สถานะการใช้งานและแนวโน้มการพัฒนาอลูมิเนียมอัลลอยด์ในรถยนต์ยุโรป

อุตสาหกรรมยานยนต์ของยุโรปมีชื่อเสียงในด้านความก้าวหน้าและนวัตกรรมขั้นสูง ด้วยการส่งเสริมนโยบายการประหยัดพลังงานและลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก เพื่อลดการใช้เชื้อเพลิงและการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ อลูมิเนียมอัลลอยด์ที่ได้รับการปรับปรุงและได้รับการออกแบบอย่างสร้างสรรค์จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการออกแบบรถยนต์ ตามสถิติ ในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา ปริมาณอลูมิเนียมโดยเฉลี่ยที่ใช้ในรถยนต์โดยสารเพิ่มขึ้นสองเท่า และการลดน้ำหนักของโลหะผสมอลูมิเนียมแสดงในรูปที่ 1 ด้านล่าง จากแนวคิดการออกแบบเชิงนวัตกรรม แนวโน้มนี้จะดำเนินต่อไปในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า

ในกระบวนการพัฒนาน้ำหนักเบา อลูมิเนียมอัลลอยด์กำลังเผชิญกับการแข่งขันที่รุนแรงกับวัสดุใหม่อื่นๆ เช่น เหล็กที่มีความแข็งแรงสูง ซึ่งยังคงรักษาความแข็งแรงสูงได้หลังจากการออกแบบผนังบาง นอกจากนี้ยังมีวัสดุคอมโพสิตแมกนีเซียม ไทเทเนียม แก้ว หรือคาร์บอนไฟเบอร์ ซึ่งชนิดหลังนี้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการบินและอวกาศ ขณะนี้ แนวคิดของการออกแบบหลายวัสดุได้ถูกรวมเข้ากับการออกแบบรถยนต์แล้ว และกำลังพยายามใช้วัสดุที่เหมาะสมกับชิ้นส่วนที่เหมาะสม ความท้าทายที่สำคัญมากคือปัญหาการเชื่อมต่อและการรักษาพื้นผิว และได้มีการพัฒนาโซลูชั่นต่างๆ เช่น เสื้อสูบและส่วนประกอบระบบส่งกำลัง การออกแบบเฟรม (Audi A2, A8, BMW Z8, Lotus Elise) โครงสร้างแผ่นบาง (Honda NSX) , Jaguar, Rover) ระบบกันสะเทือน (คลาส DC-E, Renault, Peugeot) และการออกแบบส่วนประกอบโครงสร้างอื่น ๆ รูปที่ 2 แสดงส่วนประกอบของอะลูมิเนียมที่ใช้ในรถยนต์

กลยุทธ์การออกแบบ BIW

ตัวถังสีขาวถือเป็นส่วนที่หนักที่สุดของรถยนต์ทั่วไป โดยคิดเป็น 25% ถึง 30% ของน้ำหนักตัวรถ มีการออกแบบโครงสร้างสองแบบในการออกแบบตัวถังสีขาว

1. “การออกแบบกรอบพื้นที่โปรไฟล์” สำหรับรถยนต์ขนาดเล็กและขนาดกลาง: ตัวอย่างทั่วไปของ Audi A8 ตัวถังสีขาวหนัก 277 กก. ประกอบด้วยโครง 59 ชิ้น (61 กก.) การหล่อ 31 ชิ้น (39 กก.) และโลหะแผ่น 170 แผ่น (177 กก.) การเชื่อมแบบโลดโผน การเชื่อม MIG การเชื่อมด้วยเลเซอร์ การเชื่อมแบบไฮบริดอื่นๆ การติดกาว ฯลฯ

2. “โครงสร้าง monocoque โลหะแผ่นขึ้นรูป” สำหรับการใช้งานในรถยนต์ที่มีความจุปานกลางถึงขนาดใหญ่: ตัวอย่างเช่น Jaguar XJ (X350) รุ่นปี 2002 (ดังแสดงในรูปที่ 4 ด้านล่าง) “โครงสร้าง monocoque ตัวถังประทับตรา” มวล 295 กก. ตัวสีขาวประกอบด้วย 22 โปรไฟล์ (21 กก.) การหล่อ 15 ครั้ง (15 กก.) และชิ้นส่วนโลหะแผ่น 273 ชิ้น (259 กก.) วิธีการเชื่อมต่อ ได้แก่ การติด การตอกหมุด และการเชื่อม MIG

การใช้อลูมิเนียมอัลลอยด์กับตัวถัง

1. โลหะผสม Al-Mg-Si ที่แข็งตัวตามอายุ

โลหะผสมซีรีส์ 6000 ประกอบด้วยแมกนีเซียมและซิลิคอน และปัจจุบันใช้ในแผ่นตัวถังรถยนต์เช่น A6016, A6111 และ A6181A ในยุโรป EN-6016 ขนาด 1-1.2 มม. มีความสามารถในการขึ้นรูปและทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม และมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย

2. โลหะผสม Al-Mg-Mn ที่ไม่ผ่านการบำบัดด้วยความร้อน

เนื่องจากการแข็งตัวด้วยความเครียดสูงโดยเฉพาะ โลหะผสม Al-Mg-Mn จึงมีความสามารถในการขึ้นรูปที่ดีเยี่ยมและมีความแข็งแรงสูง และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในแผ่นรีดร้อนและรีดเย็นและท่อไฮโดรฟอร์มในยานยนต์ การใช้งานในแชสซีหรือล้อมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น เนื่องจากการลดมวลของชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวจากสปริงยังช่วยเพิ่มความสะดวกสบายในการขับขี่และลดระดับเสียงอีกด้วย

3. โปรไฟล์อลูมิเนียม

ในยุโรป มีการเสนอแนวคิดรถยนต์ใหม่ทั้งหมดโดยอิงจากการออกแบบโปรไฟล์อะลูมิเนียม เช่น เฟรมอะลูมิเนียมอัลลอยด์และโครงสร้างย่อยที่ซับซ้อน ศักยภาพที่ยอดเยี่ยมในการออกแบบที่ซับซ้อนและการผสานการทำงานทำให้เหมาะสมที่สุดสำหรับการผลิตซีรีส์ที่คุ้มต้นทุน เนื่องจากจำเป็นต้องมีการชุบแข็งในระหว่างการอัดขึ้นรูป จึงใช้โลหะผสมที่มีความแข็งปานกลาง 6000 และความแข็งแรงสูงอายุ 7000 ชุบแข็งได้ การขึ้นรูปและความแข็งแกร่งสูงสุดจะถูกควบคุมโดยการแข็งตัวตามอายุโดยการให้ความร้อนในภายหลัง โปรไฟล์อลูมิเนียมอัลลอยด์ส่วนใหญ่จะใช้ในการออกแบบเฟรม คานกันกระแทก และส่วนประกอบอื่นๆ ในการชน

4. การหล่ออลูมิเนียม

การหล่อเป็นส่วนประกอบอะลูมิเนียมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในรถยนต์ เช่น เสื้อสูบ ฝาสูบ และส่วนประกอบแชสซีแบบพิเศษ แม้แต่เครื่องยนต์ดีเซลซึ่งมีส่วนแบ่งตลาดเพิ่มขึ้นอย่างมากในยุโรป ก็ยังเปลี่ยนมาใช้การหล่ออะลูมิเนียมเนื่องจากความต้องการด้านความแข็งแกร่งและความทนทานเพิ่มมากขึ้น ในเวลาเดียวกัน การหล่ออะลูมิเนียมยังถูกนำมาใช้ในการออกแบบเฟรม ชิ้นส่วนเพลา และชิ้นส่วนโครงสร้าง และการหล่อด้วยแรงดันสูงของอะลูมิเนียมอัลลอยด์ AlSiMgMn ใหม่ ทำให้มีความแข็งแรงและความเหนียวสูงขึ้น

อะลูมิเนียมเป็นวัสดุที่เลือกใช้สำหรับการใช้งานในยานยนต์หลายประเภท เช่น แชสซี ตัวถัง และส่วนประกอบโครงสร้างหลายชนิด เนื่องจากมีความหนาแน่นต่ำ สามารถขึ้นรูปได้ดี และทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดี อะลูมิเนียมที่ใช้ในการออกแบบโครงสร้างตัวถังสามารถลดน้ำหนักได้อย่างน้อย 30% ภายใต้เงื่อนไขที่ต้องปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ นอกจากนี้ อะลูมิเนียมอัลลอยด์ยังสามารถนำไปใช้กับส่วนต่างๆ ของฝาครอบกระแสไฟส่วนใหญ่ได้ ในบางกรณีที่มีความต้องการความแข็งแรงสูง โลหะผสมซีรีส์ 7000 ยังสามารถรักษาข้อได้เปรียบด้านคุณภาพได้ ดังนั้น สำหรับการใช้งานในปริมาณมาก โซลูชันการลดน้ำหนักโลหะผสมอะลูมิเนียมจึงเป็นวิธีการที่ประหยัดที่สุด

เรียบเรียงโดย May Jiang จาก MAT Aluminium