Bad Sector
18th June 2011, 11:49 PM
يكي از عوامل مهم در اقتصاد و مصرف سوخت، وزن وسيله‌نقليه است. به‌كارگيري آلومينيم به‌جاي فلزات سنگين‌تر نظير روي و فولاد براي كاهش وزن، يكي از روش‌هاي معمول است. استفاده از آلومينيم در حجمي معادل فولاد مي‌تواند وزن خودرو را به يك‌سوم كاهش دهد. نكته مهمي كه در اينجا بايد مدنظر گرفت اين است كه كاهش وزن بر ساير عوامل نيز مؤثر خواهد بود. كاهش وزن، باعث مي‌شود تا توليد‌كنندگان خودرو از موتورهاي كوچكتر استفاده كنند. در نتيجه مصرف سوخت كاهش يافته و خودرو نياز به مخزن‌هاي سوخت كوچكتر و سبكتري خواهد داشت. با درنظر گرفتن اين ملاحظات، درمي‌يابيم كه 10 درصد كاهش وزن، معادل با 8 تا 10 درصد كاهش سوخت خواهد بود. از ديگر نكات مهم، قابل بازيابي بودن آلومينيم موجود در قراضه‌هاي خودروهاي فرسوده است. اين درحالي است كه 13 تا 14 كيلووات ساعت انرژي براي توليد يك كيلوگرم آلومينيم از فلز اوليه، مورد نياز است و تنها 7/0 كيلووات ساعت براي بازيابي قراضه آن كفايت مي‌كند. در واقع، ميزان انرژي مورد نياز براي بازيابي آلومينيم، تنها 5 درصد انرژي لازم براي توليد آلومينيم است. استفاده مجدد از آلومينيم موجود در قراضه‌ها، نه‌تنها فاكتوري مهم در اقتصاد كلي تلقي مي‌شود بلكه در صرفه‌جويي انرژي نيز نقش مهمي ايفا مي‌كند. اهميت آلومينيم در صنعت خودروسازي
http://www.ksna.ir/images/stories/ksnathumbnails/373x206-images-stories-fani-automobil-fisker-karma-space-frame-630_aluminum.jpg (http://www.ksna.ir/images/stories/fani/automobil/fisker-karma-space-frame-630_aluminum.jpg)
زماني‌كه راه‌هاي مختلف براي حفظ انرژي در جاده‌ها، با درنظر گرفتن پارامترهاي اقتصادي و فني مورد تحليل قرار مي‌گيرند، مي‌توان گفت كه كاهش وزن وسايل‌نقليه يكي از مهم‌ترين پارامترهاي فني در اين زمينه است. براي مثال اگر در يك خودروي مسافربري، 140 كيلوگرم آلومينيم جايگزين 240 كيلوگرم فولاد شود، صرفه‌جويي اوليه‌اي به‌ميزان 100 كيلوگرم در وزن خودرو حاصل شده است. به‌دنبال اين كاهش وزن، مهندس طراح مي‌تواند ترمزها، چرخ‌ها، فنرها، موتور، رادياتور، گيربكس و ساير قطعات خودرو را در اندازه‌اي كوچكتر طراحي كند. طراحي در ابعاد جديد، خود كاهش وزني معادل 30 درصد وزن اوليه را در پي خواهد داشت. اگر درنظر داشته باشيم كه يك‌سوم از قدرت موردنياز وسيله‌نقليه براي شتاب گرفتن آن به مصرف مي‌رسد، مي‌توان بيشتر به اهميت كاهش وزن وسيله‌نقليه پي برد. اگر اصل جرم‌هاي دوار را درنظر بگيريم، مي‌توان تصديق كرد كه 1 درصد كاهش وزن مي‌تواند با ثابت نگهداشتن زمان لازم براي رسيدن به شتاب موردنظر، 5/1 تا 5/2 درصد قدرت موردنياز وسيله‌نقليه را كاهش دهد. در هرحال، بزرگترين تأثير از طريق كاهش وزن جرم‌هاي نوسان‌كننده همچون ميل‌لنگ حاصل مي‌شود. آلومينيم، يكي از فلزات كلاسيك بوده كه در سازه‌هاي سبك وزن مورد استفاده قرار گرفته و كاربرد آن براي كاهش وزن خودرو امري طبيعي به‌نظر مي‌رسد. به‌جاي قسمت‌هاي فولادي مي‌توان از فرايند Aluminum chill Die-casting با ارزش اقتصادي كمتر، بويژه در مقدار كم استفاده كرد. لذا مي‌توان قطعات ريخته‌گري تحت فشار را ارزانتر از روش قبلي و به تعداد زياد توليد كرد. از روش Die-casting مي‌توان براي توليد اجزاي دقيق و پيچيده استفاده كرد.
در اين‌صورت نياز كمي به ماشينكاري داشته و احتياج به عمليات لازم براي جلوگيري از خوردگي برطرف خواهد شد.
افزون‌بر 80 درصد از كاربردهاي حال حاضر Al در خودرو، مربوط به قطعات ريخته‌گري است. مثلاً 75 درصد سرسيلندرها، 100 درصد پيستون‌ها و ميل‌لنگ‌ها و ... و 40 درصد از چرخ‌ها مورد استفاده قرار مي‌گيرد. همچنين، تلاش‌هايي براي استفاده از قطعات كارپذير آلومينيمي انجام شده است. چرخ‌هاي فورج شده در شرايطي كه بار زيادي وارد مي‌شود، كاربرد دارند. قطعات آلومينيم كار شده، در محافظ‌هاي حرارتي، جعبه كيسه هوا و ... كاربرد دارند. قطعات آلومينيمي اكسترود شده در بدنه خودرو مي‌توانند كاربرد زيادي داشته باشند.
آلومينيم در بسياري از اجزاي خودرو مورد استفاده قرار گرفته، اما مقدار اندكي از اين اجزا در خودروهاي امروزي، آلومينيمي هستند. موتور، مبدل‌هاي حرارتي و چرخ‌ها 83 درصد كل آلومينيم مورد استفاده در خودروها را تشكيل مي‌دهند. موتورها نيز از اجزايي نظير بلوك موتور، پيستون‌ها تشكيل شده‌اند كه آلومينيمي هستند. آلومينيم از جمله فلزاتي است كه روز‌به‌روز در صنعت حمل‌و‌نقل بيشتر مورد استفاده قرار مي‌گيرد. زيرا علاوه‌بر دلايل اقتصادي، از دلايل فني نظير كاهش وزن، خواص انتقال حرارت خوب و مقاومت در برابر خوردگي را نيز برخوردار است. چگالي پايين آلومينيم نسبت به فولاد، مزيتي مهم براي آن تلقي مي‌شود.
معيار جايگزيني آلومينيم با فولاد در خودروها
براي جايگزيني Al در سازه‌هايي كه براي حمل‌و‌نقل به‌كار مي‌روند، بايد نكته‌اي اساسي شامل كيفيت مشابه در كارايي و طول عمر را مدنظر گرفت.
معيار فني
آلياژهاي آلومينيم، به‌علت وزن مخصوص پايين، براي جايگزيني معرفي مي‌شوند. بايد توجه داشت كه آلومينيم داراي تنها 50 تا 80 درصد مقاومت شكست فولاد است. مهم‌تر اينكه الاستيسيته پايين‌تري در حدود يك‌سوم مدول الاستيسيته فولاد دارد. براي روشن شدن اين موضوع، سه‌جزء با سطح مقطع‌هاي متفاوت در نظر گرفته و آنها را از نظر فني مورد ارزيابي و مقايسه قرار مي‌دهيم:
1 . مقطع گرد
2 . مقطع مستطيل
3 . مقطع U شكل
به‌دليل تفاوت‌هايي كه در پارامترهاي مواد وجود دارد، دو نوع بارگذاري ذيل بررسي مي‌شود:
1 . مواردي كه در آنها مقاومت بويژه تنش‌هاي خمشي، مهم هستند
2 . مواردي كه در آنها خواص الاستيك، مهم هستند
در هر دو حالت، اجزاي اصلي، اجزاي بزرگتر انتخاب مي‌شوند.
مقطع گرد
براي مقايسه مقطع گرد، فولاد با مقاومت شكست و آلومينيم با مقاومت كششي انتخاب شده‌اند. بنابراين، مقاومت‌هاي خمشي داراي نسبت 2 به 1 هستند. براي بارگذاري يكسان آلومينيم به مدول مقطع دو برابر نياز داشته كه اين امر، منجر به افزايش قطري حدود 26 درصد مي‌شود، اما در مقابل 43 درصد كاهش وزن حاصل مي‌شود.
الاستيسيتي با مدول الاستيسيته، رابطه‌اي عكس و با ممان اينرسي، رابطه‌اي مستقيم دارد. از آنجا كه مدول الاستيسيته فولاد، 3 برابر آلومينيم است، اگر معيار الاستيك مدنظر باشد مي‌بايستي ممان اينرسي آلومينيم، سه برابر فولاد شود. اين امر، افزايش قطري حدود 3 درصد را در پي خواهد داشت، اما كاهش وزني معادل 38 درصد حاصل مي‌شود.
مقطع مستطيلي
براي مقايسه مقطع مستطيلي، قطعه‌اي با ارتفاع 60 و عرض 20 ميلي‌متر درنظر گرفته مي‌شود. براي مقايسه با مقطع گرد (حالت قبل) جنس‌ها يكسان انتخاب مي‌شوند. با جايگزيني آلومينيم اگر بخواهيم عمري مشابه داشته باشيم، وقتي با معيار مقاومت ابعاد را محاسبه كنيم مي‌بايستي مدول مقطع، 2 برابر شود. اگر عرض را ثابت نگه داريم، افزايش ارتفاع در سطح مقطع 42 درصد خواهد بود (يعني نسبت ابعادي 42/1). در اين حالت، صرفه‌جويي در وزن معادل 50 درصد حاصل مي‌شود.
در صورتي‌كه امكان افزايش ارتفاع وجود نداشته باشد، براي 2 برابر شدن مدول مقطع مي‌بايستي عرض آن 2 برابر شود. در اين‌صورت، نسبت حجمي مشابه حالت قبل خواهيم داشت اما صرفه‌جويي حاصله در وزن 29 درصد خواهد شد.
براي اينكه الاستيسيته يكسان داشته باشيم، بايد ممان اينرسي 3 برابر شود. براي رسيدن به اين‌منظور بدون اينكه عرض را تغيير دهيم مي‌بايستي با افزايش ارتفاع نسبت ابعاد را به 44/1 برسانيم. صرفه‌جويي وزني در اين حالت، 49 درصد خواهد بود. اگر ارتفاع سطح مقطع تغيير نيابد، براي 3 برابر شدن ممان اينرسي، سطح مقطع مربعي شكل انتخاب مي‌شود. اين امر علاوه‌بر اينكه حجمي 3 برابر فولاد را اشغال مي‌كند، افزايش وزني معادل 7 درصد نسبت به فولاد خواهد داشت.
تيرهاي U شكل
در سازه وسايل نقليه موتوري، تيرآهن‌هاي ناوداني شكل كاربردهاي زيادي دارند. يكي از كاربردهاي مهم آنها در شاسي اصلي وسايل‌نقليه است. اين قطعات وزن بالايي دارند و جايگزيني آنها، قابل‌توجه است. مثلاً شاسي اصلي ناوداني شكل يك وسيله‌نقليه را با مشخصات زير در نظر مي‌گيريم:
ارتفاع: 250 ميلي‌متر
عرض بال: 60 ميلي‌متر
ضخامت: 7.5 ميلي‌متر
جنس: با مقاومت شكست
در صورتي‌كه بخواهيم آلومينيم مناسب براي جايگزيني را از نوع با مقاومت شكست انتخاب كنيم، لازم است تحليلي به‌شرح زير داشته باشيم:
اگر معيار حاكم بر جايگزيني، مقاومت خمشي باشد، لازم است مدول مقطع تا 31 درصد افزايش يافته و ارتفاع از 250 ميلي‌متر به 300 ميلي‌متر برسد. نتيجه اين حالت، 59 درصد كاهش وزن است (يعني نسبت وزني 41/0).
در مواقعي كه امكان افزايش ارتفاع وجود نداشته باشد، مي‌بايستي عرض مقطع افزايش يابد تا مدول مقطع لازم، به‌دست آيد. در اين حالت، كاهش وزني معادل 56 درصد يعني نسبت وزني 44 درصد به‌دست مي‌آيد. در حالي‌كه نسبت ابعاد اصلي حدود 1/1 خواهد بود.
در شرايطي كه نتوانيم ارتفاع و عرض مقطع را تغيير دهيم، مدول مقطع را تغيير مي‌دهيم. مدول مقطع لازم را مي‌بايستي با تغيير دادن ضخامت به‌دست آورد. يعني ضخامت را از 5/7 به 25/10 ميلي‌متر برسانيم. در اين حالت نيز 52 درصد كاهش وزن حاصل مي‌شود.
براي شاسي‌ها و مقاطع مشابه، تنها درنظر گرفتن معيار مقاومت كافي نبوده و مشخصات عملكردي، نظير تغيير مكان و فركانس طبيعي را نيز مي‌بايستي مدنظر بگيريم. فركانس‌هاي بهره‌برداري، نبايد در فركانس طبيعي سيستم قرار بگيرند زيرا در اين حالت، دامنه ارتعاش افزايش يافته و منجر به كاهش عمر دستگاه و از بين رفتن ضريب اطمينان لازم مي‌شود. در جايگزيني آلومينيم با فولاد در اين نوع مقاطع، براي اينكه تغيير مكان و فركانس طبيعي ثابت نگه داشته شود، معيار الاستيسيته مطرح شده و مي‌بايستي اينرسي 3 برابر شود. براي تأمين اين منظور، بدون تغيير دادن ضخامت مي‌بايستي ارتفاع را از 250 به 387 ميلي‌متر افزايش دهيم (يعني نسبتي معادل5/11: 1). در اين حالت، وزن به‌دست آمده معادل نصف حالت فولادي خواهد شد. به‌دليل بارگزاري بالا، اين امر در مورد خودروهايي خاص امكان‌پذير است. اگر قادر باشيم ضخامت سطح مقطع را افزايش دهيم، مي‌توانيم تا 46درصد كاهش وزن را به‌دست آوريم. در شرايطي كه نياز است ارتفاعي مشابه مقطع فولادي داشته باشيم، جايگزين كردن آلومينيم، 34درصد افزايش وزن نسبت به حالت فولادي را در پي خواهد داشت.
http://www.ksna.ir/images/stories/ksnathumbnails/460x276-images-stories-fani-automobil-2011-Audi-A8-L-W12-3.jpg (http://www.ksna.ir/images/stories/fani/automobil/2011-Audi-A8-L-W12-3.jpg)
ارزيابي معيارهاي فني جايگزيني آلومينيم با فولاد
فرض كنيم 3 مقطع يادشده براي جايگزيني مورد تحليل و مقايسه قرار گيرند. با ارزيابي فني انجام شده، مي‌توان انتخابي بهتر و اقتصادي‌تر داشت. در حالت كلي، مي‌توان گفت كه صرفه‌جويي وزني و فني، هنگامي امكان‌پذير است كه مقاومت (مقاومت خمشي) فاكتور تعيين‌كننده باشد (نه الاستيسيته). وقتي فاكتور حاكم الاستيسيته باشد، صرفه‌جويي وزني فقط هنگامي ممكن است كه ابعاد اصلي به‌طور قابل‌توجهي بزرگ شوند كه اين امر هميشه امكان‌پذير نيست.
كاربرد آلومينيم در بدنه خودرو
بدنه خودرو، 40 درصد وزن خودرو را تشكيل مي‌دهد. از نظر تئوري، مي‌توان با استفاده از مواد سبك وزن در بدنه، كاهش زيادي در وزن خودرو ايجاد كرد. از نظر علمي، با كاهش وزن بدنه، تجهيزات متصل و مرتبط با آن نيز سبكتر مي‌شوند (نظير شاسي) و كاهش چشمگيري در وزن خودرو حاصل خواهد شد. در اصلاح وزن خودرو، بايد 3 مطلب مهم ذيل را مدنظر داشته باشيم:
1 . جايگزيني موادي با وزن مخصوص كمتر (نظير آلومينيم، منيزيم و فولادهاي با استحكام بالا) بايد بدون كاهش مقاومت و طول عمر صورت بگيرد.
2 . ساختارهاي سبك وزن، داراي عناصري هستند كه بار را تحمل ميكنند و بايد به‌گونه‌اي طراحي شوند كه وزن آنها بدون كاهش مقاومت، كاهش يابد.
3 . بهسازي فرايند نظير جايگزيني روش جوشكاري نقطه‌اي بايد با روش‌هايي نظير جوشكاري ليزري و هيدروفرمينگ، مدنظر گرفته شود.
صنعت خودرو با مشكل وزن زياد روبه‌رو است. اين امر، ناشي از تقاضاي مشتري براي امنيت و عملكرد خودرو است. امروزه حتي خودروهاي متوسط نيز داراي سيستم‌هاي ايمني هستند. زيبايي و ايمني، باعث افزايش وزن خودرو شده است. بنابراين، خودروسازان ناگزيرند به مفهوم خودروهاي سبك وزن، توجهي خاص كنند. فلزات سبك، به‌عنوان فرصتي مناسب براي كاهش وزن خودرو در بدنه، بايد مورد توجه قرار گيرند. بدنه خودروهايي نظير آئودي A8، هوندا SNX و لوتوس lise، از آلومينيم ساخته مي‌شود.
ويژگي‌هاي آلومينيم كاربردي در بدنه خودرو
آلومينيم، خواصي دارد كه كاربرد آن را براي حصول به بدنه سبك، مناسب نشان مي‌دهد. استحكام ورق‌هاي آلومينيمي و قطعات اكسترود شده، در حد قطعات فولادي است. براي ايجاد تغيير شكل دائم در هر دو، نياز به نيروي يكساني است، اما مقاومت آلومينيم كمتر از فولاد است (به‌دليل مدول الاستيسيته كمتر آلومينيم كه 3/1 فولاد است). بنابراين Al، اعوجاج الاستيك بيشتري نسبت به فولاد دارد. اين عيب را مي‌توان با افزايش ضخامت آن جبران كرد. دو نوع طراحي در مورد كاربرد Al در بدنه خودرو وجود دارد، يكي از آنها مدل چارچوب فضايي است كه توسط آئودي A8 مطرح شد و ديگري مربوط به روش عادي اتصال ورق است كه توسط الكان – فورد مورد استفاده قرار گرفت، هر يك از اين روش‌ها، مزاياي مربوط به خود را دارد. روش چارچوب فضايي، به‌دليل حذف عمليات پرس، قيمت ابزاري كمتري دارد. بدنه يكپارچه، قيمت اجزاي كمتري دارد و فرايندي جاافتاده‌تر تلقي مي‌شود. مثال كنوني هر يك از آنها فورد P200 و آئودي A12 است كه هر دو 40 درصد كاهش وزن را به‌همراه دارند.
به مثال‌هايي در مورد كاربرد آلومينيم در اجزاي بدنه توجه فرماييد:
1 . روش چارچوب فضايي در آئودي A8، 40درصد كاهش وزن به‌همراه داشته است. در اين ساختار، 385كيلوگرم آلومينيم به‌صورت 125كيلو ورق، 70 كيلو اكستروژن، 150كيلو ريخته‌گري و 40 كيلو شكل‌هاي ديگر استفاده شده است.
2 . بدنه يكپارچه آلومينيمي هوندا SNX شامل: 210كيلوگرم آلومينيم در پنل‌هاي خارجي، نزديك به 100 كيلو در اجزاي شاسي و 130كيلو در اجزاي انتقال قدرت است.
3 . بدنه يكپارچه آلومينيمي در فورد AIV 200 كيلوگرمي سبكتر از مدل فولادي مشابه است. ساختار اين بدنه 145 كيلوگرم و پنل‌ها 53 كيلو سبكتر شده‌اند. وزن كل آلومينيم مورد استفاده در اين بدنه 270 كيلوگرم است.
4 . ديگر شركت‌هاي خودروسازي نيز نمونه‌هايي از خودروهاي داراي بدنه آلومينيمي ساخته‌اند. شركت كرايسلر همراه با رينولدز، خودروي Neon Life را ساخته است كه 270 كيلوگرم سبكتر از مدل قبلي همين خودرو است. كارخانه‌هاي رنو و اتوبوس كار، ساخت و طراحي خودرويي را برعهده گرفته‌اند كه 30 تا 50 درصد كاهش وزن دارد. مثال‌هاي ديگر عبارتند از: جاگوار و GM-EVI.
بررسي مواد، طراحي تكنولوژي و تعيين آلياژهاي مناسب براي ساختار بدنه، موضوعي است كه در پيشرفت اين روش‌ها مؤثر بوده و بيشتر فعاليت‌هاي كنوني بر چند آلياژ خاص متمركز شده‌اند. براي ورق‌ها، بايد موضوع تعادل مناسب بين تغيير شكل‌يذيري، استحكام بعد از نقاشي و كيفيت سطحي، در نظر گرفته شود. در نتيجه، آلياژهاي XXX6 انتخاب اوليه براي اين نوع كاربردها هستند. براي مواد مورد استفاده در ورق‌ها، استحكام عاملي محدود‌كننده در موارد خاص است. در اين مورد جذب خوب انرژي و رفتار مناسب در كشش عميق، اهميت زيادي دارد. در امريكاي شمالي براي دستيابي به اين مسائل، اغلب آلياژهاي XXX5 استفاده مي‌شود. در اروپا نيز اغلب از آلياژهاي XXX-T46 استفاده مي‌شود. يكي از تفاوت‌هاي مهم بدنه خودروهاي آلومينيمي و فولادي، مقاومت خوردگي بسيار عالي آلياژهاي 5XXX و 6XXX است. بنابراين، معمولاً فولادها پوشش داه مي‌شوند و براي دستيابي به دوام بيشتر، بايد رنگي مناسب براي آنها انتخاب شود، اما اين اقدامات در مورد آلومينيم كمتر صورت مي‌گيرد. تمام‌كاري سطح براي نقاشي سطوح آلومينيمي، عملياتي گران بوده و به زمان و دانش كافي نياز دارد. ورق‌ها براحتي كشيده مي‌شوند و سطح آنها ممكن است نسبت به پنل‌هاي فولادي، موجدار شود.
مزاياي استفاده از آلومينيم
بخش‌هاي آلومينيمي، به‌دليل راه‌حل‌هاي مناسبي كه در طراحي آنها وجود دارد (نظير ريخته‌گري و اكستروژن) مي‌تواند بسيار متنوع باشد. يك قطعه ريخته‌گري مي‌تواند جايگزين يك قطعه پيچيده تشكيل شده از پنل‌هاي فولادي شود. بنابراين، تعداد قطعات افزون‌بر 50 درصد كاهش مي‌يابد. اين موضوع، باعث مي‌شود كه فرايند توليد آسان‌تر شود زيرا در هر مرحله، تعداد قطعات كمتري توليد مي‌شود. در نتيجه، براي توليد نياز به ابزارهاي كمتري وجود دارد و به‌دليل كاهش زمان و هزينه، توليد مي‌تواند ساده و اقتصادي‌تر شود.
محدوديت‌هاي استفاده از آلومينيم
تجربيات علمي در زمينه بررسي رفتار آلومينيم در بدنه خودرو، بسيار اندك بوده و مراجع كمي در اين مورد وجود دارد. انعطاف‌پذيري پايين و حد تسليم پايين اين فلز، عامل ايجاد مشكل در پرسكاري آنها مي‌شود. آلومينيم براحتي پاره مي‌شود. اين مطلب را نيز بايد در نظر گرفت كه با اين شرايط، جايگزيني ساده پنل‌هاي فولادي با آلومينيم نمي‌تواند راه‌حلي مناسب باشد. بنابراين، بايد راه‌هايي جديد براي استفاده از ويژگي‌هاي مهم آلومينيم به‌عنوان فلز سبك، مدنظر گرفته شود. از آنجا كه اين قطعات در پروفيل‌هاي اكسترود شده و ورق‌ها و قطعات ريخته‌گري كاربرد دارند، مي‌توانند دامنه وسيعي از كاربردها را داشته باشند.
در هنگام طراحي قطعات مختلف، بايد نكاتي ويژه را مدنظر گرفت. مثلاً خمش براي در و سرپوش‌ها بايد اصلاح شود. همچنين، خاصيت جهندگي و ارتجاعي ورق‌ها، مشكلاتي را در نگهداري تلرانس ابعادي در حين پرسكاري در بخش‌هاي مجزا و كل بدنه خودرو، ايجاد مي‌كند.
به‌طور كلي، كيفيت سطوح بر پارامترهاي فرايند جوشكاري اثرگذارند و اگر به‌طور دقيق كنترل نشوند، مي‌توانند عيوبي نظير ترك و حفره را ايجاد كنند. از نظر دقت ابعادي، قطعات اكسترود شده يا ريخته‌گري بعد از فرايند جوشكاري، ممكن است به‌صورتي غيرقابل پيش‌بيني رفتار كنند.
سري 6XXX آلياژهاي آلومينيم كه از آنها در چارچوب فضايي استفاده مي‌شود، براي رسيدن به استحكام لازم به عمليات حرارتي نياز دارند. از طرفي، فرايند خشك كردن در دماي رنگ عادي، كافي نيست و نياز به دماهاي بالاتري براي خشك كردن است. در اين مورد، روش كار به اين صورت است كه آلياژ در دماي 210 درجه سانتي‌گراد براي 30 دقيقه نگه داشته شود تا سختي لازم به‌دست آيد. اين كار نبايد در مراحل نهايي صورت گيرد زيرا ممكن است تأثير منفي بر فرايند جوشكاري بگذارد.
قابليت تعمير/ ملاحظات ايمني
از آنجا كه ايمني، عاملي به‌شدت مورد توجه مشتريان است، انجام آزمايش‌هاي تصادف، توجه فزاينده‌اي را به خود معطوف كرده‌اند. شركت‌هاي توليد‌كننده خودرو، از ايمني به‌عنوان فاكتوري مهم در مبارزات تبليغاتي خود استفاده ميكنند.
از سوي ديگر، شركت‌هاي بيمه به‌وسيله قابليت تعمير خودروها، بسياري از هزينه‌هاي خود را جبران ميكنند. در برخي كشورها، هزينه تعمير خودرو براي عيوب خاص درنظر گرفته شده و در تقسيم‌بندي خودروها براي بيمه، لحاظ مي‌شود.
در 5 درصد از كل تصادفات، ساختار چارچوب خودرو معيوب مي‌شود. اين مطلب، زماني بحراني است كه از قطعات ريختگي يا اكستروژن استفاده شود زيرا در اين شرايط، ديگر نمي‌توان قطعات را تعمير و بايد به‌صورت جزئي و كلي جايگزين كرد. در قطعات ريختگي، بسته به نوع و شدت تصادفات، ترك‌ها مي‌توانند رشد كنند، لذا بايد به دقت آزمايش شوند.
روش‌هاي مختلف تعمير عيوب، فروشندگان را مجبور مي‌كند تا مكانيك‌هاي خود را با انواع روش‌ها آشنا كنند. مثلاً روش جوشكاري قوسي تحت اتمسفر محافظ، فقط نياز به دقت، تجربه و تجهيزات خاص دارد كه ممكن است براي فروشندگان و تعميركاران كوچك، امكان فراهم‌سازي آنها وجود نداشته باشد.
وسايل مربوط به آلومينيم نبايد با فولاد مخلوط شوند زيرا ممكن است باعث ايجاد خوردگي شوند. قطعات آلومينيمي اين مزيت را نسبت به فولاد دارند كه قابليت جذب انرژي بسيار بالاتري نسبت به فولاد دارند و با نصف وزن فولاد، به همان اندازه ايمني را ايجاد ميكنند. هنگامي‌كه در شرايط فشاري هستيم، ساختار اكستروژن و ريختگي خارجي، تنها به‌صورت موضعي تغيير شكل مي‌يابد و منطقه تحت‌تأثير آن بسيار كوچك و تغيير شكل آن كاملاً تعريف شده است. ديگر مزيت قطعات آلومينيمي بر قطعات فولادي اين است كه به‌دليل وزن كمتر، ميزان انرژي جنبشي كمتري دارند و از صدمه شديد رانندگان و خودروهاي ديگر در تصادفات، جلوگيري ميكنند.
ملاحظات مربوط به قيمت
قيمت توليد آلومينيم بي‌گمان از فولاد بيشتر است. قيمت بدنه آلومينيمي آئودي A8 چند برابر قيمت بدنه‌هاي فولادي است. قيمت مواد اوليه، عملياتي كه براي آماده‌سازي مواد انجام مي‌شود و نيز عمليات حرارتي در بعضي آلياژها، باعث افزايش قيمت مي‌شود. از سوي ديگر، استفاده از آلومينيم نياز به ابزار كمتري دارد. مثلاً در ورق‌هاي فولادي، هزينه ابزار بسيار بيشتر از قطعات اكسترود شده آلومينيمي است. اين موضوع، زماني كه توليد در تعداد پايين رخ مي‌دهد، از اهميت بيشتري برخوردار است زيرا تأثير زيادي بر قيمت نهايي مي‌گذارد. روش‌هايي نظير پانچ يا پرچ كردن به انرژي كمتري نسبت به جوشكاري نقطه‌اي نياز دارند و باعث پايين آمدن هزينه توليد مي‌شوند. همچنين، گازهاي مضر حاصل از جوشكاري را حذف و در هزينه‌هاي مربوط به وسايل خروج گاز نيز صرفه‌جويي مي‌شود.
منابع
1 . كاربرد آلومينيم در صنعت‌خودرو (پرويز دوامي)
2 . www.aluminumroundbar.org
3 . www.aluminumalloyangle.org
ماهنامه صنعت خودرو
http://www.ksna.ir/images/stories/ksnathumbnails/373x206-images-stories-fani-automobil-fisker-karma-space-frame-630_aluminum.jpg (http://www.ksna.ir/images/stories/fani/automobil/fisker-karma-space-frame-630_aluminum.jpg)
زماني‌كه راه‌هاي مختلف براي حفظ انرژي در جاده‌ها، با درنظر گرفتن پارامترهاي اقتصادي و فني مورد تحليل قرار مي‌گيرند، مي‌توان گفت كه كاهش وزن وسايل‌نقليه يكي از مهم‌ترين پارامترهاي فني در اين زمينه است. براي مثال اگر در يك خودروي مسافربري، 140 كيلوگرم آلومينيم جايگزين 240 كيلوگرم فولاد شود، صرفه‌جويي اوليه‌اي به‌ميزان 100 كيلوگرم در وزن خودرو حاصل شده است. به‌دنبال اين كاهش وزن، مهندس طراح مي‌تواند ترمزها، چرخ‌ها، فنرها، موتور، رادياتور، گيربكس و ساير قطعات خودرو را در اندازه‌اي كوچكتر طراحي كند. طراحي در ابعاد جديد، خود كاهش وزني معادل 30 درصد وزن اوليه را در پي خواهد داشت. اگر درنظر داشته باشيم كه يك‌سوم از قدرت موردنياز وسيله‌نقليه براي شتاب گرفتن آن به مصرف مي‌رسد، مي‌توان بيشتر به اهميت كاهش وزن وسيله‌نقليه پي برد. اگر اصل جرم‌هاي دوار را درنظر بگيريم، مي‌توان تصديق كرد كه 1 درصد كاهش وزن مي‌تواند با ثابت نگهداشتن زمان لازم براي رسيدن به شتاب موردنظر، 5/1 تا 5/2 درصد قدرت موردنياز وسيله‌نقليه را كاهش دهد. در هرحال، بزرگترين تأثير از طريق كاهش وزن جرم‌هاي نوسان‌كننده همچون ميل‌لنگ حاصل مي‌شود. آلومينيم، يكي از فلزات كلاسيك بوده كه در سازه‌هاي سبك وزن مورد استفاده قرار گرفته و كاربرد آن براي كاهش وزن خودرو امري طبيعي به‌نظر مي‌رسد. به‌جاي قسمت‌هاي فولادي مي‌توان از فرايند Aluminum chill Die-casting با ارزش اقتصادي كمتر، بويژه در مقدار كم استفاده كرد. لذا مي‌توان قطعات ريخته‌گري تحت فشار را ارزانتر از روش قبلي و به تعداد زياد توليد كرد. از روش Die-casting مي‌توان براي توليد اجزاي دقيق و پيچيده استفاده كرد.
در اين‌صورت نياز كمي به ماشينكاري داشته و احتياج به عمليات لازم براي جلوگيري از خوردگي برطرف خواهد شد.
افزون‌بر 80 درصد از كاربردهاي حال حاضر Al در خودرو، مربوط به قطعات ريخته‌گري است. مثلاً 75 درصد سرسيلندرها، 100 درصد پيستون‌ها و ميل‌لنگ‌ها و ... و 40 درصد از چرخ‌ها مورد استفاده قرار مي‌گيرد. همچنين، تلاش‌هايي براي استفاده از قطعات كارپذير آلومينيمي انجام شده است. چرخ‌هاي فورج شده در شرايطي كه بار زيادي وارد مي‌شود، كاربرد دارند. قطعات آلومينيم كار شده، در محافظ‌هاي حرارتي، جعبه كيسه هوا و ... كاربرد دارند. قطعات آلومينيمي اكسترود شده در بدنه خودرو مي‌توانند كاربرد زيادي داشته باشند.
آلومينيم در بسياري از اجزاي خودرو مورد استفاده قرار گرفته، اما مقدار اندكي از اين اجزا در خودروهاي امروزي، آلومينيمي هستند. موتور، مبدل‌هاي حرارتي و چرخ‌ها 83 درصد كل آلومينيم مورد استفاده در خودروها را تشكيل مي‌دهند. موتورها نيز از اجزايي نظير بلوك موتور، پيستون‌ها تشكيل شده‌اند كه آلومينيمي هستند. آلومينيم از جمله فلزاتي است كه روز‌به‌روز در صنعت حمل‌و‌نقل بيشتر مورد استفاده قرار مي‌گيرد. زيرا علاوه‌بر دلايل اقتصادي، از دلايل فني نظير كاهش وزن، خواص انتقال حرارت خوب و مقاومت در برابر خوردگي را نيز برخوردار است. چگالي پايين آلومينيم نسبت به فولاد، مزيتي مهم براي آن تلقي مي‌شود.
معيار جايگزيني آلومينيم با فولاد در خودروها
براي جايگزيني Al در سازه‌هايي كه براي حمل‌و‌نقل به‌كار مي‌روند، بايد نكته‌اي اساسي شامل كيفيت مشابه در كارايي و طول عمر را مدنظر گرفت.
معيار فني
آلياژهاي آلومينيم، به‌علت وزن مخصوص پايين، براي جايگزيني معرفي مي‌شوند. بايد توجه داشت كه آلومينيم داراي تنها 50 تا 80 درصد مقاومت شكست فولاد است. مهم‌تر اينكه الاستيسيته پايين‌تري در حدود يك‌سوم مدول الاستيسيته فولاد دارد. براي روشن شدن اين موضوع، سه‌جزء با سطح مقطع‌هاي متفاوت در نظر گرفته و آنها را از نظر فني مورد ارزيابي و مقايسه قرار مي‌دهيم:
1 . مقطع گرد
2 . مقطع مستطيل
3 . مقطع U شكل
به‌دليل تفاوت‌هايي كه در پارامترهاي مواد وجود دارد، دو نوع بارگذاري ذيل بررسي مي‌شود:
1 . مواردي كه در آنها مقاومت بويژه تنش‌هاي خمشي، مهم هستند
2 . مواردي كه در آنها خواص الاستيك، مهم هستند
در هر دو حالت، اجزاي اصلي، اجزاي بزرگتر انتخاب مي‌شوند.
مقطع گرد
براي مقايسه مقطع گرد، فولاد با مقاومت شكست و آلومينيم با مقاومت كششي انتخاب شده‌اند. بنابراين، مقاومت‌هاي خمشي داراي نسبت 2 به 1 هستند. براي بارگذاري يكسان آلومينيم به مدول مقطع دو برابر نياز داشته كه اين امر، منجر به افزايش قطري حدود 26 درصد مي‌شود، اما در مقابل 43 درصد كاهش وزن حاصل مي‌شود.
الاستيسيتي با مدول الاستيسيته، رابطه‌اي عكس و با ممان اينرسي، رابطه‌اي مستقيم دارد. از آنجا كه مدول الاستيسيته فولاد، 3 برابر آلومينيم است، اگر معيار الاستيك مدنظر باشد مي‌بايستي ممان اينرسي آلومينيم، سه برابر فولاد شود. اين امر، افزايش قطري حدود 3 درصد را در پي خواهد داشت، اما كاهش وزني معادل 38 درصد حاصل مي‌شود.
مقطع مستطيلي
براي مقايسه مقطع مستطيلي، قطعه‌اي با ارتفاع 60 و عرض 20 ميلي‌متر درنظر گرفته مي‌شود. براي مقايسه با مقطع گرد (حالت قبل) جنس‌ها يكسان انتخاب مي‌شوند. با جايگزيني آلومينيم اگر بخواهيم عمري مشابه داشته باشيم، وقتي با معيار مقاومت ابعاد را محاسبه كنيم مي‌بايستي مدول مقطع، 2 برابر شود. اگر عرض را ثابت نگه داريم، افزايش ارتفاع در سطح مقطع 42 درصد خواهد بود (يعني نسبت ابعادي 42/1). در اين حالت، صرفه‌جويي در وزن معادل 50 درصد حاصل مي‌شود.
در صورتي‌كه امكان افزايش ارتفاع وجود نداشته باشد، براي 2 برابر شدن مدول مقطع مي‌بايستي عرض آن 2 برابر شود. در اين‌صورت، نسبت حجمي مشابه حالت قبل خواهيم داشت اما صرفه‌جويي حاصله در وزن 29 درصد خواهد شد.
براي اينكه الاستيسيته يكسان داشته باشيم، بايد ممان اينرسي 3 برابر شود. براي رسيدن به اين‌منظور بدون اينكه عرض را تغيير دهيم مي‌بايستي با افزايش ارتفاع نسبت ابعاد را به 44/1 برسانيم. صرفه‌جويي وزني در اين حالت، 49 درصد خواهد بود. اگر ارتفاع سطح مقطع تغيير نيابد، براي 3 برابر شدن ممان اينرسي، سطح مقطع مربعي شكل انتخاب مي‌شود. اين امر علاوه‌بر اينكه حجمي 3 برابر فولاد را اشغال مي‌كند، افزايش وزني معادل 7 درصد نسبت به فولاد خواهد داشت.
تيرهاي U شكل
در سازه وسايل نقليه موتوري، تيرآهن‌هاي ناوداني شكل كاربردهاي زيادي دارند. يكي از كاربردهاي مهم آنها در شاسي اصلي وسايل‌نقليه است. اين قطعات وزن بالايي دارند و جايگزيني آنها، قابل‌توجه است. مثلاً شاسي اصلي ناوداني شكل يك وسيله‌نقليه را با مشخصات زير در نظر مي‌گيريم:
ارتفاع: 250 ميلي‌متر
عرض بال: 60 ميلي‌متر
ضخامت: 7.5 ميلي‌متر
جنس: با مقاومت شكست
در صورتي‌كه بخواهيم آلومينيم مناسب براي جايگزيني را از نوع با مقاومت شكست انتخاب كنيم، لازم است تحليلي به‌شرح زير داشته باشيم:
اگر معيار حاكم بر جايگزيني، مقاومت خمشي باشد، لازم است مدول مقطع تا 31 درصد افزايش يافته و ارتفاع از 250 ميلي‌متر به 300 ميلي‌متر برسد. نتيجه اين حالت، 59 درصد كاهش وزن است (يعني نسبت وزني 41/0).
در مواقعي كه امكان افزايش ارتفاع وجود نداشته باشد، مي‌بايستي عرض مقطع افزايش يابد تا مدول مقطع لازم، به‌دست آيد. در اين حالت، كاهش وزني معادل 56 درصد يعني نسبت وزني 44 درصد به‌دست مي‌آيد. در حالي‌كه نسبت ابعاد اصلي حدود 1/1 خواهد بود.
در شرايطي كه نتوانيم ارتفاع و عرض مقطع را تغيير دهيم، مدول مقطع را تغيير مي‌دهيم. مدول مقطع لازم را مي‌بايستي با تغيير دادن ضخامت به‌دست آورد. يعني ضخامت را از 5/7 به 25/10 ميلي‌متر برسانيم. در اين حالت نيز 52 درصد كاهش وزن حاصل مي‌شود.
براي شاسي‌ها و مقاطع مشابه، تنها درنظر گرفتن معيار مقاومت كافي نبوده و مشخصات عملكردي، نظير تغيير مكان و فركانس طبيعي را نيز مي‌بايستي مدنظر بگيريم. فركانس‌هاي بهره‌برداري، نبايد در فركانس طبيعي سيستم قرار بگيرند زيرا در اين حالت، دامنه ارتعاش افزايش يافته و منجر به كاهش عمر دستگاه و از بين رفتن ضريب اطمينان لازم مي‌شود. در جايگزيني آلومينيم با فولاد در اين نوع مقاطع، براي اينكه تغيير مكان و فركانس طبيعي ثابت نگه داشته شود، معيار الاستيسيته مطرح شده و مي‌بايستي اينرسي 3 برابر شود. براي تأمين اين منظور، بدون تغيير دادن ضخامت مي‌بايستي ارتفاع را از 250 به 387 ميلي‌متر افزايش دهيم (يعني نسبتي معادل5/11: 1). در اين حالت، وزن به‌دست آمده معادل نصف حالت فولادي خواهد شد. به‌دليل بارگزاري بالا، اين امر در مورد خودروهايي خاص امكان‌پذير است. اگر قادر باشيم ضخامت سطح مقطع را افزايش دهيم، مي‌توانيم تا 46درصد كاهش وزن را به‌دست آوريم. در شرايطي كه نياز است ارتفاعي مشابه مقطع فولادي داشته باشيم، جايگزين كردن آلومينيم، 34درصد افزايش وزن نسبت به حالت فولادي را در پي خواهد داشت.
http://www.ksna.ir/images/stories/ksnathumbnails/460x276-images-stories-fani-automobil-2011-Audi-A8-L-W12-3.jpg (http://www.ksna.ir/images/stories/fani/automobil/2011-Audi-A8-L-W12-3.jpg)
ارزيابي معيارهاي فني جايگزيني آلومينيم با فولاد
فرض كنيم 3 مقطع يادشده براي جايگزيني مورد تحليل و مقايسه قرار گيرند. با ارزيابي فني انجام شده، مي‌توان انتخابي بهتر و اقتصادي‌تر داشت. در حالت كلي، مي‌توان گفت كه صرفه‌جويي وزني و فني، هنگامي امكان‌پذير است كه مقاومت (مقاومت خمشي) فاكتور تعيين‌كننده باشد (نه الاستيسيته). وقتي فاكتور حاكم الاستيسيته باشد، صرفه‌جويي وزني فقط هنگامي ممكن است كه ابعاد اصلي به‌طور قابل‌توجهي بزرگ شوند كه اين امر هميشه امكان‌پذير نيست.
كاربرد آلومينيم در بدنه خودرو
بدنه خودرو، 40 درصد وزن خودرو را تشكيل مي‌دهد. از نظر تئوري، مي‌توان با استفاده از مواد سبك وزن در بدنه، كاهش زيادي در وزن خودرو ايجاد كرد. از نظر علمي، با كاهش وزن بدنه، تجهيزات متصل و مرتبط با آن نيز سبكتر مي‌شوند (نظير شاسي) و كاهش چشمگيري در وزن خودرو حاصل خواهد شد. در اصلاح وزن خودرو، بايد 3 مطلب مهم ذيل را مدنظر داشته باشيم:
1 . جايگزيني موادي با وزن مخصوص كمتر (نظير آلومينيم، منيزيم و فولادهاي با استحكام بالا) بايد بدون كاهش مقاومت و طول عمر صورت بگيرد.
2 . ساختارهاي سبك وزن، داراي عناصري هستند كه بار را تحمل ميكنند و بايد به‌گونه‌اي طراحي شوند كه وزن آنها بدون كاهش مقاومت، كاهش يابد.
3 . بهسازي فرايند نظير جايگزيني روش جوشكاري نقطه‌اي بايد با روش‌هايي نظير جوشكاري ليزري و هيدروفرمينگ، مدنظر گرفته شود.
صنعت خودرو با مشكل وزن زياد روبه‌رو است. اين امر، ناشي از تقاضاي مشتري براي امنيت و عملكرد خودرو است. امروزه حتي خودروهاي متوسط نيز داراي سيستم‌هاي ايمني هستند. زيبايي و ايمني، باعث افزايش وزن خودرو شده است. بنابراين، خودروسازان ناگزيرند به مفهوم خودروهاي سبك وزن، توجهي خاص كنند. فلزات سبك، به‌عنوان فرصتي مناسب براي كاهش وزن خودرو در بدنه، بايد مورد توجه قرار گيرند. بدنه خودروهايي نظير آئودي A8، هوندا SNX و لوتوس lise، از آلومينيم ساخته مي‌شود.
ويژگي‌هاي آلومينيم كاربردي در بدنه خودرو
آلومينيم، خواصي دارد كه كاربرد آن را براي حصول به بدنه سبك، مناسب نشان مي‌دهد. استحكام ورق‌هاي آلومينيمي و قطعات اكسترود شده، در حد قطعات فولادي است. براي ايجاد تغيير شكل دائم در هر دو، نياز به نيروي يكساني است، اما مقاومت آلومينيم كمتر از فولاد است (به‌دليل مدول الاستيسيته كمتر آلومينيم كه 3/1 فولاد است). بنابراين Al، اعوجاج الاستيك بيشتري نسبت به فولاد دارد. اين عيب را مي‌توان با افزايش ضخامت آن جبران كرد. دو نوع طراحي در مورد كاربرد Al در بدنه خودرو وجود دارد، يكي از آنها مدل چارچوب فضايي است كه توسط آئودي A8 مطرح شد و ديگري مربوط به روش عادي اتصال ورق است كه توسط الكان – فورد مورد استفاده قرار گرفت، هر يك از اين روش‌ها، مزاياي مربوط به خود را دارد. روش چارچوب فضايي، به‌دليل حذف عمليات پرس، قيمت ابزاري كمتري دارد. بدنه يكپارچه، قيمت اجزاي كمتري دارد و فرايندي جاافتاده‌تر تلقي مي‌شود. مثال كنوني هر يك از آنها فورد P200 و آئودي A12 است كه هر دو 40 درصد كاهش وزن را به‌همراه دارند.
به مثال‌هايي در مورد كاربرد آلومينيم در اجزاي بدنه توجه فرماييد:
1 . روش چارچوب فضايي در آئودي A8، 40درصد كاهش وزن به‌همراه داشته است. در اين ساختار، 385كيلوگرم آلومينيم به‌صورت 125كيلو ورق، 70 كيلو اكستروژن، 150كيلو ريخته‌گري و 40 كيلو شكل‌هاي ديگر استفاده شده است.
2 . بدنه يكپارچه آلومينيمي هوندا SNX شامل: 210كيلوگرم آلومينيم در پنل‌هاي خارجي، نزديك به 100 كيلو در اجزاي شاسي و 130كيلو در اجزاي انتقال قدرت است.
3 . بدنه يكپارچه آلومينيمي در فورد AIV 200 كيلوگرمي سبكتر از مدل فولادي مشابه است. ساختار اين بدنه 145 كيلوگرم و پنل‌ها 53 كيلو سبكتر شده‌اند. وزن كل آلومينيم مورد استفاده در اين بدنه 270 كيلوگرم است.
4 . ديگر شركت‌هاي خودروسازي نيز نمونه‌هايي از خودروهاي داراي بدنه آلومينيمي ساخته‌اند. شركت كرايسلر همراه با رينولدز، خودروي Neon Life را ساخته است كه 270 كيلوگرم سبكتر از مدل قبلي همين خودرو است. كارخانه‌هاي رنو و اتوبوس كار، ساخت و طراحي خودرويي را برعهده گرفته‌اند كه 30 تا 50 درصد كاهش وزن دارد. مثال‌هاي ديگر عبارتند از: جاگوار و GM-EVI.
بررسي مواد، طراحي تكنولوژي و تعيين آلياژهاي مناسب براي ساختار بدنه، موضوعي است كه در پيشرفت اين روش‌ها مؤثر بوده و بيشتر فعاليت‌هاي كنوني بر چند آلياژ خاص متمركز شده‌اند. براي ورق‌ها، بايد موضوع تعادل مناسب بين تغيير شكل‌يذيري، استحكام بعد از نقاشي و كيفيت سطحي، در نظر گرفته شود. در نتيجه، آلياژهاي XXX6 انتخاب اوليه براي اين نوع كاربردها هستند. براي مواد مورد استفاده در ورق‌ها، استحكام عاملي محدود‌كننده در موارد خاص است. در اين مورد جذب خوب انرژي و رفتار مناسب در كشش عميق، اهميت زيادي دارد. در امريكاي شمالي براي دستيابي به اين مسائل، اغلب آلياژهاي XXX5 استفاده مي‌شود. در اروپا نيز اغلب از آلياژهاي XXX-T46 استفاده مي‌شود. يكي از تفاوت‌هاي مهم بدنه خودروهاي آلومينيمي و فولادي، مقاومت خوردگي بسيار عالي آلياژهاي 5XXX و 6XXX است. بنابراين، معمولاً فولادها پوشش داه مي‌شوند و براي دستيابي به دوام بيشتر، بايد رنگي مناسب براي آنها انتخاب شود، اما اين اقدامات در مورد آلومينيم كمتر صورت مي‌گيرد. تمام‌كاري سطح براي نقاشي سطوح آلومينيمي، عملياتي گران بوده و به زمان و دانش كافي نياز دارد. ورق‌ها براحتي كشيده مي‌شوند و سطح آنها ممكن است نسبت به پنل‌هاي فولادي، موجدار شود.
مزاياي استفاده از آلومينيم
بخش‌هاي آلومينيمي، به‌دليل راه‌حل‌هاي مناسبي كه در طراحي آنها وجود دارد (نظير ريخته‌گري و اكستروژن) مي‌تواند بسيار متنوع باشد. يك قطعه ريخته‌گري مي‌تواند جايگزين يك قطعه پيچيده تشكيل شده از پنل‌هاي فولادي شود. بنابراين، تعداد قطعات افزون‌بر 50 درصد كاهش مي‌يابد. اين موضوع، باعث مي‌شود كه فرايند توليد آسان‌تر شود زيرا در هر مرحله، تعداد قطعات كمتري توليد مي‌شود. در نتيجه، براي توليد نياز به ابزارهاي كمتري وجود دارد و به‌دليل كاهش زمان و هزينه، توليد مي‌تواند ساده و اقتصادي‌تر شود.
محدوديت‌هاي استفاده از آلومينيم
تجربيات علمي در زمينه بررسي رفتار آلومينيم در بدنه خودرو، بسيار اندك بوده و مراجع كمي در اين مورد وجود دارد. انعطاف‌پذيري پايين و حد تسليم پايين اين فلز، عامل ايجاد مشكل در پرسكاري آنها مي‌شود. آلومينيم براحتي پاره مي‌شود. اين مطلب را نيز بايد در نظر گرفت كه با اين شرايط، جايگزيني ساده پنل‌هاي فولادي با آلومينيم نمي‌تواند راه‌حلي مناسب باشد. بنابراين، بايد راه‌هايي جديد براي استفاده از ويژگي‌هاي مهم آلومينيم به‌عنوان فلز سبك، مدنظر گرفته شود. از آنجا كه اين قطعات در پروفيل‌هاي اكسترود شده و ورق‌ها و قطعات ريخته‌گري كاربرد دارند، مي‌توانند دامنه وسيعي از كاربردها را داشته باشند.
در هنگام طراحي قطعات مختلف، بايد نكاتي ويژه را مدنظر گرفت. مثلاً خمش براي در و سرپوش‌ها بايد اصلاح شود. همچنين، خاصيت جهندگي و ارتجاعي ورق‌ها، مشكلاتي را در نگهداري تلرانس ابعادي در حين پرسكاري در بخش‌هاي مجزا و كل بدنه خودرو، ايجاد مي‌كند.
به‌طور كلي، كيفيت سطوح بر پارامترهاي فرايند جوشكاري اثرگذارند و اگر به‌طور دقيق كنترل نشوند، مي‌توانند عيوبي نظير ترك و حفره را ايجاد كنند. از نظر دقت ابعادي، قطعات اكسترود شده يا ريخته‌گري بعد از فرايند جوشكاري، ممكن است به‌صورتي غيرقابل پيش‌بيني رفتار كنند.
سري 6XXX آلياژهاي آلومينيم كه از آنها در چارچوب فضايي استفاده مي‌شود، براي رسيدن به استحكام لازم به عمليات حرارتي نياز دارند. از طرفي، فرايند خشك كردن در دماي رنگ عادي، كافي نيست و نياز به دماهاي بالاتري براي خشك كردن است. در اين مورد، روش كار به اين صورت است كه آلياژ در دماي 210 درجه سانتي‌گراد براي 30 دقيقه نگه داشته شود تا سختي لازم به‌دست آيد. اين كار نبايد در مراحل نهايي صورت گيرد زيرا ممكن است تأثير منفي بر فرايند جوشكاري بگذارد.
قابليت تعمير/ ملاحظات ايمني
از آنجا كه ايمني، عاملي به‌شدت مورد توجه مشتريان است، انجام آزمايش‌هاي تصادف، توجه فزاينده‌اي را به خود معطوف كرده‌اند. شركت‌هاي توليد‌كننده خودرو، از ايمني به‌عنوان فاكتوري مهم در مبارزات تبليغاتي خود استفاده ميكنند.
از سوي ديگر، شركت‌هاي بيمه به‌وسيله قابليت تعمير خودروها، بسياري از هزينه‌هاي خود را جبران ميكنند. در برخي كشورها، هزينه تعمير خودرو براي عيوب خاص درنظر گرفته شده و در تقسيم‌بندي خودروها براي بيمه، لحاظ مي‌شود.
در 5 درصد از كل تصادفات، ساختار چارچوب خودرو معيوب مي‌شود. اين مطلب، زماني بحراني است كه از قطعات ريختگي يا اكستروژن استفاده شود زيرا در اين شرايط، ديگر نمي‌توان قطعات را تعمير و بايد به‌صورت جزئي و كلي جايگزين كرد. در قطعات ريختگي، بسته به نوع و شدت تصادفات، ترك‌ها مي‌توانند رشد كنند، لذا بايد به دقت آزمايش شوند.
روش‌هاي مختلف تعمير عيوب، فروشندگان را مجبور مي‌كند تا مكانيك‌هاي خود را با انواع روش‌ها آشنا كنند. مثلاً روش جوشكاري قوسي تحت اتمسفر محافظ، فقط نياز به دقت، تجربه و تجهيزات خاص دارد كه ممكن است براي فروشندگان و تعميركاران كوچك، امكان فراهم‌سازي آنها وجود نداشته باشد.
وسايل مربوط به آلومينيم نبايد با فولاد مخلوط شوند زيرا ممكن است باعث ايجاد خوردگي شوند. قطعات آلومينيمي اين مزيت را نسبت به فولاد دارند كه قابليت جذب انرژي بسيار بالاتري نسبت به فولاد دارند و با نصف وزن فولاد، به همان اندازه ايمني را ايجاد ميكنند. هنگامي‌كه در شرايط فشاري هستيم، ساختار اكستروژن و ريختگي خارجي، تنها به‌صورت موضعي تغيير شكل مي‌يابد و منطقه تحت‌تأثير آن بسيار كوچك و تغيير شكل آن كاملاً تعريف شده است. ديگر مزيت قطعات آلومينيمي بر قطعات فولادي اين است كه به‌دليل وزن كمتر، ميزان انرژي جنبشي كمتري دارند و از صدمه شديد رانندگان و خودروهاي ديگر در تصادفات، جلوگيري ميكنند.
ملاحظات مربوط به قيمت
قيمت توليد آلومينيم بي‌گمان از فولاد بيشتر است. قيمت بدنه آلومينيمي آئودي A8 چند برابر قيمت بدنه‌هاي فولادي است. قيمت مواد اوليه، عملياتي كه براي آماده‌سازي مواد انجام مي‌شود و نيز عمليات حرارتي در بعضي آلياژها، باعث افزايش قيمت مي‌شود. از سوي ديگر، استفاده از آلومينيم نياز به ابزار كمتري دارد. مثلاً در ورق‌هاي فولادي، هزينه ابزار بسيار بيشتر از قطعات اكسترود شده آلومينيمي است. اين موضوع، زماني كه توليد در تعداد پايين رخ مي‌دهد، از اهميت بيشتري برخوردار است زيرا تأثير زيادي بر قيمت نهايي مي‌گذارد. روش‌هايي نظير پانچ يا پرچ كردن به انرژي كمتري نسبت به جوشكاري نقطه‌اي نياز دارند و باعث پايين آمدن هزينه توليد مي‌شوند. همچنين، گازهاي مضر حاصل از جوشكاري را حذف و در هزينه‌هاي مربوط به وسايل خروج گاز نيز صرفه‌جويي مي‌شود.
منابع
1 . كاربرد آلومينيم در صنعت‌خودرو (پرويز دوامي)
2 . www.aluminumroundbar.org
3 . www.aluminumalloyangle.org
ماهنامه صنعت خودرو