Các bộ phận kết cấu nhôm định hình đùn trong sản xuất xe

Theo thông tin, khoảng 60% đơn đặt hàng hiện có của các nhà sản xuất đầu máy và phương tiện châu Âu là xe có thân nhôm. 20 năm trước, các đơn đặt hàng như vậy chỉ là 2% - 3%. Bây giờ cấu trúc nhôm đã được áp dụng trong băng, tgv-2n, etr460, etr500, tàu khách sạn Talgo và các chuyến tàu cao tốc khác, cũng như nhiều phương tiện vận tải đường sắt ngoại ô và đô thị.

Việc áp dụng các bộ phận cấu trúc nhôm định hình ép đùn bắt đầu vào đầu những năm 1970. Vào thời điểm đó, tiến bộ khoa học công nghệ trong ứng dụng nhôm định hình đã giúp cho việc chế tạo các thành phần nhôm theo hình dạng và kích thước yêu cầu. Thành phần nhôm này đã được áp dụng cho thân xe nghiêng của các đoàn tàu apt ở Anh. Tuy nhiên, vào thời điểm đó, việc áp dụng các thành phần nhôm ép đùn không mang lại lợi ích lớn, nghĩa là giá vật liệu cao hơn không được bù đắp cho việc giảm khối lượng công việc sản xuất. Vào thời điểm đó, việc sử dụng các bộ phận kết cấu kích thước lớn chỉ làm giảm 40% khối lượng công việc sản xuất thân xe, đồng thời giảm trọng lượng chết của thân xe dài 26m xuống còn 7,5 tấn, trong khi trọng lượng chết của thân xe bằng thép dài 26m là 11T. Vào những năm 1970, bộ phận đường sắt đã chú ý nhiều hơn đến việc tính toán tổng chi phí của toàn bộ thời gian sử dụng của phương tiện (chi phí mua cộng với chi phí vận hành và bảo trì). Họ nhận ra rằng việc tiêu thụ năng lượng lực kéo của tàu phải được duy trì ở cùng mức, điều này phần lớn phụ thuộc vào trọng lượng bản thân của đầu máy toa xe.

Sau đó, một số biện pháp kỹ thuật và công nghệ mới, trong đó quan trọng nhất đã đạt được vào giữa những năm 1980, chẳng hạn như áp dụng phương pháp đùn của các bộ phận kết cấu kích thước lớn của vỏ hai lớp, giúp giảm nhu cầu cố định ngang đến mức tối thiểu, giảm hơn nữa thời gian sản xuất thân nhôm xe, giảm 50% so với xe thép, và đã có thể chế tạo thân xi lanh hai lớp theo phương pháp thông thường, và sau đó việc mở lỗ cửa sổ Các hoạt động hàn đều được hoàn thành trong quá trình vận hành kỹ thuật thống nhất, chỉ sử dụng một phần công nghệ và thiết bị robot.

Giờ đây, khi các bộ phận đường sắt dần dần giảm sự tham gia của họ vào việc phát triển các phương tiện mới và thực hiện các chính sách mua hàng để giảm chi phí sản xuất ban đầu và chi phí vận hành trong tương lai, các nhà sản xuất có quyền tự do hơn trong việc áp dụng các cấu trúc và vật liệu mới để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của người đăng ký và thích ứng với xu hướng phát triển của thị trường. Các bộ phận kết cấu nhôm định hình ép đùn cũng có những ưu điểm khác trong việc đáp ứng một số yêu cầu khắt khe về kết cấu xe. Ví dụ, độ cứng của cấu trúc đùn vỏ hai lớp có thể đảm bảo rằng tác động khí động học được tạo ra khi tàu cao tốc gặp nhau có sức mạnh va đập đặc biệt. Một đặc điểm quan trọng khác của thân xe với cấu trúc này là độ cứng dọc tuyệt vời của nó. Tỷ lệ độ cứng dọc và ngang có thể đạt tới 70:30, trong khi tỷ lệ thân xe bằng thép là 40:60. Ngoài ra, hồ sơ nhôm cũng có thể đáp ứng các yêu cầu về hình dạng bên ngoài tốt, mà không cần sử dụng chất độn và rất nhiều công việc thủ công. Ví dụ, đối với một số mô hình của Đường sắt Liên bang Đức, vì không sử dụng chất độn, sau khi tính toán, cùng với lớp sơn, trọng lượng tự có thể là 500kg.

Việc sử dụng các bộ phận kết cấu nhôm định hình ép đùn cũng khiến các nhà sản xuất xe phải đối mặt với các nhiệm vụ phức tạp. Họ phải tìm ra sự cân bằng giữa giá lao động và vật chất, và khiến các nhà thiết kế cố gắng đạt được sự cân bằng này. Cần làm rõ rằng vật liệu chỉ là một yếu tố trong toàn bộ khái niệm. Quy trình sản xuất và quy trình kỹ thuật được thông qua cũng cần được xây dựng chi tiết để phù hợp với năng lực sản xuất của doanh nghiệp và cân bằng với đầu tư.

Ví dụ, đối với hầu hết các công ty sản xuất máy móc, việc giảm thiểu dự trữ phương tiện sản xuất là ưu tiên hàng đầu. Việc lựa chọn vật liệu và quy trình của các nhà thiết kế có tác động đáng kể đến điều này. ABB có một dây chuyền sản xuất có thể sản xuất 8 chiếc xe với thân nhôm mỗi tuần, giúp giảm 8% tổng chi phí lưu trữ vật liệu. Tuy nhiên, sự cân bằng này dễ dàng bị phá hủy do những thay đổi trong quy trình kỹ thuật gây ra bởi việc sử dụng vật liệu. Ví dụ, khi quá trình chuyển đổi từ hàn sang liên kết đòi hỏi nhiều dự trữ hàng ngày hơn để bù đắp cho thời gian đáng kể cần thiết cho việc làm cứng liên kết.

Một nhà cung cấp hàng đầu khác về hồ sơ nhôm cho sản xuất đầu máy toa xe là công ty VAW của Đức. Các nhà lãnh đạo của công ty thấy trước rằng có một xu hướng phát triển lớn trong việc tiêu chuẩn hóa cấu trúc phương tiện và áp dụng phương pháp thiết kế mô-đun (xu hướng này đã được củng cố do nhu cầu thị trường, vì vậy nó có sự hỗ trợ của các nhà sản xuất) và tin rằng xem xét nhu cầu thị trường cho việc khu vực hóa vận tải đường sắt địa phương ở Đức, một số công ty tư nhân sẽ chú ý nhiều hơn đến việc sử dụng cấu trúc mô-đun được tiêu chuẩn hóa để đáp ứng yêu cầu của từng người đặt hàng ở mức độ lớn hơn. Hiện tại, các nhà sản xuất đầu máy và phương tiện châu Âu khác nhau có một số lượng lớn các ý tưởng thiết kế, và những ý tưởng này dựa trên thiết kế mô-đun. Việc chuyển đổi sang tiêu chuẩn hóa và mô-đun hóa này có lợi cho cả nhà sản xuất và người dùng. Việc mở rộng việc sử dụng các cấu hình nhôm trong sản xuất xe sẽ làm giảm đáng kể chu kỳ sản xuất do việc sử dụng hàn tự động rộng rãi hơn.

Rõ ràng là xe thân nhôm hàn có khả năng chịu tải trọng va đập cao, có lợi cho việc cải thiện sự an toàn khi lái xe. ABB đã đầu tư 1 triệu bảng Anh để tổ chức và thực hiện thử nghiệm phá hủy cấu trúc nhôm, và thu được kết quả thử nghiệm đạt yêu cầu và quan trọng hơn là kết quả thử nghiệm dự kiến. Công ty cũng đã tích lũy được kinh nghiệm thực tế quý báu trong việc sửa chữa các phương pháp lỗi của xe tai nạn. Vào đầu năm 1994, thử nghiệm thiệt hại trên mẫu thử nghiệm xe khách hai tầng của tàu tgv-2n do GEC Alstom đặt hàng ở Pháp đã chứng minh rằng khi lực tác động là 250 tấn, do năng lượng va đập hấp thụ là 8mj, cấu trúc đã được ép đùn tổng cộng 80cm, và toàn bộ thân nhôm vẫn còn nguyên vẹn.

Đồng thời, việc công nhận những ưu điểm của thân xe bằng nhôm không phải là không có vấn đề. Đầu máy thân thép và các nhà sản xuất phương tiện bày tỏ lo ngại về sự nhấn mạnh vào nhôm trong quá trình sản xuất tàu đá ở Đức, và đã thực hiện một nghiên cứu để xác nhận tính ưu việt của thép vào năm 1994. Tuy nhiên, như trước đây, việc sử dụng kết cấu thép dẫn đến sự gia tăng khoảng 20% trọng lượng chết của thân xe.