Начну обзорной статьёй о применение этого достаточно важного материала. Жду от форумчан продолжения о практическом опыте применения этого лёгкого материала.
Третьяк А.В.
студент кафедры промышленного и художественного литья
Восточноукраинского национального университета им. В. Даля
писав(ла):
ПРИМЕНЕНИЕ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ В АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИИ
Современным материалы, применяемые в машиностроении, должны соответствовать таким качествам как «экологичность» и «экономичность». Этими качествами обладает алюминий. При этом алюминий стоек к воздействию коррозии и легок, что обуславливает достаточно широкий спектр применения алюминия в машиностроении и рост его доли в массе автомобиля. В период с 1980 по 1990 годы масса алюминиевых деталей в среднем составляла около 40 – 50 кг. В 2000-х годах эта цифра превысила 100 кг. Согласно прогнозу, к 2015 году масса алюминиевых деталей в общей массе автомобиля достигнет 200 кг.
Алюминий является вторым элементом (по процентному содержанию) в деталях автомобиля. В среднестатистическом автомобиле наблюдаются следующие соотношения элементов: чугун и сталь (55%), алюминий (9%), пластмассы (11%), резина (7,5%), стекло (3%), магниевые, цинковые, медные, титановые сплавы (до 1%), остальные материалы – провода, краски, лаки и т.д. (13,5%) [1].
Облегчение автомобиля является основной целью применения алюминия в автомобилестроении. В первую очередь, за счет уменьшения веса автомобиля уменьшается расход топлива. Именно за это свойство алюминий стал применяться в автомобилестроении во время топливного кризиса 60-х годов. Также за счет уменьшения веса улучшаются динамические качества автомобиля.
Уже сегодня производят автомобили с цельным алюминиевым кузовом. Примером является Audi A8. В сравнении с привычным стальным кузовом разница в весе составила 239 кг в пользу алюминиевого кузова. Технология данного самонесущего алюминиевого кузова получила название – Audi Space Frame (ASF). В состав этой структуры встроены большие алюминиевые панели, принимающие на себя часть нагрузки. За примером Audi последовали компании Jaguar и Rover, спроектировшие модели автомобилей Jaguar XK и Range Rover с цельными алюминиевыми кузовами.
Одним из вариантов применения алюминия как основного материала кузова является композитный материал, состоящий из алюминия и стали. Основной проблемой применения цельного алюминия кузова является его крепление. Сварка алюминия довольно затруднена, поэтому компания Audi применяет крепление заклепками. Данное обстоятельство побудило остальные автомобильные концерны разработать новые способы соединения алюминия со сталью.
Одной из таких разработок является Friction Stir Welding (FSW – ротационная сварка трением) компании Honda [2]. Ранее данный метод применялся в авиастроении и судостроении. Впервые он был применен в автомобилестроении для изготовления подрамника для Accord (спецификация США), что увеличило жесткость конструкции на 20%, уменьшило вес подрамника на 25% в сравнении со стальным аналогом. По заявлениям компании Honda данный метод является экологически безопасным, более экономичным и безопасным, чем традиционный метод сварки. Традиционный метод сварки подвергает оператора воздействию опасных газов и вспышек яркого света, что требует дополнительных защитных мер. FSW не имеет данных недостатков. Сварка по данной технологии проходит следующим образом: алюминий размягчается при применении к нему механического давления и теплоты трения. В результате образуется интерметаллическое соединение Fe4Al13. Сварка по технологии FSW представлена на рис. 1.
Додаткові файли:
Al.PNG [ 20.42 КБ | Переглядів: 2193 ]
Рис. 1. Результат применения ротационной сварки трением
Для предотвращения коррозии компания Honda применяет специальный герметик, который равномерно распределяется между алюминием и сталью в месте соединения. Однако, для проведения FSW необходимо специализированное оборудование. Компания Honda разбработала модель специализированного сварочного робота (High Rigidity C-type welding gun arm), который заменяет габаритное оборудование. Сравнительная схема габаритов приведена на рис. 2. Применение данного метода на производственных линиях стало возможным благодаря компактности High Rigidity C-type welding gun arm.
Додаткові файли:
Al2.PNG [ 30.58 КБ | Переглядів: 2193 ]
Рис. 2. Сравнение габаритов оборудования для проведения FSW
Контроль качества осуществляется с помощью высокопроизводительной инфракрасной камеры. Если сварка прошла неудачно, то между слоями Al и Fe образуется слой воздуха, который препятствует передаче тепловой энергии. За счет разницы во времени, необходимой для нагрева металла с помощью лазерного луча, осуществляется должный контроль качества.
Таким образом, алюминий обладает всеми необходимыми качествами для того, чтобы стать основным материалом в автомобилестроении. Этому способствуют не только его свойства, но и его расспространенность в природе. В дальнейшем, процентное содержание алюминия в автомобиле будет только увеличиваться. Рост использования алюминия сдерживается лишь трудоемкими способами обработки и дороговизной его получения. Сферой дальнейших исследований является создание новых композитных материалов на его основе, а также разработка способов повышения его механических и эксплуатационных свойств.
Литература
1. Фридляндер И.Н. Алюминиевые сплавы – перспективный материал в машиностроении / И.Н. Фридляндер // Машиностроение и инженерное образование. – 2007. – №5. – C. 23-25.
2. Honda FSW Technology [Электронный ресурс] – Формат доступа:
http://world.honda.com/automobile-techn ... SW/topic1/.
Опубликовано в НИЦ Знание