1. 소개
자동차 경량은 선진국에서 시작되었으며 처음에는 전통적인 자동차 거인이 이끌었습니다. 지속적인 발전으로 상당한 추진력을 얻었습니다. 인디언이 처음으로 알루미늄 합금을 사용하여 자동차 크랭크 샤프트를 생산하여 1999 년에 Audi의 모든 알루미늄 자동차의 첫 번째 대량 생산에 이르기까지, 알루미늄 합금은 저밀도, 높은 특이 적 강도 및 강성과 같은 장점으로 인해 자동차 응용 분야에서 강력한 성장을 보였습니다. 우수한 탄력성 및 충격 저항, 높은 재활용 성 및 높은 재생률. 2015 년까지 자동차에서 알루미늄 합금의 응용 비율은 이미 35%를 초과했습니다.
중국의 자동차 경량화는 10 년 전에 시작되었으며 독일, 미국 및 일본과 같은 선진국보다 기술과 응용 수준이 지연되었습니다. 그러나 새로운 에너지 차량의 개발로 인해 재료 경량이 빠르게 진행되고 있습니다. 새로운 에너지 차량의 증가를 활용하여 중국의 자동차 경량 기술은 선진국을 따라 잡는 경향을 보여주고 있습니다.
중국의 가벼운 재료 시장은 광대합니다. 한편으로, 해외 선진국과 비교할 때 중국의 경량 기술은 늦게 시작되었고 전체 차량 연석 중량이 더 큽니다. 외국에서 경량 재료 비율의 벤치 마크를 고려할 때 중국에는 여전히 개발의 여지가 여전히 남아 있습니다. 반면에 정책에 따라 중국의 새로운 에너지 차량 산업의 급속한 발전은 경량 재료에 대한 수요를 높이고 자동차 회사가 경량을 향해 나아가도록 장려 할 것입니다.
방출 및 연료 소비 표준의 개선으로 인해 자동차 경량의 가속도가 강화되고 있습니다. 중국은 2020 년에 중국 VI 배출 표준을 완전히 구현했다. 엔진 기술 및 배출 감소의 상당한 돌파구를위한 제한된 공간을 고려하여 경량 자동차 부품에 대한 조치를 채택하면 차량 배출량과 연료 소비를 효과적으로 줄일 수 있습니다. 새로운 에너지 차량의 경량은 업계 개발의 필수 경로가되었습니다.
2016 년에 중국 자동차 엔지니어링 협회 (China Automotive Engineering Society)는 2020 년에서 2030 년까지 새로운 에너지 차량의 에너지 소비, 순항 범위 및 제조 재료와 같은 요소를 계획하는“에너지 절약 및 새로운 에너지 차량 기술 로드맵”을 발표했습니다. 가벼운 방향은 핵심 방향이 될 것입니다. 새로운 에너지 차량의 미래 개발을 위해. 경량은 새로운 에너지 차량의 순항 범위를 증가시키고 "범위 불안"을 해결할 수 있습니다. 연장 순항 범위에 대한 수요가 증가함에 따라 자동차 경량화가 시급 해지고 최근 몇 년 동안 새로운 에너지 차량의 판매가 크게 증가했습니다. 점수 시스템의 요구 사항과“자동차 산업의 중반에서 기간 중반 개발 계획”에 따르면 2025 년까지 중국의 새로운 에너지 차량 판매가 6 백만 단위를 초과 할 것으로 추정되며 연간 성장률은 6 백만 단위를 초과 할 것으로 추정됩니다. 비율은 38%를 초과합니다.
2. 알루미늄 합금 특성 및 응용
2.1 알루미늄 합금의 특성
알루미늄의 밀도는 강철의 3 분의 1이므로 가벼워집니다. 특정 강도, 우수한 압출 능력, 강한 부식성 및 높은 재활용 성이 있습니다. 알루미늄 합금은 주로 마그네슘으로 구성되어 있으며, 우수한 내열성, 우수한 용접 특성, 우수한 피로 강도, 열처리에 의해 강화되지 않음, 냉 작업을 통해 강도를 높이는 능력을 나타냅니다. 6 시리즈는 주로 마그네슘과 실리콘으로 구성되며 MG2SI는 주요 강화 단계로 특징 지어집니다. 이 범주에서 가장 널리 사용되는 합금은 6063, 6061 및 6005a입니다. 5052 알루미늄 플레이트는 AL-MG 시리즈 합금 알루미늄 플레이트이며, 마그네슘은 주요 합금 요소입니다. 가장 널리 사용되는 방지 알루미늄 합금입니다. 이 합금은 고강도, 고 피로 강도, 가소성 및 부식 저항성이 높으며 열처리로 강화 될 수 없으며, 반 균형 작업 경화에서 우수한 가소성, 냉 작업 경화에서의 가소성이 낮고, 부식성이 우수하며, 용접 특성이 우수합니다. 주로 측면 패널, 지붕 덮개 및 도어 패널과 같은 구성 요소에 사용됩니다. 6063 알루미늄 합금은 AL-MG-SI 시리즈에서 열처리 가능한 강화 합금이며, 마그네슘과 실리콘은 주요 합금 원소입니다. 중간 강도를 갖춘 열처리 강화 알루미늄 합금 프로파일로, 주로 강도를 전달하기 위해 기둥 및 측면 패널과 같은 구조적 구성 요소에 사용됩니다. 알루미늄 합금 등급에 대한 소개는 표 1에 나와 있습니다.
2.2 압출은 알루미늄 합금의 중요한 형성 방법입니다.
알루미늄 합금 압출은 뜨거운 형성 방법이며, 전체 생산 공정은 3 방향 압축 응력 하에서 알루미늄 합금을 형성하는 것입니다. 전체 생산 프로세스는 다음과 같이 설명 할 수 있습니다. 알루미늄 및 기타 합금은 녹고 필요한 알루미늄 합금 빌릿으로 캐스트됩니다. 비. 예열 된 빌릿은 압출 장비에 넣어 압출을 위해 넣습니다. 주 실린더의 작용하에, 알루미늄 합금 빌릿은 금형의 공동을 통해 필요한 프로파일로 형성되고; 기음. 알루미늄 프로파일의 기계적 특성을 향상시키기 위해, 용액 처리는 압출 중 또는 후에 노화 된 후에 수행된다. 노화 처리 후 기계적 특성은 상이한 재료 및 노화 체제에 따라 다릅니다. 박스 형 트럭 프로파일의 열처리 상태는 표 2에 나와 있습니다.
알루미늄 합금 압출 제품은 다른 형성 방법에 비해 몇 가지 장점이 있습니다.
에이. 압출 동안, 압출 금속은 롤링 및 단조보다 변형 구역에서 더 강력하고 균일 한 3 방향 압축 응력을 얻으므로 가공 된 금속의 소성을 완전히 재생할 수 있습니다. 롤링 또는 단조로 처리 할 수없는 형태가 어려운 금속을 처리하는 데 사용할 수 있으며 다양한 복잡한 중공 또는 고체 단면 구성 요소를 만드는 데 사용할 수 있습니다.
비. 알루미늄 프로파일의 형상이 다양 할 수 있기 때문에 성분은 강성이 높기 때문에 차체의 강성을 향상시키고 NVH 특성을 줄이며 차량 동적 제어 특성을 향상시킬 수 있습니다.
기음. 담금질 및 노화 후 압출 효율을 갖는 생성물은 다른 방법에 의해 처리 된 제품보다 세로 강도 (R, RAZ)가 상당히 높다.
디. 압출 후 생성물의 표면은 좋은 색상과 부식성이 우수하여 다른 방지 표면 처리의 필요성을 제거합니다.
이자형. 압출 처리는 유연성이 뛰어나고 툴링 및 곰팡이 비용이 낮으며 설계 변경 비용이 낮습니다.
에프. 알루미늄 프로파일 단면의 제어 가능성으로 인해 구성 요소 통합 정도가 증가하고, 구성 요소의 수를 줄이고, 다른 단면 설계는 정확한 용접 위치를 달성 할 수 있습니다.
박스 타입 트럭과 일반 탄소강의 압출 알루미늄 프로파일 간의 성능 비교는 표 3에 나와 있습니다.
박스 타입 트럭에 대한 알루미늄 합금 프로파일의 다음 개발 방향 : 프로파일 강도 향상 및 압출 성능 향상. 박스 타입 트럭의 알루미늄 합금 프로파일에 대한 새로운 재료의 연구 방향은 그림 1에 나와 있습니다.
3. 알루미늄 합금 박스 트럭 구조, 강도 분석 및 검증
3.1 알루미늄 합금 박스 트럭 구조
박스 트럭 컨테이너는 주로 전면 패널 어셈블리, 왼쪽 및 오른쪽 패널 어셈블리, 후면 도어 사이드 패널 어셈블리, 바닥 어셈블리, 지붕 어셈블리, U 자형 볼트, 측면 가드, 후면 가드, 진흙 플랩 및 기타 액세서리로 구성됩니다. 2 등 섀시에 연결되었습니다. 박스 바디 크로스 빔, 기둥, 측면 빔 및 도어 패널은 알루미늄 합금 압출 프로파일로 만들어졌으며 바닥과 지붕 패널은 5052 알루미늄 합금 평평한 플레이트로 만들어집니다. 알루미늄 합금 박스 트럭의 구조는 그림 2에 나와 있습니다.
6 시리즈 알루미늄 합금의 뜨거운 압출 공정을 사용하면 복잡한 중공 단면적을 형성 할 수 있습니다. 복잡한 단면을 가진 알루미늄 프로파일 설계는 재료를 절약하고 제품 강도 및 강성의 요구 사항을 충족하며 간의 상호 연결 요구 사항을 충족시킬 수 있습니다. 다양한 구성 요소. 따라서, 관성 I 및 저항 모멘트 W의 주요 빔 설계 구조 및 단면 모멘트가도 3에 도시되어있다.
표 4의 주요 데이터의 비교는 설계된 알루미늄 프로파일의 관성 및 저항 모멘트의 단면 모멘트가 철제 빔 프로파일의 해당 데이터보다 우수하다는 것을 보여줍니다. 강성 계수 데이터는 해당 철제 빔 프로파일의 것과 거의 동일하며 모두 변형 요구 사항을 충족합니다.
3.2 최대 응력 계산
주요로드 베어링 구성 요소 인 크로스 빔을 객체로서 최대 응력이 계산됩니다. 정격 하중은 1.5 T이며, 교단은 표 5에 도시 된 바와 같이 기계적 특성을 갖는 6063-T6 알루미늄 합금 프로파일로 만들어진다. 빔은도 4에 도시 된 바와 같이 힘 계산을위한 캔틸레버 구조로 단순화된다.
344mm 스팬 빔을 취하면 빔의 압축 부하는 4.5T를 기준으로 F = 3757 N으로 계산되며, 이는 표준 정적 하중의 3 배입니다. q = f/l
여기서 Q는 하중 아래의 빔의 내부 응력 인 N/mm입니다. F는 표준 정적 하중의 3 배에 따라 계산 된 빔에 의해 보낸 하중이며, 이는 4.5 T이며; L은 빔의 길이, mm입니다.
따라서 내부 응력 q는 다음과 같습니다.
응력 계산 공식은 다음과 같습니다.
최대 순간은 다음과 같습니다.
순간의 절대 값을 취하면 M = 274283 n · mm, 최대 응력 σ = m/(1.05 × W) = 18.78 MPa 및 요구 사항을 충족하는 최대 응력 값 <215 MPa.
3.3 다양한 구성 요소의 연결 특성
알루미늄 합금은 용접 특성이 좋지 않으며 용접 점 강도는 기본 재료 강도의 60%에 불과합니다. 알루미늄 합금 표면에서 Al2O3 층의 덮개로 인해, Al2O3의 용융점은 높고, 알루미늄의 용융점은 낮다. 알루미늄 합금이 용접되면 표면의 AL2O3을 용접을 수행하기 위해 빠르게 파손해야합니다. 동시에, AL2O3의 잔류 물은 알루미늄 합금 용액에 남아 알루미늄 합금 구조에 영향을 미치고 알루미늄 합금 용접 지점의 강도를 감소시킨다. 따라서 모든 알루미늄 컨테이너를 설계 할 때 이러한 특성은 완전히 고려됩니다. 용접은 주요 위치 지정 방법이며, 주요 하중 부유 구성 요소는 볼트로 연결됩니다. 리벳 팅 및 도베 테일 구조와 같은 연결은 그림 5 및 6에 나와 있습니다.
모든 알루미늄 박스 본체의 주요 구조는 수평 빔, 수직 기둥, 측면 빔 및 가장자리 빔이 서로 연동되는 구조를 채택합니다. 각 수평 빔과 수직 기둥 사이에는 네 가지 연결 지점이 있습니다. 연결 지점에는 톱니 모양의 개스킷이 장착되어 수평 빔의 톱니 모양 가장자리와 메쉬되어 미끄러짐을 효과적으로 방지합니다. 8 개의 코너 포인트는 주로 강철 코어 인서트로 연결되며 볼트 및 자체 잠금 리벳으로 고정되며 상자 내부에 용접 된 5mm 삼각형 알루미늄 플레이트로 강화되어 내부적으로 코너 위치를 강화합니다. 상자의 외부 모양에는 용접 또는 노출 된 연결 지점이 없으므로 상자의 전반적인 모양이 보장됩니다.
3.4 SE 동기 엔지니어링 기술
SE 동기 엔지니어링 기술은 박스 본문의 구성 요소 일치하는 대규모 크기의 편차로 인한 문제와 틈과 평탄도 실패의 원인을 찾는 데 어려움을 해결하는 데 사용됩니다. CAE 분석을 통해 (그림 7-8 참조), 상자 본체의 전반적인 강도와 강성을 확인하고 약점을 찾고, 설계 체계를보다 효과적으로 최적화하고 개선하기위한 조치를 취하기 위해 철제 박스 바디로 비교 분석을 수행합니다. .
4. 알루미늄 합금 박스 트럭의 조명 중량 영향
상자 본체 외에도 알루미늄 합금은 머드 가드, 후방 경비원, 측면 가드, 도어 래치, 도어 힌지 및 후면 앞치마 가장자리와 같은 다양한 상자 형 트럭 용기의 강철을 교체하는 데 사용할 수 있습니다. 화물 구획의 경우 30% ~ 40%입니다. 빈 4080mm × 2300mm × 2200mm화물 용기에 대한 중량 감소 효과는 표 6에 나와 있습니다. 이는 기본적으로 과도한 중량의 문제, 공지 사항에 대한 비준수 및 전통적인 철제화물 구획의 규제 위험을 해결합니다.
자동차 부품을위한 전통적인 강철을 알루미늄 합금으로 대체함으로써 우수한 경량 효과를 달성 할 수있을뿐만 아니라 연료 절약, 배출 감소 및 차량 성능 향상에도 기여할 수 있습니다. 현재 연료 절약에 대한 경량의 기여에 대한 다양한 의견이 있습니다. 국제 알루미늄 연구소의 연구 결과는 그림 9에 나와 있습니다. 차량 중량의 10% 감소마다 연료 소비가 6%에서 8% 감소 할 수 있습니다. 국내 통계에 따라 각 승용차의 무게를 100kg으로 줄이면 연료 소비가 0.4 L/100km를 줄일 수 있습니다. 연료 절약에 대한 경량의 기여는 다른 연구 방법에서 얻은 결과를 기반으로하므로 약간의 변화가 있습니다. 그러나 자동차 경량은 연료 소비 감소에 큰 영향을 미칩니다.
전기 자동차의 경우 가벼운 효과가 더욱 두드러집니다. 현재 전기 차량 전력 배터리의 단위 에너지 밀도는 전통적인 액체 연료 자동차와는 크게 다릅니다. 전기 자동차의 전력 시스템 (배터리 포함)의 무게는 종종 총 차량 중량의 20% ~ 30%를 차지합니다. 동시에, 배터리의 성능 병목 현상을 뚫는 것은 전 세계적으로 도전입니다. 고성능 배터리 기술에 큰 돌파구가 있기 전에 경량은 전기 자동차의 순항 범위를 개선하는 효과적인 방법입니다. 무게가 100kg 감소 할 때마다 전기 자동차의 순항 범위는 6%에서 11% 증가 할 수 있습니다 (중량 감소와 순항 범위의 관계는 그림 10에 나와 있습니다). 현재 순수한 전기 자동차의 순항 범위는 대부분의 사람들의 요구를 충족시킬 수 없지만, 일정량으로 무게를 줄이면 순항 범위가 크게 향상되어 범위 불안을 완화하고 사용자 경험을 향상시킬 수 있습니다.
5. 연결
이 기사에 소개 된 알루미늄 합금 박스 트럭의 모든 알루미늄 구조 외에도 알루미늄 벌집 패널, 알루미늄 버클 플레이트, 알루미늄 프레임 + 알루미늄 스킨 및 철-알루미늄 하이브리드 화가 용기와 같은 다양한 유형의 박스 트럭이 있습니다. . 그들은 경량, 높은 특이 적 강도 및 부식성이 우수한 장점을 가지고 있으며, 부식 보호를 위해 전기 영동 페인트가 필요하지 않아 전기 영동 페인트의 환경 영향을 줄입니다. 알루미늄 합금 박스 트럭은 근본적으로 과도한 체중의 문제, 공지 사항을 준수하지 않으며, 전통적인 철제화물 구획의 규제 위험을 해결합니다.
압출은 알루미늄 합금에 대한 필수 가공 방법이며, 알루미늄 프로파일은 우수한 기계적 특성을 가지므로 구성 요소의 강성이 비교적 높습니다. 가변 단면으로 인해 알루미늄 합금은 여러 구성 요소 함수의 조합을 달성 할 수있어 자동차 경량화에 적합한 재료가 될 수 있습니다. 그러나 알루미늄 합금의 광범위한 적용은 알루미늄 합금화물 구획에 대한 설계 능력이 충분하지 않은 문제, 형성 및 용접 문제, 신제품의 높은 개발 및 홍보 비용과 같은 문제에 직면 해 있습니다. 주된 이유는 여전히 알루미늄 합금의 재활용 생태학이 성숙하기 전에 알루미늄 합금이 강철보다 비용이 많이 들기 때문입니다.
결론적으로, 자동차의 알루미늄 합금의 적용 범위는 더욱 넓어지고 그 사용량은 계속 증가 할 것입니다. 에너지 절약, 방출 감소 및 새로운 에너지 차량 산업의 현재 경향에서 알루미늄 합금 특성에 대한 이해력과 알루미늄 합금 적용 문제에 대한 효과적인 솔루션의 심화가 심화됨에 따라 알루미늄 압출 물질은 자동차 경량에서 더 널리 사용될 것입니다.
Mat Aluminum에서 May Jiang에 의해 편집 됨
후 시간 : 1 월 12 일. 12-2024
