L'industrie automobile européenne est réputée pour son caractère avancé et hautement innovant. Avec la promotion de politiques d'économie d'énergie et de réduction des émissions, afin de réduire la consommation de carburant et les émissions de dioxyde de carbone, des alliages d'aluminium améliorés et de conception innovante sont largement utilisés dans la conception automobile. Selon les statistiques, au cours des dix dernières années, la quantité moyenne d'aluminium utilisée dans les voitures particulières a doublé et la réduction de poids des alliages d'aluminium est illustrée dans la figure 1 ci-dessous. Basée sur des concepts de design innovants, cette tendance se poursuivra dans les prochaines années.
Dans le processus de développement de la légèreté, les alliages d'aluminium sont confrontés à une concurrence féroce avec d'autres nouveaux matériaux, tels que l'acier à haute résistance, qui peut encore conserver une résistance élevée même après une conception à paroi mince. À cela s’ajoutent les matériaux composites en magnésium, titane, verre ou fibres de carbone, ces derniers étant déjà largement utilisés dans l’aérospatiale. Aujourd'hui, le concept de conception multi-matériaux a été intégré dans la conception automobile, et des efforts sont déployés pour appliquer des matériaux appropriés aux pièces appropriées. Un défi très important est le problème de la connexion et du traitement de surface, et diverses solutions ont été développées, telles que les composants du bloc moteur et du groupe motopropulseur, la conception du cadre (Audi A2, A8, BMW Z8, Lotus Elise), la structure en plaques minces (Honda NSX , Jaguar, Rover), suspension (classe DC-E, Renault, Peugeot) et autres composants structurels. La figure 2 montre les composants de l'aluminium utilisés dans les automobiles.
Stratégie de conception BIW
La carrosserie en blanc est la partie la plus lourde d'une voiture conventionnelle, représentant 25 à 30 % du poids du véhicule. Il existe deux conceptions structurelles dans la conception de la carrosserie en blanc.
1. « Conception de cadre spatial profilé » pour les voitures de petite et moyenne taille: L'Audi A8 est un exemple typique, la carrosserie en blanc pèse 277 kg, se compose de 59 profilés (61 kg), 31 pièces moulées (39 kg) et 170 tôles (177 kg). Leur assemblage se fait par rivetage, soudage MIG, soudage laser, autres soudages hybrides, collage, etc.
2. « Structure monocoque en tôle matricée » pour applications automobiles de moyennes et grandes capacités: par exemple, Jaguar XJ (X350), modèle 2002 (comme le montre la figure 4 ci-dessous), masse de 295 kg « structure monocoque estampée » carrosserie en blanc composée de 22 profils (21 kg), 15 pièces moulées (15 kg) et 273 pièces de tôlerie (259 kg). Les méthodes de connexion comprennent le collage, le rivetage et le soudage MIG.
Application d'alliage d'aluminium sur le corps
1. Alliage Al-Mg-Si durci par vieillissement
Les alliages de la série 6000 contiennent du magnésium et du silicium et sont actuellement utilisés dans les tôles de carrosserie automobile sous les noms A6016, A6111 et A6181A. En Europe, le 1-1,2 mm EN-6016 présente une excellente formabilité et résistance à la corrosion et est largement utilisé.
2. Alliage Al-Mg-Mn non traitable thermiquement
En raison de leur écrouissage élevé spécifique, les alliages Al-Mg-Mn présentent une excellente formabilité et une résistance élevée, et sont largement utilisés dans les tôles laminées à chaud et à froid et les tubes hydroformés pour l'automobile. L'application dans le châssis ou les roues est encore plus efficace car la réduction de la masse des pièces mobiles non suspendues améliore en outre le confort de conduite et réduit les niveaux de bruit.
3. Profilé en aluminium
En Europe, de tout nouveaux concepts de voitures ont été proposés, basés sur la conception de profilés en aluminium, par exemple des cadres en alliage d'aluminium et des sous-structures complexes. Leur grand potentiel en matière de conceptions complexes et d’intégration fonctionnelle les rend particulièrement adaptés à une production en série rentable. Étant donné qu'une trempe est nécessaire pendant l'extrusion, des alliages durcissables par vieillissement de résistance moyenne 6000 et 7000 à haute résistance sont utilisés. La formabilité et la résistance ultime sont contrôlées par un durcissement par vieillissement par chauffage ultérieur. Les profilés en alliage d'aluminium sont principalement utilisés dans la conception des cadres, des poutres de sécurité et d'autres composants de sécurité.
4. Moulage d'aluminium
Les pièces moulées sont les composants en aluminium les plus utilisés dans les automobiles, tels que les blocs moteurs, les culasses et les composants spéciaux du châssis. Même les moteurs diesel, qui ont considérablement augmenté leur part de marché en Europe, se tournent vers les pièces moulées en aluminium en raison des exigences croissantes en matière de résistance et de durabilité. Dans le même temps, les pièces moulées en aluminium sont également utilisées dans la conception des cadres, les pièces d'arbre et les pièces structurelles, et le moulage à haute pression de nouveaux alliages d'aluminium AlSiMgMn a permis d'obtenir une résistance et une ductilité plus élevées.
L'aluminium est le matériau de choix pour de nombreuses applications automobiles telles que les châssis, la carrosserie et de nombreux composants structurels en raison de sa faible densité, de sa bonne formabilité et de sa bonne résistance à la corrosion. L'aluminium utilisé dans la conception de la structure de la carrosserie peut permettre une réduction de poids d'au moins 30 % sous réserve de répondre aux exigences de performances. En outre, des alliages d'aluminium peuvent être appliqués sur la plupart des parties de la couverture actuelle. Dans certains cas où les exigences de résistance sont élevées, les alliages de la série 7000 peuvent néanmoins conserver des avantages en matière de qualité. Par conséquent, pour les applications à grand volume, les solutions de réduction de poids en alliage d’aluminium constituent la méthode la plus économique.
Edité par May Jiang de MAT Aluminium
Heure de publication : 08 décembre 2023
