Η ευρωπαϊκή αυτοκινητοβιομηχανία φημίζεται για την προηγμένη και εξαιρετικά καινοτόμο της. Με την προώθηση πολιτικών εξοικονόμησης ενέργειας και μείωσης των εκπομπών, προκειμένου να μειωθεί η κατανάλωση καυσίμου και οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα, βελτιωμένα και καινοτόμα κράματα αλουμινίου χρησιμοποιούνται ευρέως στο σχεδιασμό αυτοκινήτων. Σύμφωνα με στατιστικά στοιχεία, τα τελευταία δέκα χρόνια, η μέση ποσότητα αλουμινίου που χρησιμοποιείται στα επιβατικά αυτοκίνητα έχει διπλασιαστεί και η μείωση του βάρους των κραμάτων αλουμινίου φαίνεται στο Σχήμα 1 παρακάτω. Βασισμένη σε καινοτόμες σχεδιαστικές ιδέες, αυτή η τάση θα συνεχιστεί τα επόμενα χρόνια.
Στη διαδικασία ανάπτυξης ελαφρού βάρους, τα κράματα αλουμινίου αντιμετωπίζουν σκληρό ανταγωνισμό με άλλα νέα υλικά, όπως ο χάλυβας υψηλής αντοχής, ο οποίος μπορεί να διατηρήσει υψηλή αντοχή μετά από σχεδιασμό με λεπτά τοιχώματα. Επιπλέον, υπάρχουν σύνθετα υλικά από μαγνήσιο, τιτάνιο, γυαλί ή ανθρακονήματα, τα τελευταία από τα οποία χρησιμοποιούνται ήδη ευρέως στην αεροδιαστημική. Τώρα η έννοια του σχεδιασμού πολλαπλών υλικών έχει ενσωματωθεί στη σχεδίαση αυτοκινήτων και γίνονται προσπάθειες για την εφαρμογή κατάλληλων υλικών σε κατάλληλα εξαρτήματα. Μια πολύ σημαντική πρόκληση είναι το πρόβλημα της σύνδεσης και της επιφανειακής επεξεργασίας και έχουν αναπτυχθεί διάφορες λύσεις, όπως εξαρτήματα μπλοκ κινητήρα και κινητήρων, σχεδιασμός πλαισίου (Audi A2, A8, BMW Z8, Lotus Elise), δομή λεπτής πλάκας (Honda NSX , Jaguar, Rover), σχεδίαση αναρτήσεων (κατηγορίας DC-E, Renault, Peugeot) και άλλων δομικών στοιχείων. Το σχήμα 2 δείχνει τα συστατικά του αλουμινίου που χρησιμοποιούνται στα αυτοκίνητα.
Στρατηγική σχεδίασης BIW
Το αμάξωμα σε λευκό είναι το βαρύτερο μέρος ενός συμβατικού αυτοκινήτου, αντιπροσωπεύοντας το 25% έως 30% του βάρους του οχήματος. Υπάρχουν δύο δομικά σχέδια στο σώμα σε λευκό σχέδιο.
1 "Σχεδίαση διαστημικού πλαισίου προφίλ" για αυτοκίνητα μικρού και μεσαίου μεγέθους: Το Audi A8 είναι χαρακτηριστικό παράδειγμα, το αμάξωμα σε λευκό ζυγίζει 277 κιλά, αποτελείται από 59 προφίλ (61 κιλά), 31 χυτά (39 κιλά) και 170 λαμαρίνες (177 κιλά). Συνδέονται με πριτσίνωμα, συγκόλληση MIG, συγκόλληση με λέιζερ, άλλες υβριδικές συγκολλήσεις, κόλληση κ.λπ.
2. "Μονοκοκ δομή από σφυρήλατο φύλλο μετάλλου" για εφαρμογές μεσαίου έως μεγάλου κυβισμού αυτοκινήτων: για παράδειγμα, Jaguar XJ (X350), μοντέλο του 2002 (όπως φαίνεται στην Εικόνα 4 παρακάτω), μάζα 295 kg "stamped body monocoque structure" σώμα σε λευκό αποτελούμενο από 22 προφίλ (21 kg), 15 χύτευση (15 kg) και 273 εξαρτήματα λαμαρίνας (259 κιλά). Οι μέθοδοι σύνδεσης περιλαμβάνουν συγκόλληση, πριτσίνωμα και συγκόλληση MIG.
Εφαρμογή κράματος αλουμινίου στο σώμα
1. Σκληρυμένο με ηλικία κράμα Al-Mg-Si
Τα κράματα της σειράς 6000 περιέχουν μαγνήσιο και πυρίτιο και χρησιμοποιούνται επί του παρόντος σε φύλλα αμαξώματος αυτοκινήτων ως A6016, A6111 και A6181A. Στην Ευρώπη, το EN-6016 1-1,2 mm έχει εξαιρετική ικανότητα διαμόρφωσης και αντοχή στη διάβρωση και χρησιμοποιείται ευρέως.
2. Μη θερμικά επεξεργάσιμο κράμα Al-Mg-Mn
Λόγω της ειδικής σκλήρυνσης σε υψηλές τάσεις, τα κράματα Al-Mg-Mn παρουσιάζουν εξαιρετική μορφοποίηση και υψηλή αντοχή και χρησιμοποιούνται ευρέως σε φύλλα θερμής και ψυχρής έλασης αυτοκινήτων και υδρομορφοποιημένους σωλήνες. Η εφαρμογή στο πλαίσιο ή τους τροχούς είναι ακόμη πιο αποτελεσματική, επειδή η μείωση της μάζας των μη αναρτημένων κινητών μερών βελτιώνει επιπλέον την οδηγική άνεση και μειώνει τα επίπεδα θορύβου.
3. Προφίλ αλουμινίου
Στην Ευρώπη, προτάθηκαν εντελώς νέες ιδέες αυτοκινήτου με βάση το σχεδιασμό προφίλ αλουμινίου, για παράδειγμα, πλαίσια από κράμα αλουμινίου και σύνθετες υποδομές. Οι μεγάλες δυνατότητές τους για πολύπλοκα σχέδια και λειτουργική ολοκλήρωση τα καθιστούν τα καλύτερα κατάλληλα για οικονομική σειρά παραγωγής. Επειδή απαιτείται σβέση κατά τη διάρκεια της εξώθησης, χρησιμοποιούνται κράματα σκληρυνόμενα με γήρανση μέσης αντοχής 6000 και υψηλής αντοχής 7000. Η μορφοποίηση και η τελική αντοχή ελέγχονται μέσω της σκλήρυνσης κατά την ηλικία με επακόλουθη θέρμανση. Τα προφίλ από κράμα αλουμινίου χρησιμοποιούνται κυρίως στη σχεδίαση πλαισίου, δοκούς σύγκρουσης και άλλα εξαρτήματα σύγκρουσης.
4. Χύτευση αλουμινίου
Τα χυτά είναι τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα εξαρτήματα αλουμινίου στα αυτοκίνητα, όπως μπλοκ κινητήρα, κυλινδροκεφαλές και ειδικά εξαρτήματα πλαισίου. Ακόμη και οι κινητήρες ντίζελ, οι οποίοι έχουν αυξήσει σημαντικά το μερίδιο αγοράς τους στην Ευρώπη, στρέφονται προς τα χυτά αλουμίνια λόγω των αυξανόμενων απαιτήσεων για αντοχή και ανθεκτικότητα. Ταυτόχρονα, τα προϊόντα χύτευσης αλουμινίου χρησιμοποιούνται επίσης στη σχεδίαση πλαισίων, εξαρτημάτων άξονα και δομικών μερών και η χύτευση υψηλής πίεσης νέων κραμάτων αλουμινίου AlSiMgMn έχει επιτύχει υψηλότερη αντοχή και ολκιμότητα.
Το αλουμίνιο είναι το υλικό επιλογής για πολλές εφαρμογές αυτοκινήτων, όπως σασί, αμάξωμα και πολλά δομικά εξαρτήματα λόγω της χαμηλής πυκνότητάς του, της καλής μορφοποίησης και της καλής αντοχής στη διάβρωση. Το αλουμίνιο που χρησιμοποιείται στο σχεδιασμό της δομής του αμαξώματος μπορεί να επιτύχει μείωση βάρους τουλάχιστον 30% υπό την προϋπόθεση ότι πληροί τις απαιτήσεις απόδοσης. Επίσης, κράματα αλουμινίου μπορούν να εφαρμοστούν στα περισσότερα μέρη του καλύμματος ρεύματος. Σε ορισμένες περιπτώσεις με απαιτήσεις υψηλών αντοχών, τα κράματα της σειράς 7000 μπορούν να διατηρήσουν πλεονεκτήματα ποιότητας. Επομένως, για εφαρμογές μεγάλου όγκου, οι λύσεις μείωσης βάρους από κράμα αλουμινίου είναι η πιο οικονομική μέθοδος.
Επιμέλεια May Jiang από το MAT Aluminium
Ώρα δημοσίευσης: Δεκ-08-2023
