L'industria automobilistica europea è famosa per i suoi prodotti avanzati e altamente innovativi. Con la promozione di politiche di risparmio energetico e di riduzione delle emissioni, al fine di ridurre il consumo di carburante e le emissioni di anidride carbonica, le leghe di alluminio migliorate e progettate in modo innovativo sono ampiamente utilizzate nella progettazione automobilistica. Secondo le statistiche, negli ultimi dieci anni, la quantità media di alluminio utilizzata nelle autovetture è raddoppiata e la riduzione del peso delle leghe di alluminio è mostrata nella Figura 1 di seguito. Basato su concetti di design innovativi, questa tendenza continuerà nei prossimi anni.
Nel processo di sviluppo della leggerezza, le leghe di alluminio si trovano ad affrontare una forte concorrenza con altri nuovi materiali, come l'acciaio ad alta resistenza, che può ancora mantenere un'elevata resistenza dopo la progettazione a pareti sottili. A questi si aggiungono materiali compositi in magnesio, titanio, vetro o fibra di carbonio, questi ultimi già ampiamente utilizzati nel settore aerospaziale. Ora il concetto di progettazione multi-materiale è stato integrato nella progettazione automobilistica e si stanno compiendo sforzi per applicare materiali adatti a parti adatte. Una sfida molto importante è il problema del collegamento e del trattamento superficiale, e sono state sviluppate varie soluzioni, come componenti del blocco motore e del gruppo propulsore, design del telaio (Audi A2, A8, BMW Z8, Lotus Elise), struttura a piastre sottili (Honda NSX , Jaguar, Rover), sospensioni (classe DC-E, Renault, Peugeot) e progettazione di altri componenti strutturali. La Figura 2 mostra i componenti dell'alluminio utilizzati nelle automobili.
Strategia di progettazione BIW
La carrozzeria è la parte più pesante di un'auto convenzionale e rappresenta dal 25% al 30% del peso del veicolo. Ci sono due design strutturali nel design body-in-white.
1. "Design del telaio spaziale del profilo" per auto di piccole e medie dimensioni: L'Audi A8 è un tipico esempio, la carrozzeria bianca pesa 277 kg, è composta da 59 profilati (61 kg), 31 fusioni (39 kg) e 170 lamiere (177 kg). Sono uniti mediante rivettatura, saldatura MIG, saldatura laser, altre saldature ibride, incollaggio, ecc.
2. “Struttura monoscocca in lamiera forgiata” per applicazioni automobilistiche di media e grande cilindrata: ad esempio, Jaguar XJ (X350), modello del 2002 (come mostrato nella Figura 4 di seguito), massa 295 kg "struttura monoscocca stampata" la carrozzeria bianca era composta da 22 profili (21 kg), 15 fusioni (15 kg) e 273 parti in lamiera (259 kg). I metodi di connessione includono incollaggio, rivettatura e saldatura MIG.
Applicazione della lega di alluminio sul corpo
1. Lega Al-Mg-Si indurita per invecchiamento
Le leghe della serie 6000 contengono magnesio e silicio e sono attualmente utilizzate nelle lamiere delle carrozzerie automobilistiche come A6016, A6111 e A6181A. In Europa, lo spessore EN-6016 da 1-1,2 mm ha un'eccellente formabilità e resistenza alla corrosione ed è ampiamente utilizzato.
2. Lega Al-Mg-Mn non trattabile termicamente
Grazie al loro specifico elevato incrudimento, le leghe Al-Mg-Mn mostrano eccellente formabilità ed elevata resistenza e sono ampiamente utilizzate nelle lamiere laminate a caldo e a freddo del settore automobilistico e nei tubi idroformati. L'applicazione nel telaio o nelle ruote è ancora più efficace perché la riduzione della massa delle parti mobili non sospese aumenta ulteriormente il comfort di guida e riduce i livelli di rumore.
3. Profilo in alluminio
In Europa sono stati proposti concetti automobilistici completamente nuovi basati sulla progettazione di profili in alluminio, ad esempio telai in lega di alluminio e sottostrutture complesse. Il loro grande potenziale per progetti complessi e integrazione funzionale li rende particolarmente adatti per la produzione in serie economicamente vantaggiosa. Poiché durante l'estrusione è necessaria la tempra, vengono utilizzate leghe temprabili con invecchiamento di media resistenza 6000 e alta resistenza 7000. La formabilità e la resistenza alla rottura vengono controllate attraverso l'indurimento per invecchiamento mediante successivo riscaldamento. I profili in lega di alluminio vengono utilizzati principalmente nella progettazione di telai, travi di protezione e altri componenti di protezione.
4. Fusione di alluminio
Le fusioni sono i componenti in alluminio più utilizzati nelle automobili, come blocchi motore, testate cilindri e componenti speciali del telaio. Anche i motori diesel, che hanno notevolmente aumentato la loro quota di mercato in Europa, si stanno spostando verso le fusioni in alluminio a causa delle crescenti richieste di resistenza e durata. Allo stesso tempo, le fusioni di alluminio vengono utilizzate anche nella progettazione di telai, parti di alberi e parti strutturali, e la fusione ad alta pressione di nuove leghe di alluminio AlSiMgMn ha raggiunto maggiore resistenza e duttilità.
L'alluminio è il materiale preferito per molte applicazioni automobilistiche come telaio, carrozzeria e molti componenti strutturali grazie alla sua bassa densità, buona formabilità e buona resistenza alla corrosione. L'alluminio utilizzato nella progettazione della struttura della carrozzeria può ottenere una riduzione del peso di almeno il 30% a condizione di soddisfare i requisiti prestazionali. Inoltre, le leghe di alluminio possono essere applicate alla maggior parte delle coperture attuali. In alcuni casi con requisiti di elevata resistenza, le leghe della serie 7000 possono comunque mantenere vantaggi qualitativi. Pertanto, per applicazioni con volumi elevati, le soluzioni di riduzione del peso in lega di alluminio rappresentano il metodo più economico.
A cura di May Jiang di MAT Aluminium
Orario di pubblicazione: 08-dic-2023
