Європейська автомобільна промисловість славиться своїми передовими та високоінноваційними розробками. Завдяки просуванню політики енергозбереження та скорочення викидів, з метою зменшення споживання палива та викидів вуглекислого газу, вдосконалені та інноваційно розроблені алюмінієві сплави широко використовуються в автомобільному дизайні. Згідно зі статистикою, за останні десять років середня кількість алюмінію, що використовується в легкових автомобілях, подвоїлася, а зниження ваги алюмінієвих сплавів показано на рисунку 1 нижче. Завдяки інноваційним концепціям дизайну ця тенденція продовжиться в наступні кілька років.
У процесі розробки легких конструкцій алюмінієві сплави стикаються з жорсткою конкуренцією з боку інших нових матеріалів, таких як високоміцна сталь, яка все ще може зберігати високу міцність після тонкостінного проектування. Крім того, існують композитні матеріали з магнію, титану, скловолокна або вуглецевого волокна, останні з яких вже широко використовуються в аерокосмічній галузі. Зараз концепція багатоматеріального проектування інтегрована в автомобільне проектування, і докладаються зусилля для застосування відповідних матеріалів до відповідних деталей. Дуже важливою проблемою є проблема з'єднання та обробки поверхні, і було розроблено різні рішення, такі як компоненти блоку двигуна та силового агрегату, конструкція рами (Audi A2, A8, BMW Z8, Lotus Elise), тонколистова конструкція (Honda NSX, Jaguar, Rover), підвіска (клас DC-E, Renault, Peugeot) та інші структурні компоненти. На рисунку 2 показано компоненти з алюмінію, що використовуються в автомобілях.
Стратегія дизайну BIW
Кузов у білому кольорі є найважчою частиною звичайного автомобіля, на яку припадає від 25% до 30% ваги транспортного засобу. У кузові в білому кольорі є два конструктивні рішення.
1. «Профільна просторова конструкція рами» для автомобілів малого та середнього розміруТиповим прикладом є Audi A8, кузов білого кольору важить 277 кг, складається з 59 профілів (61 кг), 31 виливки (39 кг) та 170 листового металу (177 кг). Вони з'єднуються за допомогою заклепок, MIG-зварювання, лазерного зварювання, інших гібридних методів зварювання, склеювання тощо.
2. «Кована монококова конструкція з листового металу» для автомобілів середньої та великої вантажопідйомностіНаприклад, Jaguar XJ (X350), модель 2002 року (як показано на рисунку 4 нижче), маса 295 кг, кузов «штампований монокок», білий, складався з 22 профілів (21 кг), 15 виливків (15 кг) та 273 деталей з листового металу (259 кг). Методи з'єднання включають склеювання, заклепки та зварювання MIG.
Нанесення алюмінієвого сплаву на корпус
1. Зміцнений старінням сплав Al-Mg-Si
Сплави серії 6000 містять магній та кремній і наразі використовуються в автомобільних кузовних листах під назвами A6016, A6111 та A6181A. У Європі EN-6016 товщиною 1-1,2 мм має чудову формуваність та стійкість до корозії і широко використовується.
2. Нетермічно обробляємий сплав Al-Mg-Mn
Завдяки своєму специфічному високому зміцненню, сплави Al-Mg-Mn демонструють чудову формуваність і високу міцність, і широко використовуються в автомобільних гарячекатаних і холоднокатаних листах і гідроформованих трубах. Застосування в шасі або колесах є ще ефективнішим, оскільки зменшення маси непружинних рухомих частин додатково підвищує комфорт водіння та знижує рівень шуму.
3. Алюмінієвий профіль
У Європі було запропоновано абсолютно нові концепції автомобілів на основі конструкції алюмінієвих профілів, наприклад, рами з алюмінієвих сплавів та складні підконструкції. Їхній великий потенціал для складних конструкцій та функціональної інтеграції робить їх найкращими для економічно ефективного серійного виробництва. Оскільки під час екструзії потрібне гартування, використовуються сплави середньої міцності 6000 та високої міцності 7000, що гартуються старінням. Формовуваність та гранична міцність контролюються шляхом гартування старінням шляхом подальшого нагрівання. Профілі з алюмінієвих сплавів в основному використовуються в конструкції рам, аварійних балок та інших компонентів аварій.
4. Алюмінієве лиття
Лиття є найпоширенішими алюмінієвими компонентами в автомобілях, такими як блоки двигунів, головки блоку циліндрів та спеціальні компоненти шасі. Навіть дизельні двигуни, які значно збільшили свою частку ринку в Європі, переходять на алюмінієве лиття через зростаючі вимоги до міцності та довговічності. Водночас алюмінієве лиття також використовується в конструкції рам, деталях валів та конструкційних деталях, а лиття під високим тиском нових алюмінієвих сплавів AlSiMgMn досягло вищої міцності та пластичності.
Алюміній є матеріалом вибору для багатьох автомобільних застосувань, таких як шасі, кузов та багато структурних компонентів, завдяки своїй низькій щільності, добрій формуваності та стійкості до корозії. Алюміній, що використовується в конструкції кузова, може досягти зниження ваги щонайменше на 30% за умови дотримання вимог щодо експлуатаційних характеристик. Крім того, алюмінієві сплави можна застосовувати для більшості частин поточного покриття. У деяких випадках з високими вимогами до міцності, сплави серії 7000 все ще можуть зберігати переваги якості. Тому для великосерійного застосування рішення для зниження ваги на основі алюмінієвих сплавів є найекономічнішим методом.
Під редакцією Мей Цзян з MAT Aluminum
Час публікації: 08 грудня 2023 р.
