Europejski przemysł samochodowy słynie z zaawansowanej i wysoce innowacyjnej technologii. Wraz z promowaniem polityki oszczędzania energii i redukcji emisji, w celu zmniejszenia zużycia paliwa i emisji dwutlenku węgla, ulepszone i innowacyjnie zaprojektowane stopy aluminium są szeroko stosowane w projektowaniu samochodów. Według statystyk, w ciągu ostatnich dziesięciu lat średnia ilość aluminium stosowanego w samochodach osobowych podwoiła się, a redukcja masy stopów aluminium jest pokazana na poniższym rysunku 1. W oparciu o innowacyjne koncepcje projektowe, trend ten utrzyma się w ciągu najbliższych kilku lat.
W procesie lekkiego rozwoju stopy aluminium stają w obliczu ostrej konkurencji z innymi nowymi materiałami, takimi jak stal o wysokiej wytrzymałości, która nadal może zachować wysoką wytrzymałość po cienkościennej konstrukcji. Ponadto istnieją materiały kompozytowe z magnezu, tytanu, włókna szklanego lub włókna węglowego, z których te ostatnie są już szeroko stosowane w lotnictwie. Teraz koncepcja projektowania wielomateriałowego została zintegrowana z projektowaniem samochodów i podejmowane są wysiłki, aby zastosować odpowiednie materiały do odpowiednich części. Bardzo ważnym wyzwaniem jest problem połączenia i obróbki powierzchni, a opracowano różne rozwiązania, takie jak blok silnika i elementy układu napędowego, konstrukcja ramy (Audi A2, A8, BMW Z8, Lotus Elise), struktura cienkiej płyty (Honda NSX, Jaguar, Rover), zawieszenie (klasa DC-E, Renault, Peugeot) i inne elementy konstrukcyjne. Rysunek 2 przedstawia elementy aluminiowe stosowane w samochodach.
Strategia projektowania BIW
Nadwozie jest najcięższą częścią konwencjonalnego samochodu, stanowiącą 25% do 30% masy pojazdu. W nadwoziu występują dwa projekty strukturalne.
1. „Projekt ramy przestrzennej profilu” dla samochodów małych i średnich:Audi A8 jest typowym przykładem, nadwozie w kolorze białym waży 277 kg, składa się z 59 profili (61 kg), 31 odlewów (39 kg) i 170 blach (177 kg). Są one łączone za pomocą nitowania, spawania MIG, spawania laserowego, innego spawania hybrydowego, klejenia itp.
2. „Konstrukcja monokokowa z blachy kutej matrycowo” do zastosowań w motoryzacji o średniej i dużej pojemności: na przykład Jaguar XJ (X350), model z 2002 r. (jak pokazano na rysunku 4 poniżej), masa 295 kg „tłoczona konstrukcja monokokowa” nadwozie w kolorze białym składało się z 22 profili (21 kg), 15 odlewów (15 kg) i 273 części z blachy (259 kg). Metody łączenia obejmują klejenie, nitowanie i spawanie MIG.
Zastosowanie stopu aluminium na nadwoziu
1. Utwardzony przez starzenie 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 formowalność i odporność na korozję i jest szeroko stosowany.
2. Stop Al-Mg-Mn niepodlegający obróbce cieplnej
Ze względu na specyficzne utwardzanie odkształceniowe stopy Al-Mg-Mn wykazują doskonałą formowalność i wysoką wytrzymałość, a także są szeroko stosowane w gorącowalcowanych i zimnowalcowanych blachach samochodowych oraz rurach hydroformowanych. Zastosowanie w podwoziu lub kołach jest jeszcze bardziej efektywne, ponieważ redukcja masy nieresorowanych ruchomych części 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 złożone podkonstrukcje. Ich duży potencjał w zakresie złożonych projektów i integracji funkcjonalnej sprawia, że najlepiej nadają się do opłacalnej produkcji seryjnej. Ponieważ podczas wytłaczania wymagane jest hartowanie, stosuje się stopy o średniej wytrzymałości 6000 i wysokiej wytrzymałości 7000, które można utwardzać przez starzenie. Formowalność i wytrzymałość końcowa są kontrolowane poprzez utwardzanie przez starzenie poprzez późniejsze ogrzewanie. Profile ze stopów aluminium są głównie stosowane w konstrukcji ram, belkach zderzeniowych i innych elementach zderzeniowych.
4. Odlew aluminiowy
Odlewy są najczęściej stosowanymi elementami aluminiowymi w samochodach, takimi jak bloki silników, 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 zapotrzebowanie na wytrzymałość i trwałość. Jednocześnie odlewy aluminiowe są również stosowane w projektowaniu ram, częściach wałów i elementach konstrukcyjnych, a odlewanie wysokociśnieniowe nowych stopów aluminium AlSiMgMn osiągnęło wyższą wytrzymałość i ciągliwość.
Aluminium jest materiałem z wyboru w wielu zastosowaniach motoryzacyjnych, takich jak podwozie, nadwozie i wiele elementów konstrukcyjnych, ze względu na niską gęstość, dobrą formowalność i dobrą odporność na korozję. Aluminium stosowane w projektowaniu konstrukcji nadwozia może osiągnąć co najmniej 30% redukcji masy pod warunkiem spełnienia wymagań wydajnościowych. Ponadto stopy aluminium można stosować w większości części obecnej pokrywy. W niektórych przypadkach, gdy wymagania wytrzymałościowe są wysokie, stopy serii 7000 mogą nadal zachowywać zalety jakościowe. Dlatego w przypadku zastosowań o dużej objętości, rozwiązania redukcji masy stopu aluminium są najbardziej ekonomiczną metodą.
Edytowane przez May Jiang z MAT Aluminium
Czas publikacji: 08-12-2023
