1.侵入
自動車の軽量化は先進国で始まり、当初は伝統的な自動車の巨人が率いていました。継続的な開発により、大きな勢いを獲得しました。インディアンが最初にアルミニウム合金を使用して自動車クランクシャフトを生産したときから、1999年にオールアルミニウム車の最初の大量生産まで、アルミニウム合金は、低密度、高い特異的強度、硬直、硬直などの利点があるため、自動車用途で堅牢な成長を見てきました。良好な弾力性と衝撃耐性、高いリサイクル性、高い再生速度。 2015年までに、自動車におけるアルミニウム合金のアプリケーションの割合はすでに35％を超えていました。
中国の自動車の軽量化は10年も前に始まり、テクノロジーとアプリケーションレベルの両方が、ドイツ、米国、日本などの先進国に遅れをとっています。ただし、新しいエネルギー車の開発により、物質的な軽量化は急速に進行しています。新しいエネルギー車の台頭を活用して、中国の自動車用軽量技術は、先進国に追いつく傾向を示しています。
中国の軽量材料市場は膨大です。一方では、海外の先進国と比較して、中国の軽量化技術は遅く開始され、車両全体の縁石の重量が大きくなっています。外国における軽量材料の割合のベンチマークを考慮すると、中国にはまだ十分な開発の余地があります。一方、政策によって推進されているため、中国の新しいエネルギー車産業の急速な発展は、軽量材料の需要を高め、自動車企業が軽量化に向かって動くよう奨励します。
排出量と燃料消費基準の改善により、自動車の軽量化の加速が強制されています。中国は2020年に中国VI排出基準を完全に実施しました。「客室の燃料消費のための評価方法と指標」と、5.0 L/kmの燃料消費基準である「省エネと新しいエネルギー車両技術のロードマップ」によると。エンジンテクノロジーと排出削減における実質的なブレークスルーのための限られたスペースを考慮すると、軽量の自動車コンポーネントへの対策を採用すると、車両の排出量と燃料消費量を効果的に削減できます。新しいエネルギー車両の軽量化は、業界の発展に不可欠な道のりとなっています。
2016年、China Automotive Engineering Societyは、2020年から2030年までのエネルギー消費、クルージング範囲、新しいエネルギー車の製造材料などの要因を計画した「省エネと新しいエネルギー車両技術のロードマップ」を発行しました。新しいエネルギー車の将来の開発のために。軽量化は、クルージング範囲を増やし、新しいエネルギー車の「範囲の不安」に対処することができます。クルージング範囲の延長に対する需要の増加に伴い、自動車の軽量化が緊急になり、近年、新しいエネルギー車の販売が大幅に増加しています。スコアシステムの要件と「自動車産業の中期から期間開発計画」によれば、2025年までに中国の新しいエネルギー車の販売は600万台を超え、年間成長率が複合的になると推定されています。 38％を超えるレート。
2.アルミニウム合金の特性と用途
2.1アルミニウム合金の特性
アルミニウムの密度は鋼の3分の1であるため、軽くなります。より高い特異的強度、優れた押出能力、強い腐食抵抗、および高いリサイクル性を備えています。アルミニウム合金は、主にマグネシウムで構成され、良好な耐熱性、良好な溶接特性、良好な疲労強度、熱処理によって強化されることができないこと、および寒冷作業を通じて強度を高める能力を示すことによって特徴付けられます。 6シリーズは、主にマグネシウムとシリコンで構成され、MG2SIが主な強化段階として構成されていることを特徴としています。このカテゴリで最も広く使用されている合金は、6063、6061、および6005aです。 5052アルミニウムプレートは、AL-MGシリーズ合金アルミニウムプレートで、マグネシウムは主な合金要素です。最も広く使用されているアンチラストアルミニウム合金です。この合金は、高強度、高疲労強度、良好な可塑性、腐食抵抗を持ち、熱処理によって強化することはできません。主に、サイドパネル、屋根カバー、ドアパネルなどのコンポーネントに使用されます。 6063アルミニウム合金は、Al-Mg-SIシリーズの熱処理可能な強化合金であり、マグネシウムとシリコンが主要な合金要素です。これは、強度を運ぶためにカラムやサイドパネルなどの構造コンポーネントで主に使用される、中程度の強度を備えた熱処理可能な強化アルミニウム合金プロファイルです。アルミニウム合金グレードの紹介を表1に示します。
2.2押出はアルミニウム合金の重要な形成方法です
アルミニウム合金押出は高温の形成方法であり、生産プロセス全体には、3方向圧縮応力の下でアルミニウム合金の形成が含まれます。生産プロセス全体は、次のように説明できます。アルミニウムおよびその他の合金は溶けて、必要なアルミニウム合金ビレットに投げ込まれます。 b。予熱されたビレットは、押し出しのために押出機器に入れられます。メインシリンダーの作用の下で、アルミニウム合金ビレットは、カビの空洞を介して必要なプロファイルに形成されます。 c。アルミニウムプロファイルの機械的特性を改善するために、溶液処理が押し出し中または後に行われ、その後に老化処理が行われます。老化した治療後の機械的特性は、異なる材料と老化体制によって異なります。ボックスタイプのトラックプロファイルの熱処理状態を表2に示します。
アルミニウム合金押出製品には、他の形成方法よりもいくつかの利点があります。
a。押し出し中、押し出された金属は、ローリングや鍛造よりも、変形ゾーンでより強く、より均一な3方向圧縮応力を得るため、加工された金属の可塑性を完全に果たすことができます。これは、転がりや鍛造では処理できない、変形が困難な金属を処理するために使用でき、さまざまな複雑な中空または固体断面成分を作るために使用できます。
b。アルミニウムプロファイルのジオメトリは変化する可能性があるため、コンポーネントは剛性が高く、車両の剛性を改善し、NVH特性を低下させ、車両の動的制御特性を改善できます。
c。急降下効率のある製品は、消光および老化後、他の方法で処理された製品よりも縦方向の強度（R、RAZ）が大幅に高くなっています。
d。押し出し後の製品の表面は、色が良好で耐性耐性が良好で、他の腐食抗腐食表面処理の必要性がなくなります。
e。押出処理には、柔軟性が非常に高く、ツーリングと金型コストが低く、設計の変更コストが低くなります。
f。アルミニウムプロファイルの断面の制御可能性により、コンポーネントの統合の程度を増やし、コンポーネントの数を減らすことができ、異なる断面設計が正確な溶接位置を実現できます。
ボックスタイプのトラックとプレーン炭素鋼の押出アルミニウムプロファイルのパフォーマンス比較を表3に示します。
ボックスタイプのトラックのアルミニウム合金プロファイルの次の開発方向：プロファイルの強度をさらに向上させ、押し出し性能を向上させます。箱型トラックのアルミニウム合金プロファイルの新しい材料の研究方向を図1に示します。
3.アルミニウム合金ボックストラック構造、筋力分析、および検証
3.1アルミニウム合金ボックストラック構造
ボックストラックの容器は、主にフロントパネルアセンブリ、左右のサイドパネルアセンブリ、リアドアサイドパネルアセンブリ、フロアアセンブリ、ルーフアセンブリ、U字型ボルト、サイドガード、リアガード、泥フラップ、その他のアクセサリーで構成されています。二流のシャーシに接続されています。ボックスボディクロスビーム、柱、サイドビーム、ドアパネルはアルミニウム合金押出プロファイルで作られていますが、床と屋根のパネルは5052アルミニウム合金フラットプレートで作られています。アルミニウム合金ボックストラックの構造を図2に示します。
6シリーズのホット押出プロセスを使用するアルミニウム合金は、複雑な中空断面を形成できます。複雑な断面を持つアルミニウムプロファイルの設計は、材料を節約し、製品の強度と剛性の要件を満たし、相互接続の要件を満たすことができます。さまざまなコンポーネント。したがって、慣性Iの主要なビーム設計構造と断面モーメントと抵抗モーメントWを図3に示します。
表4の主なデータの比較は、設計されたアルミニウムプロファイルの慣性モーメントと抵抗モーメントの断面モーメントが、鉄製のビームプロファイルの対応するデータよりも優れていることを示しています。剛性係数データは、対応する鉄製のビームプロファイルのデータとほぼ同じであり、すべてが変形要件を満たしています。
3.2最大応力計算
キーロードベアリングコンポーネントであるクロスビームをオブジェクトとして、最大応力が計算されます。定格荷重は1.5 Tで、クロスビームは、表5に示すように、機械的特性を備えた6063-T6アルミニウム合金プロファイルで構成されています。図4に示すように、ビームは力計算の片持ち片構造として簡素化されます。
344mmスパンビームを使用すると、ビーム上の圧縮負荷は4.5Tに基づいてF = 3757 Nとして計算されます。これは標準静的荷重の3倍です。 q = f/l
ここで、qは荷重下のビームの内部応力、n/mmです。 Fは、標準の静的荷重の3倍（4.5 t）に基づいて計算されたビームが負担する負荷です。 Lはビームの長さ、mmです。
したがって、内部応力qは次のとおりです。
応力計算式は次のとおりです。
最大のモーメントは次のとおりです。
M = 274283 N・mm、最大応力σ= m/（1.05×W）= 18.78 MPa、および要件を満たす最大応力値σ<215 MPa、M = 274283 N・mmの絶対値を取得します。
3.3さまざまなコンポーネントの接続特性
アルミニウム合金の溶接特性は不十分であり、その溶接点強度は基本材料強度のわずか60％です。アルミニウム合金表面上のAl2O3の層を覆うため、Al2O3の融点は高く、アルミニウムの融点は低いです。アルミニウム合金を溶接する場合、溶接を行うために表面のAl2O3をすぐに壊す必要があります。同時に、Al2O3の残基はアルミニウム合金溶液に残り、アルミニウム合金構造に影響を及ぼし、アルミニウム合金溶接点の強度を低減します。したがって、全アルミニウム容器を設計するとき、これらの特性は完全に考慮されます。溶接は主な位置決め方法であり、主な負荷を含むコンポーネントはボルトで接続されています。リベットやダブテール構造などの接続を図5および6に示します。
全アルミニウムボックスボディの主要な構造は、水平ビーム、垂直柱、サイドビーム、および互いに連動するエッジビームを備えた構造を採用しています。各水平ビームと垂直柱の間に4つの接続ポイントがあります。接続ポイントには、水平ビームの鋸歯状のエッジとメッシュするための鋸歯状のガスケットが取り付けられており、スライドが効果的に防止されます。 8つのコーナーポイントは、主にスチールコアインサートで接続され、ボルトとセルフロックリベットで固定され、ボックス内に溶接された5mm三角アルミニウムプレートで補強され、コーナーの位置を内部に強化します。ボックスの外観には溶接や露出した接続ポイントがなく、ボックスの全体的な外観が確保されます。
3.4 SE同期工学技術
SE同期工学技術は、ボックスボディのコンポーネントを一致させるための大きな蓄積されたサイズの偏差と、ギャップとフラットネスの故障の原因を見つけるのが難しいことによって引き起こされるトラブルを解決するために使用されます。 CAE分析（図7-8を参照）を通じて、鉄製のボックスボディを使用して比較分析が行われ、ボックスボディの全体的な強度と剛性を確認し、弱点を見つけ、設計スキームをより効果的に最適化および改善するための測定値をとる。
4.アルミニウム合金ボックストラックのライト級効果
ボックスボディに加えて、アルミニウム合金を使用して、マッドガード、リアガード、サイドガード、ドアラッチ、ドアヒンジ、リアエプロンエッジなど、ボックスタイプのトラックコンテナのさまざまなコンポーネントの鋼を交換でき、体重減少を達成できます貨物コンパートメントの30％から40％。空の4080mm×2300mm×2200mmの貨物容器の重量削減効果を表6に示します。これは、従来の鉄製の貨物区画の過剰な重量、発表への違反、規制のリスクの問題を根本的に解決します。
自動車コンポーネント用の従来の鋼をアルミニウム合金に置き換えることにより、優れた軽量化効果を達成できるだけでなく、燃料節約、排出削減、および車両性能の向上にも寄与する可能性があります。現在、燃料貯蓄に対する軽量化の貢献についてさまざまな意見があります。国際アルミニウム研究所の研究結果を図9に示します。車両重量が10％減少するごとに、燃料消費量を6％〜8％削減できます。国内統計に基づいて、各乗用車の重量を100 kgだけ減らすと、燃料消費量を0.4 L/100 km減らすことができます。燃料節約に対する軽量化の貢献は、さまざまな研究方法から得られた結果に基づいているため、いくつかのバリエーションがあります。ただし、自動車の軽量化は、燃料消費量の削減に大きな影響を与えます。
電気自動車の場合、軽量化効果はさらに顕著です。現在、電気自動車の電力電池のユニットエネルギー密度は、従来の液体燃料車両のユニットエネルギー密度とは大きく異なります。電気自動車の電力システム（バッテリーを含む）の重量は、多くの場合、総車両重量の20％〜30％を占めています。同時に、バッテリーのパフォーマンスボトルネックを突破することは、世界的な課題です。高性能バッテリーテクノロジーに大きなブレークスルーがある前に、軽量化は電気自動車の巡航範囲を改善する効果的な方法です。体重が100 kgの減少ごとに、電気自動車の巡航範囲を6％から11％増加させることができます（体重減少と巡航範囲の関係を図10に示します）。現在、純粋な電気自動車の巡航範囲はほとんどの人のニーズを満たすことができませんが、体重を一定量減らすことで、クルージング範囲を大幅に改善し、範囲の不安を緩和し、ユーザーエクスペリエンスを改善することができます。
5. conclusion
この記事で導入されたアルミニウム合金ボックストラックの全アルミニウム構造に加えて、アルミニウムハニカムパネル、アルミニウムバックルプレート、アルミニウムフレーム +アルミニウムスキン、鉄アルミニウムハイブリッド貨物コンテナなど、さまざまな種類のボックストラックがあります。 。それらは、軽量、高い特異的強度、良好な腐食抵抗の利点があり、腐食保護のために電気泳動塗料を必要としないため、電気泳動塗料の環境への影響が減少します。アルミニウム合金ボックストラックは、従来の鉄製の貨物コンパートメントの過剰な重量、発表への不遵守、規制のリスクの問題を根本的に解決します。
押出はアルミニウム合金に不可欠な処理方法であり、アルミニウムプロファイルには優れた機械的特性があるため、コンポーネントの断面剛性は比較的高くなっています。可変断面により、アルミニウム合金は複数のコンポーネント機能の組み合わせを実現でき、自動車の軽量化に適した材料になります。ただし、アルミニウム合金の広範なアプリケーションは、アルミニウム合金貨物コンパートメントの不十分な設計能力、形成および溶接の問題、新製品の高い開発とプロモーションコストなどの課題に直面しています。主な理由は、アルミニウム合金のリサイクル生態学が成熟する前に、アルミニウム合金が鋼よりも高くなることです。
結論として、自動車のアルミニウム合金のアプリケーション範囲はより広くなり、その使用は増加し続けます。省エネ、排出削減、および新しいエネルギー車両産業の開発の現在の傾向では、アルミニウム合金の特性とアルミニウム合金の適用問題に対する効果的なソリューションの理解が深まり、アルミニウム押出材料が自動車の軽量化でより広く使用されます。
Mat Aluminumの5月jiangが編集
投稿時間：1月12日 - 2024年
