Европейская автомобильная промышленность славится своей передовой и высокоинновационной. С продвижением политики энергосбережения и сокращения выбросов, с целью снижения расхода топлива и выбросов углекислого газа, в автомобильной промышленности широко используются улучшенные и инновационно разработанные алюминиевые сплавы. Согласно статистике, за последние десять лет среднее количество алюминия, используемого в легковых автомобилях, удвоилось, а снижение веса алюминиевых сплавов показано на рисунке 1 ниже. На основе инновационных концепций дизайна эта тенденция сохранится в ближайшие несколько лет.
В процессе разработки облегченных конструкций алюминиевые сплавы сталкиваются с жесткой конкуренцией с другими новыми материалами, такими как высокопрочная сталь, которая все еще может сохранять высокую прочность после тонкостенной конструкции. Кроме того, существуют композитные материалы на основе магния, титана, стекла или углеродного волокна, последние из которых уже широко используются в аэрокосмической отрасли. Теперь концепция многоматериального дизайна интегрирована в автомобильный дизайн, и прилагаются усилия для применения подходящих материалов к подходящим деталям. Очень важной проблемой является проблема соединения и обработки поверхности, и были разработаны различные решения, такие как блок двигателя и компоненты силовой передачи, конструкция рамы (Audi A2, A8, BMW Z8, Lotus Elise), тонкопластинчатая структура (Honda NSX, Jaguar, Rover), подвеска (класс DC-E, Renault, Peugeot) и другие конструктивные компоненты. На рисунке 2 показаны компоненты из алюминия, используемые в автомобилях.
Стратегия проектирования BIW
Кузов-в-белом — самая тяжелая часть обычного автомобиля, на него приходится от 25% до 30% веса автомобиля. В конструкции кузова-в-белом есть два варианта конструкции.
1. «Профилированная пространственная рама» для автомобилей малого и среднего размера: Audi A8 является типичным примером, кузов белого цвета весит 277 кг, состоит из 59 профилей (61 кг), 31 отливки (39 кг) и 170 листов металла (177 кг). Они соединены клепкой, сваркой MIG, лазерной сваркой, другой гибридной сваркой, склеиванием и т. д.
2. «Кованая листовая металлическая монококовая конструкция» для автомобилей средней и большой грузоподъемности: например, Jaguar XJ (X350), модель 2002 года (как показано на рисунке 4 ниже), масса 295 кг, «штампованный кузов монококовая структура», кузов-в-белом состоял из 22 профилей (21 кг), 15 отливок (15 кг) и 273 деталей из листового металла (259 кг). Методы соединения включают склеивание, клепку и сварку MIG.
Применение алюминиевого сплава на кузове
1. Дисперсионно-твердеющий сплав Al-Mg-Si
Сплавы серии 6000 содержат магний и кремний и в настоящее время используются в листах кузова автомобилей как A6016, A6111 и A6181A. В Европе 1-1,2-миллиметровый EN-6016 имеет отличную формуемость и коррозионную стойкость и широко используется.
2. Нетермообрабатываемый сплав Al-Mg-Mn
Благодаря своей специфической высокой степени упрочнения сплавы Al-Mg-Mn демонстрируют отличную формуемость и высокую прочность и широко используются в автомобильных горячекатаных и холоднокатаных листах и гидроформованных трубах. Применение в шасси или колесах еще более эффективно, поскольку уменьшение массы неподрессоренных подвижных частей дополнительно повышает комфорт вождения и снижает уровень шума.
3. Алюминиевый профиль
В Европе были предложены совершенно новые концепции автомобилей на основе конструкции алюминиевого профиля, например, рамы из алюминиевого сплава и сложные подструктуры. Их большой потенциал для сложных конструкций и функциональной интеграции делает их наилучшими для экономически эффективного серийного производства. Поскольку закалка требуется во время экструзии, используются среднепрочные сплавы 6000 и высокопрочные 7000, упрочняемые старением. Формуемость и предел прочности контролируются посредством упрочнения старением с последующим нагревом. Профили из алюминиевого сплава в основном используются в конструкции рамы, защитных балок и других защитных компонентов.
4. Литье алюминия
Литые детали являются наиболее широко используемыми алюминиевыми компонентами в автомобилях, такими как блоки двигателей, головки цилиндров и специальные компоненты шасси. Даже дизельные двигатели, которые значительно увеличили свою долю рынка в Европе, переходят на алюминиевое литье из-за растущих требований к прочности и долговечности. В то же время алюминиевое литье также используется в конструкции рамы, деталях вала и структурных деталях, а литье под высоким давлением новых алюминиевых сплавов AlSiMgMn достигло более высокой прочности и пластичности.
Алюминий является предпочтительным материалом для многих автомобильных применений, таких как шасси, кузов и многие структурные компоненты, благодаря своей низкой плотности, хорошей формуемости и хорошей коррозионной стойкости. Алюминий, используемый в конструкции кузова, может обеспечить снижение веса по меньшей мере на 30% при условии соответствия требованиям к производительности. Кроме того, алюминиевые сплавы могут применяться для большинства частей текущего покрытия. В некоторых случаях с высокими требованиями к прочности сплавы серии 7000 все еще могут сохранять преимущества качества. Поэтому для крупносерийных применений решения по снижению веса алюминиевых сплавов являются наиболее экономичным методом.
Под редакцией Мэй Цзян из MAT Aluminum
Время публикации: 08.12.2023
