Introdução
Com o desenvolvimento da indústria automóvel, o mercado de vigas de impacto em liga de alumínio também está a crescer rapidamente, embora ainda seja relativamente pequeno em termos globais. 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 procura do mercado deverá ser de aproximadamente 220.000 toneladas, com um tamanho de mercado estimado de 7,7 mil milhões de RMB e uma taxa composta de crescimento anual 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 importantes fatores impulsionadores para o desenvolvimento de vigas de impacto de liga de alumínio na China. As perspectivas de mercado para caixas de impacto com feixe de impacto automotivo são promissoras.
À medida que os custos diminuem e a tecnologia avança, as vigas de impacto frontal e as caixas de colisão em liga de alumínio estão gradualmente se tornando mais difundidas. Atualmente, eles são usados 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 por vigas transversais de impacto, caixas de colisão, placas de base de montagem e mangas de gancho de reboque, conforme mostrado na Figura 1.
Figura 1: Conjunto de feixe de impacto de liga de alumínio
A crash box é uma caixa metálica localizada entre a viga de impacto e duas vigas longitudinais do veículo, servindo essencialmente como recipiente de absorção de energia. Essa energia se refere à força do impacto. Quando um veículo sofre uma colisão, o feixe de impacto tem um certo grau de capacidade de absorção de energia. Contudo, se a energia exceder a capacidade do feixe de impacto, ele transferirá a energia para a caixa de impacto. A caixa de impacto absorve toda a força de impacto e deforma-se, garantindo que as vigas longitudinais permanecem intactas.
1 Requisitos do Produto
1.1 As dimensões devem obedecer aos requisitos de tolerância do desenho, conforme Figura 2.
1.3 Requisitos de Desempenho Mecânico:
Resistência à tração: ≥215 MPa
Força de rendimento: ≥205 MPa
Alongamento A50: ≥10%
1.4 Desempenho de esmagamento da Crash Box:
Ao longo do eixo X do veículo, utilizando superfície de colisão maior que a seção transversal do produto, carregar a uma velocidade de 100 mm/min até o esmagamento, com compressão de 70%. O comprimento inicial do perfil é de 300 mm. Na junção da nervura de reforço e da 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 britagem do perfil, não devendo haver fissuras significativas em outras áreas após o britamento.
2 Abordagem de Desenvolvimento
Para atender simultaneamente aos requisitos de desempenho mecânico e desempenho de britagem, a abordagem de desenvolvimento é a seguinte:
Use haste 6063B com uma composição de liga primária de Si 0,38-0,41% e Mg 0,53-0,60%.
Execute têmpera a ar e envelhecimento artificial para atingir a condição T6.
Empregue têmpera com névoa + ar e conduza o tratamento de envelhecimento para atingir a condição T7.
3 Produção Piloto
3.1 Condições de Extrusão
A produção é realizada em uma prensa extrusora 2000T com relação de extrusão de 36. O material utilizado é a barra de alumínio homogeneizada 6063B. As temperaturas de aquecimento da barra de alumínio são as seguintes: Zona IV 450-III zona 470-II zona 490-1 zona 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 de 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 de extrusão é de 500-540°C. A extinção é feita usando resfriamento a ar com a potência do ventilador esquerdo em 100%, a potência do ventilador intermediário em 100% e a potência do ventilador direito em 50%. A taxa média de resfriamento dentro da zona de têmpera atinge 300-350°C/min, e a temperatura após sair da zona de têmpera é de 60-180°C. Para têmpera com névoa + ar, a taxa média de resfriamento dentro da zona de aquecimento atinge 430-480°C/min, e a temperatura após sair da zona de têmpera é de 50-70°C. O perfil não apresenta flexão significativa.
3.2 Envelhecimento
Após o processo de envelhecimento T6 a 185°C durante 6 horas, a dureza e as propriedades mecânicas do material são as seguintes:
De acordo com o processo de envelhecimento T7 a 210°C durante 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/6h, atende aos requisitos tanto de desempenho mecânico quanto de teste de britagem. Considerando a relação custo-benefício, o método de têmpera por névoa + ar e o processo de envelhecimento a 210°C/6h foram selecionados para produção para 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 são retiradas das seções da cabeça, do meio e da cauda, com comprimento de 300 mm. Os testes de britagem são realizados após envelhecimento a 185°C/6h e 210°C/6h e 8h (dados de desempenho mecânico mencionados acima) em uma máquina universal de teste de materiais. Os testes são realizados a uma velocidade de carregamento de 100 mm/min com uma taxa de compressão de 70%. Os resultados são os seguintes: para têmpera por névoa + ar com processos de envelhecimento a 210°C/6h e 8h, os testes de britagem atendem aos requisitos, conforme mostrado na Figura 3-2, enquanto as amostras temperadas a ar apresentam trincas para todos os processos de envelhecimento. .
Com base nos resultados dos testes de britagem, a têmpera por névoa + ar com os processos de envelhecimento de 210°C/6h e 8h 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.
Através de testes extensivos, foi determinado que o estado do material para o produto crash box deve ser 6063-T7, o método de têmpera é névoa + resfriamento de ar, e o processo de envelhecimento a 210°C/6h é a melhor escolha para extrusão de hastes de alumínio com temperaturas variando de 480-500°C, velocidade do eixo de extrusão de 2,5 mm/s, temperatura da matriz de extrusão de 480°C e temperatura de saída de extrusão de 500-540°C.
Editado por May Jiang da MAT Aluminium
Horário da postagem: 07 de maio de 2024
