Utafiti wa Matumizi ya Aloi ya Alumini kwenye Malori ya Aina ya Sanduku

1. Utangulizi

Uzito wa uzani wa magari ulianza katika nchi zilizoendelea na hapo awali uliongozwa na wakubwa wa jadi wa magari.Kwa maendeleo ya kuendelea, imepata kasi kubwa.Kuanzia wakati ambapo Wahindi walitumia aloi ya alumini kwa mara ya kwanza kutengeneza nyundo za magari hadi uzalishaji wa kwanza wa Audi wa magari ya alumini yote mwaka wa 1999, aloi ya alumini imeona ukuaji mkubwa katika utumizi wa magari kutokana na faida zake kama vile msongamano mdogo, nguvu mahususi za juu na ukakamavu, elasticity nzuri na upinzani wa athari, recyclability ya juu, na kiwango cha juu cha kuzaliwa upya.Kufikia 2015, idadi ya matumizi ya aloi ya alumini kwenye magari tayari ilikuwa imezidi 35%.

Uwekaji uzito wa magari wa China ulianza chini ya miaka 10 iliyopita, na kiwango cha teknolojia na matumizi kiko nyuma ya nchi zilizoendelea kama Ujerumani, Marekani na Japan.Walakini, pamoja na maendeleo ya magari mapya ya nishati, uzani wa nyenzo unaendelea haraka.Kwa kutumia ongezeko la magari mapya yanayotumia nishati, teknolojia ya uzani wa magari ya China inaonyesha mwelekeo wa kuzifikia nchi zilizoendelea.

Soko la vifaa vyepesi vya China ni kubwa.Kwa upande mmoja, ikilinganishwa na nchi zilizoendelea nje ya nchi, teknolojia ya uzani nyepesi ya China ilianza kuchelewa, na uzito wa jumla wa gari ni kubwa zaidi.Kwa kuzingatia kiwango cha uwiano wa vifaa vyepesi katika nchi za nje, bado kuna nafasi ya kutosha ya maendeleo nchini China.Kwa upande mwingine, kwa kuendeshwa na sera, maendeleo ya haraka ya sekta ya magari mapya ya nishati ya China yataongeza mahitaji ya vifaa vyepesi na kuhimiza makampuni ya magari kuelekea kwenye uzani mwepesi.

Uboreshaji wa viwango vya uzalishaji na matumizi ya mafuta ni kulazimisha kuongeza kasi ya uzani wa magari.China ilitekeleza kikamilifu viwango vya utoaji wa hewa chafu vya China VI mwaka wa 2020. Kulingana na "Mbinu ya Tathmini na Viashiria vya Utumiaji wa Mafuta ya Magari ya Abiria" na "Mwongozo wa Teknolojia ya Magari ya Kuokoa Nishati na Mpya," kiwango cha matumizi ya mafuta cha 5.0 L/km.Kwa kuzingatia nafasi ndogo ya mafanikio makubwa katika teknolojia ya injini na upunguzaji wa hewa chafu, kuchukua hatua kwa vipengele vyepesi vya magari kunaweza kupunguza uzalishaji wa magari na matumizi ya mafuta.Uzito wa magari mapya ya nishati imekuwa njia muhimu kwa maendeleo ya tasnia.

Mnamo mwaka wa 2016, Jumuiya ya Uhandisi wa Magari ya China ilitoa "Mwongozo wa Teknolojia ya Kuokoa Nishati na Teknolojia Mpya ya Magari," ambayo ilipanga mambo kama vile matumizi ya nishati, anuwai ya kusafiri, na vifaa vya utengenezaji wa magari mapya ya nishati kutoka 2020 hadi 2030. Uzani mwepesi utakuwa mwelekeo muhimu. kwa maendeleo ya baadaye ya magari mapya ya nishati.Uzani mwepesi unaweza kuongeza safu ya kusafiri na kushughulikia "wasiwasi wa masafa" katika magari mapya ya nishati.Kwa kuongezeka kwa mahitaji ya anuwai ya kusafiri kwa muda mrefu, uzani wa magari unakuwa wa dharura, na mauzo ya magari mapya ya nishati yamekua sana katika miaka ya hivi karibuni.Kulingana na mahitaji ya mfumo wa alama na "Mpango wa Maendeleo wa Muda wa Kati hadi Muda wa Sekta ya Magari," inakadiriwa kuwa ifikapo 2025, mauzo ya China ya magari mapya ya nishati yatazidi vitengo milioni 6, na ukuaji wa kila mwaka wa pamoja. kiwango kinachozidi 38%.

2.Sifa na Matumizi ya Aloi ya Alumini

2.1 Sifa za Aloi ya Alumini

Uzito wa alumini ni theluthi moja ya chuma, na kuifanya kuwa nyepesi.Ina nguvu mahususi za juu zaidi, uwezo mzuri wa kupenyeza, ukinzani mkubwa wa kutu, na urejeleaji wa hali ya juu.Aloi za alumini zina sifa ya kuwa hasa linajumuisha magnesiamu, kuonyesha upinzani mzuri wa joto, mali nzuri ya kulehemu, nguvu nzuri ya uchovu, kutokuwa na uwezo wa kuimarishwa na matibabu ya joto, na uwezo wa kuongeza nguvu kwa kufanya kazi kwa baridi.Msururu wa 6 una sifa ya kujumuisha magnesiamu na silicon, na Mg2Si kama sehemu kuu ya uimarishaji.Aloi zinazotumiwa sana katika jamii hii ni 6063, 6061, na 6005A.Sahani ya alumini ya 5052 ni sahani ya alumini ya mfululizo wa AL-Mg, na magnesiamu kama kipengele kikuu cha aloi.Ni aloi ya alumini ya kupambana na kutu inayotumiwa zaidi.Aloi hii ina nguvu ya juu, nguvu ya juu ya uchovu, plastiki nzuri na upinzani wa kutu, haiwezi kuimarishwa na matibabu ya joto, ina plastiki nzuri katika ugumu wa kazi ya nusu-baridi, plastiki ya chini katika ugumu wa kazi ya baridi, upinzani mzuri wa kutu, na sifa nzuri za kulehemu.Inatumika sana kwa vifaa kama vile paneli za kando, vifuniko vya paa na paneli za milango.Aloi ya 6063 ya alumini ni aloi ya kuimarisha inayoweza kutibika kwa joto katika mfululizo wa AL-Mg-Si, pamoja na magnesiamu na silicon kama vipengele vikuu vya aloi.Ni wasifu wa aloi ya alumini unaoweza kutibika kwa joto na uimara wa wastani, unaotumiwa hasa katika vipengele vya miundo kama vile nguzo na paneli za pembeni ili kubeba nguvu.Utangulizi wa alama za aloi za alumini umeonyeshwa kwenye Jedwali 1.

2.2 Uchimbaji ni Mbinu Muhimu ya Uundaji wa Aloi ya Alumini

Utoaji wa aloi ya alumini ni njia ya kutengeneza moto, na mchakato mzima wa uzalishaji unahusisha kutengeneza aloi ya alumini chini ya mkazo wa njia tatu.Mchakato mzima wa uzalishaji unaweza kuelezewa kama ifuatavyo: a.Alumini na aloi nyingine huyeyuka na kutupwa kwenye billet zinazohitajika za aloi ya alumini;b.Billets za preheated huwekwa kwenye vifaa vya extrusion kwa extrusion.Chini ya hatua ya silinda kuu, billet ya alloy alumini huundwa katika wasifu unaohitajika kupitia cavity ya mold;c.Ili kuboresha mali ya mitambo ya maelezo ya alumini, matibabu ya ufumbuzi hufanyika wakati au baada ya extrusion, ikifuatiwa na matibabu ya kuzeeka.Mali ya mitambo baada ya matibabu ya kuzeeka hutofautiana kulingana na vifaa tofauti na serikali za kuzeeka.Hali ya matibabu ya joto ya wasifu wa lori ya aina ya sanduku imeonyeshwa kwenye Jedwali la 2.

Bidhaa zilizopanuliwa za aloi ya alumini zina faida kadhaa juu ya njia zingine za kutengeneza:

a.Wakati wa extrusion, chuma extruded hupata nguvu na sare zaidi compressive dhiki tatu katika ukanda deformation kuliko rolling na forging, hivyo inaweza kucheza kikamilifu kinamu ya chuma kusindika.Inaweza kutumika kuchakata metali ambazo ni ngumu-kuharibika ambazo haziwezi kuchakatwa kwa kuviringishwa au kughushi na zinaweza kutumika kutengeneza vipengee vingi changamano visivyo na mashimo au sehemu dhabiti.

b.Kwa sababu jiometri ya maelezo ya alumini inaweza kuwa tofauti, vipengele vyao vina ugumu wa juu, ambayo inaweza kuboresha rigidity ya mwili wa gari, kupunguza sifa zake za NVH, na kuboresha sifa za udhibiti wa nguvu za gari.

c.Bidhaa zilizo na ufanisi wa extrusion, baada ya kuzima na kuzeeka, zina nguvu kubwa zaidi ya longitudinal (R, Raz) kuliko bidhaa zinazosindika kwa njia nyingine.

d.Uso wa bidhaa baada ya extrusion ina rangi nzuri na upinzani mzuri wa kutu, kuondoa hitaji la matibabu mengine ya uso wa kupambana na kutu.

e.Usindikaji wa Extrusion una unyumbufu mkubwa, zana za chini na gharama za mold, na gharama ya chini ya mabadiliko ya muundo.

f.Kutokana na udhibiti wa sehemu za msalaba wa wasifu wa alumini, kiwango cha ushirikiano wa sehemu kinaweza kuongezeka, idadi ya vipengele inaweza kupunguzwa, na miundo tofauti ya sehemu ya msalaba inaweza kufikia nafasi sahihi ya kulehemu.

Ulinganisho wa utendaji kati ya wasifu wa alumini iliyopanuliwa kwa lori za aina ya sanduku na chuma cha kaboni isiyo na maana unaonyeshwa katika Jedwali la 3.

Mwelekeo Unaofuata wa Utengenezaji wa Wasifu wa Aloi ya Alumini kwa Malori ya aina ya Sanduku: Kuboresha zaidi uimara wa wasifu na kuimarisha utendakazi wa kuzidisha.Mwelekeo wa utafiti wa nyenzo mpya kwa wasifu wa aloi ya alumini kwa lori za aina ya sanduku umeonyeshwa kwenye Mchoro 1.

3.Muundo wa Lori la Sanduku la Alumini, Uchambuzi wa Nguvu, na Uthibitishaji

3.1 Muundo wa Lori la Sanduku la Alumini Aloi

Sanduku la lori la sanduku linajumuisha mkusanyiko wa paneli ya mbele, kusanyiko la paneli la upande wa kushoto na kulia, kusanyiko la paneli la upande wa mlango wa nyuma, kusanyiko la sakafu, kusanyiko la paa, pamoja na bolts zenye umbo la U, walinzi wa kando, walinzi wa nyuma, vifuniko vya matope na vifaa vingine. iliyounganishwa na chasi ya daraja la pili.Mihimili ya msalaba ya mwili wa sanduku, nguzo, mihimili ya kando, na paneli za milango zimeundwa kwa wasifu wa aloi ya aluminium, wakati paneli za sakafu na paa zimeundwa kwa sahani 5052 za ​​aloi za alumini.Muundo wa lori la sanduku la aloi ya alumini umeonyeshwa kwenye Mchoro 2.

Kutumia mchakato wa moto wa aloi ya 6 ya aloi ya alumini inaweza kuunda sehemu ngumu za mashimo, muundo wa profaili za aluminium zilizo na sehemu ngumu za msalaba zinaweza kuokoa vifaa, kukidhi mahitaji ya nguvu ya bidhaa na ugumu, na kukidhi mahitaji ya uhusiano kati ya pande zote. vipengele mbalimbali.Kwa hivyo, muundo mkuu wa muundo wa boriti na wakati wa sehemu ya hali ya I na nyakati za kupinga W zimeonyeshwa kwenye Mchoro 3.

Ulinganisho wa data kuu katika Jedwali la 4 unaonyesha kuwa wakati wa sehemu ya hali na wakati wa kupinga wa wasifu wa alumini iliyoundwa ni bora kuliko data inayolingana ya wasifu wa boriti iliyotengenezwa na chuma.Data ya mgawo wa ugumu ni takriban sawa na ile ya wasifu unaolingana wa boriti iliyotengenezwa na chuma, na zote zinakidhi mahitaji ya urekebishaji.

3.2 Hesabu ya Juu ya Mkazo

Kuchukua sehemu muhimu ya kubeba mzigo, msalaba, kama kitu, dhiki ya juu huhesabiwa.Mzigo uliokadiriwa ni t 1.5, na boriti imeundwa kwa wasifu wa aloi ya 6063-T6 na sifa za kiufundi kama inavyoonyeshwa katika Jedwali la 5. Boriti hurahisishwa kama muundo wa cantilever kwa kuhesabu nguvu, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 4.

Kuchukua boriti ya span ya 344mm, mzigo wa kubana kwenye boriti huhesabiwa kuwa F=3757 N kulingana na 4.5t, ambayo ni mara tatu ya mzigo wa kawaida wa tuli.q=F/L

ambapo q ni dhiki ya ndani ya boriti chini ya mzigo, N / mm;F ni mzigo unaosababishwa na boriti, iliyohesabiwa kulingana na mara 3 ya mzigo wa kawaida wa tuli, ambayo ni 4.5 t;L ni urefu wa boriti, mm.

Kwa hivyo, mkazo wa ndani q ni:

Njia ya kuhesabu shinikizo ni kama ifuatavyo.

Muda wa juu zaidi ni:

Kuchukua thamani kamili ya wakati huu, M=274283 N·mm, mkazo wa juu zaidi σ=M/(1.05×w)=18.78 MPa, na thamani ya juu ya mkazo σ<215 MPa, ambayo inakidhi mahitaji.

3.3 Sifa za Kuunganishwa kwa Vipengele Mbalimbali

Aloi ya alumini ina mali duni ya kulehemu, na nguvu zake za kulehemu ni 60% tu ya nguvu za nyenzo za msingi.Kutokana na kufunikwa kwa safu ya Al2O3 kwenye uso wa aloi ya alumini, kiwango cha kuyeyuka cha Al2O3 ni cha juu, wakati kiwango cha kuyeyuka cha alumini ni cha chini.Wakati aloi ya alumini ni svetsade, Al2O3 juu ya uso lazima kuvunjwa haraka kufanya kulehemu.Wakati huo huo, mabaki ya Al2O3 yatabaki katika suluhisho la aloi ya alumini, inayoathiri muundo wa aloi ya alumini na kupunguza nguvu ya hatua ya kulehemu ya alumini.Kwa hiyo, wakati wa kubuni chombo cha aluminium yote, sifa hizi zinazingatiwa kikamilifu.Kulehemu ni njia kuu ya kuweka nafasi, na vipengele vikuu vya kubeba mzigo vinaunganishwa na bolts.Viunganisho kama vile muundo wa riveting na dovetail umeonyeshwa kwenye Mchoro 5 na 6.

Muundo mkuu wa sanduku la aluminium zote hupitisha muundo na mihimili ya usawa, nguzo za wima, mihimili ya kando, na mihimili ya makali inayoingiliana.Kuna pointi nne za uunganisho kati ya kila boriti ya usawa na nguzo ya wima.Sehemu za uunganisho zimefungwa na gaskets za serrated kwa mesh na makali ya serrated ya boriti ya usawa, kwa ufanisi kuzuia sliding.Sehemu nane za kona zimeunganishwa hasa na uingizaji wa msingi wa chuma, umewekwa na bolts na rivets za kujifungia, na kuimarishwa na sahani za alumini za triangular 5mm zilizo svetsade ndani ya sanduku ili kuimarisha nafasi za kona ndani.Uonekano wa nje wa sanduku hauna kulehemu au pointi za uunganisho wazi, kuhakikisha uonekano wa jumla wa sanduku.

3.4 SE Teknolojia ya Uhandisi Sawazisha

Teknolojia ya uhandisi ya ulandanishi ya SE hutumiwa kutatua shida zinazosababishwa na upungufu mkubwa wa saizi iliyokusanywa kwa vifaa vinavyolingana kwenye sanduku la sanduku na ugumu wa kutafuta sababu za mapungufu na kutofaulu kwa usawa.Kupitia uchanganuzi wa CAE (ona Mchoro 7-8), uchanganuzi wa kulinganisha unafanywa na vyombo vya sanduku vilivyotengenezwa na chuma ili kuangalia nguvu na ugumu wa jumla wa sanduku, kupata alama dhaifu, na kuchukua hatua za kuboresha na kuboresha mpango wa muundo kwa ufanisi zaidi. .

4.Athari ya Uzito wa Lori la Alumini Aloi

Mbali na sanduku, aloi za alumini zinaweza kutumika kuchukua nafasi ya chuma kwa vipengele mbalimbali vya makontena ya lori ya aina ya sanduku, kama vile walinzi wa matope, walinzi wa nyuma, walinzi wa pembeni, latches za milango, bawaba za mlango na kingo za aproni za nyuma, na hivyo kupunguza uzito. ya 30% hadi 40% kwa sehemu ya mizigo.Athari ya kupunguza uzito kwa kontena tupu la kubebea mizigo ya 4080mm×2300mm×2200mm imeonyeshwa kwenye Jedwali 6. Hii kimsingi hutatua matatizo ya uzani wa kupindukia, kutofuata matangazo, na hatari za udhibiti wa sehemu za kawaida za mizigo zilizotengenezwa na chuma.

Kwa kubadilisha chuma cha kitamaduni na aloi za alumini kwa vipengee vya magari, sio tu kwamba athari bora za uzani mwepesi zinaweza kupatikana, lakini pia inaweza kuchangia kuokoa mafuta, kupunguza uchafuzi na utendakazi bora wa gari.Kwa sasa, kuna maoni mbalimbali juu ya mchango wa lightweighting kwa akiba ya mafuta.Matokeo ya utafiti wa Taasisi ya Kimataifa ya Alumini yanaonyeshwa kwenye Mchoro 9. Kila 10% ya kupunguza uzito wa gari inaweza kupunguza matumizi ya mafuta kwa 6% hadi 8%.Kulingana na takwimu za ndani, kupunguza uzito wa kila gari la abiria kwa kilo 100 kunaweza kupunguza matumizi ya mafuta kwa 0.4 L/100 km.Mchango wa uzani mwepesi kwa uokoaji wa mafuta unatokana na matokeo yaliyopatikana kutoka kwa mbinu tofauti za utafiti, kwa hivyo kuna tofauti.Hata hivyo, uzani wa magari una athari kubwa katika kupunguza matumizi ya mafuta.

Kwa magari ya umeme, athari nyepesi hutamkwa zaidi.Hivi sasa, msongamano wa kitengo cha nishati ya betri za nguvu za gari la umeme ni tofauti sana na ule wa magari ya kawaida ya mafuta ya kioevu.Uzito wa mfumo wa nguvu (ikiwa ni pamoja na betri) ya magari ya umeme mara nyingi huhesabu 20% hadi 30% ya jumla ya uzito wa gari.Wakati huo huo, kuvunja kizuizi cha utendaji wa betri ni changamoto ya ulimwenguni pote.Kabla ya kuwa na mafanikio makubwa katika teknolojia ya utendakazi wa juu wa betri, uzani mwepesi ni njia mwafaka ya kuboresha anuwai ya usafiri wa magari ya umeme.Kwa kila kilo 100 za upunguzaji wa uzito, safu ya kusafiri ya magari ya umeme inaweza kuongezeka kwa 6% hadi 11% (uhusiano kati ya kupunguza uzito na safu ya kusafiri imeonyeshwa kwenye Mchoro 10).Hivi sasa, aina mbalimbali za usafiri wa magari safi ya umeme haziwezi kukidhi mahitaji ya watu wengi, lakini kupunguza uzito kwa kiasi fulani kunaweza kuboresha kwa kiasi kikubwa safu ya usafiri, kupunguza wasiwasi wa aina mbalimbali na kuboresha uzoefu wa mtumiaji.

5.Hitimisho

Mbali na muundo wa aluminium wote wa lori la sanduku la aloi ya alumini iliyoletwa katika makala hii, kuna aina mbalimbali za lori za sanduku, kama vile paneli za asali za alumini, sahani za alumini, fremu za alumini + ngozi za alumini, na vyombo vya chuma vya alumini ya mizigo. .Zina faida za uzani mwepesi, nguvu mahususi za juu, na upinzani mzuri wa kutu, na haziitaji rangi ya kielektroniki kwa ulinzi wa kutu, kupunguza athari ya mazingira ya rangi ya elektrophoretiki.Lori la aloi ya sanduku la aloi hutatua kimsingi matatizo ya uzito kupita kiasi, kutofuata matangazo, na hatari za udhibiti wa sehemu za kawaida za mizigo zilizotengenezwa na chuma.

Extrusion ni njia muhimu ya usindikaji kwa aloi za alumini, na maelezo ya alumini yana sifa bora za mitambo, hivyo ugumu wa sehemu ya vipengele ni kiasi cha juu.Kwa sababu ya sehemu tofauti ya msalaba, aloi za alumini zinaweza kufikia mchanganyiko wa kazi nyingi za sehemu, na kuifanya kuwa nyenzo nzuri kwa uzani wa magari.Hata hivyo, utumizi ulioenea wa aloi za alumini hukabiliana na changamoto kama vile uwezo duni wa kubuni wa sehemu za mizigo za aloi, masuala ya kutengeneza na kulehemu, na gharama za juu za ukuzaji na ukuzaji wa bidhaa mpya.Sababu kuu bado ni kwamba aloi ya alumini inagharimu zaidi ya chuma kabla ya ikolojia ya kuchakata aloi za alumini kukomaa.

Kwa kumalizia, wigo wa matumizi ya aloi za alumini katika magari itakuwa pana, na matumizi yao yataendelea kuongezeka.Katika mienendo ya sasa ya uokoaji wa nishati, upunguzaji wa hewa chafu, na ukuzaji wa tasnia mpya ya magari ya nishati, pamoja na uelewa wa kina wa mali ya aloi ya alumini na suluhisho madhubuti kwa shida za utumiaji wa aloi ya alumini, nyenzo za uondoaji wa alumini zitatumika sana katika uzani wa magari.

Imehaririwa na May Jiang kutoka MAT Aluminium