أبحاث التطبيق من سبيكة الألومنيوم على شاحنات نوع الصندوق

1. التثبيت

بدأت الوزن الخفيف للسيارات في البلدان المتقدمة وقاد في البداية عمالقة السيارات التقليدية. مع التطوير المستمر ، اكتسب زخم كبير. من الوقت الذي استخدم فيه الهنود سبائك الألومنيوم لأول مرة لإنتاج أعمدة السيارات للسيارات إلى أول إنتاج كبير من أودي للسيارات Aluminum Alluminum في عام 1999 ، شهدت سبيكة الألومنيوم نموًا قويًا في تطبيقات السيارات بسبب مزاياها مثل منخفضة الكثافة ، وقوة وارتداد عالية محددة ، مرونة جيدة ومقاومة التأثير ، عالية إعادة التدوير ، ومعدل التجديد العالي. بحلول عام 2015 ، تجاوزت نسبة التطبيق من سبائك الألومنيوم في السيارات 35 ٪ بالفعل.

بدأت الوزن الخفيف للسيارات في الصين منذ أقل من 10 سنوات ، واتجار التكنولوجيا والتطبيق وراء البلدان المتقدمة مثل ألمانيا والولايات المتحدة واليابان. ومع ذلك ، مع تطوير مركبات الطاقة الجديدة ، تتقدم الوزن الخفيف للمواد بسرعة. الاستفادة من صعود مركبات الطاقة الجديدة ، تُظهر تكنولوجيا السيارات الخفيفة في الصين اتجاهًا للحاق بالبلدان المتقدمة.

سوق المواد الخفيفة في الصين واسعة. من ناحية ، بالمقارنة مع البلدان المتقدمة في الخارج ، بدأت تقنية الخفيفة في الصين في وقت متأخر ، ووزن كبح السيارة الإجمالي أكبر. بالنظر إلى معيار نسبة المواد الخفيفة في البلدان الأجنبية ، لا يزال هناك مجال كبير للتنمية في الصين. من ناحية أخرى ، مدفوعًا بالسياسات ، فإن التطوير السريع لصناعة سيارات الطاقة الجديدة في الصين سيعزز الطلب على المواد الخفيفة ويشجع شركات السيارات على التحرك نحو الوزن الخفيف.

يؤدي تحسين معايير الانبعاثات واستهلاك الوقود إلى تسريع الوزن الخفيف للسيارات. نفذت الصين بالكامل معايير الانبعاثات الصينية VI في عام 2020. وفقًا لـ "طريقة التقييم ومؤشرات استهلاك الوقود لسيارات الركاب" و "توفير الطاقة وتكنولوجيا الطاقة الجديدة" ، معيار استهلاك الوقود 5.0 لتر/كم. مع الأخذ في الاعتبار المساحة المحدودة لتحقيقات كبيرة في تكنولوجيا المحرك وتقليل الانبعاثات ، فإن اعتماد تدابير لمكونات السيارات خفيفة الوزن يمكن أن تقلل بشكل فعال من انبعاثات المركبات واستهلاك الوقود. أصبح الوزن الخفيف لمركبات الطاقة الجديدة طريقًا أساسيًا لتطوير الصناعة.

في عام 2016 ، أصدرت جمعية China Automotive Engineering Society "خريطة طريق لتوفير الطاقة وتكنولوجيا الطاقة الجديدة" ، والتي خططت للعوامل مثل استهلاك الطاقة ونطاق الإبحار ومواد التصنيع لمركبات الطاقة الجديدة من 2020 إلى 2030. للتنمية المستقبلية لمركبات الطاقة الجديدة. يمكن أن يزيد الوزن الخفيف من نطاق الإبحار ومعالجة "القلق المدى" في مركبات الطاقة الجديدة. مع زيادة الطلب على نطاق الإبحار الممتد ، تصبح الوزن الخفيف للسيارات عاجلاً ، ونمت مبيعات مركبات الطاقة الجديدة بشكل كبير في السنوات الأخيرة. وفقًا لمتطلبات نظام الدرجات و "خطة التطوير من منتصف إلى طويلة المدى لصناعة السيارات" ، تشير التقديرات إلى أنه بحلول عام 2025 ، ستتجاوز مبيعات الصين من سيارات الطاقة الجديدة 6 ملايين وحدة ، مع نمو سنوي مركب معدل يتجاوز 38 ٪.

2. خصائص وسبائك سبيكة الألومنيوم

2.1 خصائص سبيكة الألمنيوم

كثافة الألومنيوم هي ثلث كثافة الصلب ، مما يجعلها أخف وزنا. لديها قوة محددة أعلى ، قدرة بثق جيدة ، مقاومة تآكل قوية ، وقابلية لإعادة التدوير العالية. تتميز سبائك الألومنيوم بأنها تتكون في المقام الأول من المغنيسيوم ، وتظهر مقاومة جيدة للحرارة ، وخصائص اللحام الجيدة ، وقوة التعب الجيدة ، وعدم القدرة على تعزيزها عن طريق المعالجة الحرارية ، والقدرة على زيادة القوة من خلال العمل البارد. تتميز السلسلة 6 بكونها تتألف بشكل أساسي من المغنيسيوم والسيليكون ، مع MG2SI كمرحلة تعزيز رئيسية. السبائك الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في هذه الفئة هي 6063 و 6061 و 6005A. لوحة الألمنيوم 5052 عبارة عن لوحة ألومنيوم من سبائك Al-MG ، مع المغنيسيوم كعنصر سبائك رئيسي. إنها سبيكة الألمنيوم المضادة للانتعاش على نطاق واسع. هذه السبائك تتمتع بقوة عالية ، وقوة عالية التعب ، واللدونة الجيدة ومقاومة التآكل ، لا يمكن تعزيزها عن طريق المعالجة الحرارية ، وللدونة جيدة في تصلب العمل شبه الباردة ، واللدونة المنخفضة في تصلب العمل البارد ، ومقاومة التآكل الجيدة ، وخصائص اللحام الجيدة. يستخدم بشكل أساسي لمكونات مثل الألواح الجانبية وأغطية السقف وألواح الأبواب. 6063 سبيكة الألومنيوم هي سبيكة تقوية معالجة بالحرارة في سلسلة MG-Si ، مع المغنيسيوم والسيليكون كعناصر سبائك رئيسية. إنه ملف تعريف سبيكة الألومنيوم القابلة للعلاج بالحرارة مع قوة متوسطة ، يستخدم بشكل رئيسي في المكونات الهيكلية مثل الأعمدة والألواح الجانبية لحمل القوة. يوضح الجدول 1 مقدمة لدرجات سبائك الألومنيوم.

2.2 البثق هو طريقة تشكيل مهمة لسبائك الألومنيوم

يعد بثق سبيكة الألومنيوم طريقة تشكيل ساخنة ، وتتضمن عملية الإنتاج بأكملها تشكيل سبيكة الألومنيوم تحت ضغط ضغط ثلاثي الاتجاهات. يمكن وصف عملية الإنتاج بأكملها على النحو التالي: يتم إذابة الألومنيوم والسبائك الأخرى ويلقي في بيليت سبائك الألومنيوم المطلوبة. ب. يتم وضع billets المسبق في معدات البثق من أجل البثق. تحت عمل الأسطوانة الرئيسية ، يتم تشكيل بيليت سبائك الألومنيوم في الملامح المطلوبة من خلال تجويف القالب ؛ ج. من أجل تحسين الخصائص الميكانيكية لملفات تعريف الألومنيوم ، يتم إجراء علاج الحل أثناء أو بعد البثق ، يليه علاج الشيخوخة. تختلف الخصائص الميكانيكية بعد علاج الشيخوخة وفقًا للمواد المختلفة وأنظمة الشيخوخة. يوضح الجدول 2 حالة المعالجة الحرارية لملفات تعريف الشاحنات من نوع الصندوق.

المنتجات المقذوفة من سبائك الألومنيوم لها العديد من المزايا على طرق تشكيل أخرى:

أ. أثناء البثق ، يحصل المعدن المقذوف على إجهاد ضاغط ثلاثي الاتجاه أقوى وأكثر اتساقًا في منطقة التشوه من المتداول والتزوير ، بحيث يمكنه تشغيل اللدونة المعدنية المعالجة بالكامل. يمكن استخدامه لمعالجة المعادن التي يصعب تشكيلها والتي لا يمكن معالجتها عن طريق المتداول أو التزوير ويمكن استخدامها لصنع مكونات مقطع عرضي أو مقطوع مركب معقد.

ب. نظرًا لأن هندسة ملامح الألمنيوم يمكن أن تتنوع ، فإن مكوناتها لها صلابة عالية ، والتي يمكن أن تحسن صلابة جسم السيارة ، وتقلل من خصائص NVH ، وتحسن خصائص التحكم الديناميكية للمركبة.

ج. المنتجات ذات كفاءة البثق ، بعد التبريد والشيخوخة ، لها قوة طولية أعلى بكثير (R ، RAZ) من المنتجات التي تتم معالجتها بطرق أخرى.

د. سطح المنتجات بعد البثق له لون جيد ومقاومة جيدة للتآكل ، مما يلغي الحاجة إلى المعالجة السطحية الأخرى المضادة للتآكل.

ه. تتمتع معالجة البثق بمرونة كبيرة ، وتكاليف الأدوات المنخفضة وتكاليف العفن ، وتكاليف تغيير التصميم المنخفضة.

و. نظرًا لقابلية التحكم في المقاطع العرضية للملف ، يمكن زيادة درجة تكامل المكون ، يمكن تقليل عدد المكونات ، ويمكن أن تحقق تصميمات مختلفة للوضع لحام دقيق.

يوضح الجدول 3 مقارنة بين الأداء بين ملفات تعريف الألومنيوم المقذوف للشاحنات من نوع الصندوق والصلب الكربوني العادي.

اتجاه التطوير التالي لملفاكات ألومنيوم من نوع الشاحنات من نوع المربع: مزيد من تحسين قوة الملف الشخصي وتعزيز أداء البثق. يوضح الشكل 1 الاتجاه البحثي للمواد الجديدة لملفات سبائك الألومنيوم للشاحنات من نوع الصندوق.

3. بنية شاحنة مربع سبيكة الألومنيوم وتحليل القوة والتحقق

3.1 هيكل شاحنة مربع سبائك الألمنيوم

تتكون حاوية الشاحنة في الصندوق بشكل أساسي من مجموعة الألواح الأمامية ، وتجميع اللوحات الجانبية اليسرى واليمنى ، وتجميع اللوحة الجانبية للباب الخلفي ، وتجميع الأرضية ، وتجميع السقف ، وكذلك البراغي على شكل حرف U ، والحراس الجانبي ، والحراس الخلفي ، واللوحات الطينية ، وغيرها من الملحقات متصل بالهيكل من الدرجة الثانية. تتكون عوارض الصناديق المتقاطعة ، والأعمدة ، والعوارض الجانبية ، وألواح الأبواب من ملفات تعريف مقدمة من سبيكة الألومنيوم ، بينما تتكون ألواح الأرضية والسقف من ألواح مسطحة من ألومنيوم 5052. يظهر هيكل شاحنة صندوق سبيكة الألمنيوم في الشكل 2.

يمكن أن يشكل استخدام عملية البثق الساخنة لسبائك الألمنيوم 6 من سلسلة من المقاطع العرضية المجوفة المعقدة ، وتصميم ملفات تعريف الألومنيوم ذات المقاطع العرضية المعقدة يمكن أن ينقذ المواد ، وتلبية متطلبات قوة المنتج وتصلبه ، وتلبية متطلبات الاتصال المتبادل بين مكونات مختلفة. لذلك ، يتم عرض بنية تصميم الشعاع الرئيسية ولحظات الجمود I واللحظات المقاومة W في الشكل 3.

توضح المقارنة بين البيانات الرئيسية في الجدول 4 أن اللحظات المقطوعة من القصور الذاتي واللحظات المقاومة لملف تعريف الألومنيوم المصمم أفضل من البيانات المقابلة لملف تعريف الحزمة المصنوعة من الحديد. تكون بيانات معامل الصلابة هي نفسها تقريبًا مثل تلك الخاصة بملف تعريف الشعاع المصنوع من الحديد المقابل ، وجميع متطلبات التشوه.

3.2 حساب الحد الأقصى للضغط

أخذ مكون الحمل المفتاح ، الحمل المشقوق ، ككائن ، يتم حساب الحد الأقصى للضغط. الحمل المقنن هو 1.5 طن ، ويتم تصنيع الحكم المشقوق من ملف تعريف سبائك الألومنيوم 6063-T6 مع خصائص ميكانيكية كما هو موضح في الجدول 5. يتم تبسيط الحزمة كهيكل ناتئ لحساب القوة ، كما هو مبين في الشكل 4.

مع أخذ شعاع تمتد 344 مم ، يتم حساب الحمل الضغط على الحزمة على أنه F = 3757 N على أساس 4.5T ، وهو الحمل الثابت القياسي ثلاثة أضعاف. س = f/l

حيث Q هو الإجهاد الداخلي للحزمة تحت الحمل ، n/mm ؛ F هو الحمل الذي يتحمله الحزمة ، المحسوبة على أساس 3 أضعاف الحمل الثابت القياسي ، وهو 4.5 طن ؛ ل هو طول الشعاع ، مم.

لذلك ، الإجهاد الداخلي Q هو:

صيغة حساب الإجهاد هي كما يلي:

الحد الأقصى لحظة هو:

مع أخذ القيمة المطلقة للحظة ، M = 274283 N · mm ، الحد الأقصى للإجهاد σ = m/(1.05 × W) = 18.78 ميجا باسكال ، والحد الأقصى لقيمة الإجهاد σ <215 ميجا باسكال ، والتي تلبي المتطلبات.

3.3 خصائص اتصال المكونات المختلفة

سبيكة الألومنيوم لديها خصائص اللحام السيئة ، وقوته نقطة اللحام ليست سوى 60 ٪ من قوة المواد الأساسية. بسبب تغطية طبقة من AL2O3 على سطح سبيكة الألمنيوم ، تكون نقطة انصهار AL2O3 عالية ، في حين أن نقطة انصهار الألومنيوم منخفضة. عندما يتم لحام سبيكة الألومنيوم ، يجب كسر AL2O3 على السطح بسرعة لأداء اللحام. في الوقت نفسه ، ستبقى بقايا AL2O3 في محلول سبيكة الألومنيوم ، مما يؤثر على بنية سبيكة الألومنيوم ويقلل من قوة نقطة لحام سبيكة الألمنيوم. لذلك ، عند تصميم حاوية Aluminum Alluminum ، يتم النظر في هذه الخصائص بالكامل. اللحام هو طريقة تحديد المواقع الرئيسية ، وتوصيل مكونات الحمل الرئيسية للحمل عن طريق البراغي. يتم عرض اتصالات مثل التثبيت والبنية تتوافق مع الشكلين 5 و 6.

يتبنى الهيكل الرئيسي لجسم الصندوق Aluminum Alluminum بنية ذات عوارض أفقية وأعمدة رأسية وعوارض جانبية وعوارض الحافة متشابكة مع بعضها البعض. هناك أربع نقاط اتصال بين كل شعاع أفقي وعمود عمودي. تم تزويد نقاط الاتصال بحشيات مسننة للشبكة مع الحافة المسننة للحزمة الأفقية ، مما يمنع الانزلاق بشكل فعال. ترتبط نقاط الزاوية الثمانية بشكل أساسي بواسطة إدراج الأسوار الصلب ، ثابتة بالمسامير والتمهيدات ذاتية القفل ، ويعززها لوحات الألمنيوم الثلاثية 5 ملم الملحومة داخل الصندوق لتعزيز مواقع الزاوية داخليًا. لا يحتوي المظهر الخارجي على المربع على أي نقاط اتصال لحام أو مكشوف ، مما يضمن المظهر العام للمربع.

3.4 SE تقنية الهندسة المتزامنة

تُستخدم تقنية الهندسة المتزامنة SE لحل المشاكل الناجمة عن انحرافات الحجم المتراكمة الكبيرة لمطابقة المكونات في جسم الصندوق والصعوبات في العثور على أسباب الفجوات وفشل التسطيح. من خلال تحليل CAE (انظر الشكل 7-8) ، يتم إجراء تحليل للمقارنة مع أجسام صناديق من صنع الحديد للتحقق من القوة الكلية وتصلب جسم الصندوق ، وإيجاد نقاط الضعف ، واتخاذ تدابير لتحسين وتحسين مخطط التصميم .

4. تأثير الوزن الشاحن لشاحنة مربع سبيكة الألمنيوم

بالإضافة إلى جسم الصندوق ، يمكن استخدام سبائك الألومنيوم لاستبدال الصلب لمكونات مختلفة من حاويات الشاحنات من نوع الصندوق ، مثل حراس الطين ، والحراس الخلفي ، والحراس الجانبي ، ومزلاج الأبواب ، ومفصلات الأبواب ، وحواف المئزر الخلفية ، وتحديد الوزن من 30 ٪ إلى 40 ٪ لحجرة الشحن. يوضح الجدول 6 تأثير تقليل الوزن لحاوية شحن فارغة 4080 مم × 2300 مم × 2200 مم. وهذا يحل بشكل أساسي مشاكل الوزن المفرط ، وعدم الامتثال للإعلانات ، والمخاطر التنظيمية لمقصورات الشحن التقليدية المصنوعة من الحديد.

من خلال استبدال الصلب التقليدي بسبائك الألومنيوم لمكونات السيارات ، لا يمكن تحقيق تأثيرات ممتازة للوزن الخفيف فحسب ، بل يمكن أن تسهم أيضًا في توفير الوقود ، وتقليل الانبعاثات ، وتحسين أداء السيارة. في الوقت الحاضر ، هناك العديد من الآراء حول مساهمة الوزن الخفيف لتوفير الوقود. يتم عرض نتائج البحث في المعهد الدولي للألمنيوم في الشكل 9. كل 10 ٪ انخفاض في وزن السيارة يمكن أن يقلل من استهلاك الوقود بنسبة 6 ٪ إلى 8 ٪. استنادًا إلى الإحصاءات المنزلية ، فإن تقليل وزن كل سيارة ركاب بمقدار 100 كجم يمكن أن يقلل من استهلاك الوقود بمقدار 0.4 لتر/100 كم. تعتمد مساهمة الوزن الخفيف في توفير الوقود على النتائج التي تم الحصول عليها من طرق بحث مختلفة ، لذلك هناك بعض الاختلافات. ومع ذلك ، فإن الوزن الخفيف للسيارات له تأثير كبير على تقليل استهلاك الوقود.

بالنسبة للسيارات الكهربائية ، يكون التأثير الخفيف أكثر وضوحًا. في الوقت الحالي ، تختلف كثافة الطاقة في طاقة بطاريات الطاقة الكهربائية بشكل كبير عن تلك الخاصة بمركبات الوقود السائل التقليدية. غالبًا ما يمثل وزن نظام الطاقة (بما في ذلك البطارية) للسيارات الكهربائية 20 ٪ إلى 30 ٪ من إجمالي وزن السيارة. في وقت واحد ، فإن اختراق عنق الزجاجة في الأداء من البطاريات يمثل تحديًا عالميًا. قبل أن يكون هناك تقدم كبير في تقنية البطارية عالية الأداء ، يعد الخفيفة الوزن وسيلة فعالة لتحسين نطاق الإبحار من السيارات الكهربائية. لكل تخفيض في الوزن كل 100 كجم ، يمكن زيادة نطاق الإبحار من السيارات الكهربائية بنسبة 6 ٪ إلى 11 ٪ (وترد العلاقة بين الحد من الوزن ونطاق الإبحار في الشكل 10). في الوقت الحالي ، لا يمكن أن تلبي نطاق الإبحار في السيارات الكهربائية النقية احتياجات معظم الناس ، ولكن تقليل الوزن بمقدار معين يمكن أن يحسن بشكل كبير نطاق الإبحار ، وتخفيف القلق وتحسين تجربة المستخدم.

5.conclusion

بالإضافة إلى بنية الشاحنة المصنوعة من الألومنيوم من ألومنيوم سبيكة سبيكة تم تقديمها في هذه المقالة ، هناك أنواع مختلفة من شاحنات الصناديق ، مثل ألواح قرص الألومنيوم ، وألواح ألومنيوم ، وأطوال الألومنيوم + جلود الألومنيوم ، وحاويات البضائع الهجرية الحديدية. . لديهم مزايا الوزن الخفيف ، والقوة العالية المحددة ، ومقاومة التآكل الجيدة ، ولا تتطلب الطلاء الكهربي لحماية التآكل ، مما يقلل من التأثير البيئي للطلاء الكهربي. تحل شاحنة مربع سبيكة الألمنيوم بشكل أساسي مشاكل الوزن المفرط ، وعدم الامتثال للإعلانات ، والمخاطر التنظيمية لمقصورات الشحن التقليدية المصنوعة من الحديد.

البثق هو طريقة معالجة أساسية لسبائك الألومنيوم ، وملامح الألومنيوم لها خصائص ميكانيكية ممتازة ، وبالتالي فإن صلابة مكونات مكونات عالية نسبيًا. بسبب المقطع العرضي المتغير ، يمكن لسبائك الألومنيوم تحقيق مزيج من وظائف المكونات المتعددة ، مما يجعلها مادة جيدة للسيارات الخفيفة. ومع ذلك ، يواجه التطبيق الواسع النطاق لسبائك الألومنيوم تحديات مثل عدم كفاية القدرة على التصميم لمقصورات شحن سبيكة الألومنيوم ، ومشكلات تشكيل ولحام ، وتكاليف التطوير والترويج العالية للمنتجات الجديدة. السبب الرئيسي هو أن سبائك الألومنيوم يكلف أكثر من الصلب قبل أن تصبح بيئة إعادة التدوير لسبائك الألومنيوم ناضجة.

في الختام ، سيصبح نطاق التطبيق لسبائك الألومنيوم في السيارات أوسع ، وسيستمر استخدامها في الزيادة. في الاتجاهات الحالية لتوفير الطاقة ، وتقليل الانبعاثات ، وتطوير صناعة مركبات الطاقة الجديدة ، مع الفهم المتعمد لخصائص سبيكة الألومنيوم والحلول الفعالة لمشاكل تطبيق سبيكة الألمنيوم ، سيتم استخدام مواد بثق الألومنيوم على نطاق أوسع في الوزن الخفيف للسيارات.

حرره ماي جيانغ من Mat Aluminium