用系統(tǒng)工程捕獲鋁材料在汽車應(yīng)用中的潛力

長期以來，鋁是航空航天、歐洲汽車設(shè)計和其他行業(yè)的首選材料，由于它的高強度重量比、輕重量和耐腐蝕性能，它正迅速被北美汽車設(shè)計師們所接受。然而，鋁的特性不同于鋼，它需要一個系統(tǒng)工程方法來釋放最大的價值。

系統(tǒng)工程為一個共同目標提供了一種開放式的思想交流:開發(fā)一種最能實現(xiàn)功能和規(guī)則相關(guān)設(shè)計目標的鋁合金，同時優(yōu)化制造效率以滿足成本和時間軸的要求。

由此帶來的改進正在催化下一代鋁合金的開發(fā)，其功能和成本正在提高全球汽車制造商的盈利能力。

系統(tǒng)工程是如何工作的

在傳統(tǒng)的工程場景中，材料創(chuàng)新是使用瀑布式方法開發(fā)的，在這種方法中，各種工程功能都以線性方式處理。如果在引導階段出現(xiàn)了一個障礙，那么必須對多個步驟進行重新跟蹤，以找到并糾正根本問題，為開發(fā)過程增加時間和成本。

系統(tǒng)工程采用了材料開發(fā)的生命周期觀點。它將研發(fā)、生產(chǎn)和管理工程師融入到一個團隊中，負責設(shè)計和管理客戶驅(qū)動的解決方案。這個跨學科的工程師團隊從一開始就合作，縮短了市場的時間，并提高了對客戶目標的響應(yīng)能力。

功能設(shè)計

在系統(tǒng)工程中，材料開發(fā)工程師與內(nèi)部的汽車設(shè)計團隊緊密合作，以清晰地定義設(shè)計的每個功能元素。例如，汽車可能需要基于鋼結(jié)構(gòu)輪廓的尖銳線條，大幅降低整體重量，高水平的抗沖擊性和/或最佳可回收性。

同時，材料合作伙伴的生產(chǎn)工程師提供與實現(xiàn)設(shè)計師目標相關(guān)的生產(chǎn)變量的輸入。通過權(quán)衡各種模具設(shè)計、沖壓工藝或尺寸控制的優(yōu)缺點，一個有經(jīng)驗的生產(chǎn)工程師可以幫助優(yōu)化生產(chǎn)過程，提高操作效率和性能。

系統(tǒng)成本

在一個典型的汽車場景中，在設(shè)計、開發(fā)和制造過程中評估了超過300個固定和可變成本。在系統(tǒng)工程團隊中，有知識的成本分析人員使用行業(yè)公認的模型來評估每個可想到的選擇對總生命周期成本的影響。例如，材料的成形性特征的成本增加變化可能被生產(chǎn)過程中的適應(yīng)性所抵消。

前進

一旦汽車制造商確定環(huán)境重量要求排除了使用鋼材的可能性，下一步就是用鋁制處理器進行評估可用的選擇。通過一個采用系統(tǒng)工程方法的材料處理器，一個汽車制造商可以獲得重量輕，耐腐蝕和高強度重量比的好處。

成本分析

內(nèi)部門的5000系列材料和外板的6016系列合金的組合現(xiàn)在最常用，但新的6000級可以滿足內(nèi)門的成型要求。應(yīng)用行業(yè)公認的成本模型顯示，在考慮所有因素的情況下，使用6000內(nèi)部和外部面板的門設(shè)計可以產(chǎn)生輕微的重量和成本節(jié)約。

沖壓優(yōu)化

與鋼相比，鋁具有非?？斓膽?yīng)變硬化反應(yīng)。在設(shè)計時必須特別小心，允許最大限度地伸展外板。此外，新的高成型性能的鋁支持單合金閉包概念。通過模擬和實際的沖壓試驗，可以實現(xiàn)類似的、有時甚至是高級的成形性。

其他考慮

即使需要成本、成形性和表面質(zhì)量，也應(yīng)評估其他影響，以優(yōu)化整體關(guān)閉系統(tǒng)的需求。例如，可焊性/連接行為、腐蝕控制和摩擦學規(guī)范，是其他需要詳細評估的關(guān)鍵因素。