Europejski przemysł motoryzacyjny słynie z zaawansowanego i wysoce innowacyjnego. Promując politykę oszczędzania energii i redukcji emisji, w celu zmniejszenia zużycia paliwa i emisji dwutlenku węgla, w projektowaniu samochodów powszechnie stosuje się ulepszone i innowacyjnie zaprojektowane stopy aluminium. Według statystyk, w ciągu ostatnich dziesięciu lat średnia ilość aluminium stosowanego w samochodach osobowych podwoiła się, a redukcję masy stopów aluminium przedstawiono na rysunku 1 poniżej. W oparciu o innowacyjne koncepcje projektowe, trend ten będzie kontynuowany w ciągu najbliższych kilku lat.
W procesie rozwoju lekkich stopów aluminium, stopy aluminium stają w obliczu ostrej konkurencji z innymi nowymi materiałami, takimi jak stal o wysokiej wytrzymałości, która nadal może utrzymać wysoką wytrzymałość po zastosowaniu cienkościennych konstrukcji. Ponadto istnieją materiały kompozytowe z magnezu, tytanu, szkła lub włókna węglowego, z których te ostatnie są już szeroko stosowane w przemyśle lotniczym. Obecnie koncepcję projektowania wielomateriałowego włączono do projektowania samochodów i podejmuje się wysiłki, aby zastosować odpowiednie materiały w odpowiednich częściach. Bardzo ważnym wyzwaniem jest problem połączenia i obróbki powierzchni, przy czym opracowano różne rozwiązania, takie jak elementy bloku silnika i układu napędowego, konstrukcja ramy (Audi A2, A8, BMW Z8, Lotus Elise), konstrukcja cienkościenna (Honda NSX , Jaguar, Rover), zawieszeń (klasa DC-E, Renault, Peugeot) i innych elementów konstrukcyjnych. Rysunek 2 przedstawia komponenty aluminium stosowane w samochodach.
Strategia projektowania BIW
Białe nadwozie to najcięższa część konwencjonalnego samochodu, stanowiąca od 25% do 30% masy pojazdu. W wersji nadwozia w kolorze białym dostępne są dwie wersje konstrukcyjne.
1. „Konstrukcja ramy przestrzennej” dla samochodów małych i średnichTypowym przykładem jest Audi A8, nadwozie w kolorze białym waży 277 kg, składa się z 59 profili (61 kg), 31 odlewów (39 kg) i 170 blach (177 kg). Łączy się je poprzez nitowanie, spawanie MIG, spawanie laserowe, inne spawanie hybrydowe, klejenie itp.
2. „Konstrukcja skorupowa z kutej blachy” do zastosowań samochodowych o średniej i dużej pojemności: przykładowo Jaguar XJ (X350), model 2002 (jak pokazano na rysunku 4 poniżej), masa 295 kg „tłoczone nadwozie typu monocoque” nadwozie w kolorze białym składało się z 22 profili (21 kg), 15 odlewów (15 kg) i 273 części blaszanych (259 kg). Metody łączenia obejmują klejenie, nitowanie i spawanie MIG.
Zastosowanie stopu aluminium na korpusie
1. Utwardzony wydzieleniowo stop Al-Mg-Si
Stopy serii 6000 zawierają magnez i krzem i są obecnie stosowane w blachach karoserii samochodowych jako A6016, A6111 i A6181A. W Europie 1-1,2 mm EN-6016 ma doskonałą odkształcalność i odporność na korozję i jest szeroko stosowany.
2. Niepoddający się obróbce cieplnej stop Al-Mg-Mn
Ze względu na specyficzne utwardzanie przy wysokim odkształceniu stopy Al-Mg-Mn wykazują doskonałą odkształcalność i wysoką wytrzymałość i są szeroko stosowane w samochodowych blachach walcowanych na gorąco i na zimno oraz rurach hydroformowanych. Zastosowanie w podwoziu lub kołach jest jeszcze bardziej efektywne, ponieważ redukcja masy nieresorowanych części ruchomych dodatkowo zwiększa komfort jazdy i zmniejsza poziom hałasu.
3. Profil aluminiowy
W Europie zaproponowano zupełnie nowe koncepcje samochodów oparte na konstrukcji profili aluminiowych, na przykład ramy ze stopów aluminium i skomplikowane podkonstrukcje. Ich duży potencjał w zakresie złożonych projektów i integracji funkcjonalnej sprawia, że najlepiej nadają się do ekonomicznej produkcji seryjnej. Ponieważ podczas wytłaczania wymagane jest hartowanie, stosuje się stopy utwardzalne wydzieleniowo o średniej wytrzymałości 6000 i wysokiej wytrzymałości 7000. Odkształcalność i ostateczna wytrzymałość są kontrolowane poprzez utwardzanie poprzez późniejsze ogrzewanie. Profile ze stopów aluminium są stosowane głównie w konstrukcji ram, belek zderzakowych i innych elementów zderzeniowe.
4. Odlew aluminiowy
Odlewy to najczęściej stosowane elementy aluminiowe w samochodach, takie jak bloki silnika, głowice cylindrów i specjalne elementy podwozia. Nawet silniki Diesla, które znacznie zwiększyły swój udział w rynku w Europie, przechodzą na odlewy aluminiowe ze względu na rosnące wymagania dotyczące wytrzymałości i trwałości. Jednocześnie odlewy aluminiowe są również stosowane w konstrukcji ram, części wałów i elementów konstrukcyjnych, a odlewanie pod wysokim ciśnieniem nowych stopów aluminium AlSiMgMn pozwoliło uzyskać wyższą wytrzymałość i plastyczność.
Aluminium jest materiałem wybieranym do wielu zastosowań motoryzacyjnych, takich jak podwozia, nadwozie i wiele elementów konstrukcyjnych, ze względu na jego niską gęstość, dobrą odkształcalność i dobrą odporność na korozję. Aluminium użyte w konstrukcji nadwozia może osiągnąć co najmniej 30% redukcję masy pod warunkiem spełnienia wymagań eksploatacyjnych. Na większość części obecnej osłony można również zastosować stopy aluminium. W niektórych przypadkach przy wysokich wymaganiach wytrzymałościowych stopy serii 7000 mogą nadal zachować przewagę jakościową. Dlatego w przypadku zastosowań o dużej objętości najbardziej ekonomiczną metodą są rozwiązania w zakresie redukcji masy ze stopów aluminium.
Pod redakcją May Jiang z MAT Aluminium
Czas publikacji: 8 grudnia 2023 r
