Легкие материалы в автомобильной промышленности сочинение пример

ООО "Сочинения-Про"

Ежедневно 8:00–20:00

Санкт-Петербург

Ленинский проспект, 140Ж

Сочинение на тему Легкие материалы в автомобильной промышленности

Растущая обеспокоенность ценами на нефть и защитой окружающей среды от выбросов заставила автопроизводителей перейти на альтернативные легкие материалы, такие как Al и Mg, в качестве замены обычной стали и чугунам. В связи со строгими законами, наложенными на регулирование выбросов CO2, существует необходимость в разработке новых концепций или методологий для уменьшения общего веса транспортного средства и, следовательно, уменьшения загрязнения. В ходе исследований, проведенных в Европе, было обнаружено, что количество СО2 на километр может быть значительно уменьшено за счет уменьшения веса автомобиля. Следовательно, снижение веса транспортного средства играет важную роль в снижении расхода топлива и выбросов. Снижение веса может быть достигнуто в основном двумя способами; во-первых, путем изменения материалов, используемых в автомобиле; Второе – структурная оптимизация тела в белом (BIW). При выборе нового легкого материала необходимо учитывать несколько аспектов, таких как стоимость, свойства материала, влияние на дизайн продукта, производственный процесс и т. Д. Наиболее важно то, что некоторые параметры производительности, такие как динамика автомобиля, эксплуатационная прочность, ударопрочность и т. Д., Должны быть удовлетворительными. Оценка таких параметров может быть сделана с помощью тестирования физического прототипа окончательного проекта транспортного средства. Если производительность не соответствует ожидаемой, то необходимо улучшить структуру или изменить используемый материал и повторить процесс тестирования через обновленный физический прототип. Это продолжается, пока мы не получим модель с желаемой производительностью и значительным снижением веса. Это явно трудоемкий и дорогостоящий процесс, и поэтому числовые методы, такие как методы конечных элементов (FEM), используются для создания виртуальных прототипов и тестирования на компьютере без необходимости физического прототипа. Используя FEM в сочетании с методами оптимизации, такими как междисциплинарная оптимизация, конструкции могут быть оптимизированы для весовых и функциональных целей, таких как статические и динамические характеристики, на начальных этапах проектирования (Gaetano). Таким образом, время на разработку нового продукта с оптимизированным использованием материала может быть сокращено, одновременно с одновременным учетом множества дисциплин, таких как динамика вождения, структурная статика и ударопрочность и т. Д.

Алюминий:

Алюминий широко используется для производства различных подсистем автомобиля, таких как шасси, кузов в белом (BIW), трансмиссия и т. д.

Powertrain:

Трансмиссия в основном состоит из блоков двигателя, впускных коллекторов, головок цилиндров, корпусов трансмиссии и т. д. Алюминий обычно используется во всех этих компонентах трансмиссии в течение длительного времени, но его использование в блоке двигателя для уменьшения массы двигателя недавно началось , Поскольку двигатель будет работать при высоких температурах, требуется, чтобы материал обладал такими свойствами, как хорошая теплопроводность, усталостная прочность, виброустойчивость и т. Д., При повышенных температурах. Также для эффективного сгорания топлива с воздухом компоненты двигателя должны иметь очень хорошую устойчивость к утечкам. Поскольку Al обладает способностью удовлетворять всем вышеупомянутым требованиям, он эффективно используется при изготовлении компонентов силовой передачи.

Шасси:

Раньше шасси автомобиля было изготовлено из стали, что приводит к увеличению неподрессоренной массы автомобиля. Вибрационные характеристики автомобиля напрямую зависят от его неподрессоренной массы, чем меньше неподрессоренная масса, тем лучше будет комфорт при езде и безопасность благодаря лучшему контакту шины с дорогой. Поэтому автопроизводители начали использовать Al для компонентов шасси для снижения веса. Типичные компоненты шасси, такие как колеса, подвеска, тормозная система, топливная система и т. Д., Изготовлены из литого алюминия. В процессе литья очень важна скорость, с которой происходит затвердевание микроструктуры, и ее необходимо эффективно контролировать для получения отливок без дефектов. Кроме того, пористость и образование оксидных пленок можно устранить, избегая турбулентности во время заливки металла. Это достигается с помощью компьютерных потоков тепла и жидкости и надлежащего проектирования местоположения и геометрии литейных компонентов, таких как штифт литника, стояки и литники. Таким образом, могут быть получены алюминиевые отливки с очень хорошей усталостной и ударопрочностью. В шасси сплавы серии Al 5000 в основном используются из-за их хорошей способности к формованию, свариваемости и хорошей прочности после формования, а также высокой коррозионной стойкости даже без использования каких-либо покрытий. Однако, когда компоненты расположены рядом с источниками тепла, такими как двигатель или выхлопные системы, чтобы выдержать тепловые нагрузки, содержание магния в сплаве должно быть менее 3%, что в противном случае привело бы к межкристаллитной коррозии (IGC). На рисунке ниже показаны компоненты в шасси, изготовленные из серии Al 5000. Помимо этого, колеса также изготавливаются из литого алюминия, особенно в роскошных автомобилях, чтобы уменьшить вес и иметь превосходный внешний вид по индивидуальному дизайну. В случае тяжелой техники, такой как грузовые автомобили и строительная техника, где величина нагрузки высока, колеса изготавливаются из кованого алюминия для удовлетворения требований более высокой механической прочности. В целом применение Al в компонентах шасси не только снижает расход топлива, но и, что самое важное, повышает комфорт вождения и безопасность автомобиля.

Передняя часть:

Эффективная конструкция передней части помогает улучшить динамику вождения, а также способность автомобиля выдерживать ударные нагрузки. BMW удалось успешно использовать Al при изготовлении конструкции передней части и добиться снижения веса на 30% по сравнению со стальной конструкцией. Из рисунка ниже видно, что модули переднего конца изготавливаются с использованием различных технологий, таких как экструзия, литье и листовая штамповка, причем каждый из них имеет свой собственный вклад в удовлетворение требований прочности, жесткости и устойчивости к коррозии. Формируемость структуры может быть дополнительно улучшена путем увеличения содержания Mg в сплаве Al.

Body In White (BIW):

BIW, который ранее был изготовлен из стали, является самой тяжелой частью транспортного средства и составляет около трети всей массы автомобиля. Таким образом, автопроизводители обнаружили большой потенциал снижения веса всего автомобиля благодаря созданию BIW из алюминиевых сплавов. BIW в основном состоит из конструкции подошвы и подвесных частей, таких как дверь, капот, крыло и т. Д., Прикрепленных к конструкции с помощью болтов. Для изготовления BIW используются как алюминиевые сплавы серии 5000, так и 6000 в виде тонких листов, и выбор материала осуществляется на основе того, подвергается ли компонент тепловым нагрузкам или нет, а также того, является ли он частью внутренней или внешней структуры. Термообработанные сплавы Al 6000 с низким содержанием Mg используются для наружных панелей и подвесных деталей BIW, чтобы использовать тепло в процессе выпекания краски для упрочнения материала. Кроме того, можно придать очень хорошее качество поверхности и коррозионную стойкость, что очень важно для наружных панелей, поскольку они непосредственно подвергаются воздействию внешнего мира. В то время как для структуры BIW и внутренних панелей прочность и формуемость являются основными параметрами, и, поскольку они не подвергаются тепловым или тепловым нагрузкам, использование сплавов Al с высоким содержанием Mg является предпочтительным. Поэтому сплавы серии Al 5000 с содержанием Mg более 5% по массе были разработаны и успешно применяются в структурах BIW.

BIW автомобиля может быть спроектирован и изготовлен в основном двумя способами: во-первых, это конструкция, которая в основном изготавливается из процесса штамповки различных панелей кузова, которые свариваются друг с другом посредством точечной сварки. Другой метод представляет собой структуру BIW, в которой различные компоненты изготавливаются из разных производственных процессов, таких как литье металла, экструзия и, конечно, обычная штамповка. Для использования автономного процесса штамповки используемые алюминиевые листы должны быть достаточно выполнимыми, чтобы иметь возможность формировать необходимые сложные формы при разумных затратах. В следующем разделе представлены различные модели в отрасли, использующие различные методологии для производства BIW.

Применение Al в BIW нескольких моделей автомобилей:

Audi, являющаяся одним из ведущих производителей автомобилей в мире, использовала концепцию Space Frame для создания модели BIW A8, которая весит около 277 кг. Он имеет детали, изготовленные в основном методом экструзии, а также несколько компонентов изготавливаются из процессов литья и штамповки листового металла. Различные части соединяются друг с другом с использованием таких методов, как клепка, сварка инертным газом металла, лазерная сварка и адгезивы. Благодаря применению алюминиевых сплавов Audi смогла успешно снизить вес BIW на 40% и нашла концепцию Space Frame действительно эффективной. В конце концов они производят очень большие объемы автомобилей каждый год, используя ту же концепцию и с еще более легкими автомобилями.

Тем не менее, Jaguar в своей модели XJ 2002 года по-прежнему использует обычный Mon Mon штампованный листовой монокок ’для создания BIW. Можно заметить, что в отличие от концепции пространственной рамы, используемой Audi, количество деталей, изготовленных штамповкой из листового металла, очень велико, чем у деталей, изготовленных методом литья и экструзии. Кроме того, основными процедурами, применяемыми для соединения, являются клеи и заклепки, что приводит к увеличению веса BIW по сравнению с BIW концепции пространственной рамы.

Сравнение литья и экструзии:

Прессованная

Экструзия алюминия – широко используемый процесс производства в автомобильной сфере, особенно для производства деталей со сложной конструкцией. Снижение веса компонентов может быть достигнуто одновременно, удовлетворяя требуемым функциональным возможностям, и, следовательно, процесс экструзии часто используется в серийном производстве. В настоящее время алюминиевые экструзии используются в модели Space Frame Concept компании BIW, а также в таких сложных компонентах, как бамперы (рис.), Элементы, поглощающие удары, подушки безопасности и т. Д. Из-за высоких требований к прочности экструзий, сплавы серий Al 6000 и Al 7000, поддающиеся термообработке, занятый. Прочность и формуемость сплавов серии Al 6000 можно улучшить путем упрочнения в течение определенного периода времени. По-прежнему ведутся исследования по разработке новых сплавов, которые имеют повышенную экструдируемость, механическую прочность и допустимые уровни, чтобы они могли работать в самых тяжелых условиях без сбоев.

Кастинги

Основная часть автомобильных деталей изготавливается с использованием процесса литья, который включает в себя компоненты двигателя, такие как блок, головка цилиндра, и другие подсистемы, такие как подвеска, ходовая часть, тормоза и т. д. Благодаря лучшей способности литья, прочности и выносливости, литье железо широко использовалось, однако для уменьшения веса в последнее время используются отливки из алюминия. Обширные исследования приводят к разработке высокоэффективных алюминиевых сплавов, обладающих значительно улучшенными механическими свойствами для удовлетворения требований реального мира. Кроме того, разработка автоматизированного процесса литья и современных методов литья позволяет применять алюминиевое литье для изготовления сложных деталей в автомобиле. Недавно разработанные сплавы AlSiMgMn используются для изготовления сложных конструкций, таких как столб с множеством ребер, который соединяет приборную панель B-стойки и переднюю конструкцию. Для литья под высоким давлением (HPDC) требуется, чтобы разработка моделей сплава и материала проводилась параллельно, чтобы наблюдать, как литая деталь ведет себя под нагрузкой. Также мы можем сравнить силу, при которой происходит разрушение, и скорость распространения трещины как для моделирования, так и для реального эксперимента.

Магний в машине

Магний обладает всеми возможностями для снижения веса автомобиля, так как он в три раза легче алюминия и в три четверти легче стали или чугуна. Кроме того, компоненты, изготовленные из Mg, могут быть легко смешаны с требуемыми формами и размерами с высокой чистотой поверхности благодаря очень хорошей технологичности и обрабатываемости. Кроме того, магниевые сплавы в чистом виде имеют высокую коррозионную стойкость и литье без пор приводит к высокой ударной вязкости. С другой стороны, он имеет меньшую предел прочности при растяжении, меньшую усталостную прочность и сопротивление ползучести, которые могут быть компенсированы с помощью отличительного или специфического для конкретного применения приложения с дополнительными функциями, такими как ребра, бусы и опоры. Также Mg демонстрирует плохие характеристики при высоких температурах и, следовательно, не может использоваться для противостояния тепловым нагрузкам. Время затвердевания является очень важным аспектом процесса литья, и Mg имеет меньшее время затвердевания по сравнению со сталью или Al, и, следовательно, производительность выше.

Несмотря на то, что стоимость Mg в качестве сырья почти в два раза выше, чем у Al, но из-за его низкой плотности фактическая стоимость компонента почти такая же, как и стоимость компонента, имеющего равный объем, изготовленный из Al. Когда принимается во внимание хорошая технологичность Mg, конечная стоимость детали, изготовленной из Mg, может быть даже меньше, чем из обычной стали или Al. Однако из-за его плохих механических свойств и плохих рабочих характеристик при высоких температурах его применение в автомобильной области ограничено. На рисунке ниже показано текущее и будущее применение Mg в качестве сырья для автомобильных компонентов.

Поделиться сочинением
Ещё сочинения
Нет времени делать работу? Закажите!

Отправляя форму, вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности и обработкой ваших персональных данных.