Evropský automobilový průmysl je známý svým pokročilým a vysoce inovativním přístupem. Díky podpoře politik úspor energie a snižování emisí se v automobilovém designu široce používají vylepšené a inovativně navržené hliníkové slitiny, aby se snížila spotřeba paliva a emise oxidu uhličitého. Podle statistik se v posledních deseti letech průměrné množství hliníku použitého v osobních automobilech zdvojnásobilo a snížení hmotnosti hliníkových slitin je znázorněno na obrázku 1 níže. Díky inovativním konstrukčním konceptům bude tento trend pokračovat i v příštích několika letech.
V procesu vývoje lehkých konstrukcí čelí hliníkové slitiny tvrdé konkurenci s jinými novými materiály, jako je vysokopevnostní ocel, která si i po tenkostěnné konstrukci stále udržuje vysokou pevnost. Kromě toho existují kompozitní materiály z hořčíku, titanu, skla nebo uhlíkových vláken, přičemž ty poslední se již široce používají v leteckém průmyslu. Nyní je koncept vícemateriálového designu integrován do automobilového designu a vynakládá se úsilí na aplikaci vhodných materiálů na vhodné díly. Velmi důležitou výzvou je problém spojování a povrchové úpravy a byla vyvinuta různá řešení, jako jsou komponenty bloku motoru a hnacího ústrojí, konstrukce rámu (Audi A2, A8, BMW Z8, Lotus Elise), tenkovrstvé konstrukce (Honda NSX, Jaguar, Rover), zavěšení kol (třída DC-E, Renault, Peugeot) a další konstrukční prvky. Obrázek 2 ukazuje hliníkové komponenty používané v automobilech.
Strategie návrhu BIW
Karoserie v bílém provedení je nejtěžší částí konvenčního automobilu a představuje 25 % až 30 % hmotnosti vozidla. U karoserie v bílém provedení existují dva konstrukční návrhy.
1. „Profilový prostorový rám“ pro malé a střední vozyTypickým příkladem je Audi A8, karoserie v bílé barvě váží 277 kg, skládá se z 59 profilů (61 kg), 31 odlitků (39 kg) a 170 plechů (177 kg). Spoje jsou nýtovány, svařováním MIG, laserovým svařováním, dalším hybridním svařováním, lepením atd.
2. „Kovaná plechová monokoková konstrukce“ pro automobily střední až velké kapacityNapříklad Jaguar XJ (X350), model 2002 (jak je znázorněno na obrázku 4 níže), karoserie o hmotnosti 295 kg s „lisovanou monokokovou konstrukcí“, bílá karoserie se skládala z 22 profilů (21 kg), 15 odlitků (15 kg) a 273 plechových dílů (259 kg). Mezi metody spojování patří lepení, nýtování a MIG svařování.
Aplikace hliníkové slitiny na tělo
1. Věkem zpevněná slitina Al-Mg-Si
Slitiny řady 6000 obsahují hořčík a křemík a v současnosti se používají v plechech karoserií automobilů jako A6016, A6111 a A6181A. V Evropě má EN-6016 o tloušťce 1–1,2 mm vynikající tvárnost a odolnost proti korozi a je široce používána.
2. Tepelně nezpracovatelná slitina Al-Mg-Mn
Díky specifickému zpevnění při vysokém napětí vykazují slitiny Al-Mg-Mn vynikající tvařitelnost a vysokou pevnost a jsou široce používány v automobilových pleších válcovaných za tepla i za studena a hydroformovaných trubkách. Použití v podvozcích nebo kolech je ještě efektivnější, protože snížení hmotnosti neodpružených pohyblivých částí dodatečně zvyšuje jízdní komfort a snižuje hladinu hluku.
3. Hliníkový profil
V Evropě byly navrženy zcela nové koncepty automobilů založené na konstrukci hliníkových profilů, například rámy z hliníkových slitin a složité podvozky. Jejich velký potenciál pro komplexní konstrukce a funkční integraci je činí nejvhodnějšími pro nákladově efektivní sériovou výrobu. Protože je během extruze nutné kalení, používají se středně pevné slitiny kalitelné stárnutím 6000 a vysokopevnostní slitiny kalitelné stárnutím 7000. Tvařitelnost a konečná pevnost se řídí kalením stárnutím následným ohřevem. Profily z hliníkových slitin se používají hlavně v konstrukci rámů, nosníků nárazníků a dalších komponentů nárazníků.
4. Hliníkové odlitky
Odlitky jsou nejpoužívanějšími hliníkovými komponenty v automobilech, jako jsou bloky motorů, hlavy válců a speciální komponenty podvozků. Dokonce i vznětové motory, které v Evropě výrazně zvýšily svůj podíl na trhu, přecházejí na hliníkové odlitky kvůli rostoucím požadavkům na pevnost a trvanlivost. Zároveň se hliníkové odlitky používají také v konstrukci rámů, hřídelových dílů a konstrukčních dílů a vysokotlaké lití nových hliníkových slitin AlSiMgMn dosáhlo vyšší pevnosti a tažnosti.
Hliník je díky své nízké hustotě, dobré tvárnosti a odolnosti proti korozi preferovaným materiálem pro mnoho automobilových aplikací, jako jsou podvozky, karoserie a mnoho konstrukčních komponentů. Hliník použitý v konstrukci karoserie může dosáhnout snížení hmotnosti nejméně o 30 % za předpokladu splnění výkonnostních požadavků. Hliníkové slitiny lze také použít na většinu částí stávajícího krytu. V některých případech s vysokými požadavky na pevnost si slitiny řady 7000 stále udržují kvalitativní výhody. Proto jsou pro velkoobjemové aplikace nejekonomičtější metodou řešení snižování hmotnosti z hliníkových slitin.
Upraveno May Jiang z MAT Aluminum
Čas zveřejnění: 8. prosince 2023
