1. Hyrje
Prodhimi i lehtë i automjeteve filloi në vendet e zhvilluara dhe fillimisht u udhëhoq nga gjigantët tradicionalë të automobilave. Me zhvillim të vazhdueshëm, ai ka fituar një vrull të konsiderueshëm. Që nga koha kur indianët përdorën për herë të parë aliazh alumini për të prodhuar boshte boshti automobilistikë deri në prodhimin e parë masiv të makinave tërësisht prej alumini nga Audi në vitin 1999, aliazh alumini ka parë një rritje të fuqishme në aplikimet automobilistike për shkak të avantazheve të tij si dendësia e ulët, forca dhe ngurtësia e lartë specifike, elasticiteti dhe rezistenca e mirë ndaj goditjeve, riciklueshmëria e lartë dhe shkalla e lartë e rigjenerimit. Deri në vitin 2015, përqindja e aplikimit të aliazhit të aluminit në automobila kishte tejkaluar tashmë 35%.
Prodhimi i lehtë i automjeteve në Kinë filloi më pak se 10 vjet më parë dhe si në teknologji ashtu edhe në nivel aplikimi mbetet prapa vendeve të zhvilluara si Gjermania, Shtetet e Bashkuara dhe Japonia. Megjithatë, me zhvillimin e automjeteve me energji të re, prodhimi i lehtë i materialeve po përparon me shpejtësi. Duke shfrytëzuar rritjen e automjeteve me energji të re, teknologjia kineze e prodhimit të lehtë të automjeteve po tregon një tendencë për t'u afruar me vendet e zhvilluara.
Tregu i materialeve të lehta në Kinë është i gjerë. Nga njëra anë, krahasuar me vendet e zhvilluara jashtë vendit, teknologjia e peshës së lehtë në Kinë filloi vonë dhe pesha e përgjithshme e automjeteve është më e madhe. Duke marrë parasysh standardin e përqindjes së materialeve të lehta në vendet e huaja, ka ende hapësirë të mjaftueshme për zhvillim në Kinë. Nga ana tjetër, i nxitur nga politikat, zhvillimi i shpejtë i industrisë së automjeteve me energji të re në Kinë do të rrisë kërkesën për materiale të lehta dhe do të inkurajojë kompanitë e automobilave të lëvizin drejt peshës së lehtë.
Përmirësimi i standardeve të emetimeve dhe konsumit të karburantit po detyron përshpejtimin e reduktimit të peshës së automjeteve. Kina zbatoi plotësisht standardet e emetimeve të China VI në vitin 2020. Sipas "Metodës së Vlerësimit dhe Treguesve për Konsumin e Karburantit të Makinave të Pasagjerëve" dhe "Udhërrëfyesit për Teknologjinë e Automjeteve me Energji të Re", standardi i konsumit të karburantit prej 5.0 L/km. Duke marrë parasysh hapësirën e kufizuar për përparime të konsiderueshme në teknologjinë e motorëve dhe uljen e emetimeve, miratimi i masave për komponentët e lehtë të automobilave mund të zvogëlojë në mënyrë efektive emetimet e automjeteve dhe konsumin e karburantit. Reduktimi i peshës së automjeteve me energji të re është bërë një rrugë thelbësore për zhvillimin e industrisë.
Në vitin 2016, Shoqata Kineze e Inxhinierisë Automobilistike publikoi "Udhërrëfyesin për Teknologjinë e Kursimit të Energjisë dhe Automjeteve me Energji të Re", i cili planifikoi faktorë të tillë si konsumi i energjisë, rrezja e lundrimit dhe materialet e prodhimit për automjetet me energji të re nga viti 2020 deri në vitin 2030. Pesha e lehtë do të jetë një drejtim kyç për zhvillimin e ardhshëm të automjeteve me energji të re. Pesha e lehtë mund të rrisë rrezja e lundrimit dhe të adresojë "ankthin e rrezja" në automjetet me energji të re. Me kërkesën në rritje për rrezja e zgjatur e lundrimit, pesha e lehtë për automjetet bëhet urgjente dhe shitjet e automjeteve me energji të re janë rritur ndjeshëm vitet e fundit. Sipas kërkesave të sistemit të pikëzimit dhe "Planit të Zhvillimit Afatmesëm dhe Afatgjatë për Industrinë e Automobilave", vlerësohet se deri në vitin 2025, shitjet e automjeteve me energji të re në Kinë do të kalojnë 6 milionë njësi, me një normë të përbërë vjetore rritjeje që tejkalon 38%.
2. Karakteristikat dhe Zbatimet e Aliazhit të Alumini
2.1 Karakteristikat e lidhjes së aluminit
Dendësia e aluminit është një e treta e asaj të çelikut, duke e bërë atë më të lehtë. Ai ka forcë specifike më të lartë, aftësi të mirë ekstrudimi, rezistencë të fortë ndaj korrozionit dhe riciklueshmëri të lartë. Aliazhet e aluminit karakterizohen nga përbërja kryesisht nga magnezi, duke shfaqur rezistencë të mirë ndaj nxehtësisë, veti të mira saldimi, rezistencë të mirë ndaj lodhjes, pamundësi për t'u forcuar nga trajtimi termik dhe aftësi për të rritur rezistencën përmes përpunimit të ftohtë. Seria 6 karakterizohet nga përbërja kryesisht nga magnezi dhe silici, me Mg2Si si faza kryesore e forcimit. Aliazhet më të përdorura në këtë kategori janë 6063, 6061 dhe 6005A. Pllaka e aluminit 5052 është një pllakë alumini aliazh i serisë AL-Mg, me magnezin si elementin kryesor të aliazhit. Është aliazh alumini anti-ndryshk më i përdorur gjerësisht. Ky aliazh ka forcë të lartë, rezistencë të lartë ndaj lodhjes, plasticitet të mirë dhe rezistencë ndaj korrozionit, nuk mund të forcohet nga trajtimi termik, ka plasticitet të mirë në forcimin me punë gjysmë të ftohtë, plasticitet të ulët në forcimin me punë të ftohtë, rezistencë të mirë ndaj korrozionit dhe veti të mira saldimi. Përdoret kryesisht për komponentë të tillë si panelet anësore, mbulesat e çatisë dhe panelet e dyerve. Aliazhi i aluminit 6063 është një aliazh përforcues i trajtueshëm me nxehtësi në serinë AL-Mg-Si, me magnez dhe silikon si elementët kryesorë të aliazhit. Është një profil aliazh alumini përforcues i trajtueshëm me nxehtësi me fortësi mesatare, i përdorur kryesisht në komponentë strukturorë të tillë si kolonat dhe panelet anësore për të mbajtur forcën. Një hyrje në klasat e aliazheve të aluminit tregohet në Tabelën 1.
2.2 Ekstrudimi është një metodë e rëndësishme e formimit të lidhjeve të aluminit
Ekstrudimi i lidhjeve të aluminit është një metodë formimi në të nxehtë, dhe i gjithë procesi i prodhimit përfshin formimin e lidhjeve të aluminit nën stres kompresiv trepalësh. I gjithë procesi i prodhimit mund të përshkruhet si më poshtë: a. Alumini dhe lidhjet e tjera shkrihen dhe derdhen në shufrat e kërkuara të lidhjeve të aluminit; b. Shufrat e parangrohura vendosen në pajisjet e ekstrudimit për ekstrudim. Nën veprimin e cilindrit kryesor, shufra e lidhjeve të aluminit formohet në profilet e kërkuara përmes zgavrës së formës; c. Për të përmirësuar vetitë mekanike të profileve të aluminit, trajtimi me tretësirë kryhet gjatë ose pas ekstrudimit, i ndjekur nga trajtimi i plakjes. Vetitë mekanike pas trajtimit të plakjes ndryshojnë sipas materialeve dhe regjimeve të ndryshme të plakjes. Statusi i trajtimit termik të profileve të kamionëve të tipit kuti tregohet në Tabelën 2.
Produktet e ekstruduara të lidhjeve të aluminit kanë disa përparësi krahasuar me metodat e tjera të formimit:
a. Gjatë ekstrudimit, metali i ekstruduar merr një stres kompresiv trepalësh më të fortë dhe më uniform në zonën e deformimit sesa me petëzim dhe farkëtim, kështu që mund të luajë plotësisht plasticitetin e metalit të përpunuar. Mund të përdoret për të përpunuar metale të vështira për t'u deformuar që nuk mund të përpunohen me petëzim ose farkëtim dhe mund të përdoret për të bërë komponentë të ndryshëm kompleksë të zbrazët ose të ngurtë me prerje tërthore.
b. Meqenëse gjeometria e profileve të aluminit mund të ndryshojë, përbërësit e tyre kanë ngurtësi të lartë, e cila mund të përmirësojë ngurtësinë e karrocerisë së automjetit, të zvogëlojë karakteristikat e tij NVH dhe të përmirësojë karakteristikat e kontrollit dinamik të automjetit.
c. Produktet me efikasitet ekstrudimi, pas shuarjes dhe plakjes, kanë rezistencë gjatësore (R, Raz) dukshëm më të lartë sesa produktet e përpunuara me metoda të tjera.
d. Sipërfaqja e produkteve pas ekstrudimit ka ngjyrë të mirë dhe rezistencë të mirë ndaj korrozionit, duke eliminuar nevojën për trajtime të tjera sipërfaqësore kundër korrozionit.
e. Përpunimi i ekstrudimit ka fleksibilitet të madh, kosto të ulëta të veglave dhe të formës, si dhe kosto të ulëta të ndryshimit të dizajnit.
f. Për shkak të kontrollueshmërisë së prerjeve tërthore të profileve të aluminit, shkalla e integrimit të komponentëve mund të rritet, numri i komponentëve mund të zvogëlohet dhe dizajne të ndryshme të prerjeve tërthore mund të arrijnë pozicionim të saktë të saldimit.
Krahasimi i performancës midis profileve të aluminit të ekstruduar për kamionë tip kuti dhe çelikut të karbonit të thjeshtë është paraqitur në Tabelën 3.
Drejtimi i Ardhshëm i Zhvillimit të Profileve të Aliazhit të Aluminit për Kamionë të Tipit Kuti: Përmirësimi i mëtejshëm i forcës së profilit dhe rritja e performancës së ekstrudimit. Drejtimi i kërkimit të materialeve të reja për profilet e aliazhit të aluminit për kamionë të tipit kuti tregohet në Figurën 1.
3. Struktura e kamionit prej lidhjeje alumini, analiza e forcës dhe verifikimi
3.1 Struktura e kamionit me kuti prej lidhjeje alumini
Kontejneri i kamionit përbëhet kryesisht nga montimi i panelit të përparmë, montimi i panelit anësor të majtë dhe të djathtë, montimi i panelit anësor të derës së pasme, montimi i dyshemesë, montimi i çatisë, si dhe bulona në formë U, mbrojtëse anësore, mbrojtëse të pasme, mbrojtëse balte dhe aksesorë të tjerë të lidhur me shasinë e klasit të dytë. Trarët tërthor të karrocerisë së kamionit, shtyllat, trarët anësorë dhe panelet e dyerve janë bërë nga profile të ekstruduara të aliazhit të aluminit, ndërsa panelet e dyshemesë dhe të çatisë janë bërë nga pllaka të sheshta të aliazhit të aluminit 5052. Struktura e kamionit të kamionit të kamionit të kamionit të kamionit të kamionit është treguar në Figurën 2.
Duke përdorur procesin e nxjerrjes së nxehtë të lidhjes së aluminit të serisë 6, mund të formohen prerje tërthore komplekse të zbrazëta. Një dizajn i profileve të aluminit me prerje tërthore komplekse mund të kursejë materiale, të përmbushë kërkesat e forcës dhe ngurtësisë së produktit, si dhe të përmbushë kërkesat e lidhjes së ndërsjellë midis komponentëve të ndryshëm. Prandaj, struktura e dizajnit të traut kryesor dhe momentet e inercisë seksionale I dhe momentet rezistuese W janë paraqitur në Figurën 3.
Një krahasim i të dhënave kryesore në Tabelën 4 tregon se momentet e inercisë prerjes dhe momentet e rezistencës së profilit të aluminit të projektuar janë më të mira se të dhënat përkatëse të profilit të trarit të bërë nga hekuri. Të dhënat e koeficientit të ngurtësisë janë afërsisht të njëjta me ato të profilit përkatës të trarit të bërë nga hekuri, dhe të gjitha plotësojnë kërkesat e deformimit.
3.2 Llogaritja e Stresit Maksimal
Duke marrë si objekt komponentin kryesor që mban ngarkesën, traun tërthor, llogaritet stresi maksimal. Ngarkesa e vlerësuar është 1.5 t, dhe trau irthor është bërë nga profili i aliazhit të aluminit 6063-T6 me veti mekanike siç tregohen në Tabelën 5. Trau është thjeshtuar si një strukturë kantilever për llogaritjen e forcës, siç tregohet në Figurën 4.
Duke marrë një tra me hapësirë prej 344 mm, ngarkesa kompresive në tra llogaritet si F=3757 N bazuar në 4.5t, që është trefishi i ngarkesës statike standarde. q=F/L
ku q është stresi i brendshëm i trarit nën ngarkesë, N/mm; F është ngarkesa që mban trari, e llogaritur bazuar në 3 herë ngarkesën statike standarde, e cila është 4.5 t; L është gjatësia e trarit, mm.
Prandaj, tensioni i brendshëm q është:
Formula për llogaritjen e stresit është si më poshtë:
Momenti maksimal është:
Duke marrë vlerën absolute të momentit, M=274283 N·mm, sforcimin maksimal σ=M/(1.05×w)=18.78 MPa, dhe vlerën maksimale të sforcimit σ<215 MPa, e cila përmbush kërkesat.
3.3 Karakteristikat e Lidhjes së Komponentëve të Ndryshëm
Lidhja e aluminit ka veti të dobëta saldimi dhe forca e saj në pikën e saldimit është vetëm 60% e forcës së materialit bazë. Për shkak të mbulesës së një shtrese Al2O3 në sipërfaqen e lidhjes së aluminit, pika e shkrirjes së Al2O3 është e lartë, ndërsa pika e shkrirjes së aluminit është e ulët. Kur lidhja e aluminit saldohet, Al2O3 në sipërfaqe duhet të thyhet shpejt për të kryer saldimin. Në të njëjtën kohë, mbetja e Al2O3 do të mbetet në tretësirën e lidhjes së aluminit, duke ndikuar në strukturën e lidhjes së aluminit dhe duke zvogëluar forcën e pikës së saldimit të lidhjes së aluminit. Prandaj, kur projektohet një enë tërësisht prej alumini, këto karakteristika merren plotësisht në konsideratë. Saldimi është metoda kryesore e pozicionimit dhe komponentët kryesorë që mbajnë ngarkesën lidhen me bulona. Lidhje të tilla si struktura e thumbave dhe ajo e bishtit të pëllumbit tregohen në figurat 5 dhe 6.
Struktura kryesore e trupit të kutisë tërësisht prej alumini përdor një strukturë me trarë horizontalë, shtylla vertikale, trarë anësorë dhe trarë skajorë që ndërthuren me njëri-tjetrin. Ekzistojnë katër pika lidhjeje midis secilës tra horizontal dhe shtyllës vertikale. Pikat e lidhjes janë të pajisura me guarnicione të dhëmbëzuara për t'u lidhur me skajin e dhëmbëzuar të trarit horizontal, duke parandaluar në mënyrë efektive rrëshqitjen. Tetë pikat e qosheve janë të lidhura kryesisht me futje bërthame çeliku, të fiksuara me bulona dhe thumba vetë-mbyllëse, dhe të përforcuara nga pllaka alumini trekëndëshe 5 mm të salduara brenda kutisë për të forcuar pozicionet e qosheve nga brenda. Pamja e jashtme e kutisë nuk ka saldim ose pika lidhjeje të ekspozuara, duke siguruar pamjen e përgjithshme të kutisë.
3.4 Teknologjia e Inxhinierisë Sinkrone SE
Teknologjia e inxhinierisë sinkrone SE përdoret për të zgjidhur problemet e shkaktuara nga devijimet e mëdha të akumuluara të madhësisë për komponentët që përputhen në trupin e kutisë dhe vështirësitë në gjetjen e shkaqeve të boshllëqeve dhe dështimeve të rrafshësisë. Nëpërmjet analizës CAE (shih Figurën 7-8), kryhet një analizë krahasuese me trupat e kutisë të prodhuara nga hekuri për të kontrolluar forcën dhe ngurtësinë e përgjithshme të trupit të kutisë, për të gjetur pikat e dobëta dhe për të marrë masa për të optimizuar dhe përmirësuar skemën e projektimit në mënyrë më efektive.
4. Efekti i lehtësimit të kamionit prej litari alumini
Përveç karrocerisë së kutisë, lidhjet e aluminit mund të përdoren për të zëvendësuar çelikun për komponentë të ndryshëm të kontejnerëve të kamionëve të tipit kuti, siç janë mbrojtëset nga balta, mbrojtëset e pasme, mbrojtëset anësore, çengelët e dyerve, menteshat e dyerve dhe skajet e pasme të platformës, duke arritur një ulje të peshës prej 30% deri në 40% për ndarjen e ngarkesës. Efekti i uljes së peshës për një kontejner ngarkese bosh 4080mm×2300mm×2200mm tregohet në Tabelën 6. Kjo zgjidh në thelb problemet e peshës së tepërt, mosrespektimit të njoftimeve dhe rreziqeve rregullatore të ndarjeve tradicionale të ngarkesës të bëra prej hekuri.
Duke zëvendësuar çelikun tradicional me lidhje alumini për pjesët e automobilave, jo vetëm që mund të arrihen efekte të shkëlqyera të lehtësimit të peshës, por gjithashtu mund të kontribuojë në kursimin e karburantit, uljen e emetimeve dhe përmirësimin e performancës së automjeteve. Aktualisht, ka mendime të ndryshme mbi kontributin e lehtësimit të peshës në kursimin e karburantit. Rezultatet e hulumtimit të Institutit Ndërkombëtar të Aluminit tregohen në Figurën 9. Çdo ulje prej 10% e peshës së automjetit mund të ulë konsumin e karburantit me 6% deri në 8%. Bazuar në statistikat vendase, ulja e peshës së çdo makine pasagjerësh me 100 kg mund të ulë konsumin e karburantit me 0.4 L/100 km. Kontributi i lehtësimit të peshës në kursimin e karburantit bazohet në rezultatet e marra nga metoda të ndryshme kërkimore, kështu që ka disa ndryshime. Megjithatë, lehtësimi i peshës së automobilave ka një ndikim të rëndësishëm në uljen e konsumit të karburantit.
Për automjetet elektrike, efekti i lehtësimit të peshës është edhe më i theksuar. Aktualisht, dendësia e energjisë për njësi e baterive të automjeteve elektrike është dukshëm e ndryshme nga ajo e automjeteve tradicionale me lëndë djegëse të lëngshme. Pesha e sistemit të energjisë (përfshirë baterinë) të automjeteve elektrike shpesh përbën 20% deri në 30% të peshës totale të automjetit. Njëkohësisht, thyerja e bllokimit të performancës së baterive është një sfidë në mbarë botën. Përpara se të ketë një përparim të madh në teknologjinë e baterive me performancë të lartë, lehtësimi i peshës është një mënyrë efektive për të përmirësuar gamën e lundrimit të automjeteve elektrike. Për çdo ulje prej 100 kg në peshë, diapazoni i lundrimit të automjeteve elektrike mund të rritet me 6% deri në 11% (marrëdhënia midis uljes së peshës dhe diapazonit të lundrimit tregohet në Figurën 10). Aktualisht, diapazoni i lundrimit të automjeteve thjesht elektrike nuk mund të përmbushë nevojat e shumicës së njerëzve, por ulja e peshës me një sasi të caktuar mund ta përmirësojë ndjeshëm gamën e lundrimit, duke lehtësuar ankthin e distancës dhe duke përmirësuar përvojën e përdoruesit.
5. Përfundim
Përveç strukturës tërësisht prej alumini të kamionit prej aliazh alumini të prezantuar në këtë artikull, ekzistojnë lloje të ndryshme të kamionëve prej aliazh alumini, siç janë panelet prej alumini në formë hualli bletësh, pllakat e tokëzimit prej alumini, kornizat prej alumini + lëkurat prej alumini dhe kontejnerët hibridë të ngarkesës prej hekuri-alumini. Ato kanë avantazhet e peshës së lehtë, rezistencës së lartë specifike dhe rezistencës së mirë ndaj korrozionit, dhe nuk kërkojnë bojë elektroforetike për mbrojtje nga korrozioni, duke zvogëluar ndikimin mjedisor të bojës elektroforetike. Kamioni prej aliazh alumini zgjidh në thelb problemet e peshës së tepërt, mosrespektimit të njoftimeve dhe rreziqeve rregullatore të ndarjeve tradicionale të ngarkesës prej hekuri.
Ekstrudimi është një metodë thelbësore përpunimi për lidhjet e aluminit, dhe profilet e aluminit kanë veti të shkëlqyera mekanike, kështu që ngurtësia e seksionit të komponentëve është relativisht e lartë. Për shkak të seksionit të ndryshueshëm të tërthortë, lidhjet e aluminit mund të arrijnë kombinimin e funksioneve të shumëfishta të komponentëve, duke e bërë atë një material të mirë për lehtësimin e peshës së automjeteve. Megjithatë, aplikimi i gjerë i lidhjeve të aluminit përballet me sfida të tilla si aftësia e pamjaftueshme e projektimit për ndarjet e ngarkesave të lidhjeve të aluminit, problemet e formimit dhe saldimit, si dhe kostot e larta të zhvillimit dhe promovimit për produktet e reja. Arsyeja kryesore është ende se lidhja e aluminit kushton më shumë se çeliku përpara se ekologjia e riciklimit të lidhjeve të aluminit të bëhet e pjekur.
Si përfundim, fusha e aplikimit të lidhjeve të aluminit në automobila do të bëhet më e gjerë dhe përdorimi i tyre do të vazhdojë të rritet. Në trendet aktuale të kursimit të energjisë, reduktimit të emetimeve dhe zhvillimit të industrisë së automjeteve me energji të re, me thellimin e kuptimit të vetive të lidhjeve të aluminit dhe zgjidhjeve efektive për problemet e aplikimit të lidhjeve të aluminit, materialet e ekstrudimit të aluminit do të përdoren më gjerësisht në lehtësimin e peshës në automobila.
Redaktuar nga May Jiang nga MAT Aluminum
Koha e postimit: 12 janar 2024
