Η ευρωπαϊκή αυτοκινητοβιομηχανία φημίζεται για την προηγμένη και εξαιρετικά καινοτόμο τεχνολογία της. Με την προώθηση πολιτικών εξοικονόμησης ενέργειας και μείωσης των εκπομπών, με σκοπό τη μείωση της κατανάλωσης καυσίμου και των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα, τα βελτιωμένα και καινοτόμα σχεδιασμένα κράματα αλουμινίου χρησιμοποιούνται ευρέως στον σχεδιασμό αυτοκινήτων. Σύμφωνα με στατιστικά στοιχεία, τα τελευταία δέκα χρόνια, η μέση ποσότητα αλουμινίου που χρησιμοποιείται στα επιβατικά αυτοκίνητα έχει διπλασιαστεί και η μείωση βάρους των κραμάτων αλουμινίου φαίνεται στο Σχήμα 1 παρακάτω. Με βάση τις καινοτόμες σχεδιαστικές ιδέες, αυτή η τάση θα συνεχιστεί τα επόμενα χρόνια.
Στη διαδικασία ανάπτυξης ελαφρού βάρους, τα κράματα αλουμινίου αντιμετωπίζουν έντονο 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 στον σχεδιασμό αυτοκινήτων και καταβάλλονται 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 συστήματος μετάδοσης κίνησης, σχεδιασμός πλαισίου (Audi A2, A8, BMW Z8, Lotus Elise), δομή λεπτών πλακών (Honda NSX, Jaguar, Rover), ανάρτηση (DC-E class, Renault, Peugeot) και σχεδιασμός άλλων δομικών στοιχείων. Το Σχήμα 2 δείχνει τα εξαρτήματα αλουμινίου που χρησιμοποιούνται στα αυτοκίνητα.
Στρατηγική Σχεδιασμού BIW
Το αμάξωμα σε λευκό χρώμα είναι το βαρύτερο μέρος ενός συμβατικού αυτοκινήτου, αντιπροσωπεύοντας το 25% έως 30% του βάρους του οχήματος. Υπάρχουν δύο δομικά σχέδια στο σχεδιασμό του αμαξώματος σε λευκό χρώμα.
1. «Σχεδιασμός πλαισίου προφίλ» για μικρά και μεσαία αυτοκίνηταΤο Audi A8 είναι ένα τυπικό παράδειγμα, το αμάξωμα σε λευκό χρώμα ζυγίζει 277 κιλά, αποτελείται από 59 προφίλ (61 κιλά), 31 χυτά (39 κιλά) και 170 λαμαρίνες (177 κιλά). Συνδέονται με πριτσίνια, συγκόλληση MIG, συγκόλληση με λέιζερ, άλλες υβριδικές συγκολλήσεις, κόλλα κ.λπ.
2. «Μονόκοκκη δομή από σφυρήλατο μεταλλικό φύλλο» για εφαρμογές αυτοκινήτων μεσαίου έως μεγάλου κυβισμούΓια παράδειγμα, Jaguar XJ (X350), μοντέλο 2002 (όπως φαίνεται στο Σχήμα 4 παρακάτω), μάζας 295 kg, «σφραγισμένο αμάξωμα με μονοκόκ δομή», το αμάξωμα σε λευκό χρώμα αποτελούνταν από 22 προφίλ (21 kg), 15 χυτά τμήματα (15 kg) και 273 μεταλλικά μέρη (259 kg). Οι μέθοδοι σύνδεσης περιλαμβάνουν συγκόλληση, πριτσίνια και συγκόλληση MIG.
Εφαρμογή κράματος αλουμινίου στο σώμα
1. Κράμα Al-Mg-Si σκληρυμένο με γήρανση
Τα κράματα της σειράς 6000 περιέχουν μαγνήσιο και πυρίτιο και χρησιμοποιούνται σήμερα 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. Κράμα Al-Mg-Mn που δεν επιδέχεται θερμική επεξεργασία
Λόγω της ειδικής σκλήρυνσης υψηλής παραμόρφωσης, τα κράματα Al-Mg-Mn παρουσιάζουν εξαιρετική διαμορφωσιμότητα και υψηλή αντοχή και χρησιμοποιούνται ευρέως σε φύλλα θερμής και ψυχρής έλασης και υδροδιαμορφωμένους σωλήνες αυτοκινήτων. Η εφαρμογή στο πλαίσιο ή στους τροχούς είναι ακόμη πιο αποτελεσματική επειδή η μείωση της μάζας των μη αναρτημένων κινούμενων μερών βελτιώνει επιπλέον την άνεση οδήγησης και μειώνει τα επίπεδα θορύβου.
3. Προφίλ αλουμινίου
Στην Ευρώπη, προτάθηκαν εντελώς νέες ιδέες αυτοκινήτων βασισμένες στο σχεδιασμό προφίλ αλουμινίου, για παράδειγμα, πλαίσια από κράμα αλουμινίου και σύνθετες υποδομές. Το μεγάλο δυναμικό τους για σύνθετα σχέδια και λειτουργική ενσωμάτωση τα καθιστά ιδανικά για οικονομικά αποδοτική σειριακή παραγωγή. Επειδή απαιτείται σκλήρυνση κατά την εξώθηση, χρησιμοποιούνται κράματα μέτριας αντοχής 6000 και υψηλής αντοχής 7000 που σκληρύνονται με την ηλικία. Η διαμορφωσιμότητα και η τελική αντοχή ελέγχονται μέσω σκλήρυνσης με την ηλικία μέσω επακόλουθης θέρμανσης. Τα προφίλ κραμάτων αλουμινίου χρησιμοποιούνται κυρίως στο σχεδιασμό πλαισίων, δοκών πρόσκρουσης και άλλων εξαρτημάτων πρόσκρουσης.
4. Χύτευση αλουμινίου
Τα χυτά εξαρτήματα είναι τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα εξαρτήματα αλουμινίου στα αυτοκίνητα, όπως μπλοκ κινητήρων, κυλινδροκεφαλές και ειδικά εξαρτήματα πλαισίου. Ακόμη και οι κινητήρες ντίζελ, οι οποίοι έχουν αυξήσει σημαντικά το μερίδιο αγοράς τους στην Ευρώπη, στρέφονται σε χυτά αλουμινίου λόγω των αυξανόμενων απαιτήσεων για αντοχή και ανθεκτικότητα. Ταυτόχρονα, τα χυτά αλουμινίου χρησιμοποιούνται επίσης στον σχεδιασμό πλαισίων, εξαρτημάτων άξονα και δομικών εξαρτημάτων, και η χύτευση υψηλής πίεσης νέων κραμάτων αλουμινίου AlSiMgMn έχει επιτύχει υψηλότερη αντοχή και ολκιμότητα.
Το αλουμίνιο είναι το υλικό επιλογής για πολλές εφαρμογές στην αυτοκινητοβιομηχανία, όπως το σασί, το αμάξωμα και πολλά δομικά εξαρτήματα, λόγω της χαμηλής πυκνότητάς του, της καλής διαμορφωσιμότητας και της καλής αντοχής στη διάβρωση. Το αλουμίνιο που χρησιμοποιείται στο σχεδιασμό δομών αμαξώματος μπορεί να επιτύχει μείωση βάρους τουλάχιστον 30% υπό την προϋπόθεση ότι πληροί τις απαιτήσεις απόδοσης. Επίσης, τα κράματα αλουμινίου μπορούν να εφαρμοστούν στα περισσότερα μέρη του τρέχοντος καλύμματος. Σε ορισμένες περιπτώσεις με απαιτήσεις υψηλής αντοχής, τα κράματα σειράς 7000 μπορούν να διατηρήσουν τα ποιοτικά πλεονεκτήματα. Επομένως, για εφαρμογές μεγάλου όγκου, οι λύσεις μείωσης βάρους από κράμα αλουμινίου είναι η πιο οικονομική μέθοδος.
Επιμέλεια: May Jiang από το MAT Aluminum
Ώρα δημοσίευσης: 08-12-2023
