유럽 자동차 산업은 선진적이고 혁신적인 것으로 유명합니다. 에너지 절약 및 배출 감축 정책 추진에 따라 연료 소비와 이산화탄소 배출량을 줄이기 위해 개선되고 혁신적으로 설계된 알루미늄 합금이 자동차 설계에 널리 사용되고 있습니다. 통계에 따르면 지난 10년 동안 승용차에 사용되는 알루미늄의 평균 사용량은 두 배로 증가했으며, 알루미늄 합금의 중량 감소는 아래 그림 1과 같습니다. 혁신적인 설계 개념을 기반으로 이러한 추세는 향후 몇 년 동안 지속될 것입니다.
경량화 개발 과정에서 알루미늄 합금은 박판 설계 후에도 높은 강도를 유지할 수 있는 고강도 강철과 같은 다른 신소재와 치열한 경쟁에 직면하고 있습니다. 또한 마그네슘, 티타늄, 유리 또는 탄소 섬유 복합 재료가 있으며, 후자는 이미 항공우주 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 이제 다중 재료 설계 개념이 자동차 설계에 통합되었으며, 적합한 부품에 적합한 재료를 적용하려는 노력이 진행되고 있습니다. 매우 중요한 과제는 접합 및 표면 처리 문제이며, 엔진 블록 및 파워 트레인 구성 요소, 프레임 설계(아우디 A2, A8, BMW Z8, 로터스 엘리스), 박판 구조(혼다 NSX, 재규어, 로버), 서스펜션(DC-E 클래스, 르노, 푸조) 및 기타 구조 구성 요소 설계와 같은 다양한 솔루션이 개발되었습니다. 그림 2는 자동차에 사용되는 알루미늄 구성 요소를 보여줍니다.
BIW 디자인 전략
바디인화이트(BIM)는 일반 자동차에서 가장 무거운 부분으로, 차량 무게의 25%에서 30%를 차지합니다. 바디인화이트 디자인에는 두 가지 구조적 디자인이 있습니다.
1. 소형 및 중형차용 "프로파일 스페이스 프레임 디자인": 아우디 A8이 대표적인 예입니다. 흰색 차체의 무게는 277kg이며, 프로파일 59개(61kg), 주물 31개(39kg), 판금 170개(177kg)로 구성됩니다. 이들은 리벳, MIG 용접, 레이저 용접, 기타 하이브리드 용접, 접착 등을 통해 접합됩니다.
2. 중대형 자동차용 "다이포지드 시트 메탈 모노코크 구조"예를 들어, 2002년형 재규어 XJ(X350)(아래 그림 4 참조)의 경우, 295kg의 "스탬핑 바디 모노코크 구조" 바디인화이트(Bio-in-White)는 22개의 프로파일(21kg), 15개의 주물(15kg), 그리고 273개의 판금 부품(259kg)으로 구성되었습니다. 접합 방식에는 접합, 리벳팅, MIG 용접 등이 있습니다.
차체에 알루미늄 합금 적용
1. 시효경화 Al-Mg-Si 합금
6000 시리즈 합금은 마그네슘과 실리콘을 함유하고 있으며, 현재 자동차 차체에 A6016, A6111, A6181A로 사용되고 있습니다. 유럽에서는 1~1.2mm 두께의 EN-6016이 우수한 성형성과 내식성을 가지고 있어 널리 사용되고 있습니다.
2. 비열처리 Al-Mg-Mn 합금
Al-Mg-Mn 합금은 특유의 고변형 경화 특성으로 인해 뛰어난 성형성과 고강도를 나타내며, 자동차 열간압연 및 냉간압연 강판과 하이드로포밍 튜브에 널리 사용됩니다. 섀시나 휠에 적용하면 스프링 아래 움직이는 부품의 질량 감소로 주행 편의성이 향상되고 소음 수준이 감소하기 때문에 더욱 효과적입니다.
3. 알루미늄 프로파일
유럽에서는 알루미늄 프로파일 설계를 기반으로 완전히 새로운 자동차 컨셉이 제안되었는데, 예를 들어 알루미늄 합금 프레임과 복잡한 하부 구조가 있습니다. 복잡한 설계와 기능 통합에 대한 뛰어난 잠재력 덕분에 비용 효율적인 양산에 가장 적합합니다. 압출 과정에서 담금질이 필요하기 때문에 중강도 6000 및 고강도 7000 시효 경화 합금이 사용됩니다. 성형성과 극한 강도는 후속 가열에 의한 시효 경화를 통해 제어됩니다. 알루미늄 합금 프로파일은 주로 프레임 설계, 크래시 빔 및 기타 충돌 부품에 사용됩니다.
4. 알루미늄 주조
주조물은 엔진 블록, 실린더 헤드, 특수 섀시 부품 등 자동차에서 가장 널리 사용되는 알루미늄 부품입니다. 유럽 시장 점유율이 크게 증가한 디젤 엔진조차도 강도와 내구성에 대한 요구 증가로 인해 알루미늄 주조물로 전환하고 있습니다. 동시에 알루미늄 주조물은 프레임 설계, 샤프트 부품, 구조 부품에도 사용되고 있으며, 새로운 AlSiMgMn 알루미늄 합금의 고압 주조는 더 높은 강도와 연성을 달성했습니다.
알루미늄은 낮은 밀도, 우수한 성형성, 우수한 내식성으로 인해 섀시, 차체 및 여러 구조 부품과 같은 다양한 자동차 응용 분야에 적합한 소재입니다. 차체 구조 설계에 알루미늄을 사용하면 성능 요건을 충족한다는 전제 하에 최소 30%의 중량 감소를 달성할 수 있습니다. 또한, 알루미늄 합금은 현재 대부분의 커버 부품에 적용될 수 있습니다. 고강도가 요구되는 일부 경우에는 7000계 합금이 여전히 우수한 품질을 유지할 수 있습니다. 따라서 대량 생산 시 알루미늄 합금 중량 감소 솔루션은 가장 경제적인 방법입니다.
MAT Aluminum의 May Jiang이 편집함
게시 시간: 2023년 12월 8일
