Euroopan autoteollisuus on tunnettu edistyneestä ja erittäin innovatiivisesta kehityksestään. Energiansäästö- ja päästövähennyspolitiikkojen edistämisen myötä polttoaineenkulutuksen ja hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi parannettuja ja innovatiivisesti suunniteltuja alumiiniseoksia käytetään laajalti autosuunnittelussa. Tilastojen mukaan viimeisen kymmenen vuoden aikana henkilöautoissa käytetyn alumiinin keskimääräinen määrä on kaksinkertaistunut, ja alumiiniseosten painonpudotus on esitetty alla olevassa kuvassa 1. Innovatiivisten suunnittelukonseptien ansiosta tämä suuntaus jatkuu myös seuraavien vuosien aikana.
Kevyiden rakenteiden kehitysprosessissa alumiiniseokset kohtaavat kovaa kilpailua muiden uusien materiaalien, kuten suurlujuusteräksen, kanssa, joka pystyy säilyttämään suuren lujuuden ohutseinämäisen rakenteen jälkeen. Lisäksi on olemassa magnesium-, titaani-, lasi- tai hiilikuitukomposiittimateriaaleja, joista jälkimmäisiä käytetään jo laajalti ilmailu- ja avaruustekniikassa. Nyt monimateriaalisuunnittelun käsite on integroitu autosuunnitteluun, ja sopivia materiaaleja pyritään soveltamaan sopiviin osiin. Erittäin tärkeä haaste on liitosten ja pintakäsittelyn ongelma, ja erilaisia ratkaisuja on kehitetty, kuten moottorilohkon ja voimansiirron komponentit, rungon suunnittelu (Audi A2, A8, BMW Z8, Lotus Elise), ohutlevyrakenteen (Honda NSX, Jaguar, Rover), jousituksen (DC-E-luokka, Renault, Peugeot) ja muiden rakenneosien suunnittelu. Kuva 2 esittää autoissa käytettyjä alumiinikomponentteja.
BIW-suunnittelustrategia
Valkoinen kori on tavanomaisen auton painavin osa, ja se muodostaa 25–30 % ajoneuvon painosta. Valkoinen kori -rakenteessa on kaksi rakennetta.
1. ”Profiilirunko” pienille ja keskikokoisille autoilleAudi A8 on tyypillinen esimerkki. Valkoinen kori painaa 277 kg ja koostuu 59 profiilista (61 kg), 31 valukappaleesta (39 kg) ja 170 peltilevystä (177 kg). Ne on yhdistetty niittaamalla, MIG-hitsauksella, laserhitsauksella, muilla hybridihitsausmenetelmillä, liimaamalla jne.
2. ”Muontamalla taottu peltimonokokkirakenne” keskikokoisiin ja suurikapasiteettisiin autosovelluksiinEsimerkiksi Jaguar XJ (X350), vuosimalli 2002 (kuten alla olevassa kuvassa 4 on esitetty), 295 kg painava ”leimattu itsekantava korirakenne”, koostui 22 profiilista (21 kg), 15 valukappaleesta (15 kg) ja 273 ohutlevyosasta (259 kg). Liitosmenetelmiin kuuluvat liimaus, niittaus ja MIG-hitsaus.
Alumiiniseoksen käyttö kehossa
1. Vanhentunut Al-Mg-Si-seos
6000-sarjan seokset sisältävät magnesiumia ja piitä, ja niitä käytetään tällä hetkellä autojen korilevyissä nimillä A6016, A6111 ja A6181A. Euroopassa 1–1,2 mm:n EN-6016-seoksella on erinomainen muovattavuus ja korroosionkestävyys, ja sitä käytetään laajalti.
2. Ei-lämpökäsiteltävä Al-Mg-Mn-seos
Erityisen suuren venymälujittumisensa ansiosta Al-Mg-Mn-seoksilla on erinomainen muovattavuus ja korkea lujuus, ja niitä käytetään laajalti autojen kuuma- ja kylmävalssatuissa levyissä sekä hydroformatuissa putkissa. Käyttö alustassa tai pyörissä on vieläkin tehokkaampaa, koska jousittamattomien liikkuvien osien massan vähentäminen parantaa lisäksi ajomukavuutta ja alentaa melutasoa.
3. Alumiiniprofiili
Euroopassa on ehdotettu täysin uusia alumiiniprofiilien suunnitteluun perustuvia autokonsepteja, kuten alumiiniseosrunkoja ja monimutkaisia alusrakenteita. Niiden suuri potentiaali monimutkaisiin suunteluihin ja toiminnalliseen integrointiin tekee niistä parhaiten sopivia kustannustehokkaaseen sarjatuotantoon. Koska suulakepuristuksen aikana vaaditaan sammutusta, käytetään keskilujuisia 6000 ja korkealujuisia 7000 ikäkarkenevia seoksia. Muovattavuutta ja lopullista lujuutta säädetään ikäkarkaisemalla sitä seuraavalla kuumentamisella. Alumiiniseosprofiileja käytetään pääasiassa runkosuunnittelussa, törmäyspalkeissa ja muissa törmäyskomponenteissa.
4. Alumiinivalu
Valukappaleet ovat autojen yleisimmin käytettyjä alumiinikomponentteja, kuten moottorilohkot, sylinterinkannet ja erikoisalustakomponentit. Jopa dieselmoottorit, joiden markkinaosuus Euroopassa on kasvanut huomattavasti, ovat siirtymässä alumiinivalukappaleisiin kasvavien lujuus- ja kestävyysvaatimusten vuoksi. Samaan aikaan alumiinivalukappaleita käytetään myös runkosuunnittelussa, akseliosissa ja rakenneosissa, ja uusien AlSiMgMn-alumiiniseosten korkeapainevalulla on saavutettu suurempi lujuus ja sitkeys.
Alumiini on valittu materiaali monissa autoteollisuuden sovelluksissa, kuten alustassa, korissa ja monissa rakenneosissa, sen alhaisen tiheyden, hyvän muovattavuuden ja hyvän korroosionkestävyyden ansiosta. Korirakenteiden suunnittelussa käytettävällä alumiinilla voidaan saavuttaa vähintään 30 %:n painonpudotus, kunhan suorituskykyvaatimukset täyttyvät. Alumiiniseoksia voidaan myös käyttää useimpiin nykyisiin pinnoitteisiin. Joissakin tapauksissa, joissa vaaditaan korkeita lujuusvaatimuksia, 7000-sarjan seokset voivat silti säilyttää laatuedut. Siksi suurten volyymien sovelluksissa alumiiniseosten painonpudotusratkaisut ovat taloudellisin menetelmä.
Toimittanut May Jiang MAT Aluminiumista
Julkaisun aika: 8.12.2023
