La industria automovilística europea es famosa por su avanzada y gran innovación. Con la promoción de políticas de ahorro de energía y reducción de emisiones, con el fin de reducir el consumo de combustible y las emisiones de dióxido de carbono, se utilizan ampliamente en el diseño de automóviles aleaciones de aluminio mejoradas y de diseño innovador. Según las estadísticas, en los últimos diez años, la cantidad promedio de aluminio utilizada en los turismos se ha duplicado, y la reducción de peso de las aleaciones de aluminio se muestra en la Figura 1 a continuación. Basada en conceptos de diseño innovadores, esta tendencia continuará en los próximos años.
En el proceso de desarrollo de materiales ligeros, las aleaciones de aluminio se enfrentan a una feroz competencia con otros materiales nuevos, como el acero de alta resistencia, que aún puede mantener una alta resistencia después de un diseño de paredes delgadas. Además, existen materiales compuestos de magnesio, titanio, vidrio o fibra de carbono, estos últimos ya muy utilizados en el sector aeroespacial. Ahora el concepto de diseño multimaterial se ha integrado en el diseño de automóviles y se están realizando esfuerzos para aplicar materiales adecuados a piezas adecuadas. Un desafío muy importante es el problema de la conexión y el tratamiento de superficies, y se han desarrollado varias soluciones, como los componentes del bloque del motor y del tren de potencia, el diseño del bastidor (Audi A2, A8, BMW Z8, Lotus Elise), la estructura de placa delgada (Honda NSX , Jaguar, Rover), suspensión (clase DC-E, Renault, Peugeot) y diseño de otros componentes estructurales. La Figura 2 muestra los componentes del aluminio utilizados en los automóviles.
Estrategia de diseño BIW
La carrocería blanca es la parte más pesada de un automóvil convencional y representa entre el 25% y el 30% del peso del vehículo. Hay dos diseños estructurales en el diseño de carrocería en blanco.
1. “Diseño de marco espacial perfilado” para automóviles pequeños y medianos: El Audi A8 es un ejemplo típico, la carrocería en blanco pesa 277 kg, consta de 59 perfiles (61 kg), 31 piezas fundidas (39 kg) y 170 chapas (177 kg). Se unen mediante remachado, soldadura MIG, soldadura láser, otras soldaduras híbridas, pegado, etc.
2. “Estructura monocasco de chapa forjada” para aplicaciones automotrices de mediana y gran capacidad: por ejemplo, Jaguar XJ (X350), modelo 2002 (como se muestra en la Figura 4 a continuación), la carrocería en blanco con “estructura monocasco de carrocería estampada” de 295 kg de masa constaba de 22 perfiles (21 kg), 15 piezas fundidas (15 kg) y 273 piezas de chapa (259 kg). Los métodos de conexión incluyen unión, remachado y soldadura MIG.
Aplicación de aleación de aluminio en el cuerpo
1. Aleación de Al-Mg-Si endurecida por envejecimiento
Las aleaciones de la serie 6000 contienen magnesio y silicio y actualmente se utilizan en láminas de carrocería de automóviles como A6016, A6111 y A6181A. En Europa, EN-6016 de 1-1,2 mm tiene una excelente conformabilidad y resistencia a la corrosión y se usa ampliamente.
2. Aleación de Al-Mg-Mn no tratable térmicamente
Debido a su endurecimiento específico por alta deformación, las aleaciones de Al-Mg-Mn exhiben una excelente formabilidad y alta resistencia, y se utilizan ampliamente en láminas laminadas en frío y en caliente para automóviles y en tubos hidroformados. La aplicación en el chasis o en las ruedas es aún más eficaz porque la reducción de masa de las piezas móviles no suspendidas mejora además el confort de conducción y reduce los niveles de ruido.
3. Perfil de aluminio
En Europa se propusieron conceptos de automóviles completamente nuevos basados en la construcción de perfiles de aluminio, como por ejemplo marcos de aleación de aluminio y subestructuras complejas. Su gran potencial para diseños complejos e integración funcional los hace más adecuados para una producción en serie rentable. Debido a que se requiere enfriamiento durante la extrusión, se utilizan aleaciones endurecibles por envejecimiento de resistencia media 6000 y de alta resistencia 7000. La formabilidad y la resistencia máxima se controlan mediante el endurecimiento por envejecimiento mediante calentamiento posterior. Los perfiles de aleación de aluminio se utilizan principalmente en el diseño de marcos, vigas de protección y otros componentes de protección.
4. Fundición de aluminio
Las piezas fundidas son los componentes de aluminio más utilizados en los automóviles, como bloques de motor, culatas y componentes especiales de chasis. Incluso los motores diésel, que han aumentado considerablemente su cuota de mercado en Europa, están cambiando a fundiciones de aluminio debido a las crecientes demandas de resistencia y durabilidad. Al mismo tiempo, las piezas fundidas de aluminio también se están utilizando en el diseño de marcos, piezas de ejes y piezas estructurales, y la fundición a alta presión de nuevas aleaciones de aluminio AlSiMgMn ha logrado mayor resistencia y ductilidad.
El aluminio es el material elegido para muchas aplicaciones automotrices, como chasis, carrocería y muchos componentes estructurales, debido a su baja densidad, buena formabilidad y buena resistencia a la corrosión. El aluminio utilizado en el diseño de la estructura de la carrocería puede lograr una reducción de peso de al menos un 30% bajo la premisa de cumplir con los requisitos de rendimiento. Además, se pueden aplicar aleaciones de aluminio a la mayoría de las partes de la cubierta actual. En algunos casos con requisitos de alta resistencia, las aleaciones de la serie 7000 aún pueden mantener ventajas de calidad. Por lo tanto, para aplicaciones de gran volumen, las soluciones de reducción de peso con aleación de aluminio son el método más económico.
Editado por May Jiang de MAT Aluminium
Hora de publicación: 08-dic-2023
