De Europese auto-industrie staat bekend om haar geavanceerde en zeer innovatieve producten. Met de bevordering van beleid voor energiebesparing en emissiereductie, om het brandstofverbruik en de uitstoot van kooldioxide te verminderen, worden verbeterde en innovatief ontworpen aluminiumlegeringen op grote schaal gebruikt in het auto-ontwerp. Volgens statistieken is de gemiddelde hoeveelheid aluminium die in personenauto's wordt gebruikt de afgelopen tien jaar verdubbeld, en de gewichtsvermindering van aluminiumlegeringen wordt weergegeven in figuur 1 hieronder. Op basis van innovatieve designconcepten zal deze trend zich de komende jaren voortzetten.
In het proces van lichtgewichtontwikkeling worden aluminiumlegeringen geconfronteerd met hevige concurrentie met andere nieuwe materialen, zoals hoogwaardig staal, dat na een dunwandig ontwerp nog steeds een hoge sterkte kan behouden. Daarnaast zijn er composietmaterialen van magnesium, titanium, glas of koolstofvezel, waarvan deze laatste al veel worden gebruikt in de lucht- en ruimtevaart. Nu is het concept van multi-materiaalontwerp geïntegreerd in het auto-ontwerp en worden er pogingen ondernomen om geschikte materialen op geschikte onderdelen toe te passen. Een zeer belangrijke uitdaging is het probleem van de verbinding en oppervlaktebehandeling, en er zijn verschillende oplossingen ontwikkeld, zoals motorblok- en aandrijflijncomponenten, frameontwerp (Audi A2, A8, BMW Z8, Lotus Elise), dunne plaatstructuur (Honda NSX , Jaguar, Rover), ophanging (DC-E-klasse, Renault, Peugeot) en ander structureel componentenontwerp. Figuur 2 toont de componenten van aluminium die in auto's worden gebruikt.
BIW-ontwerpstrategie
De carrosserie in het wit is het zwaarste onderdeel van een conventionele auto en vertegenwoordigt 25% tot 30% van het gewicht van het voertuig. Er zijn twee structurele ontwerpen in het body-in-white-ontwerp.
1. "Profielruimteframe-ontwerp" voor kleine en middelgrote auto's: Audi A8 is een typisch voorbeeld, de carrosserie in het wit weegt 277 kg, bestaat uit 59 profielen (61 kg), 31 gietstukken (39 kg) en 170 plaatwerk (177 kg). Ze worden samengevoegd door klinken, MIG-lassen, laserlassen, ander hybride lassen, lijmen, enz.
2. “Gesmede monocoque-constructie van plaatstaal” voor automobieltoepassingen met een gemiddelde tot grote capaciteit: bijvoorbeeld Jaguar XJ (X350), model uit 2002 (zoals weergegeven in figuur 4 hieronder), massa van 295 kg “gestempelde carrosserie monocoque structuur” carrosserie in het wit bestond uit 22 profielen (21 kg), 15 gietstukken (15 kg) en 273 plaatwerkdelen (259 kg). De verbindingsmethoden omvatten lijmen, klinken en MIG-lassen.
Toepassing van aluminiumlegering op het lichaam
1. Door veroudering geharde Al-Mg-Si-legering
De legeringen uit de 6000-serie bevatten magnesium en silicium en worden momenteel gebruikt in carrosserieplaten als A6016, A6111 en A6181A. In Europa heeft 1-1,2 mm EN-6016 een uitstekende vervormbaarheid en corrosieweerstand en wordt het veel gebruikt.
2. Niet-hittebehandelbare Al-Mg-Mn-legering
Vanwege de specifieke harding onder hoge spanning vertonen Al-Mg-Mn-legeringen uitstekende vervormbaarheid en hoge sterkte, en worden ze veel gebruikt in warmgewalste en koudgewalste platen en hydrogevormde buizen in de automobielsector. Toepassing in het chassis of de wielen is nog effectiever omdat de massareductie van onafgeveerde bewegende delen het rijcomfort extra vergroot en het geluidsniveau verlaagt.
3. Aluminium profiel
In Europa werden compleet nieuwe autoconcepten voorgesteld op basis van aluminium profielontwerp, bijvoorbeeld frames van aluminiumlegeringen en complexe onderconstructies. Hun grote potentieel voor complexe ontwerpen en functionele integratie maakt ze het meest geschikt voor kosteneffectieve serieproductie. Omdat afschrikken vereist is tijdens de extrusie, worden middelmatige sterkte 6000 en hoge sterkte 7000 leeftijdshardbare legeringen gebruikt. Vervormbaarheid en uiteindelijke sterkte worden gecontroleerd door veroudering door daaropvolgende verwarming. Profielen van aluminiumlegeringen worden voornamelijk gebruikt in frameontwerp, crashbalken en andere crashcomponenten.
4. Aluminiumgieten
Gietstukken zijn de meest gebruikte aluminium componenten in auto's, zoals motorblokken, cilinderkoppen en speciale chassiscomponenten. Zelfs dieselmotoren, die hun marktaandeel in Europa enorm hebben vergroot, schakelen over op aluminium gietstukken vanwege de toenemende vraag naar sterkte en duurzaamheid. Tegelijkertijd worden aluminium gietstukken ook gebruikt in frameontwerp, asonderdelen en structurele onderdelen, en heeft het hogedrukgieten van nieuwe AlSiMgMn-aluminiumlegeringen een hogere sterkte en ductiliteit bereikt.
Aluminium is het materiaal bij uitstek voor veel automobieltoepassingen, zoals chassis, carrosserie en veel structurele componenten, vanwege de lage dichtheid, goede vervormbaarheid en goede corrosieweerstand. Aluminium dat wordt gebruikt in het ontwerp van de carrosseriestructuur kan een gewichtsvermindering van ten minste 30% bereiken, op voorwaarde dat aan de prestatie-eisen wordt voldaan. Ook kunnen op de meeste delen van de huidige afdekking aluminiumlegeringen worden toegepast. In sommige gevallen met hoge sterkte-eisen kunnen legeringen uit de 7000-serie nog steeds kwaliteitsvoordelen behouden. Daarom zijn oplossingen voor gewichtsvermindering van aluminiumlegeringen voor toepassingen met grote volumes de meest economische methode.
Bewerkt door May Jiang van MAT Aluminium
Posttijd: 08-dec-2023
