Introducción
Con el desarrollo de la industria automotriz, el mercado de vigas de impacto de aleación de aluminio también está creciendo rápidamente, aunque aún es relativamente pequeño en tamaño general. Según el pronóstico de la Alianza de Innovación en Tecnología de Ligereza Automotriz para el mercado chino de vigas de impacto de aleación de aluminio, para 2025, se estima que la demanda del mercado será de alrededor de 140.000 toneladas, con un tamaño de mercado esperado que alcance los 4.800 millones de RMB. Para 2030, se proyecta que la demanda del mercado sea de aproximadamente 220.000 toneladas, con un tamaño de mercado estimado de 7.700 millones de RMB, y una tasa de crecimiento anual compuesta de alrededor del 13%. La tendencia de desarrollo de la reducción de peso y el rápido crecimiento de los modelos de vehículos de gama media y alta son factores impulsores importantes para el desarrollo de vigas de impacto de aleación de aluminio en China. Las perspectivas de mercado para las cajas de choque de vigas de impacto para automóviles son prometedoras.
A medida que disminuyen los costos y avanza la tecnología, las barras de impacto frontales y los protectores de impacto de aleación de aluminio se están generalizando. Actualmente, se utilizan en modelos de vehículos de gama media y alta como el Audi A3, el Audi A4L, el BMW Serie 3, el BMW X1, el Mercedes-Benz C260, el Honda CR-V, el Toyota RAV4, el Buick Regal y el Buick LaCrosse.
Las vigas de impacto de aleación de aluminio se componen principalmente de vigas transversales de impacto, cajas de choque, placas base de montaje y manguitos de gancho de remolque, como se muestra en la Figura 1.
Figura 1: Conjunto de viga de impacto de aleación de aluminio
La caja de impacto es una caja metálica ubicada entre la viga de impacto y dos vigas longitudinales del vehículo, que actúa esencialmente como un contenedor que absorbe la energía. Esta energía se refiere a la fuerza del impacto. Cuando un vehículo sufre una colisión, la viga de impacto tiene cierta capacidad de absorber energía. Sin embargo, si la energía excede su capacidad, la transfiere a la caja de impacto. Esta absorbe toda la fuerza del impacto y se deforma, garantizando que las vigas longitudinales permanezcan intactas.
1 Requisitos del producto
1.1 Las dimensiones deben cumplir con los requisitos de tolerancia del dibujo, como se muestra en la Figura 2.
1.3 Requisitos de rendimiento mecánico:
Resistencia a la tracción: ≥215 MPa
Límite elástico: ≥205 MPa
Alargamiento A50: ≥10%
1.4 Rendimiento de aplastamiento de Crash Box:
A lo largo del eje X del vehículo, utilizando una superficie de colisión mayor que la sección transversal del producto, se aplica una carga a una velocidad de 100 mm/min hasta el aplastamiento, con una compresión del 70 %. La longitud inicial del perfil es de 300 mm. En la unión de la nervadura de refuerzo con la pared exterior, las grietas deben ser inferiores a 15 mm para que se consideren aceptables. Se debe garantizar que las grietas permitidas no comprometan la capacidad de absorción de energía de aplastamiento del perfil, y que no haya grietas significativas en otras zonas después del aplastamiento.
2 Enfoque de desarrollo
Para satisfacer simultáneamente los requisitos de rendimiento mecánico y de trituración, el enfoque de desarrollo es el siguiente:
Utilice varilla 6063B con una composición de aleación primaria de Si 0,38-0,41% y Mg 0,53-0,60%.
Realizar enfriamiento por aire y envejecimiento artificial para lograr la condición T6.
Utilice niebla + aire para apagar el aparato y realice un tratamiento de sobreenvejecimiento para lograr la condición T7.
3 Producción piloto
3.1 Condiciones de extrusión
La producción se lleva a cabo en una prensa de extrusión de 2000T con una relación de extrusión de 36. El material utilizado es una varilla de aluminio homogeneizado 6063B. Las temperaturas de calentamiento de la varilla de aluminio son las siguientes: IV zona 450 - III zona 470 - II zona 490 - I zona 500. La presión de ruptura del cilindro principal es de aproximadamente 210 bar, con una presión de extrusión en la fase estable cercana a los 180 bar. La velocidad del eje de extrusión es de 2,5 mm/s y la velocidad de extrusión del perfil es de 5,3 m/min. La temperatura en la salida de la extrusión es de 500-540 °C. El enfriamiento se realiza mediante refrigeración por aire con la potencia del ventilador izquierdo al 100 %, la potencia del ventilador central al 100 % y la potencia del ventilador derecho al 50 %. La velocidad media de enfriamiento en la zona de temple alcanza los 300-350 °C/min, y la temperatura al salir de la zona de temple es de 60-180 °C. En el temple por niebla y aire, la velocidad media de enfriamiento en la zona de calentamiento alcanza los 430-480 °C/min, y la temperatura al salir de la zona de temple es de 50-70 °C. El perfil no presenta flexión significativa.
3.2 Envejecimiento
Tras el proceso de envejecimiento T6 a 185°C durante 6 horas, la dureza y las propiedades mecánicas del material son las siguientes:
Según el proceso de envejecimiento T7 a 210°C durante 6 horas y 8 horas, la dureza y las propiedades mecánicas del material son las siguientes:
Según los datos de las pruebas, el método de enfriamiento por niebla y aire, combinado con el proceso de envejecimiento a 210 °C/6 h, cumple con los requisitos de rendimiento mecánico y de pruebas de aplastamiento. Considerando la rentabilidad, se seleccionaron el método de enfriamiento por niebla y aire y el proceso de envejecimiento a 210 °C/6 h para la producción a fin de cumplir con los requisitos del producto.
3.3 Prueba de aplastamiento
Para la segunda y tercera varillas, se corta el extremo de la cabeza a 1,5 m y el extremo de la cola a 1,2 m. Se toman dos muestras de 300 mm de longitud de cada sección de la cabeza, la sección media y la sección de la cola. Se realizan ensayos de aplastamiento tras el envejecimiento a 185 °C/6 h y 210 °C/6 h y 8 h (datos de rendimiento mecánico mencionados anteriormente) en una máquina universal de ensayos de materiales. Los ensayos se realizan a una velocidad de carga de 100 mm/min con una compresión del 70 %. Los resultados son los siguientes: para el temple por niebla + aire con los procesos de envejecimiento a 210 °C/6 h y 8 h, los ensayos de aplastamiento cumplen los requisitos, como se muestra en la Figura 3-2, mientras que las muestras templadas al aire presentan agrietamiento en todos los procesos de envejecimiento.
En base a los resultados de las pruebas de trituración, el enfriamiento por niebla + aire con procesos de envejecimiento a 210 °C/6 h y 8 h satisface los requisitos del cliente.
4 Conclusión
La optimización de los procesos de enfriamiento y envejecimiento es crucial para el desarrollo exitoso del producto y proporciona una solución de proceso ideal para el producto de caja de choque.
A través de pruebas exhaustivas, se ha determinado que el estado del material para el producto de caja de choque debe ser 6063-T7, el método de enfriamiento es enfriamiento por niebla + aire y el proceso de envejecimiento a 210 °C/6 h es la mejor opción para extruir varillas de aluminio con temperaturas que van desde 480-500 °C, velocidad del eje de extrusión de 2,5 mm/s, temperatura de la matriz de extrusión de 480 °C y temperatura de salida de extrusión de 500-540 °C.
Editado por May Jiang de MAT Aluminum
Hora de publicación: 07-05-2024
