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.