Introduction
Avec le développement de l'industrie automobile, le marché des poutres d'impact en alliage d'aluminium connaît une croissance rapide, bien que sa taille globale reste relativement modeste. Selon les prévisions de l'Alliance pour l'innovation technologique en matière d'allègement automobile concernant le marché chinois des poutres d'impact en alliage d'aluminium, la demande est estimée à environ 140 000 tonnes d'ici 2025, pour un marché estimé à 4,8 milliards de RMB. D'ici 2030, la demande devrait atteindre environ 220 000 tonnes, pour un marché estimé à 7,7 milliards de RMB, et un taux de croissance annuel composé d'environ 13 %. La tendance à l'allègement et la croissance rapide des modèles de véhicules milieu et haut de gamme sont des facteurs déterminants pour le développement des poutres d'impact en alliage d'aluminium en Chine. Les perspectives du marché des caissons de protection pour poutres d'impact automobiles sont prometteuses.
Avec la baisse des coûts et les progrès technologiques, les poutres d'impact avant et les crash-box en alliage d'aluminium se généralisent. Elles équipent actuellement des modèles de milieu et haut de gamme tels que l'Audi A3, l'Audi A4L, la BMW Série 3, la BMW X1, la Mercedes-Benz C260, le Honda CR-V, le Toyota RAV4, la Buick Regal et la Buick LaCrosse.
Les poutres d'impact en alliage d'aluminium sont principalement composées de traverses d'impact, de boîtes de collision, de plaques de base de montage et de manchons de crochet de remorquage, comme illustré à la figure 1.
Figure 1 : Assemblage de poutre d'impact en alliage d'aluminium
Le crash box est un boîtier métallique situé entre la poutre d'impact et les deux longerons du véhicule, servant essentiellement de conteneur d'absorption d'énergie. Cette énergie correspond à la force de l'impact. Lors d'une collision, la poutre d'impact possède une certaine capacité d'absorption d'énergie. Cependant, si l'énergie dépasse sa capacité, elle est transférée au crash box. Ce dernier absorbe alors toute la force de l'impact et se déforme, préservant ainsi les longerons.
1 Exigences relatives au produit
1.1 Les dimensions doivent respecter les exigences de tolérance du dessin, comme indiqué dans la figure 2.
1.3 Exigences de performance mécanique :
Résistance à la traction : ≥ 215 MPa
Limite d'élasticité : ≥ 205 MPa
Allongement A50 : ≥ 10 %
1.4 Performances d'écrasement du Crash Box :
Le long de l'axe X du véhicule, en utilisant une surface de collision plus grande que la section du produit, appliquer une charge à une vitesse de 100 mm/min jusqu'à l'écrasement, avec une compression de 70 %. La longueur initiale du profilé est de 300 mm. À la jonction de la nervure de renfort et de la paroi extérieure, les fissures doivent être inférieures à 15 mm pour être considérées comme acceptables. Il convient de s'assurer que les fissures autorisées ne compromettent pas la capacité d'absorption d'énergie d'écrasement du profilé, et qu'aucune fissure significative ne doit apparaître ailleurs après l'écrasement.
2 Approche de développement
Pour répondre simultanément aux exigences de performances mécaniques et de performances d'écrasement, la démarche de développement est la suivante :
Utiliser une tige 6063B avec une composition d'alliage primaire de Si 0,38-0,41 % et Mg 0,53-0,60 %.
Effectuer une trempe à l'air et un vieillissement artificiel pour atteindre la condition T6.
Utilisez un traitement de trempe par brouillard et air et effectuez un traitement de vieillissement pour atteindre l'état T7.
3 Production pilote
3.1 Conditions d'extrusion
La production est réalisée sur une presse d'extrusion de 2000 tonnes avec un ratio d'extrusion de 36. Le matériau utilisé est une barre d'aluminium homogénéisée 6063B. Les températures de chauffage de la barre d'aluminium sont les suivantes : zone IV 450 ; zone III 470 ; zone II 490 ; zone I 500. La pression de rupture du cylindre principal est d'environ 210 bars, la phase d'extrusion stable présentant une pression d'extrusion proche de 180 bars. La vitesse de l'arbre d'extrusion est de 2,5 mm/s et celle du profilé de 5,3 m/min. La température à la sortie de l'extrusion est comprise entre 500 et 540 °C. La trempe est réalisée par refroidissement par air, avec un ventilateur gauche à 100 %, un ventilateur central à 100 % et un ventilateur droit à 50 %. La vitesse de refroidissement moyenne dans la zone de trempe atteint 300-350 °C/min, et la température à la sortie de la zone de trempe est de 60-180 °C. Pour la trempe brouillard + air, la vitesse de refroidissement moyenne dans la zone de chauffage atteint 430-480 °C/min, et la température à la sortie de la zone de trempe est de 50-70 °C. Le profil ne présente aucune flexion significative.
3.2 Vieillissement
Après le processus de vieillissement T6 à 185°C pendant 6 heures, la dureté et les propriétés mécaniques du matériau sont les suivantes :
Selon le processus de vieillissement T7 à 210°C pendant 6 heures et 8 heures, la dureté et les propriétés mécaniques du matériau sont les suivantes :
D'après les données d'essai, la méthode de trempe brouillard + air, combinée au vieillissement à 210 °C/6 h, répond aux exigences de performance mécanique et d'essai d'écrasement. Pour des raisons de rentabilité, la méthode de trempe brouillard + air et le vieillissement à 210 °C/6 h ont été sélectionnés pour la production afin de répondre aux exigences du produit.
3.3 Essai d'écrasement
Pour les deuxième et troisième tiges, la tête est coupée de 1,5 m et la queue de 1,2 m. Deux échantillons de 300 mm de longueur sont prélevés sur les sections tête, milieu et queue. Des essais d'écrasement sont réalisés après vieillissement à 185 °C/6 h et 210 °C/6 h et 8 h (données de performances mécaniques mentionnées ci-dessus) sur une machine d'essai de matériaux universelle. Les essais sont réalisés à une vitesse de chargement de 100 mm/min avec une compression de 70 %. Les résultats sont les suivants : pour la trempe brouillard + air avec les processus de vieillissement à 210 °C/6 h et 8 h, les essais d'écrasement sont conformes aux exigences, comme le montre la figure 3-2, tandis que les échantillons trempés à l'air présentent des fissures pour tous les processus de vieillissement.
Sur la base des résultats des tests d'écrasement, la trempe par brouillard + air avec les processus de vieillissement à 210°C/6h et 8h répond aux exigences du client.
4 Conclusion
L'optimisation des processus de trempe et de vieillissement est cruciale pour le développement réussi du produit et fournit une solution de processus idéale pour le produit crash box.
Grâce à des tests approfondis, il a été déterminé que l'état du matériau pour le produit crash box doit être 6063-T7, la méthode de trempe est le refroidissement par brouillard + air, et le processus de vieillissement à 210°C/6h est le meilleur choix pour l'extrusion de tiges d'aluminium avec des températures allant de 480 à 500°C, une vitesse de l'arbre d'extrusion de 2,5 mm/s, une température de la matrice d'extrusion de 480°C et une température de sortie d'extrusion de 500 à 540°C.
Édité par May Jiang de MAT Aluminum
Date de publication : 7 mai 2024
