteční délka profilu je 300 mm. V místě spojení výztužného žebra a vnější stěny by měly být trhliny menší než 15 mm, aby byly považovány za přijatelné. Je třeba zajistit, aby povolené trhliny neohrozily schopnost profilu absorbovat energii při rozdrcení a aby po rozdrcení nebyly v jiných oblastech žádné významné trhliny.
2. Přístup k rozvoji
Pro současné splnění požadavků na mechanický výkon a drtící vlastnosti je vývojový přístup následující:
Použijte tyč z oceli 6063B s primárním složením slitiny Si 0,38–0,41 % a Mg 0,53–0,60 %.
Pro dosažení stavu T6 proveďte kalení vzduchem a umělé stárnutí.
Pro dosažení stavu T7 použijte kalení mlhou a vzduchem a proveďte úpravu stárnutím.
3 Pilotní výroba
3.1 Podmínky extruze
Výroba probíhá na extruzním lisu 2000T s extruzním poměrem 36. Použitým materiálem je homogenizovaná hliníková tyč 6063B. Teploty ohřevu hliníkové tyče jsou následující: IV zóna 450 - III zóna 470 - II zóna 490 - 1 zóna 500. Průrazný tlak hlavního válce je kolem 210 barů, přičemž stabilní extruzní fáze má extruzní tlak blízký 180 barům. Rychlost extruzního hřídele je 2,5 mm/s a rychlost extruze profilu je 5,3 m/min. Teplota na výstupu z extruze je 500-540 °C. Kalení se provádí vzduchovým chlazením s výkonem levého ventilátoru 100 %, výkonem středního ventilátoru 100 % a výkonem pravého ventilátoru 50 %. Průměrná rychlost chlazení v kalicí zóně dosahuje 300-350 °C/min a teplota po výstupu z kalicí zóny je 60-180 °C. Pro kalení mlhou a vzduchem dosahuje průměrná rychlost chlazení v ohřívací zóně 430–480 °C/min a teplota po opuštění kalicí zóny je 50–70 °C. Profil nevykazuje žádné významné ohyby.
3.2 Stárnutí
Po procesu stárnutí T6 při 185 °C po dobu 6 hodin jsou tvrdost a mechanické vlastnosti materiálu následující:
Podle procesu stárnutí T7 při 210 °C po dobu 6 hodin a 8 hodin jsou tvrdost a mechanické vlastnosti materiálu následující:
Na základě zkušebních dat splňuje metoda kalení v mlze a vzduchu v kombinaci s procesem stárnutí při 210 °C/6 hodin požadavky jak na mechanické vlastnosti, tak na zkoušky tlakem. S ohledem na nákladovou efektivitu byla pro výrobu zvolena metoda kalení v mlze a vzduchu a proces stárnutí při 210 °C/6 hodin, aby byly splněny požadavky na produkt.
3.3 Zkouška tlakem
U druhé a třetí tyče je hlavový konec zkrácen o 1,5 m a zadní konec o 1,2 m. Z hlavové, střední a zadní části se odeberou dva vzorky o délce 300 mm. Zkoušky tlakem se provádějí po stárnutí při 185 °C/6 hodin a 210 °C/6 hodin a 8 hodin (údaje o mechanickém výkonu jak je uvedeno výše) na univerzálním zkušebním stroji pro materiály. Zkoušky se provádějí při rychlosti zatížení 100 mm/min s mírou stlačení 70 %. Výsledky jsou následující: pro kalení v mlze + na vzduchu s procesy stárnutí 210 °C/6 hodin a 8 hodin splňují zkoušky tlakem požadavky, jak je znázorněno na obrázku 3-2, zatímco vzorky kalené na vzduchu vykazují praskání při všech procesech stárnutí.
Na základě výsledků zkoušky tlakem splňuje kalení v mlze a na vzduchu s procesy stárnutí při 210 °C/6 hodin a 8 hodin požadavky zákazníka.
4 Závěr
Optimalizace procesů kalení a stárnutí je klíčová pro úspěšný vývoj produktu a poskytuje ideální procesní řešení pro crash box.
Rozsáhlým testováním bylo zjištěno, že materiál pro crash box by měl být 6063-T7, metoda kalení je mlha + chlazení vzduchem a proces stárnutí při 210 °C/6 hodin je nejlepší volbou pro vytlačování hliníkových tyčí s teplotami v rozmezí 480-500 °C, rychlostí vytlačovacího hřídele 2,5 mm/s, teplotou vytlačovací hlavy 480 °C a výstupní teplotou vytlačovací hlavy 500-540 °C.
Upraveno May Jiang z MAT Aluminum
Čas zveřejnění: 7. května 2024
