1. introduction
Les légers automobiles ont commencé dans les pays développés et étaient initialement dirigés par des géants automobiles traditionnels. Avec un développement continu, il a pris un élan significatif. Depuis le moment où les Indiens ont utilisé l'alliage d'aluminium pour la première fois pour produire des vileliers automobiles à la première production de masse d'Audi de voitures en aluminium en 1999, l'alliage en aluminium a connu une croissance robuste des applications automobiles en raison de ses avantages tels que une faible densité, une forte force et une raideur spécifiques, Bonne élasticité et résistance à l'impact, recyclabilité élevée et taux de régénération élevé. D'ici 2015, la proportion d'application d'alliage d'aluminium dans les automobiles avait déjà dépassé 35%.
Les légers automobiles chinois ont commencé il y a moins de 10 ans, et la technologie et le niveau d'application sont à la traîne des pays développés comme l'Allemagne, les États-Unis et le Japon. Cependant, avec le développement de nouveaux véhicules énergétiques, la légèreté des matériaux progresse rapidement. Tirant parti de la montée en puissance des nouveaux véhicules énergétiques, la technologie des légers automobiles chinois montre une tendance à rattraper les pays développés.
Le marché des matériaux légers de la Chine est vaste. D'une part, par rapport aux pays développés à l'étranger, la technologie de légèreté de la Chine a commencé tard, et le poids global du trottoir du véhicule est plus grand. Compte tenu de la référence de la proportion des matériaux légers dans les pays étrangers, il y a encore amplement de place au développement en Chine. D'un autre côté, motivé par les politiques, le développement rapide de la nouvelle industrie des véhicules énergétiques de la Chine renforcera la demande de matériaux légers et encouragera les entreprises automobiles à s'orienter vers la légèreté.
L'amélioration des normes d'émission et de consommation de carburant oblige l'accélération de la légèreté automobile. La Chine a entièrement mis en œuvre les normes d'émission de Chine VI en 2020. Selon la «méthode d'évaluation et les indicateurs de la consommation de carburant de voitures particulières» et la «feuille de route de la technologie des véhicules énergétiques», la norme de consommation de carburant de 5,0 L / km. Compte tenu de l'espace limité pour des percées substantielles dans la technologie du moteur et la réduction des émissions, l'adoption de mesures aux composants automobiles légers peut réduire efficacement les émissions de véhicules et la consommation de carburant. La légèreté de nouveaux véhicules énergétiques est devenue un chemin essentiel pour le développement de l'industrie.
En 2016, la China Automotive Engineering Society a publié la «feuille de route de la technologie des véhicules énergétiques», qui a planifié des facteurs tels que la consommation d'énergie, la gamme de croisière et les matériaux de fabrication pour de nouveaux véhicules énergétiques de 2020 à 2030. La légèreté sera une direction clé Pour le développement futur de nouveaux véhicules énergétiques. La légèreté peut augmenter la gamme de croisière et répondre à «l'anxiété de portée» dans de nouveaux véhicules énergétiques. Avec la demande croissante de gamme de croisière prolongée, les légers automobiles deviennent urgents et les ventes de nouveaux véhicules énergétiques ont considérablement augmenté ces dernières années. Selon les exigences du système de score et du «plan de développement du milieu à long terme pour l'industrie automobile», on estime qu'en 2025, les ventes de véhicules énergétiques chinois dépasseront 6 millions d'unités, avec une croissance annuelle composée taux supérieur à 38%.
2. Caractéristiques et applications de l'alliage en aluminium
2.1 Caractéristiques de l'alliage en aluminium
La densité de l'aluminium est un tiers de celle de l'acier, ce qui le rend plus léger. Il a une résistance spécifique plus élevée, une bonne capacité d'extrusion, une forte résistance à la corrosion et une recyclabilité élevée. Les alliages en aluminium sont caractérisés par le fait d'être principalement composé de magnésium, présentant une bonne résistance à la chaleur, de bonnes propriétés de soudage, une bonne résistance à la fatigue, une incapacité à être renforcée par le traitement thermique et la capacité d'augmenter la résistance par le travail au froid. La série 6 est caractérisée par le fait d'être principalement composé de magnésium et de silicium, avec MG2SI comme principale phase de renforcement. Les alliages les plus utilisés dans cette catégorie sont 6063, 6061 et 6005a. La plaque en aluminium 5052 est une plaque en aluminium en alliage de série Al-MG, avec du magnésium comme élément d'alliage principal. Il s'agit de l'alliage d'aluminium anti-Rust le plus utilisé. Cet alliage a une résistance élevée, une forte résistance à la fatigue, une bonne plasticité et une résistance à la corrosion, ne peut pas être renforcée par le traitement thermique, a une bonne plasticité dans le durcissement semi-froid, une faible plasticité dans le durcissement à froid, une bonne résistance à la corrosion et de bonnes propriétés de soudage. Il est principalement utilisé pour les composants tels que les panneaux latéraux, les couvercles de toit et les panneaux de porte. 6063 L'alliage en aluminium est un alliage de renforcement thermiquement dans la série Al-MG-SI, avec du magnésium et du silicium comme principaux éléments d'alliage. Il s'agit d'un profil en alliage en aluminium de renforcement thermiqueur avec une résistance moyenne, principalement utilisé dans les composants structurels tels que les colonnes et les panneaux latéraux pour transporter la résistance. Une introduction aux grades d'alliage en aluminium est présentée dans le tableau 1.
2.2 L'extrusion est une méthode de formation importante d'alliage d'aluminium
L'extrusion en alliage en aluminium est une méthode de formation à chaud, et l'ensemble du processus de production consiste à former l'alliage d'aluminium sous une contrainte de compression à trois voies. L'ensemble du processus de production peut être décrit comme suit: a. L'aluminium et d'autres alliages sont fondus et jetés dans les billettes d'alliage en aluminium requises; né Les billettes préchauffées sont placées dans l'équipement d'extrusion pour extrusion. Sous l'action du cylindre principal, la billette en alliage d'aluminium est formée dans les profils requis à travers la cavité du moule; c. Afin d'améliorer les propriétés mécaniques des profils en aluminium, le traitement de la solution est effectué pendant ou après l'extrusion, suivi d'un traitement vieillissant. Les propriétés mécaniques après le traitement du vieillissement varient en fonction des différents matériaux et des régimes de vieillissement. L'état du traitement thermique des profils de camions de type boîte est indiqué dans le tableau 2.
Les produits extrudés en alliage en aluminium présentent plusieurs avantages par rapport aux autres méthodes de formation:
un. Pendant l'extrusion, le métal extrudé obtient une contrainte de compression à trois voies plus forte et plus uniforme dans la zone de déformation que le roulement et le forgeage, afin qu'il puisse jouer complètement la plasticité du métal transformé. Il peut être utilisé pour traiter les métaux difficiles à déformer qui ne peuvent pas être traités par roulement ou forgeage et peuvent être utilisés pour fabriquer divers composants complexes de coupe transversale creux ou solides.
né Étant donné que la géométrie des profils en aluminium peut être variée, leurs composants ont une rigidité élevée, ce qui peut améliorer la rigidité du corps du véhicule, réduire ses caractéristiques NVH et améliorer les caractéristiques de contrôle dynamique du véhicule.
c. Les produits ayant une efficacité d'extrusion, après extinction et vieillissement, ont une résistance longitudinale significativement plus élevée (R, RAZ) que les produits traités par d'autres méthodes.
d. La surface des produits après extrusion a une bonne couleur et une bonne résistance à la corrosion, éliminant le besoin d'un autre traitement de surface anti-corrosion.
e. Le traitement d'extrusion a une grande flexibilité, des coûts d'outillage et de moisissures faibles et des coûts de changement de conception faibles.
f. En raison de la contrôlabilité des coupes transversales de profil en aluminium, le degré d'intégration des composants peut être augmenté, le nombre de composants peut être réduit et différentes conceptions de coupe transversale peuvent atteindre un positionnement de soudage précis.
La comparaison des performances entre les profils en aluminium extrudé pour les camions de type boîte et l'acier en carbone ordinaire est présenté dans le tableau 3.
Direction de développement suivant des profils d'alliage en aluminium pour les camions de type boîte: améliorer davantage la force du profil et améliorer les performances d'extrusion. La direction de recherche des nouveaux matériaux pour les profils d'alliage en aluminium pour les camions de type boîte est illustrée à la figure 1.
3. Boîte en alliage en aluminium Structure du camion, analyse des résistances et vérification
3.1 Structure de camion en alliage en alliage en aluminium
Le conteneur de camion de boîte se compose principalement d'un ensemble de panneaux avant, d'un ensemble du panneau latéral gauche et droit, de l'ensemble du panneau latéral de la porte arrière, de l'ensemble de plancher, de l'ensemble de toit, ainsi que des boulons en forme de U, des gardes latéraux, des gardes arrière, des volets de boue et d'autres accessoires connecté au châssis de deuxième classe. Les poutres transversales du corps, les piliers, les poutres latérales et les panneaux de porte sont en aluminium en alliage extrudé, tandis que les panneaux de sol et de toit sont en plaques plates en alliage en aluminium 5052. La structure du camion en alliage en aluminium est illustrée à la figure 2.
L'utilisation du processus d'extrusion à chaud de l'alliage d'aluminium 6 de la série peut former des coupes transversales creux complexes, une conception de profils en aluminium avec des coupes transversales complexes peut économiser des matériaux, répondre aux exigences de la résistance et de la rigidité du produit et répond aux exigences de connexion mutuelle entre divers composants. Par conséquent, la structure de conception du faisceau principal et les moments sectionnels de l'inertie I et les moments de résistance W sont illustrés à la figure 3.
Une comparaison des principales données du tableau 4 montre que les moments sectionnels d'inertie et les moments de résistance du profil en aluminium conçu sont meilleurs que les données correspondantes du profil de faisceau de fer. Les données des coefficients de rigidité sont à peu près les mêmes que celles du profil de faisceau de fer correspondant, et toutes répondent aux exigences de déformation.
3.2 Calcul de contrainte maximale
Prenant le composant clé de charge, la croisement, comme l'objet, la contrainte maximale est calculée. La charge nominale est de 1,5 T et la croisement est composée de profil en alliage d'aluminium 6063-T6 avec des propriétés mécaniques comme le montre le tableau 5. Le faisceau est simplifié en tant que structure en porte-à-faux pour le calcul de la force, comme le montre la figure 4.
Prenant un faisceau de portée de 344 mm, la charge de compression sur le faisceau est calculée comme F = 3757 N sur la base de 4,5 T, ce qui est trois fois la charge statique standard. Q = f / L
où q est la contrainte interne du faisceau sous la charge, n / mm; F est la charge supportée par le faisceau, calculée sur la base de 3 fois la charge statique standard, qui est de 4,5 t; L est la longueur du faisceau, mm.
Par conséquent, le stress interne Q est:
La formule de calcul de contrainte est la suivante:
Le moment maximum est:
Prenant la valeur absolue du moment, m = 274283 n · mm, la contrainte maximale σ = m / (1,05 × w) = 18,78 MPa, et la valeur de contrainte maximale σ <215 MPa, qui répond aux exigences.
3.3 Caractéristiques de connexion de divers composants
L'alliage d'aluminium a de mauvaises propriétés de soudage et sa résistance au point de soudage n'est que de 60% de la résistance du matériau de base. En raison du revêtement d'une couche d'Al2O3 sur la surface de l'alliage en aluminium, le point de fusion d'Al2O3 est élevé, tandis que le point de fusion de l'aluminium est faible. Lorsque l'alliage d'aluminium est soudé, l'AL2O3 à la surface doit être rapidement brisé pour effectuer un soudage. Dans le même temps, le résidu d'AL2O3 restera dans la solution d'alliage en aluminium, affectant la structure en alliage en aluminium et réduisant la force du point de soudage en alliage en aluminium. Par conséquent, lors de la conception d'un récipient tout en aluminium, ces caractéristiques sont pleinement prises en compte. Le soudage est la méthode de positionnement principale et les principaux composants de chargement sont connectés par des boulons. Des connexions telles que le rivetage et la structure des queues d'aronde sont représentées sur les figures 5 et 6.
La structure principale du corps de la boîte en aluminium adopte une structure avec des poutres horizontales, des piliers verticaux, des poutres latérales et des poutres de bord entrelacer les uns avec les autres. Il y a quatre points de connexion entre chaque faisceau horizontal et le pilier vertical. Les points de connexion sont équipés de joints dentelés à maille avec le bord dentelé du faisceau horizontal, empêchant efficacement le glissement. Les huit points d'angle sont principalement connectés par des inserts de noyau en acier, fixés avec des boulons et des rivets autobloquants, et renforcés par des plaques d'aluminium triangulaires de 5 mm soudées à l'intérieur de la boîte pour renforcer les positions d'angle en interne. L'apparence externe de la boîte n'a pas de soudage ni de points de connexion exposés, garantissant l'apparence globale de la boîte.
3.4 Technologie d'ingénierie synchrone SE
La technologie d'ingénierie synchrone SE est utilisée pour résoudre les problèmes causés par de grands écarts de taille accumulés pour les composants de correspondance dans le corps de la boîte et les difficultés à trouver les causes des lacunes et des défaillances de la planéité. Grâce à l'analyse CAE (voir figure 7-8), une analyse de comparaison est réalisée avec des corps de boîte en fer pour cocher la résistance globale et la rigidité du corps de la boîte, trouver des points faibles et prendre des mesures pour optimiser et améliorer le schéma de conception plus efficacement .
4. Effet de la légèreté du camion en alliage en alliage en aluminium
En plus du corps de la boîte, les alliages en aluminium peuvent être utilisés pour remplacer l'acier pour divers composants de conteneurs de camions de type boîte, tels que les garde-boue, les gardes arrière, les gardes latéraux, de 30% à 40% pour le compartiment de cargaison. L'effet de réduction du poids pour un conteneur de cargaison vide de 4080 mm × 2300 mm × 2200 mm est présenté dans le tableau 6. Cela résout fondamentalement les problèmes de poids excessif, de non-conformité aux annonces et des risques réglementaires des compartiments de chargement traditionnels de fer.
En remplaçant l'acier traditionnel par des alliages en aluminium pour les composants automobiles, non seulement d'excellents effets d'éclairage, mais il peut également contribuer aux économies de carburant, à la réduction des émissions et à l'amélioration des performances des véhicules. À l'heure actuelle, il existe diverses opinions sur la contribution de la légèreté aux économies de carburant. Les résultats de la recherche de l'Institut international en aluminium sont présentés dans la figure 9. Chaque réduction de 10% du poids du véhicule peut réduire la consommation de carburant de 6% à 8%. Sur la base des statistiques intérieures, la réduction du poids de chaque voiture de tourisme de 100 kg peut réduire la consommation de carburant de 0,4 L / 100 km. La contribution de la légèreté aux économies de carburant est basée sur les résultats obtenus à partir de différentes méthodes de recherche, il existe donc une certaine variation. Cependant, les légers automobiles ont un impact significatif sur la réduction de la consommation de carburant.
Pour les véhicules électriques, l'effet de légèreté est encore plus prononcé. Actuellement, la densité d'énergie unitaire des batteries de puissance des véhicules électriques est considérablement différente de celle des véhicules à carburant liquide traditionnels. Le poids du système d'alimentation (y compris la batterie) des véhicules électriques représente souvent 20% à 30% du poids total du véhicule. Simultanément, la rupture du goulot d'étranglement des batteries est un défi mondial. Avant qu'il y ait une percée majeure dans la technologie de batterie haute performance, la légèreté est un moyen efficace d'améliorer la gamme de véhicules électriques de croisière. Pour chaque réduction de 100 kg de poids, la gamme de véhicules électriques de croisière peut être augmentée de 6% à 11% (la relation entre la réduction du poids et la plage de croisière est illustrée à la figure 10). Actuellement, la gamme de croisières de véhicules électriques purs ne peut pas répondre aux besoins de la plupart des gens, mais la réduction du poids d'une certaine quantité peut considérablement améliorer la gamme de croisière, assouplir l'anxiété de la plage et améliorer l'expérience utilisateur.
5.Concexion
In addition to the all-aluminum structure of the aluminum alloy box truck introduced in this article, there are various types of box trucks, such as aluminum honeycomb panels, aluminum buckle plates, aluminum frames + aluminum skins, and iron-aluminum hybrid cargo containers . Ils ont les avantages de poids léger, de résistance spécifique élevée et de bonne résistance à la corrosion, et ne nécessitent pas de peinture électrophorétique pour une protection contre la corrosion, réduisant l'impact environnemental de la peinture électrophorétique. Le camion de boîte en alliage en aluminium résout fondamentalement les problèmes de poids excessif, de non-conformité aux annonces et des risques réglementaires des compartiments de cargaison traditionnels en fer.
L'extrusion est une méthode de traitement essentielle pour les alliages en aluminium, et les profils en aluminium ont d'excellentes propriétés mécaniques, de sorte que la rigidité de la section des composants est relativement élevée. En raison de la section transversale variable, les alliages en aluminium peuvent atteindre la combinaison de fonctions de composants multiples, ce qui en fait un bon matériau pour les légers automobiles. Cependant, l'application répandue des alliages d'aluminium est confrontée à des défis tels que la capacité de conception insuffisante pour les compartiments de chargement en alliage en aluminium, les problèmes de formation et de soudage, et les coûts élevés de développement et de promotion pour les nouveaux produits. La raison principale est toujours que l'alliage d'aluminium coûte plus cher que l'acier avant que l'écologie de recyclage des alliages d'aluminium ne devienne mature.
En conclusion, la portée de l'application des alliages d'aluminium dans les automobiles deviendra plus large et leur utilisation continuera d'augmenter. Dans les tendances actuelles de l'économie d'énergie, de la réduction des émissions et du développement de la nouvelle industrie des véhicules énergétiques, la compréhension d'approfondissement des propriétés en alliage d'aluminium et des solutions efficaces aux problèmes d'application en alliage en aluminium, les matériaux d'extrusion en aluminium seront plus largement utilisés dans les légers automobiles.
Édité par May Jiang de MAT Aluminium
Heure du poste: 12 janvier-2024
