Введение Пикапы большой грузоподъемности сохраняли объем продаж в США и во всем мире на протяжении последнего десятилетия@ и даже продемонстрировали рост продаж в 2015 году. Однако@ на их будущую рыночную жизнеспособность повлияет внедрение новых экологических стандартов Федерального федерального округа США CAFE 2. Газовые и дизельные двигатели@, а также технологии силовых агрегатов@ уже достигли зрелости@, а оставшиеся инновационные решения по повышению эффективности использования топлива ограничены. Достижение меньшего веса является одним из последних доступных вариантов соответствия стандартам CAFE 2, сохраняя при этом популярные размеры, мощность и полезность, предлагаемые тяжелыми пикапами. Меньший вес означает более высокую топливную экономичность. Следует отметить, что устойчивые продажи на протяжении десятилетия происходили в период, когда цены на газ в Соединенных Штатах достигли исторического уровня. Хотя продажи действительно снизились, когда средние цены на бензин выросли до $4,49 за галлон1 в июле 2008 года, продажи быстро восстановились в последующие годы. Кроме того, продажи новых тяжелых грузовиков были компенсированы увеличением числа владельцев старых тяжелых грузовиков. Количество тяжелых пикапов в США осталось постоянным. Отчасти лояльность к этим типам транспортных средств можно объяснить инновациями в области двигателей и трансмиссий, которые позволили повысить топливную экономичность, сохранив при этом владельцев?? желаемая мощность и крутящий момент. Однако постоянные продажи новых автомобилей и удержание этих весьма практичных автомобилей из-за волатильности цен на бензин отражают степень нечувствительности владельцев к увеличению стоимости топлива. Хотя владельцы могут быть нечувствительны к стоимости топлива, федеральные требования к эффективности использования топлива заставляют производителей тяжелых пикапов искать способы соответствовать будущим стандартам эффективности использования топлива. Удовлетворение, казалось бы, противоречивых требований более высоких федеральных стандартов по топливной экономичности, одновременно удовлетворяя пожелания клиентов по размеру, полезности, мощности@ и крутящему моменту, заставило производителей отказаться от комфорта стали и обратиться к другим легким материалам. Переход на более легкие материалы не ограничивается тяжелыми пикапами и не является чем-то новым для дорожных транспортных средств. Производители гибридных и электромобилей признают взаимосвязь между накоплением энергии@ потреблением энергии@ и весом. В ранних версиях этих автомобилей размер был уменьшен для минимизации веса. В автомобилях с газовым двигателем@ размер также был уменьшен@, что привело к появлению небольших автомобилей, которые не принесли ожидаемого успеха в популярности и продажах. Минимальный размер отвечает требованиям человеческого комфорта и полезности@, а это@, в свою очередь@, стимулирует спрос. Это факт физики: большие транспортные средства безопаснее, чем меньшие. Потребители, покупающие экономичный автомобиль, уже тяготеют к автомобилям меньшего размера. Поступая таким образом@, они подвергают себя большему риску получения травм или смерти в результате несчастного случая. Меньшие@легкие автомобили, как правило, не так безопасны, как большие@тяжелые автомобили. Большие автомобили имеют более длинные капоты и большие зоны столкновения, что дает им преимущество при лобовых столкновениях. Согласно исследованиям, проведенным Страховым институтом дорожной безопасности (IIHS)@, более тяжелый автомобиль во время удара обычно толкает более легкий назад. В результате на пассажиров более тяжелого автомобиля будет воздействовать меньше силы, а на пассажиров более легкого автомобиля — согласно IIHS. Исторически@ уровень смертности водителей на миллион зарегистрированных транспортных средств был выше для небольших и легких транспортных средств. Хотя алюминий снижает вес более крупных транспортных средств@, а общий вес транспортного средства снижается настолько, чтобы повысить топливную экономичность и соответствовать будущим федеральным нормам@, транспортные средства сохранят преимущество в весе при столкновении. Добавление алюминия или гибридных алюминиево-железных материалов также понизит центр масс этих типов транспортных средств, поскольку сталь останется основным компонентом шасси. Более низкий центр массы относительно высоты понизит центр тяжести@, сделает транспортное средство более устойчивым@ и уменьшит случаи опрокидывания. Для снижения веса доступны два варианта материалов: композиты из углеродного волокна и алюминий. За последнее десятилетие композитные материалы из углеродного волокна стали использоваться во многих транспортных средствах. Недавними примерами являются преимущественно композитный автомобиль BMW i3, а также концепт-кар Lamborghini Veneno Roadster и Sesto Elemento; некоторые из их автомобилей содержат до 80% композитного материала из углеродного волокна. Углеродное волокно довольно дорогое по сравнению со сталью или алюминием@ и выдерживает высокоскоростные производственные процессы. Кроме того, углеродное волокно не подлежит вторичной переработке. Он хорошо работает для обеспечения легкого веса и жесткости, необходимых для автомобилей высокого класса с высокими эксплуатационными характеристиками, но не очень хорошо работает, когда желательны доступная стоимость автомобиля и высокая производительность производства. Алюминий является одной из наименее затратных альтернатив для снижения веса всех типов транспортных средств. Хотя алюминий является наименее затратным альтернативным материалом для снижения веса, при его переходе к производству для высокоскоростного производства всех типов дорожных транспортных средств возникают проблемы. Алюминий уже много лет используется в автомобилях в ограниченном количестве при изготовлении деталей кузова, таких как капоты, крышки багажника и задние двери. Некоторые алюминиевые боковые панели имеются на некоторых типах автомобилей. Применение алюминия в капотах@ крышках багажника@ и задних дверях представляет собой навесные детали, которые крепятся болтами к основной конструкции автомобиля. Применение алюминия в сочетании со сталью и его интеграция в основные конструктивные компоненты автомобиля представляет собой серьезную задачу проектирования, проектирования и производства для отрасли, глубоко укоренившейся в стали. Для отрасли, характеризующейся заводами, заполненными тысячами роботов, выплевывающих искры при сварке стальных деталей и деталей, алюминий — это чужеродный материал, чреватый незнакомыми производственными процессами. В аэрокосмической отрасли давно признаны преимущества алюминия в снижении веса и обеспечении более пластичного материала, чем сталь. ??доброта?? Характеристики алюминия компенсируются необходимостью более сложных производственных процессов и его чувствительностью к коррозии и повреждениям во время сборки. Алюминий можно сваривать, и в некоторых случаях традиционные методы сварки обеспечивают удовлетворительное решение проблемы соединения. Для большинства деталей и деталей, изготовленных из алюминия и соединенных с другими алюминиевыми или стальными деталями и деталями, предпочтительными и наиболее распространенными методами являются склеивание и крепление. Прежде чем произойдет трансформация преимущественно стальных транспортных средств в преимущественно алюминиевые, необходимо рассмотреть и внедрить новые критерии проектирования. Сложность конструкции возрастает при замене стали алюминием@ или объединении алюминия и стали в единый узел. Алюминий – более мягкий материал. Структурные компоненты, которые раньше были стальными, требуют значительной модернизации, чтобы обеспечить прочность, жесткость и долговечность, необходимые для удовлетворения требований безопасности и производительности транспортного средства. Просто заменить алюминиевую деталь на стальную в ведомости материалов не получится. Усложняющим инженерное решение по переводу автомобиля со стали на алюминий или со стали на стально-алюминиевую комбинированную сборку является метод соединения. Соединение стали со сталью с использованием технологии автоматизированной сварки — это хорошо изученный производственный процесс с известными результатами в автомобильной промышленности. Переход к склеиванию@ креплению@ и другим средствам скрепления всех частей автомобиля представляет собой сложную проектную и инженерную задачу. Правильный размер@ расположение@ размещение@ и глубина проникновения крепежных элементов способствуют прочности@ долговечности@ и эксплуатационным характеристикам транспортного средства. Попытка просто перенести позиции точечной сварки из предыдущего процесса на размещение крепежа неприемлема. Также усложняются проектные и инженерные задачи по склеиванию и креплению алюминиевых деталей вместе, а также возникают новые производственные проблемы, связанные с доступом и автоматизацией новых процессов, необходимых для интеграции алюминия в автомобиль. Автоматизировать процесс крепления или склеивания гораздо сложнее, чем автоматизировать точечную сварку. Если используется процесс склеивания, критерии размещения и оценки линий склеивания должны быть включены в проектирование и проектирование транспортного средства. Прочностные характеристики склеенного алюминия вдоль линии склеивания в значительной степени зависят от многих факторов, включая подготовку материала и чистоту @ однородность линии склеивания @ контролируемое нанесение @ пустоты @ и температуру/влажность во время нанесения. Это усложняет исторически сложившуюся ситуацию, в которой производство стали было далеко не в первозданном виде. Крепление алюминиевой конструкции к другим алюминиевым деталям или к стали усложняет проектирование и производство. Коррозия – враг алюминия. В аэрокосмической отрасли давно известно, что при малейшем доступе к входу коррозия в алюминии найдет отверстие и распространится. Коррозия алюминиевых деталей часто распространяется тайным путем. Во многих случаях он остается невидимым и продолжает снижать прочность материала до тех пор, пока не произойдет выход детали или сборки из строя. Автомобиль, скрепленный в основном из алюминия, имеет тысячу мест для проникновения и распространения коррозии, которая может быстро распространяться. Каждый крепеж в аэрокосмической отрасли@ и дорожных транспортных средствах@ должен быть тщательно защищен от коррозии. Моделирование и моделирование для оценки и прогнозирования гальванической коррозии могут предоставить необходимую информацию на этапе проектирования, чтобы уменьшить или устранить последствия коррозии. Другие ингибиторы коррозии включают в себя различные покрытия, которые обеспечивают эффективный барьер проникновению влаги в металл. Производственные усовершенствования, такие как создание чистых помещений, являются необходимыми дополнениями для подготовки и нанесения покрытий и красок на алюминий. Варианты сварки применимы для исключения крепежных элементов, которые рассматриваются для соединения деталей автомобильного кузова. Сварка трением с перемешиванием давно считалась жизнеспособным вариантом замены крепежных элементов на алюминиевых самолетах. В авиационной промышленности быстрая замена алюминия высокопрочными композитами из углеродного волокна остановила миграцию этого типа технологии на планеры многих современных самолетов. Соединение определенных частей автомобильных кузовов остается жизнеспособным вариантом, поскольку все больше алюминия будет использоваться в дорожных транспортных средствах завтрашнего дня. Еще одним ограничением и конструктивным/техническим соображением являются более мягкие свойства алюминия. Опять же, конструкторы аэрокосмической отрасли осознали, что мягкие и пластичные свойства алюминия необходимо усиливать, когда он используется в областях, где требуется как жесткость, так и легкий вес. Один из способов добиться жесткости при сохранении желаемого легкого веса алюминиевой детали — это разместить сердечник между двумя кусками алюминия. Выпускается более легкая деталь, но с дополнительным преимуществом жесткости. Включение сердечника для целевых деталей обеспечивает жесткость в сочетании с легким весом там, где необходимо и то, и другое. В массовое производство входят новые металлы, которые эффективно объединяют железо и алюминий в более легкий гибридный материал, обеспечивающий жесткость, превосходящую чисто алюминиевый материал. Некоторые из этих материалов уже поступают в производство и представляют собой жизнеспособную альтернативу чисто алюминиевому автомобилю. Они обеспечивают жесткость лишь с незначительным снижением веса. В этой книге будут рассмотрены некоторые инновационные решения, позволяющие смягчить проблемы, связанные с переносом алюминия в кузова тяжелых пикапов и других легковых и грузовых автомобилей. Он организован в хронологическом порядке: проектирование/инжиниринг@ моделирование@ производство дешевого алюминиевого сырья@ гибридные материалы@ коррозия@ и варианты соединения различных алюминиевых или алюминиево-стальных частей в собранный автомобиль. Он также включает главу о включении сердцевины между алюминиевыми листами для повышения жесткости. Добавление алюминия для снижения веса дорожных транспортных средств сопряжено с трудностями и затратами. По оценкам, добавление алюминия увеличит стоимость автомобиля, ранее изготовленного из стали, на 500 долларов США. Эти затраты компенсируются улучшенной экономией топлива, а также дополнительной безопасностью и комфортом, которые водитель получает от сохранения полезности более крупного автомобиля. Потребители хотят автомобиль, который обеспечивает комфорт @ безопасность @ мощность @ и полезность, которую не может обеспечить путь автоматической миниатюризации к экономии топлива. Произойдет снижение стоимости интеграции алюминиевого материала в автомобиль, который раньше в основном был стальным, с использованием зрелых и надежных производственных процессов. По мере распространения приложения и развития кривой обучения@ надежный и понятный производственный процесс будет развиваться и включать в себя технологии@материалы@ и процессы, описанные в этой книге. Они не охватывают всего, что необходимо решить по мере того, как автомобильная промышленность переходит на смесь металлов, из которых будут создаваться автомобили будущего. Но понимание этих вариантов начинает путь к лучшему пониманию вариантов и решений по добавлению алюминия в качестве материала. Материал под названием алюминий@, который когда-то доминировал на аэрокосмическом рынке, а сейчас находится в упадке@, может возродиться в будущем в качестве предпочтительного материала для дорожных транспортных средств.
SAE PT-173-2015 История
2015SAE PT-173-2015 Соединение алюминиевого кузова автомобиля