1.Cyflwyniad
Dechreuodd pwysau ysgafnhau modurol mewn gwledydd datblygedig ac fe'i harweiniwyd i ddechrau gan gewri modurol traddodiadol. Gyda datblygiad parhaus, mae wedi ennill momentwm sylweddol. O'r adeg pan ddefnyddiodd Indiaid aloi alwminiwm gyntaf i gynhyrchu crankshafts modurol i gynhyrchiad màs cyntaf Audi o geir alwminiwm yn unig ym 1999, mae aloi alwminiwm wedi gweld twf cadarn mewn cymwysiadau modurol oherwydd ei fanteision megis dwysedd isel, cryfder a stiffrwydd penodol uchel, hydwythedd da a gwrthiant effaith, ailgylchadwyedd uchel, a chyfradd adfywio uchel. Erbyn 2015, roedd cyfran y cymhwysiad o aloi alwminiwm mewn ceir eisoes wedi rhagori ar 35%.
Dechreuodd technoleg pwysleisio modurol Tsieina lai na 10 mlynedd yn ôl, ac mae'r dechnoleg a'r lefel cymhwysiad ar ei hôl hi o gymharu â gwledydd datblygedig fel yr Almaen, yr Unol Daleithiau a Japan. Fodd bynnag, gyda datblygiad cerbydau ynni newydd, mae pwysleisio deunyddiau yn symud ymlaen yn gyflym. Gan fanteisio ar gynnydd cerbydau ynni newydd, mae technoleg pwysleisio modurol Tsieina yn dangos tuedd o ddal i fyny â gwledydd datblygedig.
Mae marchnad deunyddiau ysgafn Tsieina yn enfawr. Ar y naill law, o'i gymharu â gwledydd datblygedig dramor, dechreuodd technoleg ysgafnhau Tsieina yn hwyr, ac mae pwysau cyffredinol y cerbyd yn fwy. O ystyried meincnod cyfran deunyddiau ysgafn mewn gwledydd tramor, mae digon o le i ddatblygu yn Tsieina o hyd. Ar y llaw arall, wedi'i yrru gan bolisïau, bydd datblygiad cyflym diwydiant cerbydau ynni newydd Tsieina yn rhoi hwb i'r galw am ddeunyddiau ysgafn ac yn annog cwmnïau modurol i symud tuag at ysgafnhau.
Mae gwelliant mewn safonau allyriadau a defnydd tanwydd yn gorfodi cyflymiad o bwysau ysgafnach mewn modurol. Gweithredodd Tsieina safonau allyriadau VI Tsieina yn llawn yn 2020. Yn ôl y “Dull Gwerthuso a Dangosyddion ar gyfer Defnydd Tanwydd Ceir Teithwyr” a’r “Map Ffordd Technoleg Arbed Ynni a Cherbydau Ynni Newydd,” y safon defnydd tanwydd o 5.0 L/km. Gan ystyried y lle cyfyngedig ar gyfer datblygiadau sylweddol mewn technoleg injan a lleihau allyriadau, gall mabwysiadu mesurau i bwysau ysgafn ar gydrannau modurol leihau allyriadau cerbydau a defnydd tanwydd yn effeithiol. Mae pwysau ysgafnach cerbydau ynni newydd wedi dod yn llwybr hanfodol ar gyfer datblygiad y diwydiant.
Yn 2016, cyhoeddodd Cymdeithas Peirianneg Modurol Tsieina y “Map Ffordd Technoleg Arbed Ynni a Cherbydau Ynni Newydd,” a gynlluniodd ffactorau fel defnydd ynni, ystod mordeithio, a deunyddiau gweithgynhyrchu ar gyfer cerbydau ynni newydd o 2020 i 2030. Bydd pwyso pwysau yn gyfeiriad allweddol ar gyfer datblygu cerbydau ynni newydd yn y dyfodol. Gall pwyso pwysau gynyddu'r ystod mordeithio a mynd i'r afael â “phryder ystod” mewn cerbydau ynni newydd. Gyda'r galw cynyddol am ystod mordeithio estynedig, mae pwyso pwysau modurol yn dod yn frys, ac mae gwerthiant cerbydau ynni newydd wedi tyfu'n sylweddol yn ystod y blynyddoedd diwethaf. Yn ôl gofynion y system sgôr a'r “Cynllun Datblygu Tymor Canolig i Hir ar gyfer y Diwydiant Modurol,” amcangyfrifir erbyn 2025, y bydd gwerthiant cerbydau ynni newydd Tsieina yn fwy na 6 miliwn o unedau, gyda chyfradd twf blynyddol gyfansawdd yn fwy na 38%.
2. Nodweddion a Chymwysiadau Aloi Alwminiwm
2.1 Nodweddion Aloi Alwminiwm
Mae dwysedd alwminiwm yn draean o ddwysedd dur, gan ei wneud yn ysgafnach. Mae ganddo gryfder penodol uwch, gallu allwthio da, ymwrthedd cyrydiad cryf, ac ailgylchadwyedd uchel. Nodweddir aloion alwminiwm gan eu bod yn cynnwys magnesiwm yn bennaf, gan arddangos ymwrthedd gwres da, priodweddau weldio da, cryfder blinder da, anallu i gael eu cryfhau trwy driniaeth wres, a'r gallu i gynyddu cryfder trwy weithio oer. Nodweddir y gyfres 6 gan eu bod yn cynnwys magnesiwm a silicon yn bennaf, gyda Mg2Si fel y prif gam cryfhau. Yr aloion a ddefnyddir fwyaf yn y categori hwn yw 6063, 6061, a 6005A. Plât alwminiwm aloi cyfres AL-Mg yw plât alwminiwm 5052, gyda magnesiwm fel y prif elfen aloi. Dyma'r aloi alwminiwm gwrth-rwd a ddefnyddir fwyaf. Mae gan yr aloi hwn gryfder uchel, cryfder blinder uchel, plastigedd da a gwrthiant cyrydiad, ni ellir ei gryfhau trwy driniaeth wres, mae ganddo blastigedd da mewn caledu gwaith lled-oer, plastigedd isel mewn caledu gwaith oer, ymwrthedd cyrydiad da, a phriodweddau weldio da. Fe'i defnyddir yn bennaf ar gyfer cydrannau fel paneli ochr, gorchuddion to, a phaneli drysau. Mae aloi alwminiwm 6063 yn aloi cryfhau y gellir ei drin â gwres yn y gyfres AL-Mg-Si, gyda magnesiwm a silicon fel y prif elfennau aloi. Mae'n broffil aloi alwminiwm cryfhau y gellir ei drin â gwres gyda chryfder canolig, a ddefnyddir yn bennaf mewn cydrannau strwythurol fel colofnau a phaneli ochr i gario cryfder. Dangosir cyflwyniad i raddau aloi alwminiwm yn Nhabl 1.
2.2 Mae allwthio yn ddull ffurfio pwysig o aloi alwminiwm
Mae allwthio aloi alwminiwm yn ddull ffurfio poeth, ac mae'r broses gynhyrchu gyfan yn cynnwys ffurfio aloi alwminiwm o dan straen cywasgol tair ffordd. Gellir disgrifio'r broses gynhyrchu gyfan fel a ganlyn: a. Mae alwminiwm ac aloion eraill yn cael eu toddi a'u castio i'r biledau aloi alwminiwm gofynnol; b. Mae'r biledau wedi'u cynhesu ymlaen llaw yn cael eu rhoi yn yr offer allwthio ar gyfer allwthio. O dan weithred y prif silindr, mae'r biled aloi alwminiwm yn cael ei ffurfio i'r proffiliau gofynnol trwy geudod y mowld; c. Er mwyn gwella priodweddau mecanyddol proffiliau alwminiwm, cynhelir triniaeth hydoddiant yn ystod neu ar ôl allwthio, ac yna triniaeth heneiddio. Mae'r priodweddau mecanyddol ar ôl triniaeth heneiddio yn amrywio yn ôl gwahanol ddefnyddiau a chyfundrefnau heneiddio. Dangosir statws triniaeth wres proffiliau tryciau math bocs yn Nhabl 2.
Mae gan gynhyrchion allwthiol aloi alwminiwm sawl mantais dros ddulliau ffurfio eraill:
a. Yn ystod allwthio, mae'r metel allwthiol yn cael straen cywasgol tair ffordd cryfach a mwy unffurf yn y parth anffurfio na rholio a ffugio, felly gall chwarae plastigrwydd y metel wedi'i brosesu yn llawn. Gellir ei ddefnyddio i brosesu metelau anodd eu hanffurfio na ellir eu prosesu trwy rolio na ffugio a gellir ei ddefnyddio i wneud amrywiol gydrannau trawsdoriad gwag neu solet cymhleth.
b. Gan y gellir amrywio geometreg proffiliau alwminiwm, mae gan eu cydrannau anystwythder uchel, a all wella anystwythder corff y cerbyd, lleihau ei nodweddion NVH, a gwella nodweddion rheoli deinamig y cerbyd.
c. Mae gan gynhyrchion sydd ag effeithlonrwydd allwthio, ar ôl diffodd a heneiddio, gryfder hydredol sylweddol uwch (R, Raz) na chynhyrchion a brosesir gan ddulliau eraill.
d. Mae gan wyneb cynhyrchion ar ôl allwthio liw da a gwrthiant cyrydiad da, gan ddileu'r angen am driniaeth arwyneb gwrth-cyrydiad arall.
e. Mae gan brosesu allwthio hyblygrwydd mawr, costau offer a llwydni isel, a chostau newid dyluniad isel.
f. Oherwydd rheolaethadwyedd trawsdoriadau proffil alwminiwm, gellir cynyddu gradd integreiddio cydrannau, gellir lleihau nifer y cydrannau, a gall gwahanol ddyluniadau trawsdoriad gyflawni lleoliad weldio manwl gywir.
Dangosir y gymhariaeth perfformiad rhwng proffiliau alwminiwm allwthiol ar gyfer tryciau math bocs a dur carbon plaen yn Nhabl 3.
Cyfeiriad Datblygu Nesaf Proffiliau Aloi Alwminiwm ar gyfer Tryciau Math Bocs: Gwella cryfder proffil ymhellach a gwella perfformiad allwthio. Dangosir cyfeiriad ymchwil deunyddiau newydd ar gyfer proffiliau aloi alwminiwm ar gyfer tryciau math bocs yn Ffigur 1.
3. Strwythur Tryc Blwch Aloi Alwminiwm, Dadansoddiad Cryfder, a Gwirio
3.1 Strwythur Tryc Blwch Aloi Alwminiwm
Mae cynhwysydd y lori bocs yn cynnwys yn bennaf gynulliad panel blaen, cynulliad panel ochr chwith a dde, cynulliad panel ochr drws cefn, cynulliad llawr, cynulliad to, yn ogystal â bolltau siâp U, gwarchodwyr ochr, gwarchodwyr cefn, fflapiau mwd, ac ategolion eraill sy'n gysylltiedig â'r siasi ail ddosbarth. Mae trawstiau croes corff y bocs, y pileri, y trawstiau ochr, a'r paneli drws wedi'u gwneud o broffiliau allwthiol aloi alwminiwm, tra bod y paneli llawr a tho wedi'u gwneud o blatiau gwastad aloi alwminiwm 5052. Dangosir strwythur y lori bocs aloi alwminiwm yn Ffigur 2.
Gall defnyddio'r broses allwthio poeth o aloi alwminiwm cyfres 6 ffurfio trawsdoriadau gwag cymhleth, gall dyluniad proffiliau alwminiwm gyda thrawsdoriadau cymhleth arbed deunyddiau, bodloni gofynion cryfder a stiffrwydd cynnyrch, a bodloni gofynion cysylltiad cydfuddiannol rhwng gwahanol gydrannau. Felly, dangosir strwythur dylunio'r prif drawst a'r eiliadau inertia adrannol I a'r eiliadau gwrthsefyll W yn Ffigur 3.
Mae cymhariaeth o'r prif ddata yn Nhabl 4 yn dangos bod momentau inertia adrannol ac momentau gwrthsefyll y proffil alwminiwm a gynlluniwyd yn well na data cyfatebol y proffil trawst haearn. Mae data'r cyfernod anystwythder fwy neu lai yr un fath â data proffil y trawst haearn cyfatebol, ac mae pob un yn bodloni'r gofynion anffurfio.
3.2 Cyfrifiad Straen Uchaf
Gan gymryd y gydran allweddol sy'n dwyn llwyth, y trawst, fel y gwrthrych, cyfrifir y straen mwyaf. Y llwyth graddedig yw 1.5 t, ac mae'r trawst wedi'i wneud o broffil aloi alwminiwm 6063-T6 gyda phriodweddau mecanyddol fel y dangosir yn Nhabl 5. Mae'r trawst wedi'i symleiddio fel strwythur cantilifer ar gyfer cyfrifo grym, fel y dangosir yn Ffigur 4.
Gan gymryd trawst rhychwant o 344mm, cyfrifir y llwyth cywasgol ar y trawst fel F=3757 N yn seiliedig ar 4.5t, sydd dair gwaith y llwyth statig safonol. q=F/L
lle mae q yn straen mewnol y trawst o dan y llwyth, N/mm; F yw'r llwyth a gludir gan y trawst, wedi'i gyfrifo yn seiliedig ar 3 gwaith y llwyth statig safonol, sef 4.5 t; L yw hyd y trawst, mm.
Felly, y straen mewnol q yw:
Mae'r fformiwla cyfrifo straen fel a ganlyn:
Y foment uchaf yw:
Gan gymryd gwerth absoliwt y foment, M=274283 N·mm, y straen mwyaf σ=M/(1.05×w)=18.78 MPa, a'r gwerth straen mwyaf σ<215 MPa, sy'n bodloni'r gofynion.
3.3 Nodweddion Cysylltiad Amrywiol Gydrannau
Mae gan aloi alwminiwm briodweddau weldio gwael, a dim ond 60% o gryfder y deunydd sylfaen yw ei gryfder pwynt weldio. Oherwydd bod haen o Al2O3 yn gorchudd wyneb yr aloi alwminiwm, mae pwynt toddi Al2O3 yn uchel, tra bod pwynt toddi alwminiwm yn isel. Pan gaiff aloi alwminiwm ei weldio, rhaid torri'r Al2O3 ar yr wyneb yn gyflym i berfformio weldio. Ar yr un pryd, bydd gweddillion Al2O3 yn aros yn yr hydoddiant aloi alwminiwm, gan effeithio ar strwythur yr aloi alwminiwm a lleihau cryfder pwynt weldio'r aloi alwminiwm. Felly, wrth ddylunio cynhwysydd holl-alwminiwm, ystyrir y nodweddion hyn yn llawn. Weldio yw'r prif ddull lleoli, ac mae'r prif gydrannau sy'n dwyn llwyth wedi'u cysylltu gan folltau. Dangosir cysylltiadau fel rhybed a strwythur colomennod yn Ffigurau 5 a 6.
Mae prif strwythur corff y blwch alwminiwm cyfan yn mabwysiadu strwythur gyda thrawstiau llorweddol, pileri fertigol, trawstiau ochr, a thrawstiau ymyl yn cydgloi â'i gilydd. Mae pedwar pwynt cysylltu rhwng pob trawst llorweddol a philer fertigol. Mae gasgedi danheddog wedi'u gosod ar y pwyntiau cysylltu i rwydio ag ymyl danheddog y trawst llorweddol, gan atal llithro'n effeithiol. Mae'r wyth pwynt cornel wedi'u cysylltu'n bennaf gan fewnosodiadau craidd dur, wedi'u gosod â bolltau a rhybedion hunan-gloi, ac wedi'u hatgyfnerthu gan blatiau alwminiwm trionglog 5mm wedi'u weldio y tu mewn i'r blwch i gryfhau safleoedd y cornel yn fewnol. Nid oes gan ymddangosiad allanol y blwch unrhyw bwyntiau weldio na phwyntiau cysylltu agored, gan sicrhau ymddangosiad cyffredinol y blwch.
3.4 Technoleg Peirianneg Synchronous SE
Defnyddir technoleg peirianneg gydamserol SE i ddatrys y problemau a achosir gan wyriadau maint cronedig mawr ar gyfer cydrannau cyfatebol yng nghorff y blwch a'r anawsterau wrth ddod o hyd i achosion bylchau a methiannau gwastadrwydd. Trwy ddadansoddiad CAE (gweler Ffigur 7-8), cynhelir dadansoddiad cymhariaeth gyda chyrff blwch wedi'u gwneud o haearn i wirio cryfder ac anystwythder cyffredinol corff y blwch, dod o hyd i bwyntiau gwan, a chymryd camau i optimeiddio a gwella'r cynllun dylunio yn fwy effeithiol.
4. Effaith Pwysau Ysgafn Tryc Blwch Aloi Alwminiwm
Yn ogystal â chorff y bocs, gellir defnyddio aloion alwminiwm i ddisodli dur ar gyfer amrywiol gydrannau cynwysyddion tryciau math bocs, megis gardiau mwd, gardiau cefn, gardiau ochr, clicied drysau, colfachau drysau, ac ymylon ffedog gefn, gan gyflawni gostyngiad pwysau o 30% i 40% ar gyfer yr adran cargo. Dangosir yr effaith lleihau pwysau ar gyfer cynhwysydd cargo gwag 4080mm × 2300mm × 2200mm yn Nhabl 6. Mae hyn yn datrys problemau pwysau gormodol, diffyg cydymffurfio â chyhoeddiadau, a risgiau rheoleiddiol adrannau cargo haearn traddodiadol yn sylfaenol.
Drwy ddisodli dur traddodiadol ag aloion alwminiwm ar gyfer cydrannau modurol, nid yn unig y gellir cyflawni effeithiau ysgafnhau rhagorol, ond gall hefyd gyfrannu at arbedion tanwydd, lleihau allyriadau, a gwella perfformiad cerbydau. Ar hyn o bryd, mae gwahanol farnau ar gyfraniad ysgafnhau at arbedion tanwydd. Dangosir canlyniadau ymchwil y Sefydliad Alwminiwm Rhyngwladol yn Ffigur 9. Gall pob gostyngiad o 10% ym mhwysau cerbydau leihau'r defnydd o danwydd 6% i 8%. Yn seiliedig ar ystadegau domestig, gall lleihau pwysau pob car teithwyr o 100 kg leihau'r defnydd o danwydd 0.4 L/100 km. Mae cyfraniad ysgafnhau at arbedion tanwydd yn seiliedig ar ganlyniadau a gafwyd o wahanol ddulliau ymchwil, felly mae rhywfaint o amrywiad. Fodd bynnag, mae gan ysgafnhau modurol effaith sylweddol ar leihau'r defnydd o danwydd.
Ar gyfer cerbydau trydan, mae'r effaith ysgafnhau hyd yn oed yn fwy amlwg. Ar hyn o bryd, mae dwysedd ynni uned batris pŵer cerbydau trydan yn sylweddol wahanol i ddwysedd cerbydau tanwydd hylif traddodiadol. Mae pwysau system bŵer (gan gynnwys y batri) cerbydau trydan yn aml yn cyfrif am 20% i 30% o gyfanswm pwysau'r cerbyd. Ar yr un pryd, mae torri trwy'r tagfeydd perfformiad batris yn her fyd-eang. Cyn bod datblygiad mawr mewn technoleg batri perfformiad uchel, mae ysgafnhau yn ffordd effeithiol o wella ystod mordeithio cerbydau trydan. Am bob gostyngiad o 100 kg mewn pwysau, gellir cynyddu ystod mordeithio cerbydau trydan 6% i 11% (dangosir y berthynas rhwng lleihau pwysau ac ystod mordeithio yn Ffigur 10). Ar hyn o bryd, ni all ystod mordeithio cerbydau trydan pur ddiwallu anghenion y rhan fwyaf o bobl, ond gall lleihau pwysau o swm penodol wella'r ystod mordeithio yn sylweddol, gan leddfu pryder am ystod a gwella profiad y defnyddiwr.
5. Casgliad
Yn ogystal â strwythur alwminiwm cyfan y lori bocs aloi alwminiwm a gyflwynir yn yr erthygl hon, mae yna wahanol fathau o lorïau bocs, megis paneli diliau mêl alwminiwm, platiau bwcl alwminiwm, fframiau alwminiwm + croen alwminiwm, a chynwysyddion cargo hybrid haearn-alwminiwm. Mae ganddynt fanteision pwysau ysgafn, cryfder penodol uchel, a gwrthiant cyrydiad da, ac nid oes angen paent electrofforetig arnynt ar gyfer amddiffyniad rhag cyrydiad, gan leihau effaith amgylcheddol paent electrofforetig. Mae'r lori bocs aloi alwminiwm yn datrys problemau pwysau gormodol, diffyg cydymffurfio â chyhoeddiadau, a risgiau rheoleiddiol adrannau cargo haearn traddodiadol yn sylfaenol.
Mae allwthio yn ddull prosesu hanfodol ar gyfer aloion alwminiwm, ac mae gan broffiliau alwminiwm briodweddau mecanyddol rhagorol, felly mae anystwythder adran cydrannau yn gymharol uchel. Oherwydd y trawsdoriad amrywiol, gall aloion alwminiwm gyflawni'r cyfuniad o swyddogaethau cydran lluosog, gan ei wneud yn ddeunydd da ar gyfer pwyso ysgafn modurol. Fodd bynnag, mae cymhwysiad eang aloion alwminiwm yn wynebu heriau megis gallu dylunio annigonol ar gyfer adrannau cargo aloi alwminiwm, problemau ffurfio a weldio, a chostau datblygu a hyrwyddo uchel ar gyfer cynhyrchion newydd. Y prif reswm o hyd yw bod aloi alwminiwm yn costio mwy na dur cyn i ecoleg ailgylchu aloion alwminiwm aeddfedu.
I gloi, bydd cwmpas cymhwysiad aloion alwminiwm mewn ceir yn ehangu, a bydd eu defnydd yn parhau i gynyddu. Yn y tueddiadau cyfredol o arbed ynni, lleihau allyriadau, a datblygiad y diwydiant cerbydau ynni newydd, gyda'r ddealltwriaeth ddyfnach o briodweddau aloi alwminiwm ac atebion effeithiol i broblemau cymhwysiad aloi alwminiwm, bydd deunyddiau allwthio alwminiwm yn cael eu defnyddio'n fwy eang mewn pwysau ysgafn modurol.
Golygwyd gan May Jiang o MAT Aluminum
Amser postio: 12 Ionawr 2024
