در صنعت خودروسازی امروزی، سازندگان با یک تضاد مهندسی دشوار روبرو هستند:
>وسایل نقلیه برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای باید سبک تر شوند، اما برای مطابقت با استانداردهای ایمنی مدرن قوی تر شوند.
برای حل این چالش، خودروسازان بهطور فزایندهای به فولاد پیشرفته-فولاد با استحکام بالا (AHSS)- روی میآورند، مادهای که بیسروصدا طراحی خودرو را در بخش جهانی خودرو تغییر میدهد.
برندهایی مانند شورولت، کیا و فولکس واگن قبلاً AHSS را به عنوان بخشی از استراتژی بلندمدت- خود برای بهبود کارایی سوخت بدون به خطر انداختن ایمنی ساختاری، در مدلهای تولیدی ادغام کردهاند.
چرا کاهش وزن به یک هدف اصلی خودرو تبدیل شده است؟
وسایل نقلیه مدرن دیگر تنها با عملکرد یا راحتی مورد قضاوت قرار نمی گیرند.
فشار رگولاتوری، استانداردهای مصرف سوخت و اهداف انتشار کربن، کاهش وزن را به یک الزام طراحی اصلی تبدیل کرده است.
کاهش جرم خودرو به طور مستقیم منجر به موارد زیر می شود:
- مصرف سوخت کمتر
- کاهش انتشار CO2
- بهبود بهره وری شتاب
- افزایش عملکرد انرژی در خودروهای الکتریکی
با این حال، کاهش وزن نمی تواند به قیمت ایمنی تصادف یا یکپارچگی سازه تمام شود.
اینجاست که AHSS حیاتی می شود.
چه چیزی AHSS را از فولاد معمولی متفاوت می کند
فولاد با استحکام بالا پیشرفته-یک ماده واحد نیست بلکه خانواده ای از فولادهای مهندسی شده است که برای ایجاد تعادل در موارد زیر طراحی شده است:
- استحکام کششی بالا
- کاهش ضخامت
- بهبود جذب انرژی
- شکل پذیری برای اشکال پیچیده
در مقایسه با فولاد خودروهای سنتی، AHSS به سازندگان اجازه می دهد تا به موارد زیر دست یابند:
>ساختارهای نازک تر بدون به خطر انداختن عملکرد ایمنی.
این یک دلیل کلیدی است که چرا آن را به طور گسترده در پلت فرم های مدرن خودرو پذیرفته شده است.
کاهش وزن و مزایای عملکرد
طبق داده های تحقیقات بازار (لوسینتل)، ساختارهای خودروی AHSS می توانند به موارد زیر دست یابند:
حدود 15 درصد کاهش وزن در مقایسه با سیستم های شاسی فولادی معمولی
در اصطلاح عملی مهندسی خودرو، این به این معنی است:
- بدنه سبکتر-در-ساختارهای سفید
- کاهش مصرف سوخت
- بهبود توزیع انرژی تصادف
در عین حال، AHSS از فرآیندهای شکلدهی پیچیده پشتیبانی میکند و مهندسین را قادر میسازد تا طراحی کنند:
- پانل های بدنه آیرودینامیک بیشتر
- اجزای ساختاری منحنی
- هندسه تحمل بار بهینه شده-
این ترکیب استحکام و شکل پذیری یکی از ارزشمندترین مزایای آن است.
موقعیت یابی هزینه: چرا AHSS به شدت رقابت می کند
یکی از مهمترین دلایل پذیرش AHSS مزیت هزینه آن نسبت به مواد سبک وزن جایگزین است.
اگرچه هزینه های تولید AHSS می تواند:
تا 35 درصد بالاتر از فولاد معمولی
به طور قابل توجهی مقرون به صرفه تر از جایگزین ها باقی می ماند:
آلومینیوم: تا 2× هزینه
پلیمر تقویت شده با فیبر کربن (CFRP): تا 8× هزینه
علاوه بر این، AHSS به تولیدکنندگان اجازه می دهد تا از مواد کمتری استفاده کنند که به جبران هزینه های تولید کمک می کند.
از دیدگاه مهندسی سیستم، این امر AHSS را به یکی از ارزانترین{0}}راهحلهای سبک وزن موجود امروز تبدیل میکند.
مزیت عملکرد زیست محیطی
فراتر از هزینه و قدرت، AHSS یک مزیت زیست محیطی قوی نیز ارائه می دهد.
فرآیند تولید آن در مقایسه با سایر مواد سبک وزن، انتشار CO2 قابل توجهی کمتری ایجاد می کند:
انتشار 7 تا 20× کمتر از تولید آلومینیوم، منیزیم و CFRP
این امر AHSS را به ماده ای استراتژیک برای خودروسازانی تبدیل می کند که هدفشان کاهش ردپای کربن چرخه حیات است.
- برنامه های واقعی خودرو
AHSS در حال حاضر به طور گسترده در خودروهای تولیدی در برندهای جهانی استفاده می شود.
- شورولت مالیبو (2016)
کاهش وزن 300 پوندی نسبت به مدل قبلی
بهره وری ساختاری بهبود یافته در حالی که فاصله بین دو محور افزایش یافته است
- فولکس واگن گلف (نسل هفتم)
23% کاهش در مصرف سوخت و انتشار CO2
استفاده بهینه از AHSS در ساختار بدن
- کیا اپتیما و هیوندای توسان
افزایش استفاده از AHSS در مقایسه با نسل های قبلی
ایمنی تصادف و استحکام ساختاری بهبود یافته است
- نیسان ماکسیما
کاهش وزن 82 پوندی
سفتی پیچشی بهبود یافته
این مثالها نشان میدهند که AHSS نظری نیست-بلکه یک ماده اصلی مهندسی خودرو است.
مزایای تولید و پردازش
یکی دیگر از مزایای کلیدی AHSS سازگاری آن با سیستم های تولیدی موجود است.
اکثر خطوط تولید نیاز به:
فقط تنظیمات جزئی در پارامترهای جوش نقطه ای
هیچ تغییر اساسی در زیرساخت ها وجود ندارد
حداقل سرمایه گذاری اضافی برای پذیرش
این به خودروسازان اجازه می دهد تا بدون طراحی مجدد کل امکانات تولید، AHSS را ادغام کنند.
برخی از نسلهای بعدی AHSS مانند NXG1200 NanoSteel نیز قابلیتهای شکلدهی بهبود یافتهای را ارائه میکنند، از جمله:
حفظ استحکام کششی بالا
اندازه گیری و شکل دهی دمای اتاق-
کاهش پیچیدگی پردازش
این پیشرفت ها کارایی صنعتی را بیشتر می کند.
تأثیر صنعت: چرا AHSS برنده رقابت مواد است
AHSS به موقعیت نادری در مهندسی خودرو دست یافته است-به طور مستقیم با آلومینیوم و مواد کامپوزیت رقابت می کند در حالی که مقرون به صرفه است-.
ارائه می دهد:
- کاهش وزن رقابتی
- عملکرد ایمنی بالا
- اثرات زیست محیطی کمتر از بسیاری از جایگزین ها
- سازگاری با سیستم های تولیدی موجود
در نتیجه، به یکی از پرکاربردترین مواد در طراحی خودروهای مدرن تبدیل شده است.
دیدگاه زنجیره تامین: نقش تامین کنندگان فلزات صنعتی
گسترش جهانی کاربردهای AHSS به زنجیره تامین مواد خام پایدار نیز بستگی دارد.
تامین کنندگان فلزات صنعتی نقش مهمی در حمایت از خودروسازی پایین دستی با ارائه:
- مواد اولیه فولادی با مقاومت بالا-
- کنترل دقیق ترکیب آلیاژ
- کیفیت سطح و تضمین پایداری شکل گیری
- قابلیت اطمینان تحویل برای تولید انبوه
شرکتهایی مانند Jiangsu Cunrui Metal Products Co., Ltd. در این اکوسیستم عرضه صنعتی با ارائه طیف وسیعی از مواد فولادی و آلیاژی مورد استفاده در خودروسازی، ماشینآلات و برنامههای مهندسی سازه مشارکت میکنند و از تولیدکنندگانی که نیازمند راهحلهای فلزی پایدار و با عملکرد{2} هستند، حمایت میکنند.
نتیجه گیری: ماده ای که تقاضاهای رقیب را متعادل می کند
فولاد با استحکام{0} پیشرفته پیشرفته یک پیشرفت کلیدی در مهندسی خودرو است.
این چهار الزام رقیب را با موفقیت متعادل می کند:
- طراحی سبک وزن
- ایمنی سازه
- راندمان تولید
- کنترل هزینه
به جای جایگزینی فولاد، AHSS در حال تعریف مجدد آن چیزی است که فولاد می تواند در طراحی وسایل نقلیه مدرن به دست آورد.
همانطور که پلت فرم های خودرو به سمت الکتریکی شدن و بی طرفی کربن ادامه می دهند، انتظار می رود AHSS یک ماده اساسی در آینده مهندسی سازه صنعت باقی بماند.
