Европейската автомобилна индустрия е известна със своите напреднали и високо иновативни технологии. С насърчаването на политиките за пестене на енергия и намаляване на емисиите, с цел намаляване на разхода на гориво и емисиите на въглероден диоксид, подобрените и иновативно проектирани алуминиеви сплави се използват широко в автомобилния дизайн. Според статистиката, през последните десет години средното количество алуминий, използвано в леките автомобили, се е удвоило, а намаляването на теглото на алуминиевите сплави е показано на Фигура 1 по-долу. Въз основа на иновативни дизайнерски концепции, тази тенденция ще продължи през следващите няколко години.
В процеса на разработване на леки конструкции, алуминиевите сплави се сблъскват с ожесточена конкуренция с други нови материали, като например високоякостна стомана, която все още може да поддържа висока якост дори след тънкостенно проектиране. Освен това съществуват магнезиеви, титаниеви, стъклени или въглеродни влакнести композитни материали, последните от които вече се използват широко в аерокосмическата индустрия. Сега концепцията за многоматериален дизайн е интегрирана в автомобилния дизайн и се полагат усилия за прилагане на подходящи материали към подходящи части. Много важно предизвикателство е проблемът със свързването и обработката на повърхността и са разработени различни решения, като например компоненти на блока на двигателя и силовото предаване, дизайн на рамата (Audi A2, A8, BMW Z8, Lotus Elise), тънколистова конструкция (Honda NSX, Jaguar, Rover), окачване (DC-E клас, Renault, Peugeot) и други структурни компоненти. Фигура 2 показва компонентите от алуминий, използвани в автомобилите.
Стратегия за проектиране на BIW
Каросерията в бяло е най-тежката част на конвенционалния автомобил, представляваща 25% до 30% от теглото на превозното средство. В дизайна на каросерията в бяло има два структурни дизайна.
1. „Дизайн на рамката с профилно пространство“ за малки и средни автомобилиAudi A8 е типичен пример, каросерията в бяло тежи 277 кг, състои се от 59 профила (61 кг), 31 отливки (39 кг) и 170 ламарини (177 кг). Съединяват се чрез нитове, MIG заваряване, лазерно заваряване, други хибридни заварявания, лепене и др.
2. „Кована монококова конструкция от листов метал“ за автомобили със среден до голям капацитетНапример, Jaguar XJ (X350), модел 2002 г. (както е показано на Фигура 4 по-долу), маса 295 кг, „щампована каросерия монококова конструкция“, каросерията в бяло се състои от 22 профила (21 кг), 15 отливки (15 кг) и 273 листови метални части (259 кг). Методите на свързване включват залепване, нитоване и MIG заваряване.
Нанасяне на алуминиева сплав върху тялото
1. Закалена с възрастта Al-Mg-Si сплав
Сплавите от серия 6000 съдържат магнезий и силиций и понастоящем се използват в автомобилните каросерийни листове като A6016, A6111 и A6181A. В Европа EN-6016 с дебелина 1-1,2 мм има отлична формовъчност и устойчивост на корозия и е широко използван.
2. Нетермично обработваема Al-Mg-Mn сплав
Поради специфичното си високодеформационно втвърдяване, сплавите Al-Mg-Mn показват отлична формовъчност и висока якост и се използват широко в автомобилните горещовалцувани и студеновалцувани листове и хидроформовани тръби. Приложението им в шаситата или колелата е още по-ефективно, тъй като намаляването на масата на непружиновите движещи се части допълнително подобрява комфорта на шофиране и намалява нивата на шум.
3. Алуминиев профил
В Европа бяха предложени напълно нови автомобилни концепции, базирани на дизайн на алуминиеви профили, например рамки от алуминиеви сплави и сложни подконструкции. Големият им потенциал за сложни дизайни и функционална интеграция ги прави най-подходящи за рентабилно серийно производство. Тъй като по време на екструдирането се изисква закаляване, се използват закаляеми сплави със средна якост 6000 и висока якост 7000. Формовъчността и максималната якост се контролират чрез закаляване при стареене чрез последващо нагряване. Профилите от алуминиеви сплави се използват главно в дизайна на рамки, греди за катастрофи и други компоненти при катастрофи.
4. Алуминиево леене
Отливките са най-широко използваните алуминиеви компоненти в автомобилите, като например блокове на двигатели, цилиндрови глави и специални компоненти на шаситата. Дори дизеловите двигатели, чийто пазарен дял в Европа значително се е увеличил, преминават към алуминиеви отливки поради нарастващите изисквания за здравина и издръжливост. В същото време алуминиевите отливки се използват и в дизайна на рамата, частите на валовете и структурните части, а леенето под високо налягане на нови алуминиеви сплави AlSiMgMn е постигнало по-висока якост и пластичност.
Алуминият е предпочитаният материал за много автомобилни приложения, като шасита, каросерия и много структурни компоненти, поради ниската си плътност, добрата формовъчност и добрата устойчивост на корозия. Алуминият, използван в дизайна на каросерийната конструкция, може да постигне поне 30% намаление на теглото, при условие че отговаря на изискванията за производителност. Също така, алуминиевите сплави могат да се използват за повечето части от съществуващия капак. В някои случаи с високи изисквания за якост, сплавите от серия 7000 все още могат да запазят предимствата на качеството. Следователно, за приложения с голям обем, решенията за намаляване на теглото от алуминиеви сплави са най-икономичният метод.
Редактирано от Мей Джианг от MAT Aluminum
Време на публикуване: 08 декември 2023 г.
