وضعیت کاربرد و روند توسعه آلیاژ آلومینیوم در خودروهای اروپایی

صنعت خودروسازی اروپا به خاطر پیشرفته و بسیار نوآورانه بودنش مشهور است. با ترویج سیاست‌های صرفه‌جویی در مصرف انرژی و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای، به منظور کاهش مصرف سوخت و انتشار دی‌اکسید کربن، آلیاژهای آلومینیوم بهبود یافته و با طراحی نوآورانه به طور گسترده در طراحی خودرو مورد استفاده قرار می‌گیرند. طبق آمار، در ده سال گذشته، میانگین مقدار آلومینیوم مورد استفاده در خودروهای سواری دو برابر شده است و کاهش وزن آلیاژهای آلومینیوم در شکل 1 زیر نشان داده شده است. بر اساس مفاهیم طراحی نوآورانه، این روند در چند سال آینده نیز ادامه خواهد یافت.

در فرآیند توسعه سبک‌سازی، آلیاژهای آلومینیوم با رقابت شدیدی با سایر مواد جدید، مانند فولاد با استحکام بالا، که پس از طراحی دیواره نازک همچنان می‌توانند استحکام بالای خود را حفظ کنند، مواجه هستند. علاوه بر این، مواد کامپوزیتی منیزیم، تیتانیوم، شیشه یا فیبر کربن نیز وجود دارند که مورد دوم در حال حاضر به طور گسترده در هوافضا مورد استفاده قرار می‌گیرد. اکنون مفهوم طراحی چند ماده‌ای در طراحی خودرو ادغام شده است و تلاش‌هایی برای اعمال مواد مناسب به قطعات مناسب انجام می‌شود. یک چالش بسیار مهم، مشکل اتصال و عملیات سطحی است و راه‌حل‌های مختلفی مانند اجزای بلوک موتور و سیستم انتقال قدرت، طراحی قاب (آئودی A2، A8، بی‌ام‌و Z8، لوتوس الیز)، ساختار صفحات نازک (هوندا NSX، جگوار، روور)، سیستم تعلیق (کلاس DC-E، رنو، پژو) و سایر طراحی اجزای سازه‌ای توسعه داده شده است. شکل 2 اجزای آلومینیوم مورد استفاده در خودروها را نشان می‌دهد.

استراتژی طراحی BIW

بدنه سفید سنگین‌ترین قسمت یک ماشین معمولی است که ۲۵٪ تا ۳۰٪ وزن خودرو را تشکیل می‌دهد. دو طرح ساختاری در طرح بدنه سفید وجود دارد.

۱. «طراحی شاسی فضایی پروفیلی» برای خودروهای کوچک و متوسطآئودی A8 یک نمونه بارز است، بدنه سفید رنگ آن 277 کیلوگرم وزن دارد، از 59 پروفیل (61 کیلوگرم)، 31 قطعه ریخته‌گری (39 کیلوگرم) و 170 ورق فلزی (177 کیلوگرم) تشکیل شده است. آنها با پرچ، جوشکاری MIG، جوشکاری لیزری، سایر جوشکاری‌های ترکیبی، چسب و غیره به هم متصل شده‌اند.

۲. «ساختار یکپارچه ورق فلزی آهنگری شده با قالب» برای کاربردهای خودروسازی با ظرفیت متوسط ​​تا زیادبرای مثال، جگوار XJ (X350)، مدل ۲۰۰۲ (مطابق شکل ۴ زیر)، با جرم ۲۹۵ کیلوگرم، «بدنه مونوکوک پرس شده» که بدنه سفید آن از ۲۲ پروفیل (۲۱ کیلوگرم)، ۱۵ قطعه ریخته‌گری (۱۵ کیلوگرم) و ۲۷۳ قطعه ورق فلزی (۲۵۹ کیلوگرم) تشکیل شده است. روش‌های اتصال شامل اتصال، پرچ کردن و جوشکاری MIG است.

کاربرد آلیاژ آلومینیوم روی بدنه

۱. آلیاژ Al-Mg-Si پیرسخت شده

آلیاژهای سری ۶۰۰۰ حاوی منیزیم و سیلیکون هستند و در حال حاضر در ورق‌های بدنه خودرو با نام‌های A6016، A6111 و A6181A استفاده می‌شوند. در اروپا، EN-6016 با ضخامت ۱-۱.۲ میلی‌متر، شکل‌پذیری و مقاومت در برابر خوردگی بسیار خوبی دارد و به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

۲. آلیاژ Al-Mg-Mn غیر قابل عملیات حرارتی

آلیاژهای Al-Mg-Mn به دلیل سخت‌شوندگی کرنشی بالای خاص خود، شکل‌پذیری عالی و استحکام بالایی از خود نشان می‌دهند و به طور گسترده در ورق‌های نورد گرم و نورد سرد و لوله‌های هیدروفرمینگ شده خودرو مورد استفاده قرار می‌گیرند. کاربرد در شاسی یا چرخ‌ها حتی مؤثرتر است زیرا کاهش جرم قطعات متحرک بدون فنر، راحتی رانندگی را افزایش داده و سطح سر و صدا را کاهش می‌دهد.

3. پروفیل آلومینیوم

در اروپا، مفاهیم کاملاً جدیدی از خودرو بر اساس طراحی پروفیل آلومینیومی، به عنوان مثال، قاب‌های آلیاژ آلومینیومی و زیرسازی‌های پیچیده، ارائه شد. پتانسیل بالای آنها برای طراحی‌های پیچیده و ادغام عملکردی، آنها را برای تولید سری مقرون به صرفه مناسب می‌کند. از آنجا که در طول اکستروژن نیاز به کوئنچ کردن است، از آلیاژهای سخت‌شونده با مقاومت متوسط ​​6000 و مقاومت بالا 7000 استفاده می‌شود. شکل‌پذیری و استحکام نهایی از طریق سخت‌شوندگی با حرارت‌دهی بعدی کنترل می‌شوند. پروفیل‌های آلیاژ آلومینیومی عمدتاً در طراحی قاب، تیرهای ضربه‌گیر و سایر اجزای ضربه‌گیر استفاده می‌شوند.

۴. ریخته‌گری آلومینیوم

ریخته‌گری‌ها پرکاربردترین اجزای آلومینیومی در خودروها هستند، مانند بلوک موتور، سرسیلندر و قطعات مخصوص شاسی. حتی موتورهای دیزلی که سهم بازار خود را در اروپا به میزان قابل توجهی افزایش داده‌اند، به دلیل افزایش تقاضا برای استحکام و دوام، در حال تغییر به ریخته‌گری آلومینیومی هستند. در عین حال، ریخته‌گری‌های آلومینیومی در طراحی شاسی، قطعات شفت و قطعات سازه‌ای نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند و ریخته‌گری فشار بالای آلیاژهای جدید آلومینیوم AlSiMgMn به استحکام و شکل‌پذیری بالاتری دست یافته است.

آلومینیوم به دلیل چگالی کم، شکل‌پذیری خوب و مقاومت خوب در برابر خوردگی، ماده انتخابی برای بسیاری از کاربردهای خودرو مانند شاسی، بدنه و بسیاری از اجزای سازه‌ای است. آلومینیوم مورد استفاده در طراحی ساختار بدنه می‌تواند حداقل 30٪ کاهش وزن را با فرض برآورده کردن الزامات عملکرد به همراه داشته باشد. همچنین، آلیاژهای آلومینیوم را می‌توان در اکثر قسمت‌های پوشش فعلی اعمال کرد. در برخی موارد با الزامات استحکام بالا، آلیاژهای سری 7000 همچنان می‌توانند مزایای کیفیت را حفظ کنند. بنابراین، برای کاربردهای با حجم بالا، راه‌حل‌های کاهش وزن آلیاژ آلومینیوم اقتصادی‌ترین روش هستند.

ویرایش شده توسط می جیانگ از MAT Aluminum