Desarrollo reciente en aluminio para aplicaciones automotrices

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4 Aluminio en competencia con otros materiales ligeros

En todo el mundo como técnicamente más avanzado y altamente

innovador. Basado en el aumento económico y político

presión para reducir el consumo de combustible y las emisiones de CO2,

los esfuerzos para la construcción ligera automotriz han

aumentado significativamente y las soluciones específicas son

propuesto basado en el uso de modificados o de nuevo diseño

aleaciones de aluminio [1-5]. Durante la última década la

La cantidad media de aluminio que se utiliza en los turismos ha

duplicado (Fig.1), y basado en los nuevos conceptos de diseño

El progreso continuará siguiendo esta tendencia en los próximos

años.

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Paralelamente, la industria europea del aluminio ha

desarrollado e introducido numerosos innovadores

soluciones ligeras basadas en lo establecido y

aleaciones de aluminio mejoradas [7−13] y optimizadas

Diseño de automóvil orientado al aluminio. Uno de los principales

ventajas del aluminio es su disponibilidad en una gran

variedad de formas semiacabadas, como piezas moldeadas,

extrusiones y láminas, todas adecuadas para la producción en masa y

soluciones innovadoras. Compacto y altamente integrado

las piezas satisfacen las altas exigencias de alto rendimiento,

calidad y capacidad de fabricación rentable.

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El aluminio es ferozmente competitivo con otros

materiales, como los nuevos aceros desarrollados recientemente, reclamando

respaldar el potencial de peso ligero mediante aleaciones de mayor resistencia

adecuado para reducir el espesor de la pared. Otro competidor

los materiales son magnesio, titanio y vidrio o carbono

Plásticos reforzados con fibra. Este último se ha desarrollado aún más

en las industrias aeroespaciales, ahora se realizan grandes esfuerzos de I + D

Adecuado para la producción en masa también para automóviles,

coches eléctricos especialmente innovadores. Coche innovador

conceptos han adoptado la idea de diseño multimaterial para

utilice para cada función el "mejor" material disponible.

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para cada función el "mejor" material disponible.

Los desafíos involucrados aquí son principalmente unirse y

Problemas de tratamiento de superficies. Muchas soluciones adecuadas tienen

ha sido desarrollado. Aplicación de aluminio semiacabado

partes aumenta, p. ej. en bloques de motor y tren de fuerza

piezas, marcos espaciales (Audi A2, A8, BMW Z8, Lotus Elise),

estructuras de hoja (Honda NSX, Jaguar, Rover) o como

cierres y piezas colgantes (clase DC-E, Renault,

Peugeot) y otros componentes estructurales

2.- Estrategias de diseño de vanguardia para bodyin-white (BIW)

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Hay dos variantes principales como estado de la técnica.

para un diseño BIW.

1) "Diseño de marco espacial de extrusión" para

coches de volumen medio: el AUDI A8 (por ejemplo, D3, modelo

año 2002, Fig.3 (b)) es un ejemplo clásico con un

volumen programado de 25000 coches / año, una masa BIW de

277 kg; compuesto por 59 extrusiones (61 kg), 31 piezas fundidas

(39 kg) y 170 piezas de hoja (177 kg). Remachado, MIG-,

soldaduras láser e híbridas, plegado en rollo y adhesivo

la unión son los principales métodos de unión que se aplican aquí.

2) “Monocasco de chapa estampada” para medianos a

coches de gran volumen, por ejemplo, el Jaguar XJ (X350),

año modelo 2002 (Fig.4), con 30000 coches / año y un

Masa BIW de 295 kg; compuesto por 22 extrusiones (21 kg),

15 piezas fundidas (15 kg) y 273 hojas (259 kg). Unión

Los métodos son la unión adhesiva, remachado, remachado y

Soldadura MIG.

3.-Aleaciones de aluminio para aplicaciones de carrocería

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Las aleaciones de la serie 6xxx contienen magnesio y silicio.

Las aleaciones 6xxx que se utilizan actualmente para la chapa de carrocería son A6016

(Europa), A6111 (América) y A6181A, que fueron

agregado más recientemente debido a aspectos de reciclaje. En

EE. UU., A6111 se utiliza a menudo para paneles exteriores en calibres de 0,9-1,0 mm, lo que combina alta resistencia con buena

conformabilidad. En Europa, se prefiere y se aplica EN-6016

en calibres de 1−1,2 mm. Muestra una conformabilidad superior.

y resistencia a la corrosión filiforme y permite dobladillos planos

incluso en piezas con deformación previa local. sin embargo, el

La resistencia al horneado de 6016 es significativamente menor.

que el de A-6111

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3.2 Aleaciones de Al − Mg − Mn no tratables térmicamente

Las aleaciones de Al − Mg − Mn muestran una combinación óptima

de conformabilidad y resistencia logradas por el mecanismo

de solución sólida y endurecimiento por deformación debido a su

endurecimiento específico por alta deformación. Mayor mejora en

propiedades requeridas para aplicaciones específicas (por ejemplo, superficie

apariencia, resistencia a la corrosión, estabilidad térmica) tiene

logrado mediante pequeñas adiciones de otras aleaciones

elementos y / o rutas de procesamiento modificadas [4,7-9], p. ej.

sábana libre de tensión de la camilla ("SSF"), evitando las líneas de Lüders

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3.3 Extrusiones

Un amplio campo de soluciones de aluminio y

aplicaciones se abre haciendo uso de la tecnología bien establecida de extrusiones de aluminio. Aquí

Se pueden lograr formas bastante complejas de perfiles, por lo que

lo que permite un diseño ligero e innovador con

funciones. En Europa coche completamente nuevo y flexible

conceptos (por ejemplo, el marco espacial de aluminio, Fig.3 (a)) y

subestructuras complejas (por ejemplo, en piezas de chasis, parachoques,

elementos de choque, bolsas de aire) se han desarrollado utilizando

extrusiones de aluminio. Su alto potencial para complejos

El diseño y la integración funcional son los más adecuados para

producción en masa rentable.

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3.4 Fundiciones

El mayor volumen de componentes de aluminio en

coches es piezas de fundición, como bloques de motor, culatas de cilindros

y piezas especiales de chasis. La sustitución del hierro fundido

continúa el bloque del motor. Incluso los motores diésel, que

seguir ganando un aumento sustancial en la cuota de mercado en

Europa, se están fundiendo en aluminio, debido a la alta

requisitos de resistencia y durabilidad. El hierro fundido tiene

generalmente se ha utilizado antes. Sin embargo, el progreso en

desarrollo de aleaciones de aluminio (tipo Al − Si − Cu − Mg − Fe)

y surgen nuevas técnicas de lanzamiento con mejoras

propiedades materiales e integración funcional que

permite que el aluminio cumpla con estos requisitos.

Las piezas de fundición de aluminio también están ganando aceptación en

la construcción de marcos espaciales, piezas de eje y

componentes estructurales. Las piezas complejas son producidas por

métodos de fundición especiales que garantizan una mecánica óptima

propiedades y permiten una integración funcional mejorada [5].

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El nuevo concepto de BIW de "diseños multimaterial",

Consiste en una aplicación adecuada de cualquier

material, bajo la idea principal de utilizar el "mejor"

material para cada función, lo que significa aluminio

aplicaciones junto con alta y ultra alta resistencia

aceros, magnesio y plásticos o composites. Un

El objetivo principal adicional es lograr un diseño liviano y rentable en general.

Este es el principal objetivo del "Super Light Car"

Proyecto (SLC) [14,15].

Tecnologías de producción sostenibles de emisión

Los conceptos de automóviles ligeros reducidos se iniciaron en 2004,

comenzó en 2005 y terminó en 2009. 38 socios: 7 OEM

(CRF, DC, Porsche, Renault, Volvo, Opel y VW como

coordinador del proyecto), 10 empresas de I + D, 10 proveedores, 8

universidades y 3 pymes, se reunieron para evaluar

tecnologías actuales y nuevas y para diseñar y construir

nuevo coche ligero con la motivación de diseñar y

construir una estructura de vehículo de peso reducido a un

reducción de las emisiones de CO2 y el consumo de combustible como

global ecológico y local económico y cliente

beneficio. El coche SLC debería ser adecuado para series grandes.

producciones como un avanzado económicamente producible

Estructuras de vehículos (multimateriales) [14].

Deben tomarse dos condiciones de contorno importantes

en cuenta.

1) costo asequible

La masa es un factor importante, además de la resistencia aerodinámica,

resistencia a la rodadura, eficiencia del motor, consumo eléctrico,

que contribuyen a la emisión de CO2. La inversión será

objetivo en el factor que produce una reducción máxima de CO2

por euro invertido para cada factor; un máximo

Se puede calcular el aumento de costo permitido. Fuertemente

depende de la selección del material y la pendiente debe ser

disminuido por un enfoque inteligente de múltiples materiales que

puede cumplir con los límites crecientes de las regulaciones de CAFÉ

en un nivel aceptable

5 Concepto final de carrocería SLC

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El concepto final de cuerpo SLC (Fig.7) muestra una

óptimo entre reducción de masa de 95 kg (34%), es decir

un ahorro de masa del 41% frente a la referencia (de 65 kg a 110 kg)

y una parte adicional cuesta 5 € / kg. Tiene un

techo de magnesio y un marco de piso de acero (es decir, más ligero en la parte superior que en la parte inferior) y un anillo de torsión en el lateral

estructura de acero templado de alta resistencia

combinado con un marco de chapa de aluminio. Para el interior

La chapa de acero TWB del pilar B se utiliza con un

piel de aluminio. El aluminio se utiliza como paneles de chapa y

como extrusión en rieles delanteros, parachoques, elementos de choque, en el

riel inferior trasero, y en la estructura de la timonera como

HPDC (fundición a alta presión).

6 Innovación de aluminio en conceptos SLC

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En el diseño SLC multimaterial, la contribución de

el aluminio se refiere tanto a nuevas aleaciones como a alternativas

métodos de producción de piezas de aluminio. Aluminio

La lámina se utiliza principalmente para paneles y cierres BIW.

A pesar de los "vehículos todos de aluminio" existentes como Audi

A8 y Jaguar XJ, aluminio en vehículos producidos en serie

necesita reducir el tiempo de desarrollo y otros

costes en nuevos métodos de producción y / o nuevas aleaciones [5].

Los aspectos innovadores investigados son los siguientes.

1) El termoformado es una nueva técnica para producir

formas tubulares de aluminio complejas que utilizan gas interno

presión para formar cuerpos huecos o tubos dentro de un cálido

medio ambiente [12]. Proporciona una alternativa competitiva a

formación hidro o superplástica (SPF).

2) Los espacios en blanco soldados a medida (TWB) son un

producto para aplicaciones automotrices de acero que es fácil

para adaptarse también al aluminio. Hay un ejemplo de

TWB de aluminio en producción en serie: la placa posterior de

la caseta de la rueda delantera del Lamborghini Gallardo [11].

El proyecto SLC demostró que los TWB de aluminio se pueden

aplicado para piezas exigentes embutidas a mayor

volúmenes.

7 Nuevas aleaciones de aluminio para automoción
aplicaciones

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Se introdujeron varios desarrollos de productos nuevos

en el proyecto SLC para satisfacer demandas específicas de BIW

que no pueden ser satisfechas por las presentes aleaciones de aluminio. Para

ejemplo, una aleación 5xxx con alto contenido de Mg, especialmente

dedicado al conformado en caliente [12]. Nuevas aleaciones 6xxx para

se introdujeron aplicaciones estructurales [11], utilizadas para la

miembros de choque en la estructura frontal del modelo SLC,

o se ha introducido una nueva aleación 6xxx como "Aleación de techo"

cuando se coloca sobre una estructura de acero [11] con pintura de horneado rápido

respuesta para soportar plástico inducido térmicamente

deformación.

8 Resumen y conclusiones

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Debido a su baja densidad, buena conformabilidad y

resistencia a la corrosión, el aluminio es el material de elección

para muchas aplicaciones automotrices como chasis,

carrocería y muchos componentes estructurales [13].

Aleaciones de aluminio adaptadas a variaciones adecuadas en

La composición química y el procesamiento se adaptan mejor a muchos

requisitos, como las aleaciones de Al-Mg no tratables térmicamente

utilizado en chasis optimizados para una excelente resistencia contra

Corrosión intercristalina y concurrente de alta resistencia o

las aleaciones de Al-Mg-Si tratables térmicamente para extrusiones y

hoja de carrocería modificada para mejorar el endurecimiento por envejecimiento

respuesta durante el ciclo de horneado de pintura automotriz.

Con un conocimiento sólido del material específico.

propiedades y efectos, excelentes soluciones ligeras

para aplicaciones automotrices han sido exitosamente

aplicado por las industrias del automóvil europeas. Intensivo

I + D + i y colaboración continua de proveedores de materiales

e ingenieros de aplicaciones proporcionaron soluciones óptimas

por a veces aspectos contradictorios de la especificidad

requisitos, p. ej. para la selección de material específico y

combinaciones óptimas de resistencia y conformabilidad.

Rutas de procesamiento específicas de materiales e individuales

Las soluciones se han desarrollado en estrecha colaboración con

Socios y proveedores OEM. Aplicando el completo

conocimiento sobre los procesos físicos involucrados y el

correlación microestructura / propiedades, un ajuste de

propiedades es posible con el fin de producir óptimas y

productos estables requeridos para las altas exigencias en

aplicaciones de automóviles.