Introduktion
I takt med utvecklingen av bilindustrin växer marknaden för krockbalkar i aluminiumlegering också snabbt, om än fortfarande relativt liten i totalstorlek. Enligt prognosen från Automotive Lightweight Technology Innovation Alliance för den kinesiska marknaden för krockbalkar i aluminiumlegering uppskattas efterfrågan på marknaden till cirka 140 000 ton år 2025, med en marknadsstorlek som förväntas nå 4,8 miljarder RMB. År 2030 förväntas efterfrågan på marknaden till cirka 220 000 ton, med en uppskattad marknadsstorlek på 7,7 miljarder RMB och en genomsnittlig årlig tillväxttakt på cirka 13 %. Utvecklingstrenden för lättvikt och den snabba tillväxten av fordonsmodeller i mellan- till högprissegmentet är viktiga drivande faktorer för utvecklingen av krockbalkar i aluminiumlegering i Kina. Marknadsutsikterna för krockboxar i fordonsindustrin är lovande.
I takt med att kostnaderna minskar och tekniken utvecklas blir frontalkrockbalkar och krockboxar i aluminiumlegering gradvis alltmer vanliga. För närvarande används de i mellan- till högprisbilsmodeller som Audi A3, Audi A4L, BMW 3-serie, BMW X1, Mercedes-Benz C260, Honda CR-V, Toyota RAV4, Buick Regal och Buick LaCrosse.
Slagbalkar av aluminiumlegering består huvudsakligen av slagtvärbalkar, krockboxar, monteringsplattor och dragkrokshylsor, såsom visas i figur 1.
Figur 1: Slagbalksmontering av aluminiumlegering
Kraschboxen är en metalllåda som är placerad mellan kollisionsbalken och två längsgående balkar i fordonet och fungerar i huvudsak som en energiabsorberande behållare. Denna energi hänvisar till kollisionskraften. När ett fordon utsätts för en kollision har kollisionsbalken en viss grad av energiabsorberande förmåga. Men om energin överstiger kollisionsbalkens kapacitet kommer den att överföra energin till kollisionsboxen. Kollisionsboxen absorberar all kollisionskraft och deformerar sig själv, vilket säkerställer att de längsgående balkarna förblir oskadade.
1 Produktkrav
1.1 Mått måste följa ritningens toleranskrav, som visas i figur 2.
1.3 Krav på mekanisk prestanda:
Draghållfasthet: ≥215 MPa
Sträckgräns: ≥205 MPa
Förlängning A50: ≥10%
1.4 Prestanda vid krockboxkrossning:
Längs fordonets X-axel, med en kollisionsyta större än produktens tvärsnitt, belasta med en hastighet av 100 mm/min tills krossning sker, med en kompressionsmängd på 70 %. Profilens initiala längd är 300 mm. Vid övergången mellan förstärkningsribban och ytterväggen bör sprickorna vara mindre än 15 mm för att anses acceptabla. Det bör säkerställas att den tillåtna sprickbildningen inte äventyrar profilens krossningsenergiabsorberande förmåga, och det bör inte finnas några betydande sprickor i andra områden efter krossning.
2 Utvecklingsmetod
För att samtidigt uppfylla kraven på mekanisk prestanda och krossningsprestanda är utvecklingsmetoden följande:
Använd 6063B-stång med en primärlegeringssammansättning av Si 0,38–0,41 % och Mg 0,53–0,60 %.
Utför luftkylning och artificiell åldring för att uppnå T6-tillståndet.
Använd dimma + luftkylning och utför överåldringsbehandling för att uppnå T7-tillstånd.
3 Pilotproduktion
3.1 Extruderingsförhållanden
Produktionen utförs på en 2000T extruderingspress med ett extruderingsförhållande på 36. Materialet som används är homogeniserad aluminiumstång 6063B. Uppvärmningstemperaturerna för aluminiumstången är följande: IV zon 450-III zon 470-II zon 490-1 zon 500. Huvudcylinderns genombrottstryck är cirka 210 bar, med den stabila extruderingsfasen med ett extruderingstryck nära 180 bar. Extruderingsaxelns hastighet är 2,5 mm/s och profilextruderingshastigheten är 5,3 m/min. Temperaturen vid extruderingsutloppet är 500-540°C. Kylningen sker med luftkylning med vänster fläkteffekt på 100 %, mittenfläkteffekt på 100 % och höger fläkteffekt på 50 %. Den genomsnittliga kylhastigheten inom kylzonen når 300-350°C/min, och temperaturen efter att ha lämnat kylzonen är 60-180°C. För dimma + luftkylning når den genomsnittliga kylningshastigheten inom uppvärmningszonen 430–480 °C/min, och temperaturen efter att ha lämnat kylzonen är 50–70 °C. Profilen uppvisar ingen signifikant böjning.
3.2 Åldrande
Efter T6-åldringsprocessen vid 185 °C i 6 timmar är materialets hårdhet och mekaniska egenskaper följande:
Enligt T7-åldringsprocessen vid 210 °C i 6 timmar respektive 8 timmar är materialets hårdhet och mekaniska egenskaper följande:
Baserat på testdata uppfyller dimma + luft-kylningsmetoden, i kombination med 210°C/6 timmars åldringsprocessen, kraven för både mekanisk prestanda och krossningstestning. Med tanke på kostnadseffektivitet valdes dimma + luft-kylningsmetoden och 210°C/6 timmars åldringsprocessen för produktion för att uppfylla produktens krav.
3.3 Krossningstest
För den andra och tredje staven kapas huvudänden av med 1,5 m och bakänden kapas av med 1,2 m. Två prover vardera tas från huvud-, mitten- och baksektionerna, med en längd på 300 mm. Krossningstester utförs efter åldring vid 185 °C/6 timmar och 210 °C/6 timmar och 8 timmar (mekaniska prestandadata som nämnts ovan) på en universell materialtestmaskin. Testerna utförs med en belastningshastighet på 100 mm/min med en kompressionsmängd på 70 %. Resultaten är följande: för dimma + luftkylning med 210 °C/6 timmar och 8 timmars åldringsprocesser uppfyller krossningstesterna kraven, som visas i figur 3-2, medan de luftkylda proverna uppvisar sprickbildning för alla åldringsprocesser.
Baserat på resultaten från krosstestet uppfyller dim- och luftkylning med åldringsprocesserna 210°C/6 timmar och 8 timmar kundens krav.
4 Slutsats
Optimering av kylnings- och åldringsprocesser är avgörande för en framgångsrik produktutveckling och ger en idealisk processlösning för crash box-produkten.
Genom omfattande tester har det fastställts att materialtillståndet för crash box-produkten bör vara 6063-T7, kylningsmetoden är dimma + luftkylning, och åldringsprocessen vid 210°C/6 timmar är det bästa valet för extrudering av aluminiumstänger med temperaturer från 480-500°C, extruderingsaxelhastighet på 2,5 mm/s, extruderingsmunstyckets temperatur på 480°C och extruderingsutloppstemperatur på 500-540°C.
Redigerad av May Jiang från MAT Aluminum
Publiceringstid: 7 maj 2024
