Anwendungstechnische und verfahrenstechnische Integration für den Automobilleichtbau

 

Mit der rasanten Entwicklung neuer Energiefahrzeuge und Energiespeicherindustrien hat der Anwendungsanteil von Aluminiumlegierungsmaterialien in Schlüsselkomponenten wie der Karosseriestruktur und dem Gehäuse der Energiespeicherbatterie (Aluminiumbatteriegehäuse, Gehäuse aus Aluminiumpaketen, Aluminiumgehäuse für Lithiumzellen) zugenommen. Aluminiumlegierungen sind aufgrund ihrer geringen Dichte, hohen Festigkeit, Recyclingfähigkeit und hervorragenden Verarbeitungsleistung zu einem wichtigen Material für den Leichtbau von Automobilen und für Strukturteile von Antriebssystemen geworden.

 

(1) Anwendung von Aluminiumgusslegierungen

Im Automobilbau werden Aluminiumgusslegierungen häufig in Motorzylinderblöcken, Getriebegehäusen, Ansaugkrümmern, Aufhängungshalterungen, Rädern und Bremssystemkomponenten verwendet. Zu den häufig verwendeten Legierungselementen gehören Si, Cu, Mg, Mn, Zn, Li usw., und ein wissenschaftliches Multi--Elementverhältnis wird verwendet, um ein Legierungssystem mit hervorragender Gesamtleistung zu bilden.

 

In Zukunft werden mit der Popularisierung des integrierten Designs von Fahrgestellen und Energiespeichersystemen von Fahrzeugen mit neuer Energie die Gussgenauigkeit und die Dichtungsleistung des Aluminium-Prismengehäuses (quadratisches Aluminiumgehäuse) und des LFP-Batterie-Aluminiumgehäuses (Lithium-Eisenphosphat-Batterie-Aluminiumgehäuse) zu wichtigen Indikatoren.

Die neue Generation von Gussprozessen, wie das Guss-Schmiede-Verbundverfahren und das halbfeste Umformverfahren, verbessern die Anwendungsleistung von Aluminiumlegierungen in hoch{1}festen und dünnwandigen Strukturteilen.

(2) Die Rolle verformter Aluminiumlegierungen in Leichtbaukarosserien
Verformte Aluminiumlegierungen (einschließlich Bleche und Bänder, extrudierte Profile und Schmiedematerialien) werden häufig in Karosserieteilen, Rahmen, Kühlsystemen und Aufhängungsteilen verwendet. Sein Leichtbaueffekt ist erheblich: Beispielsweise kann ein tragender Körper aus -Aluminium-das Gewicht im Vergleich zu einem herkömmlichen Stahlkörper um mehr als 200 kg reduzieren.

Im Bereich der Herstellung neuer Energiefahrzeuge werden für die Außenbleche der Karosserie häufig Legierungen der 6000er-Serie, für die Innenbleche 5052-O-Legierungen und für die Rahmenmaterialien überwiegend 5182-O-Legierungen verwendet. Diese Legierungen zeichnen sich außerdem durch eine hohe Duktilität, hervorragende Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit aus.

In einigen Strukturen werden auch kundenspezifische Legierungen wie die Serien 6N01, 2036 und 2008 verwendet, um Türrahmen und Aufprallenergieabsorptionsstrukturen zu verstärken.

 

Ähnliche Materialsysteme werden auch häufig bei der Herstellung von hochfesten Batteriegehäusen wie dem Prismatic Cell Case und LiFePo4 Prismatic Battery Aluminium Cells verwendet, um Energiedichte und strukturelle Stabilität sicherzustellen.

 

 

 

Zu den drei Kernelementen des Leichtbaus gehören:

 

Die Verwendung leichter Materialien (wie Aluminium, Magnesium, CFK und technische Kunststoffe);

Strukturelle Designoptimierung;

Integration fortschrittlicher Umform- und Fügetechnologien.

 

Aluminiumlegierungen mit einer Dichte von etwa einem -Drittel der von Stahl und hervorragenden Energieabsorptionseigenschaften haben sich zum bevorzugten Leichtmetallmaterial entwickelt. Im Vergleich zu herkömmlichem Stahl kann Aluminium das Gewicht um etwa 60 % reduzieren, während die Leistung vergleichbar bleibt und etwa 50 % mehr Aufprallenergie absorbiert werden.

 

Im neuen Energiefahrzeugfertigungssystem wird diese Art von hochfestem Aluminiummaterial auch in Batteriemodulgehäusen, Pack-Aluminiumgehäusen (Batteriepack-Aluminiumschalen) und zugehörigen Energiefachstrukturen sowie Präzisionsschalenmaterialien wie 3003-H14-Aluminiumgehäuse (3003-H14-Aluminiumschale) verwendet.

 

 

 

Der weit verbreitete Einsatz von Aluminiumlegierungen in Leichtbaukarosserien und Energiespeichermodulschalen stellt auch höhere Anforderungen an die Verbindungsprozesse.

 

(1) Stanznieten (SPR)

Beim SPR-Verfahren handelt es sich um eine Kaltverbindungstechnik, die mehrere Metallplatten ohne Beschädigung der Beschichtung verbinden kann.

 

Zu den Vorteilen gehören:

Anwendbar auf Kombinationen verschiedener Materialien und Dicken;

Die Nietfestigkeit ist höher als beim Punktschweißen.

Keine Hitzeeinwirkung, umweltfreundlich;

Es kann in Kombination mit Klebeverfahren eingesetzt werden.

Derzeit wird SPR häufig bei der Montage von Aluminiumkarosserien und Lithiumzellen-Aluminiumschalen (Lithiumbatteriezellen-Aluminiumschalen) von Fahrzeugen mit neuer Energie eingesetzt.

 

(2) Kaltes Metalltransferschweißen (CMT)

CMT ist ein MIG/MAG-Schweißverfahren mit geringer Wärmezufuhr, das Aluminiumplatten mit einer Dicke von nur 0,3 mm schweißen und das Schweißen von Stahl-Aluminium unterschiedlichen Metallen ermöglichen kann.

 

Diese Technologie ermöglicht es einem Aluminiumgehäuse für einen Lithium-{0}Ionen-Akku, eine hoch-feste Verbindung mit verschiedenen Halterungen und Rahmen herzustellen und gleichzeitig die Entstehung spröder Phasen effektiv zu kontrollieren und die Lebensdauer von Schweißverbindungen zu verbessern.

 

(3) Laserschweiß- und Vakuumdruckgusstechnologie

Das Laserschweißen ermöglicht eine hochpräzise Schweißnahtsteuerung mit hoher Energiedichte und wird häufig im Verpackungsprozess von Aluminium-Prismengehäusen eingesetzt.

 

Die Vakuumdruckgusstechnologie hat sich bei der Herstellung großer Aluminiumstrukturteile und Batteriefachgehäuse für Fahrzeuge mit neuer Energie bewährt. Es kann Porendefekte wirksam beseitigen und die Strukturdichte und Wärmeleitfähigkeit verbessern.

 

 

 

Anti-Kollisionsstrahlen:Die Legierungen 6063 und 7029 erreichen eine hohe Energieabsorption und kontrollierte Verformung.

Große Komponenten:Eine Kombination aus Vakuumdruckguss und Flüssigschmieden verbessert die Strukturdichte und Ermüdungsbeständigkeit.

Strukturkomponenten des Batteriemoduls:Das LFP-Batterie-Aluminiumgehäuse und das prismatische Zellen-Aluminiumgehäuse werden verwendet, um die Wärmeableitung, Schlagfestigkeit und Modulkompatibilität zu optimieren.

 

 

Verbundwerkstoffe aus Aluminiumlegierungen (Verbundbleche, Verbundstreifen und Verbundfolien) werden häufig in Automobil-Wärmetauschsystemen und Kühlkomponenten für Energiespeichersysteme verwendet.

 

Ihre mehrschichtigen Verbundstrukturen (2–5 Schichten) bieten eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit und eignen sich daher für die Herstellung von Batteriekühlgehäusen, BMS-Trägerstrukturen und Wärmemanagementmodulen.

 

Auch in Zukunft werden Produkte wie das 3003-H14-Aluminiumgehäuse und das Aluminium-Prismengehäuse den Oberflächenkorrosionsschutz und die Formpräzision weiter optimieren und so zum langfristigen und stabilen Betrieb von Strukturkomponenten und Energiespeichersystemen für neue Energiefahrzeuge beitragen.

 

 

Der Leichtbautrend in der Automobil- und Energiespeicherindustrie treibt die Verwendung von Aluminiumlegierungen von traditionellen Karosserieteilen bis hin zu Kernkomponenten wie neuen Energiebatteriegehäusen, Aluminiumgehäusen für Akkus und prismatischen LiFePo4-Batteriealuminiumzellen voran.

 

Durch die Integration hochfester Legierungssysteme, fortschrittlicher Schweißverbindungstechnologien und intelligenter Druckgussprozesse werden Aluminiumgehäuse für Lithium-Ionen-Batteriepacks und prismatische Zellgehäuse zu wichtigen strukturellen Grundlagen für die Herstellung neuer Energiegeräte und bieten eine solide Unterstützung für Leistungsverbesserungen von Fahrzeugen und den Übergang zu einer umweltfreundlichen Fertigung.