Европейская автомобильная промышленность славится своей передовой и инновационной деятельностью. Благодаря продвижению политики энергосбережения и сокращения выбросов, чтобы снизить расход топлива и выбросы углекислого газа, в конструкции автомобилей широко используются улучшенные и инновационные алюминиевые сплавы. По статистике, за последние десять лет среднее количество алюминия, используемого в легковых автомобилях, увеличилось вдвое, а снижение веса алюминиевых сплавов показано на рисунке 1 ниже. Эта тенденция, основанная на инновационных концепциях дизайна, сохранится и в ближайшие несколько лет.
В процессе разработки легких сплавов алюминиевые сплавы сталкиваются с жесткой конкуренцией с другими новыми материалами, такими как высокопрочная сталь, которая все еще может сохранять высокую прочность даже после тонкостенной конструкции. Кроме того, существуют композиционные материалы из магния, титана, стекла или углеродного волокна, последние из которых уже широко используются в аэрокосмической отрасли. Теперь концепция проектирования из нескольких материалов интегрирована в автомобильный дизайн, и предпринимаются усилия по применению подходящих материалов для подходящих деталей. Очень важной проблемой является проблема соединения и обработки поверхности, и были разработаны различные решения, такие как компоненты блока двигателя и силовой передачи, конструкция рамы (Audi A2, A8, BMW Z8, Lotus Elise), конструкция из тонких пластин (Honda NSX). , Jaguar, Rover), проектирование подвески (класс DC-E, Renault, Peugeot) и других конструктивных элементов. На рисунке 2 показаны компоненты алюминия, используемые в автомобилях.
Стратегия проектирования BIW
Белый кузов — самая тяжелая часть обычного автомобиля, на которую приходится от 25% до 30% веса автомобиля. В дизайне «корпус в белом» есть два конструктивных решения.
1. «Профильная конструкция пространственной рамы» для автомобилей малого и среднего размера.: Audi A8 - типичный пример, кузов белого цвета весит 277 кг, состоит из 59 профилей (61 кг), 31 отливки (39 кг) и 170 листов металла (177 кг). Их соединение осуществляется клепкой, сваркой MIG, лазерной сваркой, другой гибридной сваркой, склеиванием и т. д.
2. «Несущая конструкция из кованого листового металла» для автомобилей средней и большой грузоподъемности.: например, Jaguar XJ (X350), модель 2002 года (как показано на рисунке 4 ниже), масса 295 кг «штампованный кузов монококовой конструкции» кузов в белом цвете состоял из 22 профилей (21 кг), 15 отливок (15 кг) и 273 детали из листового металла (259 кг). Методы соединения включают в себя склеивание, клепку и сварку MIG.
Нанесение алюминиевого сплава на кузов
1. Упрочненный с возрастом сплав Al-Mg-Si.
Сплавы серии 6000 содержат магний и кремний и в настоящее время используются в автомобильных кузовах под обозначениями A6016, A6111 и A6181A. В Европе EN-6016 толщиной 1–1,2 мм обладает превосходной формуемостью, устойчивостью к коррозии и широко используется.
2. Нетермообрабатываемый сплав Al-Mg-Mn.
Благодаря специфическому высокодеформационному упрочнению сплавы Al-Mg-Mn обладают превосходной формуемостью и высокой прочностью и широко используются в автомобильных горячекатаных и холоднокатаных листах и гидроформованных трубах. Применение в шасси или колесах еще более эффективно, поскольку уменьшение массы неподрессоренных движущихся частей дополнительно повышает комфорт вождения и снижает уровень шума.
3. Алюминиевый профиль
В Европе были предложены совершенно новые концепции автомобилей, основанные на конструкции алюминиевых профилей, например, рамы из алюминиевых сплавов и сложные подконструкции. Их большой потенциал для сложных конструкций и функциональной интеграции делает их наиболее подходящими для экономичного серийного производства. Поскольку во время экструзии требуется закалка, используются упрочняемые старением сплавы средней прочности 6000 и высокой прочности 7000. Формируемость и предел прочности контролируются путем старения при последующем нагреве. Профили из алюминиевого сплава в основном используются в конструкции рам, балок защиты и других компонентов защиты.
4. Алюминиевое литье
Отливки являются наиболее широко используемыми алюминиевыми компонентами автомобилей, такими как блоки двигателей, головки цилиндров и специальные компоненты шасси. Даже дизельные двигатели, доля которых на рынке Европы значительно увеличилась, переходят на алюминиевое литье из-за растущих требований к прочности и долговечности. В то же время алюминиевые отливки также используются в конструкции рам, деталей валов и конструктивных деталей, а литье под высоким давлением новых алюминиевых сплавов AlSiMgMn позволило добиться более высокой прочности и пластичности.
Алюминий является предпочтительным материалом для многих автомобильных применений, таких как шасси, кузов и многие конструктивные компоненты, из-за его низкой плотности, хорошей формуемости и хорошей коррозионной стойкости. Алюминий, используемый в конструкции кузова, позволяет снизить вес как минимум на 30% при условии соответствия требованиям к производительности. Также на большинство частей текущего покрытия можно наносить алюминиевые сплавы. В некоторых случаях с высокими требованиями к прочности сплавы серии 7000 все же могут сохранять качественные преимущества. Поэтому для крупносерийных применений решения по снижению веса алюминиевых сплавов являются наиболее экономичным методом.
Под редакцией Мэй Цзян из MAT Aluminium
Время публикации: 08 декабря 2023 г.
