Euroopan autoteollisuus on kuuluisa edistyksellisyydestään ja erittäin innovatiivisuudestaan. Edistämällä energiansäästö- ja päästövähennyspolitiikkaa polttoaineen kulutuksen ja hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi parannettuja ja innovatiivisesti suunniteltuja alumiiniseoksia käytetään laajalti autosuunnittelussa. Tilastojen mukaan viimeisten kymmenen vuoden aikana henkilöautoissa käytetyn alumiinin keskimääräinen määrä on kaksinkertaistunut ja alumiiniseosten painonpudotus näkyy alla olevassa kuvassa 1. Innovatiivisten suunnittelukonseptien pohjalta tämä trendi jatkuu muutaman seuraavan vuoden ajan.
Kevytkehitysprosessissa alumiiniseokset kilpailevat kiivaasti muiden uusien materiaalien, kuten lujan teräksen, kanssa, joka voi silti säilyttää korkean lujuuden ohutseinämäisen suunnittelun jälkeen. Lisäksi on olemassa magnesium-, titaani-, lasi- tai hiilikuitukomposiittimateriaaleja, joista jälkimmäistä käytetään jo laajalti ilmailussa. Nyt monimateriaalisuunnittelun käsite on integroitu autosuunnitteluun, ja sopivia materiaaleja yritetään soveltaa sopiviin osiin. Erittäin tärkeä haaste on liitos- ja pintakäsittelyongelma, johon on kehitetty erilaisia ratkaisuja, kuten moottorilohko- ja voimansiirtokomponentit, runkorakenne (Audi A2, A8, BMW Z8, Lotus Elise), ohut levyrakenne (Honda NSX) , Jaguar, Rover), jousituksen (DC-E-luokka, Renault, Peugeot) ja muiden rakenneosien suunnittelu. Kuvassa 2 on esitetty autoissa käytetyt alumiinikomponentit.
BIW:n suunnittelustrategia
Valkoinen kori on tavanomaisen auton raskain osa, ja sen osuus ajoneuvon painosta on 25–30 %. Runko-valkoisessa mallissa on kaksi rakennemallia.
1 ”Profiilitilarunkosuunnittelu” pienille ja keskikokoisille autoille: Audi A8 on tyypillinen esimerkki, valkoinen kori painaa 277 kg, koostuu 59 profiilista (61 kg), 31 valukappaleesta (39 kg) ja 170 metallilevystä (177 kg). Ne yhdistetään niittauksella, MIG-hitsauksella, laserhitsauksella, muulla hybridihitsauksella, liimaamalla jne.
2. "Taotut metallilevyt, monokokkirakenne" keskisuurten ja suurten ajoneuvojen sovelluksiin: esimerkiksi Jaguar XJ (X350), 2002-malli (kuten alla olevassa kuvassa 4), 295 kg:n painoinen "leimattu runkorakenne", valkoinen runko koostui 22 profiilista (21 kg), 15 valukappaleesta (15 kg) ja 273 peltiosaa (259 kg). Liitäntämenetelmiä ovat liimaus, niittaus ja MIG-hitsaus.
Alumiiniseoksen levitys rungolle
1. Ikäkarkaistu Al-Mg-Si-seos
6000-sarjan metalliseokset sisältävät magnesiumia ja piitä, ja niitä käytetään tällä hetkellä autojen korilevyissä A6016, A6111 ja A6181A. Euroopassa 1-1,2 mm EN-6016:lla on erinomainen muovattavuus ja korroosionkestävyys, ja sitä käytetään laajalti.
2. Lämpökäsittelemätön Al-Mg-Mn-seos
Erityisen suuren jännityskarkaisunsa ansiosta Al-Mg-Mn-seoksilla on erinomainen muovattavuus ja korkea lujuus, ja niitä käytetään laajalti autojen kuuma- ja kylmävalssatuissa levyissä ja hydromuovatuissa putkissa. Käyttö alustassa tai pyörissä on vielä tehokkaampaa, koska jousittamattomien liikkuvien osien massan vähentäminen lisää lisäksi ajomukavuutta ja vähentää melutasoa.
3. Alumiiniprofiili
Euroopassa ehdotettiin täysin uusia alumiiniprofiilisuunnitteluun perustuvia autokonsepteja, kuten alumiiniseosrunkoja ja monimutkaisia alusrakenteita. Niiden suuret mahdollisuudet monimutkaiseen suunnitteluun ja toiminnalliseen integrointiin tekevät niistä parhaiten soveltuvia kustannustehokkaaseen sarjatuotantoon. Koska suulakepuristuksen aikana vaaditaan karkaisua, käytetään keskilujuutta 6000 ja korkealujuutta 7000 ikääntyessä karkaistuja seoksia. Muovattavuutta ja lopullista lujuutta säädellään ikääntymiskovetuksella myöhemmän kuumennuksen avulla. Alumiiniseosprofiileja käytetään pääasiassa runkojen suunnittelussa, törmäyspalkeissa ja muissa törmäyskomponenteissa.
4. Alumiinivalu
Valukappaleet ovat yleisimmin käytettyjä alumiinikomponentteja autoissa, kuten moottorilohkot, sylinterikannet ja erityiset alustakomponentit. Myös dieselmoottorit, jotka ovat kasvattaneet markkinaosuuttaan Euroopassa huomattavasti, ovat siirtymässä alumiinivaluihin lisääntyvien lujuuden ja kestävyyden vaatimusten vuoksi. Samaan aikaan alumiinivaluja käytetään myös runko-, akseli- ja rakenneosissa, ja uusien AlSiMgMn-alumiiniseosten korkeapainevalulla on saavutettu korkeampi lujuus ja sitkeys.
Alumiini on valittu materiaali moniin autoteollisuuden sovelluksiin, kuten alustaan, koriin ja moniin rakenneosiin sen alhaisen tiheyden, hyvän muovattavuuden ja hyvän korroosionkestävyyden ansiosta. Korin rakenteen suunnittelussa käytetyllä alumiinilla voidaan saavuttaa vähintään 30 % painonpudotus, jos suorituskykyvaatimukset täyttyvät. Myös alumiiniseoksia voidaan levittää useimpiin nykyisen kannen osiin. Joissakin tapauksissa, joissa lujuusvaatimukset ovat korkeat, 7000-sarjan metalliseokset voivat silti säilyttää laatuedut. Siksi alumiiniseosten painonpudotusratkaisut ovat taloudellisin menetelmä suurissa volyymeissä.
Toimittanut May Jiang, MAT Aluminium
Postitusaika: 08.12.2023
