Európsky automobilový priemysel je známy svojou pokročilou a vysoko inovatívnou technológiou. Vďaka podpore politík úspory energie a znižovania emisií sa v automobilovom dizajne široko používajú vylepšené a inovatívne navrhnuté hliníkové zliatiny s cieľom znížiť spotrebu paliva a emisie oxidu uhličitého. Podľa štatistík sa za posledných desať rokov priemerné množstvo hliníka použitého v osobných automobiloch zdvojnásobilo a zníženie hmotnosti hliníkových zliatin je znázornené na obrázku 1 nižšie. Vďaka inovatívnym dizajnovým konceptom bude tento trend pokračovať aj v nasledujúcich rokoch.
V procese vývoja ľahkých konštrukcií čelia hliníkové zliatiny tvrdej konkurencii s inými novými materiálmi, ako je vysokopevnostná oceľ, ktorá si stále dokáže zachovať vysokú pevnosť aj po tenkostennej konštrukcii. Okrem toho existujú kompozitné materiály z horčíka, titánu, skla alebo uhlíkových vlákien, pričom tie posledné sa už široko používajú v leteckom priemysle. V súčasnosti je koncept viacmateriálového dizajnu integrovaný do automobilového dizajnu a vynakladá sa úsilie na aplikáciu vhodných materiálov na vhodné diely. Veľmi dôležitou výzvou je problém spojenia a povrchovej úpravy a boli vyvinuté rôzne riešenia, ako napríklad komponenty bloku motora a hnacieho ústrojenstva, konštrukcia rámu (Audi A2, A8, BMW Z8, Lotus Elise), tenkovrstvová konštrukcia (Honda NSX, Jaguar, Rover), zavesenie kolies (trieda DC-E, Renault, Peugeot) a ďalšie konštrukčné komponenty. Obrázok 2 znázorňuje hliníkové komponenty používané v automobiloch.
Stratégia dizajnu BIW
Karoséria v bielom prevedení je najťažšou časťou konvenčného automobilu a tvorí 25 % až 30 % hmotnosti vozidla. V dizajne karosérie v bielom prevedení existujú dva konštrukčné riešenia.
1. „Dizajn profilového priestorového rámu“ pre malé a stredne veľké autáTypickým príkladom je Audi A8, karoséria v bielej farbe váži 277 kg, pozostáva z 59 profilov (61 kg), 31 odliatkov (39 kg) a 170 plechov (177 kg). Spájajú sa nitovaním, zváraním MIG, laserovým zváraním, inými hybridnými zváraniami, lepením atď.
2. „Kovaná plechová monokoková konštrukcia“ pre automobily so stredným až veľkým objemomNapríklad, Jaguar XJ (X350), model 2002 (ako je znázornené na obrázku 4 nižšie), karoséria s hmotnosťou 295 kg, „lisovaná karoséria s monokokovou konštrukciou“, karoséria v bielom prevedení pozostávala z 22 profilov (21 kg), 15 odliatkov (15 kg) a 273 plechových dielov (259 kg). Metódy spájania zahŕňajú lepenie, nitovanie a zváranie MIG.
Aplikácia hliníkovej zliatiny na telo
1. Zliatina Al-Mg-Si spevnená vekom
Zliatiny série 6000 obsahujú horčík a kremík a v súčasnosti sa používajú v automobilových karosárskych plechoch ako A6016, A6111 a A6181A. V Európe má EN-6016 s hrúbkou 1 – 1,2 mm vynikajúcu tvárnosť a odolnosť voči korózii a je široko používaná.
2. Zliatina Al-Mg-Mn, ktorá nie je tepelne spracovateľná
Vďaka svojmu špecifickému spevneniu pri vysokom deformačnom namáhaní vykazujú zliatiny Al-Mg-Mn vynikajúcu tvárnosť a vysokú pevnosť a široko sa používajú v automobilových plechoch valcovaných za tepla a za studena a v hydroformovaných rúrkach. Aplikácia v podvozkoch alebo kolesách je ešte efektívnejšia, pretože zníženie hmotnosti neodpružených pohyblivých častí navyše zvyšuje komfort jazdy a znižuje hladinu hluku.
3. Hliníkový profil
V Európe boli navrhnuté úplne nové koncepty automobilov založené na konštrukcii hliníkových profilov, napríklad rámy z hliníkových zliatin a komplexné podkladové konštrukcie. Ich veľký potenciál pre komplexné konštrukcie a funkčnú integráciu ich robí najvhodnejšími pre nákladovo efektívnu sériovú výrobu. Keďže počas extrúzie je potrebné kalenie, používajú sa zliatiny s vytvrditeľnosťou starnutím 6000 so strednou pevnosťou a s vysokou pevnosťou 7000. Tvarovateľnosť a konečná pevnosť sa regulujú kalením starnutím následným ohrevom. Profily z hliníkových zliatin sa používajú hlavne v konštrukcii rámov, nosníkov nárazov a iných komponentov nárazov.
4. Hliníkové odliatky
Odliatky sú najpoužívanejšími hliníkovými komponentmi v automobiloch, ako sú bloky motorov, hlavy valcov a špeciálne komponenty podvozkov. Dokonca aj dieselové motory, ktoré výrazne zvýšili svoj podiel na trhu v Európe, prechádzajú na hliníkové odliatky kvôli rastúcim požiadavkám na pevnosť a odolnosť. Zároveň sa hliníkové odliatky používajú aj v konštrukcii rámov, hriadeľových dielov a konštrukčných dielov a vysokotlakové odlievanie nových hliníkových zliatin AlSiMgMn dosiahlo vyššiu pevnosť a ťažnosť.
Hliník je preferovaným materiálom pre mnoho automobilových aplikácií, ako sú podvozky, karosérie a mnohé konštrukčné komponenty, vďaka svojej nízkej hustote, dobrej tvárnosti a odolnosti voči korózii. Hliník použitý v konštrukcii karosérie môže dosiahnuť zníženie hmotnosti najmenej o 30 % za predpokladu splnenia výkonnostných požiadaviek. Hliníkové zliatiny sa tiež môžu použiť na väčšinu častí súčasného krytu. V niektorých prípadoch s vysokými požiadavkami na pevnosť si zliatiny série 7000 stále dokážu zachovať kvalitatívne výhody. Preto sú pre veľkoobjemové aplikácie najekonomickejšou metódou riešenia na zníženie hmotnosti hliníkových zliatin.
Upravené May Jiang z MAT Aluminum
Čas uverejnenia: 8. decembra 2023
