導入
自動車産業の発展に伴い、アルミ合金インパクトビーム市場も急速に成長していますが、全体規模はまだ比較的小さいです。自動車軽量化技術イノベーションアライアンスの中国アルミ合金インパクトビーム市場予測によると、2025年までに市場需要は約14万トンと推定され、市場規模は48億人民元に達すると見込まれています。2030年までに市場需要は約22万トン、市場規模は推定77億人民元、年平均成長率は約13％と予測されています。軽量化の発展傾向と中高級車モデルの急速な成長は、中国におけるアルミ合金インパクトビームの発展の重要な原動力です。自動車インパクトビームクラッシュボックスの市場見通しは有望です。
コストの低下と技術の進歩に伴い、アルミ合金製のフロントインパクトビームとクラッシュボックスは徐々に普及しつつあります。現在では、アウディA3、アウディA4L、BMW 3シリーズ、BMW X1、メルセデス・ベンツC260、ホンダCR-V、トヨタRAV4、ビュイック・リーガル、ビュイック・ラクロスといった中高級車に採用されています。
アルミニウム合金製インパクト ビームは、図 1 に示すように、主にインパクト クロスビーム、クラッシュ ボックス、取り付けベースプレート、および牽引フック スリーブで構成されています。
図1：アルミニウム合金製インパクトビームアセンブリ
クラッシュボックスは、車両のインパクトビームと2本の縦梁の間に配置された金属製の箱で、基本的にはエネルギー吸収容器として機能します。ここでいうエネルギーとは、衝撃力を指します。車両が衝突すると、インパクトビームはある程度のエネルギー吸収能力を発揮します。しかし、エネルギーがインパクトビームの吸収能力を超えると、そのエネルギーはクラッシュボックスに伝達されます。クラッシュボックスは衝撃力をすべて吸収し、自ら変形することで、縦梁の損傷を防ぎます。
1 製品要件
1.1 寸法は、図 2 に示すように、図面の許容誤差要件に準拠する必要があります。
1.3 機械的性能要件:
引張強度: ≥215 MPa
降伏強度: ≥205 MPa
伸び A50: ≥10%
1.4 クラッシュボックスの破砕性能：
車両のX軸に沿って、製品断面積よりも大きい衝突面を用いて、100 mm/分の速度で、圧縮量が70%になるまで荷重を加えます。プロファイルの初期長さは300 mmです。補強リブと外壁の接合部におけるひび割れは、15 mm未満であれば許容範囲とみなされます。許容されるひび割れがプロファイルの圧縮エネルギー吸収能力を損なわないこと、また、圧縮後に他の部分に顕著なひび割れが発生しないことを保証する必要があります。
2 開発アプローチ
機械性能と破砕性能の要件を同時に満たすための開発アプローチは次のとおりです。
主な合金組成がSi 0.38〜0.41％、Mg 0.53〜0.60％の6063Bロッドを使用します。
空気焼入れおよび人工時効処理を行って T6 状態を実現します。
ミスト+空気焼入れを採用し、過時効処理を実施してT7状態を達成します。
3 パイロット生産
3.1 押出条件
生産は2000T押出プレス機で行われ、押出比は36です。材料は均質化処理されたアルミニウム棒6063Bです。アルミニウム棒の加熱温度は、IVゾーン450～IIIゾーン470～IIゾーン490～Iゾーン500です。メインシリンダーの破過圧力は約210barで、安定押出段階の押出圧力は約180barです。押出軸速度は2.5mm/s、異形押出速度は5.3m/分です。押出出口温度は500～540℃です。急冷は、左ファン出力100%、中央ファン出力100%、右ファン出力50%の空冷で行われます。焼入れゾーン内の平均冷却速度は300～350℃/分に達し、焼入れゾーンを出た後の温度は60～180℃です。ミスト＋エア焼入れの場合、加熱ゾーン内の平均冷却速度は430～480℃/分に達し、焼入れゾーンを出た後の温度は50～70℃です。プロファイルに大きな曲がりは見られません。
3.2 老化
185°Cで6時間のT6エージング処理後、材料の硬度と機械的特性は次のようになります。
210°Cで6時間および8時間のT7エージングプロセスによれば、材料の硬度と機械的特性は次のようになります。
試験データに基づき、ミスト＋空気焼入れ法と210℃／6時間のエージング処理を組み合わせることで、機械的性能と破砕試験の両方の要件を満たすことが確認されました。費用対効果を考慮し、製品要件を満たすため、ミスト＋空気焼入れ法と210℃／6時間のエージング処理を生産に採用しました。
3.3 破砕試験
2本目と3本目のロッドは、ヘッド側を1.5m、テール側を1.2m切断し、ヘッド、ミドル、テールの各セクションから長さ300mmのサンプルを2つずつ採取します。万能材料試験機で185°C/6時間、210°C/6時間および8時間（上記の機械的性能データ）で時効処理した後、圧縮試験を実施します。試験は、圧縮量70%で100mm/分の荷重速度で実施します。結果は次のとおりです。ミスト+空気焼入れの場合、210°C/6時間および8時間の時効処理では、図3-2に示すように、破砕試験は要件を満たしていますが、空気焼入れサンプルはすべての時効処理で割れが発生しています。
破砕試験結果に基づき、210°C/6時間および8時間のエージングプロセスによるミスト+空気焼入れが顧客の要件を満たしています。
4 結論
焼入れおよび時効処理の最適化は、製品開発の成功に非常に重要であり、クラッシュ ボックス製品に理想的なプロセス ソリューションを提供します。
広範囲にわたるテストの結果、クラッシュ ボックス製品の材質は 6063-T7、急冷方法はミスト + 空冷、210°C/6 時間の時効処理が、温度範囲 480 ～ 500°C、押し出し軸速度 2.5 mm/s、押し出しダイ温度 480°C、押し出し出口温度 500 ～ 540°C のアルミニウム棒の押し出しに最適な選択肢であることが判明しました。
MAT AluminumのMay Jiangによる編集
投稿日時: 2024年5月7日
