Introduction
Avec le développement de l'industrie automobile, le marché des poutres d'impact en alliage d'aluminium connaît également une croissance rapide, bien que sa taille globale reste relativement petite. Selon les prévisions de l'Automotive Lightweight Technology Innovation Alliance pour le marché chinois des poutres d'impact en alliage d'aluminium, d'ici 2025, la demande du marché est estimée à environ 140 000 tonnes, avec une taille de marché qui devrait atteindre 4,8 milliards de RMB. D'ici 2030, la demande du marché devrait être d'environ 220 000 tonnes, avec une taille de marché estimée à 7,7 milliards de RMB et un taux de croissance annuel composé d'environ 13 %. La tendance au développement de l'allègement et la croissance rapide des modèles de véhicules de milieu à 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 crashbox à poutre d’impact automobile sont prometteuses.
À mesure que les coûts diminuent et que la technologie progresse, les poutres de choc avant et les crash boxes en alliage d'aluminium deviennent progressivement plus répandues. Actuellement, ils sont utilisés dans les modèles de véhicules milieu à haut de gamme tels que l'Audi A3, l'Audi A4L, la BMW série 3, la BMW X1, la Mercedes-Benz C260, la Honda CR-V, la 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 protection, de plaques de base de montage et de manchons de crochet de remorquage, comme le montre la figure 1.
Figure 1 : Ensemble de poutre d'impact en alliage d'aluminium
La crash box est une boîte métallique située entre la poutre d'impact et deux poutres longitudinales du véhicule, servant essentiellement de conteneur absorbant l'énergie. Cette énergie fait référence à la force d'impact. Lorsqu'un véhicule subit une collision, le faisceau d'impact a une certaine capacité d'absorption d'énergie. Cependant, si l’énergie dépasse la capacité du faisceau d’impact, celui-ci transférera l’énergie vers la crash box. La crash box absorbe toute la force d'impact et se déforme, garantissant ainsi que les poutres longitudinales ne sont pas endommagées.
1 Exigences du produit
1.1 Les dimensions doivent respecter les exigences de tolérance du dessin, comme indiqué à la figure 2.
1.3 Exigences de performances mécaniques :
Résistance à la traction : ≥215 MPa
Limite d'élasticité : ≥205 MPa
Allongement A50 : ≥10 %
1.4 Performances de concassage des boîtes de crash :
Le long de l'axe X du véhicule, en utilisant une surface de collision plus grande que la section transversale du produit, charger à une vitesse de 100 mm/min jusqu'à écrasement, avec un taux de compression de 70 %. La longueur initiale du profilé est de 300 mm. A la jonction de la nervure de renfort et du mur extérieur, 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'il ne doit pas y avoir de fissures significatives dans d'autres zones après l'écrasement.
2 Approche de développement
Pour répondre simultanément aux exigences de performances mécaniques et de performances de concassage, la démarche de développement est la suivante :
Utilisez une tige 6063B avec une composition d'alliage primaire de Si 0,38-0,41 % et Mg 0,53-0,60 %.
Effectuez une trempe à l’air et un vieillissement artificiel pour atteindre la condition T6.
Utilisez une trempe par brouillard + air et effectuez un traitement de vieillissement excessif pour atteindre la condition T7.
3 Production pilote
3.1 Conditions d'extrusion
La production est réalisée sur une presse d'extrusion de 2000T avec un taux d'extrusion de 36. Le matériau utilisé est une tige d'aluminium homogénéisée 6063B. Les températures de chauffage de la tige d'aluminium sont les suivantes : Zone IV 450-Zone III 470-Zone II 490-1 zone 500. La pression de rupture du cylindre principal est d'environ 210 bars, la phase d'extrusion stable ayant une pression d'extrusion proche de 180 bars. . La vitesse de l'arbre d'extrusion est de 2,5 mm/s et la vitesse d'extrusion du profilé est de 5,3 m/min. La température en sortie d'extrusion est de 500-540°C. La trempe est effectuée par refroidissement par air avec la puissance du ventilateur gauche à 100 %, la puissance du ventilateur central à 100 % et la puissance du ventilateur droit à 50 %. La vitesse de refroidissement moyenne dans la zone de trempe atteint 300 à 350°C/min, et la température après la sortie de la zone de trempe est de 60 à 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 après la sortie de la zone de trempe est de 50-70°C. Le profil ne présente aucune flexion significative.
3.2 Vieillissement
Suite au 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 :
Sur la base des données de test, la méthode de trempe brouillard + air, combinée au processus de vieillissement à 210°C/6h, répond aux exigences en matière de performances mécaniques et de tests de concassage. Dans un souci de rentabilité, la méthode de trempe par brouillard + air et le processus de vieillissement à 210°C/6h ont été sélectionnés pour la production afin de répondre aux exigences du produit.
3.3 Essai d'écrasement
Pour les deuxième et troisième cannes, la tête est coupée de 1,5 m et la queue est coupée de 1,2 m. Deux échantillons sont prélevés chacun sur les sections de tête, de milieu et de queue, d'une longueur de 300 mm. Les tests de concassage sont réalisés après vieillissement à 185°C/6h et 210°C/6h et 8h (données de performances mécaniques mentionnées ci-dessus) sur une machine universelle d'essais de matériaux. Les tests sont effectués à une vitesse de chargement de 100 mm/min avec un taux de compression de 70 %. Les résultats sont les suivants : pour la trempe brouillard + air avec les processus de vieillissement à 210°C/6h et 8h, les tests de concassage répondent 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 de concassage, la trempe par brouillard + air avec les processus de vieillissement à 210°C/6h et 8h répondent aux exigences du client.
4 Conclusion
L'optimisation des processus de trempe et de vieillissement est cruciale pour le développement réussi du produit et constitue une solution de processus idéale pour le produit crash box.
Grâce à des tests approfondis, il a été déterminé que l'état du matériau du produit crash box doit être 6063-T7, la méthode de trempe est le brouillard + refroidissement par air et le processus de vieillissement à 210 °C/6 h 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 filière d'extrusion de 480 °C et une température de sortie d'extrusion de 500 à 540 °C.
Edité par May Jiang de MAT Aluminium
Heure de publication : 07 mai 2024
