סטטוס יישום ומגמת פיתוח של סגסוגת אלומיניום במכוניות אירופאיות

תעשיית הרכב האירופית מפורסמת בזכות החדשנות והמתקדמת שלה. עם קידום מדיניות חיסכון באנרגיה והפחתת פליטות, במטרה להפחית את צריכת הדלק ופליטות הפחמן הדו-חמצני, סגסוגות אלומיניום משופרות וחדשניות נמצאות בשימוש נרחב בתכנון רכב. על פי נתונים סטטיסטיים, בעשר השנים האחרונות הוכפלה כמות האלומיניום הממוצעת המשמשת במכוניות נוסעים, והפחתת המשקל של סגסוגות אלומיניום מוצגת באיור 1 להלן. בהתבסס על תפיסות עיצוב חדשניות, מגמה זו תימשך בשנים הקרובות.

בתהליך פיתוח חומרים קלים, סגסוגות אלומיניום מתמודדות עם תחרות עזה עם חומרים חדשים אחרים, כגון פלדה בעלת חוזק גבוה, אשר עדיין יכולה לשמור על חוזק גבוה גם לאחר עיצוב בעל דופן דקה. בנוסף, ישנם חומרים מרוכבים מגנזיום, טיטניום, זכוכית או סיבי פחמן, אשר האחרונים כבר נמצאים בשימוש נרחב בתחום התעופה והחלל. כעת, מושג העיצוב הרב-חומרי משולב בעיצוב רכב, ונעשים מאמצים ליישם חומרים מתאימים על חלקים מתאימים. אתגר חשוב מאוד הוא בעיית החיבור וטיפול פני השטח, ופותחו פתרונות שונים, כגון רכיבי בלוק מנוע ומערכת הנעה, עיצוב שלדה (אאודי A2, A8, BMW Z8, לוטוס אליז), מבנה לוחות דקים (הונדה NSX, יגואר, רובר), מתלים (DC-E class, רנו, פיג'ו) ועיצוב רכיבים מבניים אחרים. איור 2 מציג את רכיבי האלומיניום המשמשים ברכבים.

אסטרטגיית עיצוב BIW

מרכב הרכב הלבן הוא החלק הכבד ביותר במכונית קונבנציונלית, והוא מהווה 25% עד 30% ממשקל הרכב. ישנם שני עיצובים מבניים בעיצוב המרכב הלבן.

1. "עיצוב מסגרת חלל פרופיל" למכוניות קטנות ובינוניותאאודי A8 היא דוגמה אופיינית, מרכבה בצבע לבן שוקל 277 ק"ג, מורכב מ-59 פרופילים (61 ק"ג), 31 יציקות (39 ק"ג) ו-170 יריעות מתכת (177 ק"ג). הן מחוברות באמצעות מסמרות, ריתוך MIG, ריתוך לייזר, ריתוך היברידי אחר, הדבקה וכו'.

2. "מבנה מונוקוק מפח מתכת מזויף" עבור יישומי רכב בעלי קיבולת בינונית עד גדולהלדוגמה, יגואר XJ (X350), דגם 2002 (כפי שמוצג באיור 4 למטה), בעל מסה של 295 ק"ג, מרכב בלבן "מבנה מובנה מוטבע" וכלל 22 פרופילים (21 ק"ג), 15 יציקות (15 ק"ג) ו-273 חלקי מתכת (259 ק"ג). שיטות החיבור כוללות חיבור, מסמרות וריתוך MIG.

יישום סגסוגת אלומיניום על גוף

1. סגסוגת Al-Mg-Si מוקשה לאחר גיל

סגסוגות סדרה 6000 מכילות מגנזיום וסיליקון ומשמשות כיום ביריעות גוף לרכב כ-A6016, A6111 ו-A6181A. באירופה, ל-EN-6016 בעובי 1-1.2 מ"מ יש יכולת עיצוב ועמידות בפני קורוזיה מצוינים והוא נמצא בשימוש נרחב.

2. סגסוגת Al-Mg-Mn שאינה ניתנת לטיפול בחום

בשל הקשייה הספציפית שלהן בעומס גבוה, סגסוגות Al-Mg-Mn מציגות יכולת עיצוב מעולה וחוזק גבוה, והן נמצאות בשימוש נרחב ביריעות מגולגלות חמות וקרות וצינורות הידרופורמים לרכב. היישום בשלדה או בגלגלים יעיל אף יותר מכיוון שהפחתת המסה של חלקים נעים שאינם קפיצים משפרת בנוסף את נוחות הנהיגה ומפחיתה את רמות הרעש.

3. פרופיל אלומיניום

באירופה הוצעו קונספטים חדשים לחלוטין של מכוניות המבוססים על תכנון פרופילי אלומיניום, למשל, שלדות סגסוגת אלומיניום ומבני משנה מורכבים. הפוטנציאל הגדול שלהם לתכנון מורכב ושילוב פונקציונלי הופך אותם למתאימים ביותר לייצור סדרתי חסכוני. מכיוון שנדרשת שכיבה במהלך האקסטרוזיה, נעשה שימוש בסגסוגות הניתנות להתקשות בגיל בעלות חוזק בינוני 6000 וחוזק גבוה 7000. יכולת העיצוב והחוזק הסופי נשלטים באמצעות הקשיית גיל על ידי חימום לאחר מכן. פרופילי סגסוגת אלומיניום משמשים בעיקר בתכנון שלדות, קורות התנגשות ורכיבי התנגשות אחרים.

4. יציקת אלומיניום

יציקות הן רכיבי האלומיניום הנפוצים ביותר ברכבים, כגון בלוקי מנוע, ראשי צילינדרים ורכיבי שלדה מיוחדים. אפילו מנועי דיזל, שהגדילו מאוד את נתח השוק שלהם באירופה, עוברים ליציקות אלומיניום עקב דרישות גוברות לחוזק ועמידות. במקביל, יציקות אלומיניום משמשות גם בתכנון שלדות, חלקי גל וחלקים מבניים, ויציקה בלחץ גבוה של סגסוגות אלומיניום חדשות מדגם AlSiMgMn השיגה חוזק וגמישות גבוהים יותר.

אלומיניום הוא החומר המועדף עבור יישומים רבים ברכב כגון שלדה, מרכב ורכיבים מבניים רבים בשל צפיפותו הנמוכה, יכולת העיצוב הטובה ועמידותו הטובה בפני קורוזיה. אלומיניום המשמש בתכנון מבנה מרכב יכול להשיג הפחתה של לפחות 30% במשקל תחת ההנחה של עמידה בדרישות הביצועים. כמו כן, ניתן ליישם סגסוגות אלומיניום על רוב חלקי הכיסוי הנוכחי. במקרים מסוימים עם דרישות חוזק גבוהות, סגסוגות סדרה 7000 עדיין יכולות לשמור על יתרונות איכות. לכן, עבור יישומים בנפח גבוה, פתרונות הפחתת משקל מסגסוגות אלומיניום הם השיטה החסכונית ביותר.

נערך על ידי מאי ג'יאנג מ-MAT Aluminum