رقابت تنگاتنگ صنعت خودرو در بکارگیری فناوری‌های نو

به گزارش می متالز، اهداف صنایع حمل‌ونقل امروز ۳هدف اصلی در صنایع حمل‌ونقل دنبال می‌شود که عبارتند از:
-کاهش وزن وسایل حمل‌ونقل برای صرفه‌جویی در مصرف انرژی و کاهش آلودگی محیط‌زیست
-تضمین تمامی استانداردهای ایمنی با استفاده از موادی با استحکام بالا
-تسهیل فرآیندهای ساخت و کاهش هزینه‌های تولید
از آنجایی‌که آلیاژهای آلومینیوم ۳ هدف یادشده را برآورده می‌کند، پژوهش‌های زیادی در زمینه جایگزینی آلیاژهای آلومینیوم با فولاد در صنایع حمل‌ونقل انجام شده است. نتیجه این پژوهش‌ها منجر به انقلابی در این صنایع شده است که امروز در بیشتر کشورهای پیشرفته، گذشته از صنایع هوافضا (ماهواره‌ها، هواپیماها، سفینه‌ها) و سازه‌های دریایی (کشتی‌ها، زیردریایی‌ها)، درصد بالایی از واگن‌ها، اتوبوس‌ها و خودروها از آلیاژهای آلومینیومی ساخته می‌شوند.

خواص آلومینیوم

آلومینیوم به‌واسطه خاصیت منحصربه‌فرد، باعث دگرگونی در صنعت حمل‌ونقل شده است؛ صرفه‌جویی در انرژی، سرعت بالا و عملکرد چندین برابر چند مورد از مزایای عالی آن است. استحکام و سبکی فلز آلومینیوم همراه با مقاومت به خوردگی بالا و قابلیت جذب ضربه بالای آن باعث شده این فلز به قطعات مختلف ریختگی، اکسترودی، نوردی و... در بخش‌های مختلف خودروهای خاص به ۳۵۰ کیلوگرم نیز رسیده و همچنان در حال افزایش است و حتی در خودروهای پیشرفته جایگزین بدنه فولادی نیز شده است.
کمبود سوخت و نیز آلودگی ناشی از خودروها به عنوان دغدغه‌های اصلی صنایع خودروسازی محسوب می‌شوند. استفاده از آلیاژهای آلومینیوم به جای فولاد، منجر به کاهش وزن حدود ۶۰درصد (در ضخامت مساوی) می‌شود که این امر اهمیت صرفه‌جویی در انرژی و کاهش آلودگی محیط را به خوبی نشان می‌دهد. وزن کم آلومینیوم ضمن کاهش وزن خودرو باعث کاهش میزان مصرف سوخت و همچنین کاهش میزان آلودگی ناشی از آن می‌شود.
پژوهش‌ها نشان داده که ۱۰درصد کاهش وزن خودرو منجر به ۵.۵درصد کاهش مصرف سوخت می‌شود. کاهش مصرف سوخت به معنای کاهش آلودگی‌های زیست‌محیطی است، به عنوان نمونه کاهش وزن خودرو به اندازه یک کیلوگرم در خودرویی که ۱۷۰ هزار کیلومتر را طی کند، میزان۲CO خروجی آن را ۲۰ کیلوگرم کاهش می‌دهد که این موارد از لحاظ کاهش مصرف سوخت و آلودگی بسیار بااهمیت هستند.
علاوه بر موارد یادشده امکان بازیافت و ذوب دوباره قطعات آلومینیومی می‌تواند ۹۵درصد از گازهای آلاینده ناشی از تولید شمش آلومینیوم اولیه را بکاهد و این درحالی است که انرژی لازم برای تولید آلومینیوم از مواد بازیافتی نیز تنها ۵درصد انرژی لازم برای تولید آلومینیوم اولیه است.
این خواص باعث شده مصرف آلومینیوم در یک خودرو از ۳ کیلوگرم در سال (۱۳۲۵) به ۱۰۰ کیلوگرم در سال (۱۳۷۸) برسد و همچنان نیز در حال افزایش است.

کاربرد آلومینیوم

استفاده از آلومینیوم در صنایع خودروسازی از سال (۱۳۶۸) تا (۱۳۸۴) بیش از ۶۰درصد رشد داشته و به‌طور متوسط در هر خودرو سواری به ۱۴۰ تا ۱۹۰ کیلوگرم رسیده است. آلومینیوم در خودرو به ۲ شکل مصرف می‌شود:
-به شکل قطعات ریختگی
-به شکل قطعات اکسترودشده یا کارشده
قطعات ریخته‌شده آلومینیوم در قسمت‌های مختلف خودرو مورداستفاده قرار می‌گیرند. قطعات اصلی موتور که یکی از سنگین‌ترین قسمت‌های خودرو است، در جهت کاهش وزن از چدنی به آلومینیومی تبدیل شده‌اند. در ۵۰درصد کل خودروهای تولید شده در سال ۲۰۰۰ موتورهای آلومینیومی مورد استفاده قرار گرفتند.
آلیاژهای۳۸۰A، ۴۱۳A، ۳۵۶A در میان قطعات ریختگی آلومینیوم گسترده‌ترین محدوده مصرفی را به خود اختصاص داده‌اند.
در بخش قدرتی خودرو ۱۰۰درصد پیستون‌ها و ۷۵درصد از سرسیلندرها آلومینیومی هستند. برای تولید شاسی خودرو، قطعات ریختگی آلومینیوم برای ۴۰درصد ازچرخ‌ها، سیستم ترمز، کاسه چراغ، سیستم تعلیق (بازوهای کنترل و نگهدارنده‌ها)، قطعات سیستم فرمان (نگهدارنده‌های کیسه هوا، میل‌فرمان، سگدست، جعبه فرمان و غربالک فرمان) و دیگر تجهیزات استفاده می‌شوند.

اجزای مختلف آلومینیومی مصرفی در یک خودرو سواری

به‌ تازگی استفاده از آلیاژهای کارپذیر آلومینیوم در مقایسه با آلیاژهای ریختگی با افزایش نرخ بیشتری در حال گسترش است. رینگ‌های فورج شده در مواردی که بار اعمالی زیاد است و خصوصیات مکانیکی بالاتری مورد نیاز است، مورداستفاده قرار می‌گیرند همچنین آلومینیوم کارپذیر در سپر حرارتی، سپرهای ضربه‌گیر خودرو، سیستم پنیوماتیک، کارتل روغن، قاب صندلی و ضربه‌گیرهای کناری موارد مصرف پیدا کرده است.
آلیاژهای آلومینیوم کاربرد گسترده‌ای در مبدل‌های حرارتی دارند. تا دهه ۱۹۷۰ رادیاتور خودروها و گرم‌کننده‌ها از جنس مس و برنج بودند ولی در سال ۱۹۷۴، آلومینیوم جایگزین آنها شد و تاکنون نرخ استفاده از آلومینیوم در این قطعات به طور پایدار، افزاینده بودهاست.

آلیاژهای آلومینیوم مورداستفاده در بدنه داخلی خودرو

مطالعات نشان می‌دهد با استفاده از آلومینیوم به جای فولاد در اسکلت فلزی خودرو تا ۵۰درصد کاهش وزن ایجاد خواهد شد که با درنظر گرفتن کل قطعات، این کاهش وزن به ۲۰ تا ۳۰درصد کل وزن خودرو می‌رسد. دیدگاه‌های مختلف نسبت به استفاده از آلومینیوم موجب ۲ نوع طراحی مختلف برای قطعات خودرو شده است.
یکی از این روش‌ها استفاده از مقاطع اکسترودی آلومینیومی و دیگری استفاده از ورق‌های شکل‌پذیر آلومینیومی است که هرکدام مزایای خاص خود را دارند. نخستین مورد نرخ تجهیزات و هزینه تولید را کاهش می‌دهد و دومی با کاهش تعداد قطعات باعث کاهش هزینه ساخت می‌شود ولی در هر حالت ۴۰ تا ۵۰درصد کاهش وزن اسکلت فلزی مشاهده می‌شود.
پیدا کردن آلیاژ صحیح برای ساختار بدنه و پنل‌های نگهدارنده بسیار مهم است. برای ورقه‌های پوسته خارجی خودرو خصوصیات گوناگونی مانند شکل‌پذیری خوب، استحکام رنگ و کیفیت سطح بعد از پرس اهمیت زیادی دارند. به طور قطع، استحکام پس از سخت‌کاری نهایی در آلیاژهای ۶۰۰۰ مهم‌ترین عامل در استفاده از این آلیاژهاست.
برای ورقه‌های مورداستفاده در اسکلت خودرو، استحکام شاخص مهمی در انتخاب است. میزان جذب انرژی ضربه و قابلیت کشش عمیق نیز اهمیت زیادی دارد. برای رسیدن به این اهداف آلیاژهای گروه ۵۰۰۰ و ۶۰۰۰ به‌طور گسترده‌ای مورداستفاده قرار می‌گیرند که نسبت به فولاد مقاومت به خوردگی بالایی از خود نشان می‌دهند.