L'industrie automobile européenne est réputée pour son avancée et son fort potentiel d'innovation. Grâce à la promotion des politiques d'économie d'énergie et de réduction des émissions, visant à réduire la consommation de carburant et les émissions de dioxyde de carbone, des alliages d'aluminium améliorés et innovants 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 du poids des alliages d'aluminium est illustrée à la figure 1 ci-dessous. Grâce à des concepts de conception innovants, cette tendance se poursuivra dans les années à venir.
Dans le processus de développement de l'allègement, les alliages d'aluminium sont confrontés à une concurrence féroce face à d'autres nouveaux matériaux, tels que l'acier à haute résistance, qui conserve une résistance élevée même après une conception à parois minces. À cela s'ajoutent les matériaux composites à base de magnésium, de titane, de verre ou de fibre de carbone, ces derniers étant déjà largement utilisés dans l'aéronautique. Le concept de conception multi-matériaux a désormais été intégré à la conception automobile, et des efforts sont déployés pour appliquer des matériaux adaptés à des pièces adaptées. Un défi majeur réside dans la problématique de l'assemblage et du traitement de surface, et diverses solutions ont été développées, notamment pour les composants du bloc moteur et du groupe motopropulseur, la conception du châssis (Audi A2, A8, BMW Z8, Lotus Elise), la structure en plaques minces (Honda NSX, Jaguar, Rover), la suspension (Classe DC-E, Renault, Peugeot) et d'autres composants structurels. La figure 2 illustre les composants en aluminium utilisés dans l'automobile.
Stratégie de conception BIW
La caisse en blanc est la partie la plus lourde d'une voiture conventionnelle, représentant 25 à 30 % du poids du véhicule. Elle se décline en deux conceptions structurelles.
1. « Conception de châssis profilé » pour les voitures de petite et moyenne tailleL'Audi A8 en est un exemple typique. Sa carrosserie blanche pèse 277 kg et se compose de 59 profilés (61 kg), 31 pièces moulées (39 kg) et 170 tôles (177 kg). L'assemblage est réalisé par rivetage, soudage MIG, soudage laser, soudage hybride, collage, etc.
2. « Structure monocoque en tôle forgée » pour applications automobiles de moyenne à grande capacitéPar exemple, la Jaguar XJ (X350), modèle 2002 (illustrée à la figure 4 ci-dessous), à structure monocoque emboutie, d'une masse de 295 kg, était composée de 22 profilés (21 kg), 15 pièces moulées (15 kg) et 273 pièces en tôle (259 kg). Les méthodes d'assemblage comprennent le collage, le rivetage et le soudage MIG.
Application d'alliage d'aluminium sur la carrosserie
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, l'EN-6016 de 1 à 1,2 mm présente une excellente formabilité et une excellente résistance à la corrosion, ce qui le rend largement utilisé.
2. Alliage Al-Mg-Mn non traitable thermiquement
Grâce à leur écrouissage spécifique élevé, les alliages Al-Mg-Mn présentent une excellente formabilité et une résistance élevée. Ils sont largement utilisés dans les tôles laminées à chaud et à froid et les tubes hydroformés pour l'automobile. Leur application dans les châssis ou les roues est encore plus efficace, car la réduction de la masse des pièces mobiles non suspendues améliore le confort de conduite et réduit le niveau sonore.
3. Profilé en aluminium
En Europe, des concepts automobiles entièrement nouveaux ont été proposés, basés sur la conception de profilés en aluminium, par exemple des châssis en alliage d'aluminium et des sous-structures complexes. Leur potentiel élevé en termes de conceptions complexes et d'intégration fonctionnelle les rend particulièrement adaptés à une production en série rentable. La trempe étant nécessaire lors de l'extrusion, des alliages durcissables par vieillissement de résistance moyenne 6000 et de résistance élevée 7000 sont utilisés. L'aptitude au formage et la résistance ultime sont contrôlées par durcissement par vieillissement par chauffage ultérieur. Les profilés en alliage d'aluminium sont principalement utilisés pour la conception de châssis, de traverses de protection et d'autres composants anti-collision.
4. Moulage d'aluminium
Les pièces moulées en aluminium sont les composants les plus utilisés dans l'automobile, comme les blocs moteurs, les culasses et les composants spéciaux du châssis. Même les moteurs diesel, dont la part de marché a fortement augmenté en Europe, adoptent de plus en plus de pièces moulées en aluminium en raison des exigences croissantes en matière de résistance et de durabilité. Parallèlement, les pièces moulées en aluminium sont également utilisées dans la conception de châssis, de pièces d'arbre et de pièces structurelles. Le moulage sous haute pression de nouveaux alliages d'aluminium AlSiMgMn a permis d'obtenir une résistance et une ductilité accrues.
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 carrosserie permet d'obtenir une réduction de poids d'au moins 30 % tout en respectant les exigences de performance. De plus, les alliages d'aluminium peuvent être utilisés pour la plupart des pièces de la carrosserie. Dans certains cas, avec des exigences de résistance élevées, les alliages de la série 7000 permettent de conserver des avantages qualitatifs. Par conséquent, pour les applications à grand volume, les solutions d'allègement en alliage d'aluminium constituent la solution la plus économique.
Édité par May Jiang de MAT Aluminum
Date de publication : 08/12/2023
