Introdução
Com o desenvolvimento da indústria automotiva, o mercado de vigas de impacto de liga de alumínio também está crescendo rapidamente, embora ainda seja relativamente pequeno em tamanho geral. De acordo com a previsão da Automotive Lightweight Technology Innovation Alliance para o mercado chinês de vigas de impacto de liga de alumínio, até 2025, a demanda do mercado é estimada em cerca de 140.000 toneladas, com um tamanho de mercado esperado para atingir 4,8 bilhões de RMB. Até 2030, a demanda do mercado é projetada para ser de aproximadamente 220.000 toneladas, com um tamanho de mercado estimado de 7,7 bilhões de RMB e uma taxa de crescimento anual composta de cerca de 13%. A tendência de desenvolvimento de redução de peso e o rápido crescimento de modelos de veículos de médio a alto padrão são fatores importantes para o desenvolvimento de vigas de impacto de liga de alumínio na China. As perspectivas de mercado para caixas de colisão de vigas de impacto automotivas são promissoras.
À medida que os custos diminuem e a tecnologia avança, as barras de impacto dianteiras e caixas de colisão de liga de alumínio estão se tornando gradualmente mais difundidas. Atualmente, são utilizadas em modelos de veículos de médio a alto padrão, como Audi A3, Audi A4L, BMW Série 3, BMW X1, Mercedes-Benz C260, Honda CR-V, Toyota RAV4, Buick Regal e Buick LaCrosse.
As vigas de impacto de liga de alumínio são compostas principalmente de travessas de impacto, caixas de proteção, placas de base de montagem e luvas de gancho de reboque, conforme mostrado na Figura 1.
Figura 1: Conjunto de viga de impacto de liga de alumínio
A caixa de impacto é uma caixa metálica localizada entre a viga de impacto e duas vigas longitudinais do veículo, servindo essencialmente como um recipiente de absorção de energia. Essa energia refere-se à força do impacto. Quando um veículo sofre uma colisão, a viga de impacto tem um certo grau de capacidade de absorção de energia. No entanto, se a energia exceder a capacidade da viga de impacto, ela a transferirá para a caixa de impacto. A caixa de impacto absorve toda a força do impacto e se deforma, garantindo que as vigas longitudinais permaneçam intactas.
1 Requisitos do produto
1.1 As dimensões devem obedecer aos requisitos de tolerância do desenho, conforme mostrado na Figura 2.
1.3 Requisitos de desempenho mecânico:
Resistência à tração: ≥215 MPa
Limite de escoamento: ≥205 MPa
Alongamento A50: ≥10%
1.4 Desempenho de esmagamento da caixa de colisão:
Ao longo do eixo X do veículo, utilizando uma superfície de colisão maior que a seção transversal do produto, aplicar a carga a uma velocidade de 100 mm/min até o esmagamento, com uma quantidade de compressão de 70%. O comprimento inicial do perfil é de 300 mm. Na junção da nervura de reforço com a parede externa, as fissuras devem ser inferiores a 15 mm para serem consideradas aceitáveis. Deve-se garantir que a fissuração permitida não comprometa a capacidade de absorção de energia de esmagamento do perfil, e não deve haver fissuras significativas em outras áreas após o esmagamento.
2 Abordagem de Desenvolvimento
Para atender simultaneamente aos requisitos de desempenho mecânico e de britagem, a abordagem de desenvolvimento é a seguinte:
Utilize uma haste 6063B com composição de liga primária de Si 0,38-0,41% e Mg 0,53-0,60%.
Realizar têmpera ao ar e envelhecimento artificial para atingir a condição T6.
Utilize têmpera por névoa + ar e realize tratamento de envelhecimento para atingir a condição T7.
3 Produção Piloto
3.1 Condições de Extrusão
A produção é realizada em uma prensa de extrusão de 2000T com uma taxa de extrusão de 36. O material utilizado é uma barra de alumínio homogeneizada 6063B. As temperaturas de aquecimento da barra de alumínio são as seguintes: zona IV 450-zona III 470-zona II 490-zona I 500. A pressão de ruptura do cilindro principal é de cerca de 210 bar, com a fase de extrusão estável tendo uma pressão de extrusão próxima a 180 bar. A velocidade do eixo de extrusão é de 2,5 mm/s, e a velocidade de extrusão do perfil é de 5,3 m/min. A temperatura na saída da extrusão é de 500-540 °C. A têmpera é feita usando resfriamento a ar com a potência do ventilador esquerdo a 100%, a potência do ventilador do meio a 100% e a potência do ventilador direito a 50%. A taxa média de resfriamento na zona de têmpera atinge 300-350 °C/min, e a temperatura após a saída da zona de têmpera é de 60-180 °C. Para a têmpera por névoa + ar, a taxa média de resfriamento na zona de aquecimento atinge 430-480 °C/min, e a temperatura após a saída da zona de têmpera é de 50-70 °C. O perfil não apresenta curvatura significativa.
3.2 Envelhecimento
Após o processo de envelhecimento T6 a 185°C por 6 horas, a dureza e as propriedades mecânicas do material são as seguintes:
De acordo com o processo de envelhecimento T7 a 210°C por 6 horas e 8 horas, a dureza e as propriedades mecânicas do material são as seguintes:
Com base nos dados de teste, o método de têmpera por névoa + ar, combinado com o processo de envelhecimento a 210 °C/6 h, atende aos requisitos de desempenho mecânico e testes de esmagamento. Considerando a relação custo-benefício, o método de têmpera por névoa + ar e o processo de envelhecimento a 210 °C/6 h foram selecionados para a produção, a fim de atender aos requisitos do produto.
3.3 Teste de Esmagamento
Para a segunda e terceira hastes, a extremidade da cabeça é cortada em 1,5 m, e a extremidade da cauda é cortada em 1,2 m. Duas amostras de cada uma das seções da cabeça, do meio e da cauda, com um comprimento de 300 mm. Testes de esmagamento são conduzidos após o envelhecimento a 185 °C/6 h e 210 °C/6 h e 8 h (dados de desempenho mecânico conforme mencionado acima) em uma máquina universal de teste de materiais. Os testes são conduzidos a uma velocidade de carga de 100 mm/min com uma quantidade de compressão de 70%. Os resultados são os seguintes: para têmpera por névoa + ar com os processos de envelhecimento de 210 °C/6 h e 8 h, os testes de esmagamento atendem aos requisitos, conforme mostrado na Figura 3-2, enquanto as amostras temperadas ao ar apresentam rachaduras para todos os processos de envelhecimento.
Com base nos resultados dos testes de esmagamento, a têmpera por névoa + ar com os processos de envelhecimento de 210 °C/6 h e 8 h atendem aos requisitos do cliente.
4 Conclusão
A otimização dos processos de têmpera e envelhecimento é crucial para o desenvolvimento bem-sucedido do produto e fornece uma solução de processo ideal para o produto crash box.
Por meio de testes extensivos, foi determinado que o estado do material para o produto da caixa de proteção deve ser 6063-T7, o método de têmpera é névoa + resfriamento a ar, e o processo de envelhecimento a 210 °C/6 h é a melhor escolha para extrudar barras de alumínio com temperaturas variando de 480 a 500 °C, velocidade do eixo de extrusão de 2,5 mm/s, temperatura da matriz de extrusão de 480 °C e temperatura de saída da extrusão de 500 a 540 °C.
Editado por May Jiang da MAT Aluminum
Horário de publicação: 07/05/2024
