1. Sarrera
Automobilgintzaren arintzea herrialde garatuetan hasi zen eta hasieran automobilgintza erraldoi tradizionalen gidaritzapean egon zen. Garapen jarraituari esker, bultzada handia hartu du. Indiarrek lehen aldiz aluminiozko aleazioa erabili zutenetik automobilgintzako birabarkiak ekoizteko, Audik 1999an aluminiozko auto guztiak ekoiztu zituen lehen aldiz seriean, aluminiozko aleazioak hazkunde sendoa izan du automobilgintzako aplikazioetan, dentsitate txikia, erresistentzia eta zurruntasun espezifiko handia, elastikotasun eta inpaktuarekiko erresistentzia ona, birziklagarritasun handia eta birsorkuntza-tasa handia bezalako abantailengatik. 2015erako, aluminiozko aleazioaren aplikazio-proportzioa automobiletan % 35etik gorakoa zen jada.
Txinako automobilgintzako pisu arintzea duela 10 urte baino gutxiago hasi zen, eta bai teknologia bai aplikazio maila Alemania, Estatu Batuak eta Japonia bezalako herrialde garatuen atzetik daude. Hala ere, energia berriko ibilgailuen garapenarekin, materialaren pisu arintzea azkar ari da aurrera egiten. Energia berriko ibilgailuen gorakada aprobetxatuz, Txinako automobilgintzako pisu arintzeko teknologiak herrialde garatuen mailara hurbiltzeko joera erakusten ari da.
Txinako material arinen merkatua zabala da. Alde batetik, atzerriko herrialde garatuekin alderatuta, Txinako arintze-teknologia berandu hasi zen, eta ibilgailuen pisu orokorra handiagoa da. Atzerriko herrialdeetan material arinen proportzioaren erreferentzia kontuan hartuta, oraindik badago garapenerako tarte zabala Txinan. Bestetik, politikek bultzatuta, Txinako energia berriko ibilgailuen industriaren garapen azkarrak material arinen eskaria areagotuko du eta automobilgintzako enpresak arintzerantz joatera bultzatuko ditu.
Isurketa eta erregai-kontsumo estandarren hobekuntzak automobilen arintzea bizkortzera behartzen ari da. Txinak Txinako VI isuri estandarrak guztiz ezarri zituen 2020an. "Bidaiarien autoen erregai-kontsumoaren ebaluazio-metodoa eta adierazleak" eta "Energia aurrezteko eta energia berriko ibilgailuen teknologiaren bide-orria" arabera, 5,0 L/km erregai-kontsumo estandarra. Motorren teknologian eta isurketa murrizketetan aurrerapen nabarmenetarako tarte mugatua kontuan hartuta, automobilgintzako osagai arinei neurriak hartzeak ibilgailuen isurketak eta erregai-kontsumoa eraginkortasunez murriztu ditzake. Energia berriko ibilgailuen arintzea ezinbesteko bide bihurtu da industriaren garapenerako.
2016an, Txinako Automobilgintza Ingeniaritza Elkarteak "Energia Aurrezteko eta Energia Berriko Ibilgailuen Teknologiaren Bide-orria" argitaratu zuen, eta bertan energia-kontsumoa, autonomia eta fabrikazio-materialak bezalako faktoreak planifikatu ziren energia berriko ibilgailuetarako 2020tik 2030era. Arintzea funtsezko norabidea izango da energia berriko ibilgailuen etorkizuneko garapenerako. Arintzeak autonomia handitu eta energia berriko ibilgailuen "autonomia-antsietatea" konpondu dezake. Autonomia luzatuaren eskaria gero eta handiagoa denez, premiazkoa da automobilgintzaren arintzea, eta energia berriko ibilgailuen salmentak nabarmen hazi dira azken urteotan. Puntuazio-sistemaren eta "Automobilgintza Industriarako Epe Ertain eta Luzeko Garapen Planaren" eskakizunen arabera, kalkulatzen da 2025erako Txinako energia berriko ibilgailuen salmentak 6 milioi unitate baino gehiago izango direla, % 38tik gorako urteko hazkunde-tasa konposatuarekin.
2. Aluminiozko Aleazioaren Ezaugarriak eta Aplikazioak
2.1 Aluminiozko aleazioaren ezaugarriak
Aluminioaren dentsitatea altzairuaren herena da, eta horrek arinagoa egiten du. Erresistentzia espezifiko handiagoa, estrusio gaitasun ona, korrosioarekiko erresistentzia handia eta birziklagarritasun handia ditu. Aluminiozko aleazioak magnesioz osatuta daude batez ere, beroarekiko erresistentzia ona, soldadura propietate onak, nekearekiko erresistentzia ona, tratamendu termiko bidez sendotu ezin izatea eta lan hotzaren bidez erresistentzia handitzeko gaitasuna dira ezaugarri nagusiak. 6 seriea magnesioz eta silizioz osatuta dago batez ere, Mg2Si izanik indartze fase nagusitzat. Kategoria honetako aleazio erabilienak 6063, 6061 eta 6005A dira. 5052 aluminiozko plaka AL-Mg serieko aluminiozko aleazio plaka bat da, magnesioa aleazio elementu nagusitzat duena. Herdoilaren aurkako aluminiozko aleazio erabiliena da. Aleazio honek erresistentzia handia, nekearekiko erresistentzia handia, plastizitate eta korrosioarekiko erresistentzia ona ditu, ezin da tratamendu termiko bidez sendotu, plastizitate ona du gogortze erdi-hotzean, plastizitate baxua gogortze hotzean, korrosioarekiko erresistentzia ona eta soldadura propietate onak ditu. Batez ere alboko panelak, teilatu-estalkiak eta ateko panelak bezalako osagaietarako erabiltzen da. 6063 aluminiozko aleazioa AL-Mg-Si serieko tratamendu termikoa duen indartze-aleazio bat da, magnesioa eta silizioa aleazio-elementu nagusi gisa dituena. Erresistentzia ertaineko aluminiozko aleazio-profil bat da, erresistentzia eramateko zutabe eta alboko panel bezalako egitura-osagaietan erabiltzen dena batez ere. Aluminiozko aleazio-mailen sarrera 1. taulan ageri da.
2.2 Estrusioa aluminiozko aleazioaren formazio-metodo garrantzitsua da
Aluminiozko aleazioen estrusioa beroan eratzeko metodo bat da, eta ekoizpen-prozesu osoak hiru norabideko konpresio-tentsiopean aluminiozko aleazioa eratzea dakar. Ekoizpen-prozesu osoa honela deskriba daiteke: a. Aluminioa eta beste aleazio batzuk urtu eta beharrezko aluminiozko aleaziozko lingoteak sortzen dira; b. Aurrez berotutako lingoteak estrusio-ekipoan sartzen dira estrusiorako. Zilindro nagusiaren eraginpean, aluminiozko aleaziozko lingotea beharrezko profiletan eratzen da moldearen barrunbearen bidez; c. Aluminiozko profilen propietate mekanikoak hobetzeko, disoluzio-tratamendua egiten da estrusioan zehar edo ondoren, eta ondoren zahartze-tratamendua. Zahartze-tratamenduaren ondorengo propietate mekanikoak aldatu egiten dira material eta zahartze-erregimenen arabera. Kaxa motako kamioi-profilen tratamendu termikoaren egoera 2. taulan ageri da.
Aluminiozko aleaziozko produktu estrusiek hainbat abantaila dituzte beste formazio-metodoekin alderatuta:
a. Estrusioan zehar, estrusioan sortutako metalak hiru norabideko konpresio-tentsio sendoagoa eta uniformeagoa lortzen du deformazio-eremuan, laminazioa eta forjaketa baino, beraz, prozesatutako metalaren plastizitatea guztiz joka dezake. Laminazioz edo forjaketaz prozesatu ezin diren deformatzeko zailak diren metalak prozesatzeko erabil daiteke, eta hainbat osagai konplexu, hutsak edo solidoak egiteko erabil daiteke.
b. Aluminiozko profilei geometria alda daitekeenez, haien osagaiek zurruntasun handia dute, eta horrek ibilgailuaren karrozeriaren zurruntasuna hobetu, NVH ezaugarriak murriztu eta ibilgailuaren kontrol dinamikoaren ezaugarriak hobetu ditzake.
c. Estrusio-eraginkortasuna duten produktuek, hoztu eta zahartu ondoren, beste metodo batzuekin prozesatutako produktuek baino erresistentzia longitudinal (R, Raz) nabarmen handiagoa dute.
d. Estrusioaren ondoren produktuen gainazalak kolore ona eta korrosioaren aurkako erresistentzia ona ditu, eta horrek ez du korrosioaren aurkako gainazaleko beste tratamendurik behar.
e. Estrusio-prozesamenduak malgutasun handia, tresneria eta moldeen kostu baxuak eta diseinu-aldaketaren kostu baxuak ditu.
f. Aluminiozko profileko zeharkako sekzioen kontrolagarritasunari esker, osagaien integrazio maila handitu daiteke, osagaien kopurua murriztu daiteke eta zeharkako sekzioen diseinu desberdinek soldaduraren kokapen zehatza lor dezakete.
Kutxa motako kamioietarako aluminiozko estrusatutako profilen eta altzairu karbonatu arruntaren arteko errendimenduaren konparaketa 3. taulan ageri da.
Kaxa motako kamioietarako aluminiozko aleaziozko profilen hurrengo garapen-norabidea: Profilaren erresistentzia hobetzea eta estrusio-errendimendua handitzea. Kaxa motako kamioietarako aluminiozko aleaziozko profiletarako material berrien ikerketa-norabidea 1. irudian ageri da.
3. Aluminiozko Aleaziozko Kutxa Kamioiaren Egitura, Indarren Azterketa eta Egiaztapena
3.1 Aluminiozko Aleaziozko Kutxa Kamioi Egitura
Kutxa-kamioi edukiontziak batez ere aurrealdeko panelaren multzoa, ezkerreko eta eskuineko alboko panelaren multzoa, atzeko atearen alboko panelaren multzoa, zoruaren multzoa, teilatuaren multzoa, baita U formako torlojuak, alboko babesak, atzeko babesak, lokatz-babesak eta bigarren mailako xasisari lotutako beste osagarri batzuk ere baditu. Kutxa-gorputzeko zeharkako habeak, zutabeak, alboko habeak eta ateko panelak aluminiozko aleaziozko estrusatutako profilez eginda daude, eta zoruaren eta teilatuaren panelak, berriz, 5052 aluminiozko aleaziozko xafla lauzkoak dira. Aluminiozko aleaziozko kutxa-kamioiaren egitura 2. irudian ageri da.
6 serieko aluminiozko aleazioaren estrusio beroaren prozesua erabiliz, zeharkako sekzio huts konplexuak eratu daitezke, zeharkako sekzio konplexuak dituzten aluminiozko profilen diseinu batek materialak aurreztu, produktuaren erresistentzia eta zurruntasunaren eskakizunak bete eta osagai desberdinen arteko elkarrekiko loturaren eskakizunak bete ditzake. Beraz, habe nagusiaren diseinuaren egitura eta I inertzia momentu sekzionalak eta W erresistentzia momentuak 3. irudian ageri dira.
4. taulan agertzen diren datu nagusien konparaketak erakusten du diseinatutako aluminiozko profilaren inertzia-momentu sekzionalak eta erresistentzia-momentuak burdinazko habe-profilaren datu dagokienak baino hobeak direla. Zurruntasun-koefizientearen datuak gutxi gorabehera burdinazko habe-profilaren berdinak dira, eta guztiek betetzen dituzte deformazio-eskakizunak.
3.2 Gehienezko tentsioaren kalkulua
Karga-osagai nagusia, zeharkako habea, objektu gisa hartuta, tentsio maximoa kalkulatzen da. Karga nominala 1,5 t da, eta zeharkako habea 6063-T6 aluminiozko aleaziozko profilez egina dago, 5. taulan agertzen diren propietate mekanikoekin. Habea kontsola-egitura gisa sinplifikatu da indarra kalkulatzeko, 4. irudian agertzen den bezala.
344 mm-ko argia duen habe bat hartuta, habearen gaineko konpresio-karga F=3757 N gisa kalkulatzen da, 4,5 t-tan oinarrituta, hau da, karga estatiko estandarraren hirukoitza. q=F/L
non q habearen barne-tentsioa den kargaren pean, N/mm; F habeak jasaten duen karga da, karga estatikoaren 3 aldiz estandarrean oinarrituta kalkulatua, hau da, 4,5 t; L habearen luzera da, mm.
Beraz, barne-tentsioa q hau da:
Tentsioa kalkulatzeko formula honako hau da:
Momentu maximoa hau da:
Momentuaren balio absolutua hartuta, M=274283 N·mm, tentsio maximoa σ=M/(1.05×w)=18.78 MPa, eta tentsio-balio maximoa σ<215 MPa, eta horrek baldintzak betetzen ditu.
3.3 Osagai ezberdinen konexio-ezaugarriak
Aluminiozko aleazioak soldadura-propietate eskasak ditu, eta soldadura-puntuaren indarra oinarrizko materialaren erresistentziaren % 60 baino ez da. Aluminiozko aleazioaren gainazalean Al2O3 geruza bat estaltzen denez, Al2O3-ren urtze-puntua altua da, aluminioarena, berriz, baxua. Aluminiozko aleazioa soldatzen denean, gainazaleko Al2O3 azkar hautsi behar da soldadura egiteko. Aldi berean, Al2O3 hondarrak aluminiozko aleazioaren disoluzioan geratuko dira, aluminiozko aleazioaren egituran eragina izango dute eta aluminiozko aleazioaren soldadura-puntuaren erresistentzia murriztuko dute. Beraz, aluminiozko ontzi bat diseinatzerakoan, ezaugarri hauek guztiz kontuan hartzen dira. Soldadura da kokapen-metodo nagusia, eta karga-osagai nagusiak torlojuen bidez lotzen dira. Errematxatzea eta engainu-buztan egitura bezalako konexioak 5. eta 6. irudietan ageri dira.
Aluminiozko kutxa-gorputzaren egitura nagusiak habe horizontalak, zutabe bertikalak, alboko habeak eta ertzeko habeak ditu, elkarri lotuta. Lau konexio-puntu daude habe horizontal bakoitzaren eta zutabe bertikalaren artean. Konexio-puntuek junta zerratuak dituzte, habe horizontalaren ertz zerratuarekin bat egiteko, irristatzea eraginkortasunez saihestuz. Zortzi izkina-puntuak batez ere altzairuzko nukleo-txertatze bidez lotuta daude, torlojuekin eta autoblokeatzen diren errematxeekin finkatuta, eta kutxaren barruan soldatuta dauden 5 mm-ko aluminiozko plaka triangeluarrek indartuta, izkinen posizioak barnetik indartzeko. Kutxaren kanpoko itxurak ez du soldadurarik edo konexio-puntu agerikorik, kutxaren itxura orokorra bermatuz.
3.4 SE Ingeniaritza Sinkronoaren Teknologia
SE ingeniaritza sinkronoaren teknologia erabiltzen da kutxa-gorputzeko osagaien tamaina-desbideratze handi metatuek eragindako arazoak eta hutsuneen eta lautasun-akatsen arrazoiak aurkitzeko zailtasunak konpontzeko. CAE analisiaren bidez (ikus 7-8 irudia), konparazio-analisi bat egiten da burdinazko kutxa-gorputzekin, kutxa-gorputzaren erresistentzia eta zurruntasun orokorra egiaztatzeko, puntu ahulak aurkitzeko eta diseinu-eskema eraginkorrago optimizatzeko eta hobetzeko neurriak hartzeko.
4. Aluminiozko aleaziozko kaxa-kamioiaren arintze-efektua
Kutxa-gorputzez gain, aluminiozko aleazioak erabil daitezke altzairua ordezkatzeko kamioi-kutxa-edukiontzien hainbat osagaitan, hala nola lokatz-babesetan, atzeko babesetan, alboko babesetan, ateko sarrailetan, ateko bisarretan eta atzeko amantalaren ertzetan, zama-konpartimentuaren pisua % 30etik % 40ra murriztea lortuz. 4080 mm × 2300 mm × 2200 mm-ko zama-edukiontzi huts baten pisua murrizteko efektua 6. taulan ageri da. Horrek funtsean konpontzen ditu burdinazko zama-konpartimentu tradizionalen gehiegizko pisuaren, iragarkiak ez betetzearen eta araudi-arriskuen arazoak.
Automobilgintzako osagaietarako altzairu tradizionala aluminiozko aleazioekin ordezkatuz, arintze efektu bikainak lor daitezke ez ezik, erregaia aurrezten, isuriak murrizten eta ibilgailuen errendimendua hobetzen ere lagun dezake. Gaur egun, iritzi desberdinak daude arintzeak erregaia aurrezten duen ekarpenari buruz. Nazioarteko Aluminio Institutuaren ikerketaren emaitzak 9. irudian ageri dira. Ibilgailuen pisua % 10 murrizten bada, erregaiaren kontsumoa % 6tik % 8ra murriztu daiteke. Bertako estatistiketan oinarrituta, turismo-auto bakoitzaren pisua 100 kg murrizteak 0,4 L/100 km murriztu dezake erregaiaren kontsumoa. Arintzeak erregaia aurrezten duen ekarpena ikerketa-metodo desberdinetatik lortutako emaitzetan oinarritzen da, beraz, aldaera batzuk daude. Hala ere, automobilen arintzeak eragin handia du erregaiaren kontsumoa murrizten.
Ibilgailu elektrikoetan, arintze efektua are nabarmenagoa da. Gaur egun, ibilgailu elektrikoen baterien energia-dentsitate unitarioa nabarmen desberdina da erregai likidozko ibilgailu tradizionalenarekin alderatuta. Ibilgailu elektrikoen potentzia-sistemaren pisua (bateria barne) ibilgailu osoaren pisuaren % 20tik % 30era bitartekoa da askotan. Aldi berean, baterien errendimendu-oztopoa gainditzea mundu mailako erronka bat da. Errendimendu handiko baterien teknologian aurrerapen handirik egon aurretik, arintzea ibilgailu elektrikoen autonomia hobetzeko modu eraginkorra da. Pisua 100 kg murrizten den bakoitzeko, ibilgailu elektrikoen autonomia % 6tik % 11ra handitu daiteke (pisua murriztearen eta autonomiaren arteko erlazioa 10. irudian ageri da). Gaur egun, ibilgailu elektriko hutsen autonomiak ezin ditu jende gehienaren beharrak ase, baina pisua kopuru jakin batean murrizteak autonomia nabarmen hobetu dezake, autonomiaren antsietatea arinduz eta erabiltzailearen esperientzia hobetuz.
5. Ondorioa
Artikulu honetan aurkeztutako aluminiozko aleaziozko kaxa-kamioiaren aluminiozko egitura guztiz horrez gain, hainbat kaxa-kamioi mota daude, hala nola aluminiozko ezti-orratz panelak, aluminiozko hebilla-plakak, aluminiozko markoak + aluminiozko azalak eta burdinazko-aluminiozko karga-edukioi hibridoak. Pisu arina, erresistentzia espezifiko handia eta korrosioarekiko erresistentzia ona dituzte abantaila gisa, eta ez dute pintura elektroforetikorik behar korrosioa babesteko, pintura elektroforetikoaren ingurumen-inpaktua murriztuz. Aluminiozko aleaziozko kaxa-kamioiak funtsean konpontzen ditu burdinazko karga-konpartimentu tradizionalen gehiegizko pisuaren, iragarkien ez-betetzearen eta araudi-arriskuen arazoak.
Estrusioa aluminiozko aleazioen prozesatzeko metodo ezinbestekoa da, eta aluminiozko profilek propietate mekaniko bikainak dituzte, beraz, osagaien sekzio-zurruntasuna nahiko altua da. Zeharkako sekzio aldakorra dela eta, aluminiozko aleazioek osagai-funtzio ugari konbina ditzakete, eta horrek automobilgintzan arintzeko material ona bihurtzen du. Hala ere, aluminiozko aleazioen aplikazio zabalak erronka batzuei aurre egin behar die, hala nola aluminiozko aleazioen karga-konpartimentuetarako diseinu-gaitasun eskasa, formatze- eta soldadura-arazoak eta produktu berrien garapen- eta sustapen-kostu handiak. Arrazoi nagusia oraindik ere aluminiozko aleazioak altzairuak baino garestiagoak direla da, aluminiozko aleazioen birziklapen-ekologia heldua izan baino lehen.
Ondorioz, aluminiozko aleazioen aplikazio-eremua automobiletan zabalagoa izango da, eta haien erabilera handitzen jarraituko du. Energia aurrezteko, isuriak murrizteko eta energia-ibilgailuen industria berriaren garapenerako egungo joeretan, aluminiozko aleazioen propietateen ulermen sakonarekin eta aluminiozko aleazioen aplikazio-arazoetarako irtenbide eraginkorrekin, aluminiozko estrusio-materialak gero eta gehiago erabiliko dira automobilen arintzean.
May Jiangek editatua, MAT Aluminum-etik
Argitaratze data: 2024ko urtarrilaren 12a
