Ngành công nghiệp ô tô châu Âu nổi tiếng với sự tiên tiến và sáng tạo cao. Với việc thúc đẩy các chính sách tiết kiệm năng lượng và giảm khí thải, để giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và lượng khí thải carbon dioxide, các hợp kim nhôm được cải tiến và thiết kế sáng tạo đã được sử dụng rộng rãi trong thiết kế ô tô. Theo thống kê, trong mười năm qua, lượng nhôm trung bình được sử dụng trong xe du lịch đã tăng gấp đôi và việc giảm trọng lượng của hợp kim nhôm được thể hiện trong Hình 1 bên dưới. Dựa trên các khái niệm thiết kế sáng tạo, xu hướng này sẽ tiếp tục trong vài năm tới.
Trong quá trình phát triển vật liệu nhẹ, hợp kim nhôm đang phải đối mặt với sự cạnh tranh khốc liệt với các vật liệu mới khác, chẳng hạn như thép cường độ cao, vẫn có thể duy trì độ bền cao sau khi thiết kế thành mỏng. Ngoài ra, còn có vật liệu composite magiê, titan, thủy tinh hoặc sợi carbon, loại sau này đã được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không vũ trụ. Hiện nay, khái niệm thiết kế đa vật liệu đã được tích hợp vào thiết kế ô tô và đang nỗ lực áp dụng các vật liệu phù hợp cho các bộ phận phù hợp. Một thách thức rất quan trọng là vấn đề kết nối và xử lý bề mặt, và nhiều giải pháp khác nhau đã được phát triển, chẳng hạn như khối động cơ và các thành phần hệ thống truyền lực, thiết kế khung (Audi A2, A8, BMW Z8, Lotus Elise), cấu trúc tấm mỏng (Honda NSX, Jaguar, Rover), hệ thống treo (DC-E class, Renault, Peugeot) và thiết kế các thành phần cấu trúc khác. Hình 2 cho thấy các thành phần nhôm được sử dụng trong ô tô.
Chiến lược thiết kế BIW
Thân xe là bộ phận nặng nhất của một chiếc xe thông thường, chiếm 25% đến 30% trọng lượng của xe. Có hai thiết kế cấu trúc trong thiết kế thân xe.
1. “Thiết kế khung không gian hồ sơ” cho xe ô tô cỡ nhỏ và vừa: Audi A8 là một ví dụ điển hình, thân xe màu trắng nặng 277 kg, gồm 59 thanh (61 kg), 31 chi tiết đúc (39 kg) và 170 tấm kim loại (177 kg). Chúng được ghép nối bằng phương pháp tán đinh, hàn MIG, hàn laser, hàn lai khác, dán keo, v.v.
2. “Cấu trúc monocoque kim loại tấm rèn khuôn” dành cho các ứng dụng ô tô có công suất trung bình đến lớn: ví dụ, Jaguar XJ (X350), mẫu xe năm 2002 (như thể hiện trong Hình 4 bên dưới), khối lượng 295 kg “cấu trúc thân xe liền khối dập” thân xe màu trắng bao gồm 22 cấu hình (21 kg), 15 chi tiết đúc (15 kg) và 273 bộ phận kim loại tấm (259 kg). Các phương pháp kết nối bao gồm liên kết, tán đinh và hàn MIG.
Ứng dụng của hợp kim nhôm trên thân xe
1. Hợp kim Al-Mg-Si cứng theo thời gian
Hợp kim sê-ri 6000 chứa magiê và silic và hiện đang được sử dụng trong các tấm thân xe ô tô như A6016, A6111 và A6181A. Ở Châu Âu, EN-6016 1-1,2mm có khả năng định hình và chống ăn mòn tuyệt vời và được sử dụng rộng rãi.
2. Hợp kim Al-Mg-Mn không xử lý nhiệt
Do có độ cứng biến dạng cao đặc biệt, hợp kim Al-Mg-Mn thể hiện khả năng định hình tuyệt vời và độ bền cao, được sử dụng rộng rãi trong các tấm cán nóng và cán nguội ô tô và ống thủy lực. Ứng dụng trong khung gầm hoặc bánh xe thậm chí còn hiệu quả hơn vì việc giảm khối lượng các bộ phận chuyển động không có lò xo cũng làm tăng sự thoải mái khi lái xe và giảm mức độ tiếng ồn.
3. Thanh nhôm
Ở Châu Âu, các khái niệm xe hơi hoàn toàn mới đã được đề xuất dựa trên thiết kế thanh nhôm, ví dụ như khung hợp kim nhôm và các cấu trúc phụ phức tạp. Tiềm năng lớn của chúng đối với các thiết kế phức tạp và tích hợp chức năng khiến chúng phù hợp nhất cho sản xuất hàng loạt tiết kiệm chi phí. Vì quá trình làm nguội là cần thiết trong quá trình đùn, nên hợp kim có thể làm cứng theo tuổi 6000 có độ bền trung bình và hợp kim có thể làm cứng theo tuổi 7000 có độ bền cao được sử dụng. Khả năng tạo hình và độ bền tối đa được kiểm soát thông qua quá trình làm cứng theo tuổi bằng cách gia nhiệt tiếp theo. Thanh hợp kim nhôm chủ yếu được sử dụng trong thiết kế khung, dầm chống va chạm và các thành phần chống va chạm khác.
4. Đúc nhôm
Đúc là thành phần nhôm được sử dụng rộng rãi nhất trong ô tô, chẳng hạn như khối động cơ, đầu xi lanh và các thành phần khung gầm đặc biệt. Ngay cả động cơ diesel, vốn đã tăng đáng kể thị phần của mình ở Châu Âu, cũng đang chuyển sang đúc nhôm do nhu cầu về độ bền và độ bền ngày càng tăng. Đồng thời, đúc nhôm cũng đang được sử dụng trong thiết kế khung, các bộ phận trục và các bộ phận kết cấu, và đúc áp suất cao các hợp kim nhôm AlSiMgMn mới đã đạt được độ bền và độ dẻo cao hơn.
Nhôm là vật liệu được lựa chọn cho nhiều ứng dụng ô tô như khung gầm, thân xe và nhiều thành phần cấu trúc do có mật độ thấp, khả năng định hình tốt và khả năng chống ăn mòn tốt. Nhôm được sử dụng trong thiết kế cấu trúc thân xe có thể giảm ít nhất 30% trọng lượng với điều kiện đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất. Ngoài ra, hợp kim nhôm có thể được áp dụng cho hầu hết các bộ phận của lớp phủ hiện tại. Trong một số trường hợp có yêu cầu về độ bền cao, hợp kim sê-ri 7000 vẫn có thể duy trì được các lợi thế về chất lượng. Do đó, đối với các ứng dụng khối lượng lớn, các giải pháp giảm trọng lượng hợp kim nhôm là phương pháp kinh tế nhất.
Biên tập bởi May Jiang từ MAT Aluminum
Thời gian đăng: 08-12-2023
