1. Aféierung
D'Liichtgewiichtverdeelung an den Automobilindustrie huet an entwéckelte Länner ugefaangen a gouf ufanks vun traditionelle Risen aus dem Automobilsecteur ugefouert. Mat der kontinuéierlecher Entwécklung huet se bedeitende Schwong gewonnen. Vun der Zäit wou d'Inder fir d'éischt Aluminiumlegierung benotzt hunn, fir Kurbelwellen an den Autoen ze produzéieren, bis zur éischter Masseproduktioun vu komplett aus Aluminium ausgestatteten Autoen duerch Audi am Joer 1999, huet d'Aluminiumlegierung e staarkt Wuesstem an den Automobilanwendungen erlieft wéinst senge Virdeeler wéi geréng Dicht, héich spezifesch Stäerkt a Steifheet, gutt Elastizitéit a Schlagfestigkeit, héich Recycléierbarkeet an héich Regeneratiounsquote. Bis 2015 hat den Uwendungsundeel vun der Aluminiumlegierung an Autoen schonn iwwer 35% gemooss.
D'Gewiichtsverbesserung an den Automobilindustrie a China huet viru manner wéi 10 Joer ugefaangen, an souwuel d'Technologie wéi och den Uwendungsniveau hänken hannert entwéckelte Länner wéi Däitschland, d'USA a Japan. Mat der Entwécklung vun neien Energiefahrzeugen geet d'Gewiichtsverbesserung vu Materialien awer séier virun. Duerch den Opstig vun neien Energiefahrzeugen weist d'Gewiichtsverbesserungstechnologie a China en Trend, sech mat den entwéckelte Länner anzehalen.
De chinesesche Maart fir Liichtgewiichtsmaterialien ass enorm. Op der enger Säit, am Verglach mat entwéckelte Länner am Ausland, huet d'Liichtgewiichtstechnologie a China spéit ugefaangen, an d'Gesamtleeggewiicht vun de Gefierer ass méi grouss. Wann een de Benchmark vum Undeel vu Liichtgewiichtsmaterialien am Ausland berécksiichtegt, gëtt et a China nach ëmmer vill Spillraum fir Entwécklung. Op der anerer Säit, ugedriwwe vun der Politik, wäert déi séier Entwécklung vun der chinesescher neier Energiefahrzeugindustrie d'Nofro no Liichtgewiichtsmaterialien erhéijen an d'Automobilfirmen encouragéieren, sech op Liichtgewiicht ze konzentréieren.
D'Verbesserung vun den Emissiouns- a Brennstoffverbrauchsnormen forcéiert d'Beschleunegung vun der Liichtgewiichtsreduktioun vun Autoen. China huet d'China VI Emissiounsnormen am Joer 2020 voll ëmgesat. Geméiss der "Evaluatiounsmethod an Indikatoren fir de Brennstoffverbrauch vu Persounenautoen" an der "Energy Saving and New Energy Vehicle Technology Roadmap" ass de Brennstoffverbrauchsnorm vu 5,0 l/km. Ënner Berécksiichtegung vum limitéierte Spillraum fir substantiell Duerchbréch an der Motortechnologie an der Emissiounsreduktioun kënnen d'Mesuren zur Liichtgewiicht vun Automobilkomponenten d'Emissiounen an de Brennstoffverbrauch vun Autoen effektiv reduzéieren. D'Liichtgewiicht vun neien Energiefahrzeuge ass zu engem essentiellen Wee fir d'Entwécklung vun der Industrie ginn.
Am Joer 2016 huet d'China Automotive Engineering Society d'„Energy Saving and New Energy Vehicle Technology Roadmap“ erausginn, déi Faktoren wéi Energieverbrauch, Reechwäit a Produktiounsmaterialien fir nei Energieautoen vun 2020 bis 2030 geplangt huet. D'Liichtgewiicht wäert eng Schlësselrichtung fir déi zukünfteg Entwécklung vun neien Energieautoen sinn. D'Liichtgewiicht kann d'Reechwäit erhéijen an d'„Reechwäitangscht“ bei neien Energieautoen adresséieren. Mat der wuessender Nofro fir eng verlängert Reechwäit gëtt d'Liichtgewiicht an den Automobils dringend, an de Verkaf vun neien Energieautoen ass an de leschte Jore wesentlech gewuess. Geméiss den Ufuerderunge vum Scoresystem an dem „Mid-to-Long-Term Development Plan for the Automobile Industry“ gëtt geschat, datt bis 2025 de Verkaf vun neien Energieautoen a China 6 Milliounen Eenheeten iwwerschreide wäert, mat enger duerchschnëttlecher jäerlecher Wuestumsquote vu méi wéi 38%.
2. Charakteristiken an Uwendungen vun Aluminiumlegierungen
2.1 Charakteristike vun der Aluminiumlegierung
D'Dicht vun Aluminium ass en Drëttel vun där vu Stol, wat et méi liicht mécht. Et huet eng méi héich spezifesch Festigkeit, gutt Extrusiounskapazitéit, staark Korrosiounsbeständegkeet an héich Recycléierbarkeet. Aluminiumlegierunge charakteriséieren sech doduerch, datt se haaptsächlech aus Magnesium zesummegesat sinn, eng gutt Hëtztbeständegkeet, gutt Schweesseigenschaften, gutt Middegkeetsfestigkeit, Onméiglechkeet duerch Hëtztbehandlung ze verstäerken, an d'Fäegkeet, d'Festigkeit duerch Kaltbearbechtung ze erhéijen. Déi 6. Serie charakteriséiert sech doduerch, datt se haaptsächlech aus Magnesium a Silizium zesummegesat ass, mat Mg2Si als Haaptverstäerkungsphas. Déi am meeschte verbreet Legierungen an dëser Kategorie sinn 6063, 6061 an 6005A. 5052 Aluminiumplack ass eng AL-Mg Serie Legierung Aluminiumplack, mat Magnesium als Haaptlegierungselement. Et ass déi am meeschte verbreet Anti-Rost Aluminiumlegierung. Dës Legierung huet eng héich Festigkeit, héich Middegkeetsfestigkeit, gutt Plastizitéit a Korrosiounsbeständegkeet, kann net duerch Hëtztbehandlung verstäerkt ginn, huet eng gutt Plastizitéit bei Hallefkalthärtung, niddreg Plastizitéit bei Kalthärtung, gutt Korrosiounsbeständegkeet a gutt Schweesseigenschaften. Et gëtt haaptsächlech fir Komponenten wéi Säiteverkleedungen, Daachdeckungen an Dierverkleedungen benotzt. D'Aluminiumlegierung 6063 ass eng hitzebehandelbar Verstäerkungslegierung an der AL-Mg-Si Serie, mat Magnesium a Silizium als Haaptlegierungselementer. Et ass e hitzebehandelbare Verstäerkungsprofil vun enger Aluminiumlegierung mat mëttlerer Festigkeit, deen haaptsächlech a Strukturkomponenten wéi Sailen a Säiteverkleedungen benotzt gëtt fir Festigkeit ze droen. Eng Aféierung an d'Aluminiumlegierungsqualitéiten ass an der Tabell 1 gewisen.
2.2 Extrusioun ass eng wichteg Formmethod vun Aluminiumlegierungen
D'Extrusioun vun Aluminiumlegierungen ass eng waarmformmethod, an de ganze Produktiounsprozess besteet aus der Formung vun enger Aluminiumlegierung ënner dräifacher Drockspannung. De ganze Produktiounsprozess kann wéi follegt beschriwwe ginn: a. Aluminium an aner Legierungen ginn geschmolz a zu de gewënschten Aluminiumlegierungsstécker gegoss; b. Déi virgehëtzte Stécker ginn an d'Extrusiounsausrüstung fir d'Extrusioun geluecht. Ënnert der Aktioun vum Haaptzylinder gëtt de Stéck aus Aluminiumlegierung duerch d'Höhl vun der Form zu de gewënschten Profiler geformt; c. Fir déi mechanesch Eegeschafte vun den Aluminiumprofiler ze verbesseren, gëtt eng Léisungsbehandlung während oder no der Extrusioun duerchgefouert, gefollegt vun enger Alterungsbehandlung. Déi mechanesch Eegeschafte no der Alterungsbehandlung variéiere jee no de verschiddene Materialien an Alterungsregime. Den Hëtztbehandlungsstatus vu Këschtformede Camionsprofiler gëtt an der Tabell 2 gewisen.
Extrudéiert Produkter aus Aluminiumlegierungen hunn e puer Virdeeler géintiwwer anere Formmethoden:
a. Wärend der Extrusioun kritt den extrudéierte Metall eng méi staark an gläichméisseg Dräi-Weeër-Drockspannung an der Deformatiounszon wéi beim Walzen a Schmieden, sou datt en d'Plastizitéit vum veraarbechte Metall voll ausnotze kann. Et kann benotzt ginn fir schwéier ze deforméieren Metaller ze veraarbechten, déi net duerch Walzen oder Schmieden veraarbecht kënne ginn, a kann benotzt ginn fir verschidde komplex huel oder massiv Querschnittskomponenten ze maachen.
b. Well d'Geometrie vun Aluminiumprofile variéiert ka ginn, hunn hir Komponenten eng héich Steifheet, wat d'Steifheet vun der Karosserie vum Gefier verbessere kann, seng NVH-Charakteristike reduzéiere kann an d'dynamesch Kontrollcharakteristike vum Gefier verbessere kann.
c. Produkter mat Extrusiounseffizienz hunn no Ofkillung an Alterung eng däitlech méi héich Längsstäerkt (R, Raz) wéi Produkter, déi mat anere Methoden veraarbecht ginn.
d. D'Uewerfläch vun de Produkter no der Extrusioun huet eng gutt Faarf a gutt Korrosiounsbeständegkeet, soudatt aner Antikorrosiouns-Uewerflächenbehandlungen net méi néideg sinn.
e. D'Extrusiounsveraarbechtung huet grouss Flexibilitéit, niddreg Tools- a Formkäschten, a niddreg Käschte fir Designännerungen.
f. Wéinst der Kontrolléierbarkeet vun den Aluminiumprofilquerschnittsformen kann de Grad vun der Komponentenintegratioun erhéicht ginn, d'Zuel vun de Komponenten reduzéiert ginn, an ënnerschiddlech Querschnittsdesignen kënnen eng präzis Schweesspositionéierung erreechen.
De Leeschtungsverglach tëscht extrudéierten Aluminiumprofile fir Këschtcamionen a blannen Kuelestol gëtt an der Tabell 3 gewisen.
Nächst Entwécklungsrichtung vun Aluminiumlegierungsprofile fir Schachtelcamionen: Weider Verbesserung vun der Profilstäerkt an der Extrusiounsleistung. D'Fuerschungsrichtung vun neie Materialien fir Aluminiumlegierungsprofile fir Schachtelcamionen ass an der Figur 1 gewisen.
3. Struktur, Stäerktanalyse a Verifizéierung vun engem Aluminiumlegierungskëschtcamion
3.1 Aluminiumlegierung Këscht Camion Struktur
De Container vun engem Këschtcamion besteet haaptsächlech aus enger Frontpanéil, enger lénkser a rietser Säitepanéil, enger Säitepanéil vun der hënneschter Dier, enger Buedemanlag, enger Daachanlag, souwéi U-fërmeg Bolzen, Säiteschutz, Heckschutz, Spatlappen an aner Accessoiren, déi mam Chassis vun der zweeter Klass verbonne sinn. D'Querträger, d'Sailen, d'Säiteträger an d'Dierpaneele si aus extrudéierte Profiler aus Aluminiumlegierung gemaach, während de Buedem- an d'Daachpaneele aus flaache Placke aus Aluminiumlegierung 5052 bestinn. D'Struktur vum Këschtcamion aus Aluminiumlegierung ass an der Figur 2 gewisen.
Mat Hëllef vum waarme Extrusiounsprozess vun der 6er Serie Aluminiumlegierung kënne komplex huel Querschnëtter geformt ginn, en Design vun Aluminiumprofiler mat komplexe Querschnëtter kann Material spueren, d'Ufuerderunge vun der Produktfestigkeit a Steifheet erfëllen, an d'Ufuerderunge vun der géigesäiteger Verbindung tëscht verschiddene Komponenten erfëllen. Dofir sinn d'Haaptbalken-Designstruktur an d'Schnëttträgheetsmomenter I an d'Widerstandsmomenter W an der Figur 3 gewisen.
E Verglach vun den Haaptdaten an der Tabell 4 weist, datt d'Schnëttträgheetsmomenter an d'Widerstandsmomenter vum entworfenen Aluminiumprofil besser si wéi déi entspriechend Donnéeë vum Eisenträgerprofil. D'Steifegkeetskoeffizientdaten sinn ongeféier d'selwecht wéi déi vum entspriechende Eisenträgerprofil a erfëllen all d'Deformatiounsufuerderungen.
3.2 Berechnung vun der maximaler Spannung
Wann een déi wichtegst droend Komponent, den Travers, als Objet hëlt, gëtt déi maximal Spannung berechent. Déi nominell Belaaschtung ass 1,5 t, an den Travers besteet aus engem Profil aus enger Aluminiumlegierung 6063-T6 mat mechaneschen Eegeschafte wéi an der Tabell 5 gewisen. Den Travers gëtt als eng Konsol fir d'Kraaftberechnung vereinfacht, wéi an der Figur 4 gewisen.
Wann een e Balken mat enger Spannwäit vun 344 mm hëlt, gëtt d'Drockbelaaschtung op de Balken als F=3757 N berechent, baséiert op 4,5 t, wat dräimol sou vill wéi déi statesch Standardbelaaschtung ass. q=F/L
wou q d'intern Spannung vum Balken ënner der Belaaschtung ass, N/mm; F d'Laascht ass, déi vum Balken gedroe gëtt, berechent op Basis vun der 3-fach der statescher Standardlaascht, déi 4,5 t ass; L d'Längt vum Balken ass, mm.
Dofir ass déi intern Spannung q:
D'Formel fir d'Berechnung vun der Stress ass wéi follegt:
De maximale Moment ass:
Wann een den absoluten Wäert vum Moment M=274283 N·mm, d'maximal Spannung σ=M/(1,05×w)=18,78 MPa an de maximale Spannungswäert σ<215 MPa hëlt, erfëllt dat d'Ufuerderungen.
3.3 Verbindungseigenschaften vun de verschiddene Komponenten
Aluminiumlegierung huet schlecht Schweesseigenschaften, an hir Schweesspunktstäerkt ass nëmme 60% vun der Basismaterialstäerkt. Wéinst der Ofdeckung vun enger Schicht Al2O3 op der Aluminiumlegierungoberfläche ass de Schmelzpunkt vun Al2O3 héich, während de Schmelzpunkt vun Aluminium niddreg ass. Wann eng Aluminiumlegierung geschweesst gëtt, muss den Al2O3 op der Uewerfläch séier gebrach ginn, fir d'Schweessen duerchzeféieren. Gläichzäiteg bleiwen d'Iwwerreschter vun Al2O3 an der Aluminiumlegierungléisung, wat d'Struktur vun der Aluminiumlegierung beaflosst an d'Stäerkt vum Schweesspunkt vun der Aluminiumlegierung reduzéiert. Dofir ginn dës Charakteristiken beim Design vun engem Vollaluminiumbehälter vollstänneg berécksiichtegt. Schweessen ass déi wichtegst Positionéierungsmethod, an déi wichtegst droend Komponenten sinn duerch Schrauwen verbonnen. Verbindungen wéi Nieten an Schwalbeschwanzstruktur sinn an de Figuren 5 an 6 gewisen.
D'Haaptstruktur vun der ganz aus Aluminium bestëmmter Këscht ass eng Struktur mat horizontalen Träger, vertikale Sailen, Säiteträger a Randträger, déi matenee verbonne sinn. Et gi véier Verbindungspunkten tëscht all horizontalen Träger a vertikaler Sail. D'Verbindungspunkten si mat gezackten Dichtungen ausgestatt, déi sech an d'gezackt Kant vum horizontalen Träger aschléissen, wat e Verrutschen effektiv verhënnert. Déi aacht Eckpunkten si haaptsächlech duerch Stahlkärasätz verbonnen, déi mat Bolzen a selbstverriegelenden Nieten fixéiert sinn a mat 5 mm dräieckege Aluminiumplacke verstäerkt sinn, déi an der Këscht geschweesst sinn, fir d'Eckpositiounen intern ze verstäerken. D'äussert Erscheinungsbild vun der Këscht huet keng Schweess- oder fräileegend Verbindungspunkten, wat dat Gesamterscheinungsbild vun der Këscht garantéiert.
3.4 SE Synchron Ingenieurstechnologie
D'SE-Synchron-Ingenieurstechnologie gëtt benotzt fir d'Problemer ze léisen, déi duerch grouss akkumuléiert Gréisstofwäichunge fir passend Komponenten am Gehäusekierper verursaacht ginn, an d'Schwieregkeeten fir d'Ursaache vu Lücken a Flaachheetsfehler ze fannen. Duerch d'CAE-Analyse (kuckt Figur 7-8) gëtt eng Vergläichsanalyse mat aus Eisen hiergestallte Gehäusekierper duerchgefouert fir d'Gesamtstäerkt a Steifheet vum Gehäuse ze kontrolléieren, Schwächten ze fannen a Moossnamen ze huelen fir den Designschema méi effektiv ze optimiséieren an ze verbesseren.
4. Liichtgewiichtseffekt vun engem Aluminiumlegierungskëschtcamion
Nieft der Këschtkarosserie kënnen Aluminiumlegierungen benotzt ginn, fir Stol fir verschidde Komponenten vu Këschtcontainer ze ersetzen, wéi zum Beispill Schutzbänner, Heckschutzbänner, Säiteschutzbänner, Dierverriegelungen, Dierscharnéier a Réckschürzkanten, wouduerch eng Gewiichtsreduktioun vun 30% bis 40% fir de Laderaum erreecht gëtt. Den Effekt vun der Gewiichtsreduktioun fir en eidele Ladecontainer vun 4080mm×2300mm×2200mm gëtt an der Tabelle 6 gewisen. Dëst léist grondleeënd d'Problemer vum exzessive Gewiicht, der Net-Konformitéit mat Ukënnegungen a reglementaresche Risiken vun traditionelle Laderaim aus Eisen.
Indem traditionellt Stol duerch Aluminiumlegierungen fir Automobilkomponenten ersat gëtt, kënnen net nëmmen exzellent Liichtgewiichtseffekter erreecht ginn, mä et kann och zu Brennstoffspueren, Emissiounsreduktioun a verbesserter Leeschtung vun de Gefierer bäidroen. Am Moment gëtt et verschidden Meenungen iwwer de Bäitrag vun der Liichtgewiicht zur Brennstoffspueren. D'Fuerschungsresultater vum Internationalen Aluminiuminstitut sinn an der Figur 9 gewisen. All 10% Reduktioun vum Gefiergewiicht kann de Brennstoffverbrauch ëm 6% bis 8% reduzéieren. Baséierend op nationaler Statistik kann d'Reduktioun vum Gewiicht vun all Persounenauto ëm 100 kg de Brennstoffverbrauch ëm 0,4 L/100 km reduzéieren. De Bäitrag vun der Liichtgewiicht zur Brennstoffspueren baséiert op Resultater aus verschiddene Fuerschungsmethoden, sou datt et e puer Variatiounen gëtt. Wéi och ëmmer, d'Liichtgewiicht vun den Autoen huet e wesentlechen Impakt op d'Reduktioun vum Brennstoffverbrauch.
Bei Elektroautoen ass den Effekt vun der Gewichtsverletzung nach méi ausgeprägt. Aktuell ass d'Eenheetsenergiedicht vun Elektroautobatterien däitlech anescht wéi déi vun traditionelle Flëssegbrennstoffautoen. D'Gewiicht vum Stroumnetz (inklusiv der Batterie) vun Elektroautoen mécht dacks 20% bis 30% vum Gesamtgewiicht vum Gefier aus. Gläichzäiteg ass et eng weltwäit Erausfuerderung, de Leeschtungs-Engpässe vun de Batterien ze duerchbriechen. Ier et zu engem groussen Duerchbroch an der Héichleistungs-Batterietechnologie kënnt, ass d'Gewichtsverletzung e effektive Wee fir d'Reechwäit vun Elektroautoen ze verbesseren. Fir all 100 kg Gewiichtsreduktioun kann d'Reechwäit vun Elektroautoen ëm 6% bis 11% erhéicht ginn (d'Bezéiung tëscht Gewiichtsreduktioun a Reechwäit ass an der Figur 10 gewisen). Aktuell kann d'Reechwäit vu reng Elektroautoen net den Ufuerderunge vun de meeschte Leit erfëllen, awer eng Gewiichtsreduktioun ëm e gewësse Betrag kann d'Reechwäit däitlech verbesseren, d'Angscht virun der Reechwäit reduzéieren an d'Benotzererfarung verbesseren.
5. Schlussfolgerung
Nieft der ganz aus Aluminium gebauter Struktur vum Këschtwon aus Aluminiumlegierung, déi an dësem Artikel virgestallt gëtt, gëtt et verschidden Zorte vu Këschtwon, wéi Aluminium-Wabenplacken, Aluminium-Schnallplacken, Aluminiumrahmen + Aluminiumhaut, an Eisen-Aluminium-Hybrid-Frachtcontainer. Si hunn d'Virdeeler vu liichtem Gewiicht, héijer spezifescher Festigkeit a gudder Korrosiounsbeständegkeet, a brauche keng elektrophoretesch Faarf fir de Korrosiounsschutz, wat den Ëmweltimpakt vun der elektrophoretischer Faarf reduzéiert. De Këschtwon aus Aluminiumlegierung léist grondleeënd d'Problemer vum exzessive Gewiicht, der Net-Konformitéit mat Ukënnegungen a Reguléierungsrisiken vun traditionelle Frachtfächer aus Eisen.
Extrusioun ass eng essentiell Veraarbechtungsmethod fir Aluminiumlegierungen, an Aluminiumprofiler hunn exzellent mechanesch Eegeschaften, sou datt d'Schnëttsteifheet vun de Komponenten relativ héich ass. Wéinst dem variable Querschnitt kënnen Aluminiumlegierungen d'Kombinatioun vu verschiddene Komponentfunktiounen erreechen, wat et zu engem gudde Material fir d'Liichtgewiicht an der Automobilindustrie mécht. Déi wäit verbreet Uwendung vun Aluminiumlegierungen ass awer mat Erausfuerderungen konfrontéiert, wéi z. B. net genuch Designfäegkeeten fir d'Ladefächer vun Aluminiumlegierungen, Form- a Schweessproblemer, an héije Käschte fir Entwécklung a Promotioun vun neie Produkter. Den Haaptgrond ass ëmmer nach, datt Aluminiumlegierungen méi kascht wéi Stol, ier d'Recyclingökologie vun Aluminiumlegierungen reif ass.
Schlussendlech wäert den Uwendungsberäich vun Aluminiumlegierungen an Autoen méi breet ginn, an hir Notzung wäert weider eropgoen. An den aktuellen Trends vun Energiespueren, Emissiounsreduktioun an der Entwécklung vun der neier Energiefahrzeugindustrie, mam verdéiwenden Verständnis vun den Eegeschafte vun Aluminiumlegierungen an effektiven Léisunge fir Uwendungsproblemer vun Aluminiumlegierungen, ginn Aluminiumextrusiounsmaterialien ëmmer méi wäit verbreet an der Liichtgewiichtsverdeelung an Autoen agesat.
Geännert vum May Jiang vu MAT Aluminum
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 12. Januar 2024
