ساختار بدنه عنصر اصلی هر ماشین ساختار بدنه است. تمامی اجزای مختلف به بدنه خودرو متصل است. در سلسله مراتب راندگی،مهم تر از حمل و نقل،حفاظت از مسافر و بار می باشد.

ساختار بدنه نیازمند استحکام و سختی لازم برای تحمل وزن و فشار و اطمینان دراتصالات تمام اجزاء با هم است. علاوه بر این، باید مقاوم و انطاف پذیر در برابر ضربه تصادف باشد و به راحتی از سرنشینان حفاظت کند. علاوه بر این،باید تا حد ممکن برای بهینه سازی مصرف سوخت و عملکرد سبک باشد. در طول سالیان، طرح های مختلف استفاده شده است و هر یک از آنها دارای مزایا و مضراتی می باشند.

 مفاهیم طراحی بدنه 

قدیمی ترین طراحی بدنه خودرو، ساختار بدنه روی شاسی است. شاسی به طور معمول از دو تنه موازی ("چار چوب نردبانی") که به آن تعلیق و قسمت تولید قدرت متصل شده است. بدنه، و یا پوسته به شاسی متصل میشود.

به عنوان نمونه  طراحی شاسی نردبانی(چپ)، کروتc3شورولت(راست)

فرم بدنه روی شاسی تا اوایل 1960 تقریبا توسط تمام شرکت های اتومبیل سازی در جهان مورد استفاده قرار گرفت.تنه های اولیه از چوب (ash معمولی) ساخته شد، اما تنه نردبانی فلزی در 1930 متداول شد. امروزه،این نوع طراحی تنه فقط برای کامیون های سبک و suv تمام سایز به کار میروند. فرم تنه مانند یک نردبان به نظر می رسد،دو ریل طولی متصل شده توسط چند شاخه جانبی و متقابل ساخته شده است.عضوهای طولی فشارهای اصلی را تحمل میکنند. آنها بار و نیروهای طولی ناشی از شتاب و ترمز را تحمل میکنند. اعضای جانبی و متقاطع مسئولیت مقاومت در برابر نیروهای جانبی و افزایش فشارهای پیچشی را دارند.

شاسی نردبانی بر روی کامیون ها به دلیل قدرت و توانایی کلی برای حفظ وزن خود استفاده می شود. عیب معمول سنگین شدن شاسی نردبانی،از طراحی آن است (یک ساختار دو بعدی )، استحکام پیچشی بدنه نیاز به بهبود دارد. همچنین، شاسی نردبانی تمایل به اشغال مقدار زیادی از فضای با ارزش دارد و این باعث بالا رفتن نیروهای مرکز ثقل می شود.ایمنی بدنه نیز در یک وسیله نقلیه بر روی شاسی نردبانی کاهش پیدا میکند،چرا که ریل تحت تاثیر ضربه تغییر شکل پیدا نمیکند؛ یعنی انرژی ضربه بیشتر به داخل کابین و به وسیله نقلیه دیگر منتقل می شود.

بدنه مونوکوک monocoque 

در بدنه هایی که به مونوکوک موسوم اند برخلاف مفاهیم قدیمی بدنه و شاسی که به صورت مجزا طراحی  میشدند به صورت کاملا همساز و یکپارچه در نظر گرفته می شوند.قالب های در نظر گرفته شده به جای شاسی،موظف هستند از انتقال ارتعاش و صدا به بدنه ی اتومبیل جلوگیری کنند و سواری بهتری را برای اتومبیل به همراه بیاورند.

بیشتر مدل های ماشین های کوچک در سال 1960 به ساختمان مونوکوک(monocogue) تغییر شکل دادند، اما این روند در1930 با اتومبیل  اپل المپیا آغاز شده است. امروزه، طراحی مونوکوک(monocogue) تا حد زیادی در بدنه خودروهای مفهومی بکار میروند.کرون ویکتوریا از شرکت فورد (توقف در سال 2011) جزو آخرین ماشین های سواری بود که از بدنه بر روی شاسی نردبانی استفاده کرده. طراحی مونوکوک (monocogue) یک روش ساختار،که با بهره گیری از پوسته خارجی برای تحمل کردن از مقدار یا تمام بار (در تقابل با ایده بدنه بر روی شاسی نردبانی که در آن شاسی نردبانی صرفا با قطعات بدنه جهت "زیبایی" پوشش داده شده) می باشد. در این مورد، کف یکپارچه به عنوان عضواساسی ساختار،که به آن تمام اجزای مکانیکی متصل می شوند، عمل می کند. اما مدل های "سیمی مونوکوک (semi-monocogue)" هم وجود داردند، به عنوان مثال خط مشی خودروی مفهموی فولکس واگن که علاوه بر سبک وزن بودن،از شاسی جداگانه با قطعات ورق فشرده ساخته شده است. در این مورد، هم از شاسی و هم از پوسته بدنه برای ارائه قدرت ساختاری لازم استفاده میشود.

ساختار مونوکوک (monocogue) یک ساختمان یک تکه که شکل کلی از ماشین ایجاد می کند و دارای شاسی یکپارچه با بدنه است. در واقع، شاسی "یک تکه" و بدنه،توسط جوشکاری بسیاری از قطعات ورقی با هم ساخته شده است. ساختار بدنه مونوکوک (monocogue) در تصادف به خوبی عمل محافظت را انجام میدهد و قسمت هایی به عنوان ناحیه های ضربه گیر به ساختار اضافه شده است. مزیت دیگر بازدهی خوب فضا نسبت به کل ساختار است . بدیهی است، این موضوع برای تولید انبوه اتومبیل بسیار جذاب است. اما در حالی که ساختار مونوکوک (monocogue) بسیار مناسب برای تولید انبوه توسط روبات ها است، هزینه های بالای قالب ، مانع به کاربری آن برای تولید در مقیاس کوچک است. همچنین ساختار مونوکوک (monocogue) خالص نسبتا سنگین است. نسبت استحکام به وزن نسبتا کم است.پوسته به صورتی شکل گرفته که به نفع کارایی بیشتر فضا باشد، استفاده از ورق های فشرده شده به جای لوله یا دیگر بخش های بسته و یا قطعات حجیم باعث کاهش قدرت و استحکام شده است. در نتیجه در بدنه ماشین های مدرن استفاده از طراحیهای مونوکوک (monocogue) کار درستی نیست. در عوض اتومبیل های امروزی از ساختار واحد که معروف به طراحی بدنهیک تکه unibody است ،استفاده می‌کنند. در این روش یک سیستم از پروفیل ها،تیغه ها و لوله به ایجاد قدرت بیشتر وسیله نقلیه، و کاهش تنش های پوسته می افزاید.

 مفهوم طراحی Unibody 

طراحی unibody اجازه می دهد تا وزن قابل توجهی از بدنه خودرو کاهش یابد و پیکربندی وسیله نقلیه بزرگ را قادر می سازد جمع و جور تر شوند. همچنین ایمنی افزایش می یابد،چرا که انرژی حاصله از تصادف جذب مناطقی از فرم طراحی مهندسی unibody میشود،که می توانند تغییر شکل پیدا کنند. استحکام بدنه خودرو تا حدودی کاهش میابد چرا که اساس مونتاژ مونوکوک (monocogue) از قطعات ورقی است که (حداقل در مورد طراحی های فولادی) به طور کلی جوش نقطه ای داده شده، یعنی تنها به صورت محلی متصل شده است. با این حال، به آسانی می توان به افزایش سختی unibody با اتصالات متوالی (به عنوان مثال اتصال یا جوش لیزری) و یا با اضافه کردن لوله ها، بخش های بسته یا دیگر اجزاء برای اتصالات محکم استفاده کرد. از سوی دیگر، هنگامی که یک خودرو با طراحی unibody دچار یک تصادف جدی می‌شود، ممکن است تعمیر آن مشکل تر از یک بدنه خودرو کامل باشد.

قطعات سیستم تعلیق، و همچنین سیستم انتقال قدرت، به طور مستقیم به unibody نصب شده است. در بسیاری از موارد، زیر شاسی به عنوان رابط نصب قوی استفاده می شود. بخش های مهم ساختار،دیواره میانی (واقع بین مسافران و محفظه موتور) و گاهی اوقات نیز به دیوار پشت صندلی عقب اضافه می‌شود. همچنین قطعات بدنه که به عنوان پوسته ماشین می باشد و به خودرو شکل کلی و ظاهری می دهند. طراحی مونوکوک (monocogue) با دقت زیاد و پیچیده درست شده است به طوری که شیشه جلوی اتومبیل و پنجره شیشه ای عقب سهم مهمی در استحکام ساختار طراحی شده خودرو دارند.
برای امکان پذیر بودن تغییر فرم ، دو ایده طراحی بدنه اضافه شده است: شاسی حجیم لوله ای(tubular space frame) و شاسی جناقی(backbone chassis).شاسی نردبانی به اندازه کافی برای عمل کرد بالای ماشین های اسپرت و کاربردهای مسابقه ای مستحکم نیست. در شاسی حجیم لوله ای دوجین لوله یا فرم های دیگر میله ای در جهات مختلف برای ارائه مقاومت مکانیکی مورد نیاز، در برابر نیروهای وارده از جهات مختلف به کار برده شده است. نتیجه آن یک ساختار بسیار پیچیده جوش داده شده است. از اواسط ده 60، بسیاری اتومبیل های ورزشی سرعت بالا نیز طراحی شاسی حجیم لوله ای(Tubular space frame) را در طراحی خود بکار بردند.

افزایش نسبت استحکام به وزن.با این حال بیشتر در عمل سیستم شاسی حجیم را در جلو و سیستم مونوکوک را برای عقب استفاده میکنند.

طراحی شاسی لوله ای حجیم از مرسدس بنز 300SLR مسابقات اتومبیل رانی

شاسی های جناقی یا ستونی (backbone chassis ) بسیار ساده هستند. آنها شامل ستون لوله ای قوی (معمولا با مقطع مستطیل شکل) که به محور جلو و عقب متصل شده است و تقریبا تمام مقاومت مکانیکی لازم را ایجاد میکنند. تمام پیشرانه، موتور و تعلیق به انتهای هر دو طرف از جناق متصل می شوند. شاسی جناقی به اندازه کافی برای ماشین های اسپرت کوچک قوی است، اما برای ماشین های اسپرت با عملکرد بالا مناسب نیست. همچنین آنها هیچ محافظتی در برابر اثرات جانبی و خارج تصادف ارائه نمی دهد.

شاسی چناقی از لوتوس Lotus ELAN (عکس: لوتوس)

طراحی بدنه اتومبیل با آلومینیوم

بدنه ماشین های فلزی به طور سنتی از منگنه کردن قطعات ورقی متصل شده توسط نقطه جوش مقاومتی ساخته شده است. تحولات جدیدتر شامل ابداع فن آوری هیدروفرمینگ و روش های جوشکاری پرتو لیزر میباشد. همراه با معرفی بازار جدید فولاد سخت و فوق سخت، امکان بهبود استحکام و نسبت نرخ تصادف به کاهش وزن بدنه ماشین های فولادی،بدون هیچ یا مقداری هزینه اضافی،امکان پذیر شد. جوش لیزر، اتصالات متصل به طور قابل توجهی استحکام ساختار بدنه مونوکوک (monocogue) را افزایش داد و اجزای ساختمان و تولید زیر شاسی نازک، لوله های فولادی hydroformed بهبود بیشتر قدرت بدنه و استحکام را امکان پذیر ساخت.
طراحی مشابه و اصول ساخت، استفاده شده در ساختمان بدنه فولادی می تواند برای تحقق بخشیدن به بدنه خودرو تمام آلومینیومی استفاده شود. با این حال، جایگزینی مواد ساده همیشه منجر به هزینه موثر نمی باشد.
داشتن یک رویکرد جامع برای برسی کل سیستم شامل ساختار مواد ،مفاهیم طراحی مناسب و قالب های ساخت عملی ضروری است. ایده بدنه خودرو آلومینیوم از لحاظ مشخصات فنی و از لحاظ اقتصادی امیدوار کننده است، در نتیجه از ایده های طراحی آلومینیوم گرا و فن آوری ساخت به خوبی اقتباس شده است. با اشکال مختلف محصول (ورق، اکستروژن، ریخته گری، و غیره)،که آلومینیوم طیف گسترده ای از گزینه های طراحی را ارائه میدهد. بنابراین جایگزینی مناسب آلومینیوم بجای فولاد در ساختار بدنه نه تنها به کاهش وزن قابل توجه منجر میشود، بلکه تاثیر زیادی در بهره وری هزینه خواهد داشت.
انتخاب مناسب ترین فرم محصول - بسته به نوع خودرو و حجم تولید برنامه ریزی شده - همچنین اجازه می دهد تا به بهینه سازی عملکرد فنی تحت شرایط اقتصادی و زیست محیطی دست پیدا کنند.
عناصر اصلی محافظتی یک ساختار بدنه خودرو ("unibody") عبارتند از:
- پروفیل های حمل بار
- ورق های مستحکم
ساختمان پروفیل ، پایه و اساس خم شدن بالا و استحکام پیچشی مورد نیاز بدنه خودرو در محدودیت های بسته بندی خاص فراهم می کند.اسکلت اصلی  بدنه ساخته شده با پروفیل ها توسط اضافه کردن ورق های بدنه اصلی خودرو مستحکم تر میشوند.به علاوه یک طراحی بسیار خوب ضریب اطمینان بدنه خودرو را در تصادف بالا میبرد.(قابلیت جذب انرژی بالا توسط تغییر شکل بدون ایجاد ترک و شکستگی).
مزیت مهم آلومینیوم در مقایسه با فولاد علاوه بر قالب گیری راحت، پروفیل های تک و یا چند سوراخ با مقاطع پیچیده و دیواره نازک ، ریخته گری باه شکل های پیچیده همراه با خواص مکانیکی عالی است.
این مولفه ها را نمی توان تنها سودمند برای نسبت حمل بار به استحکام دانست ، بلکه ممکن است به عنوان عناصر اتصال به خدمت گرفته شوند.استفاده مناسب از اکسترود (پروفیل های با شکل خاص) و یا محصولات ریخته گری امکان توسعه جدید را فراهم میکند، طراحی های سازه نوآورانه و در نتیجه، کاهش وزن قابل توجه و صرفه جویی در هزینه های یکپارچه سازی قطعات و ترکیب عمل کردها در بر دارد.
نمودار سختی ورق های آلومینیوم مشابه سختی خمش ورق فولاد با 40 درصد ضخامت بیشتراست، یعنی کاهش وزن ناشی از یک تغییر ماده به 50٪ می رسد.
در مورد پروفیل ها، جایگزینی آلومینیوم بجای فولاد، در زمانی که ازهندسه متنوع (مقطع) استفاده شود، پتانسیل خاصی برای کاهش وزن ارائه میدهد، به عنوان مثال تغییر یک پروفیل باز به بسته و یا پروفیل چند محفظه(Multichamber). از این گذشته، یک عامل بالقوه مشخص برای استفاده مفید از پروفیل های آلومینیوم اکسترود شده وجود دارد که ضخامت پروفیل می توان افزایش پیدا کند.
عامل تعیین کننده در انتخاب مفهوم طراحی بدنه آلومینیومی،حجم تولید پیش بینی شده است. حجم تولید بالا برای حداقل هزینه مواد (بخش) و هزینه مونتاژ کم است اما می تواند سرمایه گذاری نسبتا بالایی تقبل کند ( در ابزار و تجهیزات تولید). در مقابل، حجم تولید کم حداقل هزینه های سرمایه را در حالی که هزینه های اجزاء و مونتاژ نقش کمتری بازی کند،طلب میکند.

محصول - حجم

 نمودار هزینه اجزاء ساختار بدنه آلومینیومی

نمودار نسبت هزینه بر قطعات ساختمان بدنه خودرو،آماده به مونتاژ تنها یک تغییر شاخص دارد. در عمل، هزینه های واقعی اجزای بدنه آلومینیومی خیلی قابل توجه است.اشکال قطعات، تلرانس هندسی مورد نیاز و خواص مکانیکی، و غیره، پارامترهای مربوطه هستند. هزینه قطعات آلومینیوم اکسترود به طور قابل توجهی وابسته به شکل دادن اضافی مورد نیاز و مراحل ماشینکاری متفاوت است. خم سه بعدی(3D-bending) و عملیات هیدروفرمینگ افزایش ویژه ای برهزینه دارد. در مورد ساختار قالب ریخته گری، مهم ترین عامل هزینه (بخش خاص) طول عمر ابزار است. علاوه بر این، هزینه های مونتاژ می تواند به تنهایی تفاوت های زیادی با توجه به شرایط عملکرد خاص و تلرانس هندسی قطعه را نشان دهد. اما همچنین هزینه آماده سازی سطح و حفاظت در برابر خوردگی می تواند قابل توجه باشد. بنابراین، تجزیه و تحلیل دقیق از تمام عوامل مختلف مؤثر بر هزینه ها، به طور کلی لازم خواهد بود.
با توجه به حجم تولید برنامه ریزی شده، فرم مختلف محصول– ورق ها، اکستروژن ها و ساختمان قالب‌های ریخته گری - را می توان در نسبت های مختلف برای ساختار بدنه خودرو استفاده کرد. طرح‌ها‌ی مواد مخلوط شده، یعنی ترکیب با اجزای دیگر مواد (فولاد، منیزیم، فیبر کامپوزیت تقویت شده، و غیره) اضافه بر احتمالات بیشتر است. برای ساختمان بدنه خودرو با آلومینیوم فشرده، با این شرایط،امروزه تنها سه ایده اساسی طراحی بدنه خودرو مورد استفاده قرار می‌گیرد:
• ساختار شاسی نردبانی اکستروژن فشرده (راست و خم دو بعدی اکستروژن)
• ساختار Spaceframe یا قاب فضایی شامل شکل دادن اکستروژن ، ریخته گری، دیواره نازک
• ساختار unibody ورق فشرده.

 ایده طراحی بدنه با آلومنیوم فشرده

 توسعه اولیه
طراحی های ورقی عمدتا به سمت حجم تولید بالاتر است علت آن هم سرمایه گذاری در ابزار قالب گیری یا پرس است.
از سوی دیگر، ورق ها محصولات ارزان قیمتی هستند. ایده طراحی بدنه با ورق فشرده در حال توسعه و مطمئن برای بدنه های ورقی خودرو است.همچنین آنها می توانند با ورق های آلومینیوم جایگزین شوند. مدل Panhard Z1 را می توان به عنوان اولین نمونه مثال زد. تولید سری در سال 1953 با استفاده از (EN AW-5754 AlMg3) ورق های آلیاژی آغاز شده است.
در اوایل دهه هشتاد، چند خودرو کانسپت آلومینیومی، به طور کلی فقط با تعویض ورق های فولادی با ورق های آلومینیوم آلیاژی در مدل های ماشین های موجود،تولید شده است. به عنوان مثال، یک ماشین پورشه اسپورت 928 با بدنه تمام آلومینیومی 1981 در IAA فرانکفورت به نمایش گذاشته شد.

بدنه آلومینیومی با استفاده از Alusuisse یک پیشرفت کلی پیدا کرد، که با استفاده از Anticorodal®- 120 ساخته شده است (EN AW-6016) ورق های آلیاژی (به ضخامت 1.2 میلی متر برای درب ها، 2.5 میلی متر برای ساختار). وزن این بدنه آلومینیومی 161 کیلوگرم بود،که نشان دهنده کاهش وزن 106 کیلوگرمی در مقایسه با بدنه فولادی است.در زمان خیلی کمی پس از آن،دوباره آئودی پرقدرت شروع به تحقیق درمورد آلومینیوم کرد. در زمان تعیین شده،اساس بدنه آلومینیومی بر روی آئودی 100 اجرا شد.

خودرو مفهمومی مبنی بر ورق آلومینیوم بر روی (Audi 100-1985)

اولین خودروی تولید شده با بدنه تمام آلومینیومی،هوندا Acura NSX در سال 1989 معرفی شد. هوندا Acura NSX، با کارایی بالا، خودرو اسپورت دو سرنشین،در ابعاد بسیار کوچک بود که با دست منتاژ شده بود. ویژگی این بدنه مونوکوک (monocogue) تمام آلومینیومی با وزن 163 کیلوگرم ، ترکیب برخی از پروفیل های آلومینیومی اکسترود در شاسی و سیستم تعلیق بود. استفاده از آلومینیوم در بدنه به تنهایی نزدیک به 200 کیلوگرم از وزن آن نسبت به مشابه فولادی کاهش داد در حالی که سیستم تعلیق آلومینیومی 20 کیلوگرم را کاهش داد.نمای بیرونی یک فرآیند رنگ مخصوص ،نوعی پوشش کرومات طراحی شده در هواپیما، برای محافظت از بدنه آلومینیومی در برابر تغییرات شیمیایی است .استفاده از آلیاژهای آلومینیوم با مقاومت بالا در ساختمان بدنه و تکنیک های ویژه ساختار،آن را از یک بدنه فولادی مشابه قوی ترکرده است،در حالی که 40٪ سبک تر است.ترکیب نقطه جوش و نقطه جوش MIG برای اتصال قسمت های ساختمان با هم مورد استفاده قرار گرفت.
علاوه بر این، NSX-T با پانل سقف تاشوآلومینیومی ارائه شده است. این پنل با وزن سبک و در عین حال با دوام طراحی و دارای محفظه نگهدارنده زیر دریچه شیشه ای عقب است.

هوندا Acura NSX اولین ماشین تولید شده با بدنه مونوکوک (monocogue) تمام آلومینیومی

در اوایل 1990، Alcan Aluminum Ltd با فورد برای توسعه یک وسیله نقلیه ساخته شده با آلومینیوم فشرده مشارکت کردند. فورد پس از آن 40 دستگاه خودرو آزمایشی بر اساس طراحی و اجزای مکانیکی از حجم تولید سدان متوسط با نام Taurus ساخت.P2000 دارای unibody آلومینیومی شبیه به یک بدنه از فولاد معمولی است، اما در آن طراحی پیشرفته و فن آوری ساخت پیشرفته برای رسیدن به یک ساختار سفت و امن استفاده شده است.
برای مثال،پایه کمک فنر جلو،برای عدم نیاز به یک آلومینیوم ریخته گری سنگین، پیچیده و پر هزینه تر مونتاژ سه تکه آلومینیوم کوبیده است.P2000 همچنین دارای چسب اپوکسی برای بهبود استحکام میباشد . در نتیجه بدنه به رنگ سفید دارای جرم 182 کیلوگرم،در مقایسه با یک نسخه 398 کیلوگرمی از فولاد معمولی است. به طور کلی، P2000 از حدود 332 کیلوگرم آلومینیوم و همچنین مقدار قابل توجهی از منیزیم و پلاستیک ساخته شده، برای ایجاد خودرویی با مجموع وزن حدود 907 کیلوگرم (در مقایسه با مدل Taurus 1505kg تولید شده از فولاد ).

نمونه اولیه خودروی فورد (P2000 1998) تولید شده Alcan’s Aluminium

در توسعه طراحی با آلومنیوم فشرده بر روی فورد P2000 به عنوان یک سدان متوسط ،فورد بهره کامل از بدنه خالی آلومینیومی برای صرفه جویی در وزن اولیه ساختار، برای کاهش وزن نهایی خودرو استفاده کرد.بدنه خالی آلومینیوم از3٪ Mg Al- و مواد ساختاری ورق (EN AW-5754، 0 Temper) ساخته شده است.این ساختار از تکنولوژی سیستم اتصال سازه (Alcan’s Aluminum Vehicle AVT) بهره برده است.
اتصال سازه (همراه با نقطه جوش مقاومتی) به طور قابل توجهی سختی ساختمان بدنه،مخصوصا سختی پیچشی را افزایش میدهد.در این ساختار کاهش بیش از %50 وزن نسبت به فولاد امکان پذیر میباشد،در نتیجه استفاده از آلومنیوم باعث بهبود اقتصادی می‌شود. در مقایسه به نقطه جوش فولاد ، سیستم AVT نیز استقامت خستگی و ظرفیت جذب انرژی ضربه را بهبود می‌بخشد. سیستم AVT برای اولین بار در قسمت جلوی یک وسیله نقلیه برای مدیریت انرژی تصادف، برای جگوار XJ220 اسپرت،با تولید محدود مورد استفاده قرار گرفت، ماشین اسپورت با کارایی بالا تولید شده در سال 1992-1994.

تکنولوژی ساخت بدنه مورد استفاده در پروژه P2000 بعد به پلت فرم اولین نمونه وسیله نقلیه الکتریکی هیبرید (HEV) سدان پرودیجی فورد(Ford Prodigy) منتقل شد. جرم Prodigy 1083 کیلوگرم، حدود 454 کیلوگرم کمتر از یک سدان متوسط خانواده بود.سیستم اتصال سازه AVT (اتصال به علاوه نقطه جوش) نیز برای تولید چار چوب وسیله نقلیه الکتریکی جنرال موتورز EV1 استفاده شد.GM EV1 اولین تولید انبوه سدان با هدف طراحی شده برای نیروی محرکه الکتریکی بود. تولید شد توسط GM از سال 1996 تا سال 1999. قطعات بدنه این خودرو از پلاستیک (به جای آلومینیوم) برای بهبود مقاومت در برابر ضربه ساخته شده است.بدنه خالی (body-in-white) ساختار آلومینیوم با اتصال ورقی و نقطه جوش مقاومتی و تنها 132 کیلوگرم،کاهش وزن در حدود 40 درصد بیش از مشابه فولادی وزن داشت. اتصال با استفاده از چسب مخصوص سازه های هوا فضا ، برای اولین بار برای یک وسیله نقلیه تولید شد.

جنرال موتورز EV1 با ساختار بدنه AVT

پلیموت پرولیر(Plymouth Prowler) یک بستر آزمایش کم خطر برای مواد آلومینیومی (ساخته شده در سال 1997 و 1999¬2002) بود. در سال 2001،این خودرو به عنوان یک وسیله نقلیه کرایسلر مارک شد.Prowler دارای 400 کیلوگرم آلومینیوم (از جمله بدنه ، چار چوب های شاسی و قطعات سیستم تعلیق)بود. چار چوب شاسی آلومینیومی شامل اکستروژن 42 و ریخته گری 8 که توسط جوش MIG خودکار متصل شده است.قطعات بدنه (outers AlMgSi، inners AlMg) توسط پرچ سمبه سرخود و چسب اپوکسی متصل شدند.پرچ ها قطعات را در جای خود نگه میداشتند تا چسب اپوکسی در فر رنگ آستر بگیرد.چدن ریخته گری Thixo برای تولید بازوهای کنترل در سیستم تعلیق جلو و عقب استفاده شده است.

قطعات آلومینیوم بدنه و شاسی از Prowler 

 تکنولوژی اتصالات و مواد نوین- کلید موفقیت

بدنه خودرو با دارا بودن حداقل 40درصد از وزن هر خودرو، از پتانسيل بالايي براي كاهش وزن خودروها برخوردار است. خلاصه كاهش وزن بدنه خودرو را در سه حوزه زير مي‌توان بيان كرد:

1 . جايگزيني مواد داراي چگالي پايين به جاي مواد داراي وزن مخصوص بالا، بدون كاهش استحكام و دوام بدنه خودروها نظير استفاده از موادي نظير آلومينيم،تیتانیم, منيزيم، فولادهاي استحكام بالا، فوم‌ها و يا انواع مختلف پلاستيك‌هاي ساده (تقويت‌نشده) و تقويت‌شده بجاي فولاد معمولي.
2 . اصلاح و بهينه‌سازي طراحي اجزا و مجموعه‌هاي بدنه خودروها (طراحي بدنه‌هايي با ساختار يك تكه، استفاده از چندين نوع ماده مختلف و طراحي بدنه‌هايي با ساختار فضايي از جنس آلومينيم).
3 . بهينه‌سازي فرايندهاي توليد و استفاده از تكنولوژي‌هاي نوين توليد، نظير جوش ليزر، هيدروفرمينگ، پرسكاري داغ

براي رسيدن به كاهش وزن هدف‌گذاري شده، مواد مختلفي به‌عنوان جايگزين فولادهاي نرم معمولي، مطرح شده‌اند كه عبارتند از:
کامپوزیت های زمینه پلیمری با الیاف شیشه, کامپوزیت های پلیمری با الیاف کربن, آلیاژهای منیزیم, آلیاژهای تیتانیم و فولاد های استحکام بالا
فولاد های استحکام بالا شامل:
1-فولاد های استحکام بالا نوع(HSS) : به فولاد هایی گفته می شود که تنش تسلیم بین210تا 550 مگاپاسگال باشد
این فولاد ها شامل موارد زیرمی باشد:
فولاد های کربن-منگنز(C-MN), فولاد های سخت شونده توسط پخت(BH), فولاد های همسانگرد(IS)، فولاد کم آلیاژ(USLA)
2- فولاد های (AHSS):به فولاد هایی گفته می شود که تنش تسلیم آنها از 550 مگا پاسگال بیشتر باشدکه شامل موارد زیر می باشد:

•  TRIP
• چند فازی(CP)
• مارتیزیتی(MART)
• دو فازی(DP) 

آلومينيم و آلياژهاي آن
به‌طوركلي، راهكار كاهش وزن بدنه خودرو از طريق استفاده از فولادهاي استحكام بالا داراي كاهش ضخامت ورق فولادي، با محدوديتي بزرگ در ميزان كاهش ضخامت استفاده از آلومينيم و آلياژهاي آن به‌دليل چگالي پايين، خواص جذب انرژي بالا، استحكام مطلوب، مقاومت در برابر خوردگي و بازيافت مناسب، روندي رو به‌رشد در قطعات بدنه خودرو پنل‌هاي بدنه خودرو، همراه مي‌‌باشد.از دیگر مزایای آن می توان به موارد زیر اشاره کرد:

•  امكان دسترسي به كاهش وزن تعيين‌شده
•  امكان دسترسي به قيمت پايين از طريق كاهش‌قيمت مواد اوليه و مواد نيمه‌ساخته
•  امكان استفاده از تجهيزات پرسكاري موجود براي فولاد به‌منظور توليد قطعات آلومينيمي بدون نياز به اعمال تغييرات و اصلاحات زياد
•  امكان بازيافت با درصد بالا و قيمت بالاي مواد بازيافتي.

پلاستيك و كامپوزيت
پلاستيك‌ها به‌دليل دارا بودن چگالي پايين، مشخصات ويژه شيميايي، فيزيكي، مكانيكي و مقرون به‌صرفه بودن از مهمترين مواد مصرفي در صنعت خودرو محسوب مي‌شود. به‌طوركلي، پلاستيك‌ها به دو دسته پلاستيك‌هاي تقويت نشده و تقويت شده، تقسيم‌بندي مي‌شوند. خواص مكانيكي پايين پلاستيك‌هاي تقويت‌نشده، منجر به توسعه كاربرد پلاستيك‌هاي تقويت‌شده در بدنه خودرو شده‌است.
مزيت عمده استفاده از اين نوع مواد، كاهش عمده وزن در خودرو (تقريباً برابر با 60درصد) است.

تکنولوژی نوین جوش و اتصال در خودرو

تکنولوژی جوش دوخت شده با لیزر(TWB) 

در این روش ورق های فولادی با گريد، پوشش سطحي و ضخامت‌هاي مختلف، به اندازه های موردنظر برش داده شده و توسط يك فرايند جوشكاري مناسب، به‌هم متصل مي‌شوند. درنهايت، بلنك جوشكاري‌ شده تحت عمليات پرسكاري، به قطعة مورد نظر تبديل مي‌شود.

 پرسکاری داغ

در این روش از فولاد کرم دار با پوشش آلومینیوم-سیلیسیم با استحکام کششی 600 مگا پاسگال تا دمای 880-930حرارت داده می شود و پس از خنک کاری از فاز آستنیت به فاز سخت مارتزیت با ا ستحکام کششی 1500مگا پاسگال می رسد.
 هیدروفرمینگ
در این روش از فشار هیدرولیکی یک سیال برای شکل دهی وتولید قطعات بدنه خودرواستفاده شده که شامل دو روش لوله ای و ورقی می باشد یکی ازمناسب ترین روش هاست زیرا:
كاهش هزينه ,امکان تولید قطعات پیچیده,پایداری ابعادی,صلبیت بالاتر,کاهش مراحل تولید و ضایعات پایین تر نام برد.
قسمت های مختلف استفاده شده در بدنه خودرو:
بدنه(سپر هاـ ستون هاـریل عاد سقف و... ), شاسی(ریل های جانبی ومقاطع عرضی) و سیستم اگزوز و نیروی محرکه(اکسل عقب ـرام و مثلثی و...) 

نقطه جوش 
ساختن بدنه با ورق فشرده ("مونوکوک (monocogue)" و یا "unibody") نیاز به اتصالات بسیار زیادی دار.در نتیجه، خواص اتصالات دارای اثر قابل توجهی بر خواص کلی تمام ساختار از جمله استحکام سراسری، NVH (صدا، ارتعاش، سختی) و ارزش تصادف دارد. تفاوت مهم بین طراحی آلومینیوم و فولاد،تکنیک بکار رفته در اتصالات است. در مقایسه با فولاد، آلیاژهای آلومینیوم دارای هدایت الکتریکی و حرارتی بالا و – به همان نسبت - مقاومت الکتریکی کم می باشند. زمانی تکنیک نقطه جوش مقاومتی به طور معمول برای فولاد استفاده میشد،حال برای به کار بردن برای آلومینیوم ، جریان جوشکاری باید به طور قابل توجهی بالاتر باشد. در نتیجه، نقطه جوش مقاومتی معمولی برای آلومینیوم انرژی بیشتری مصرف می‌کند،و غیر قابل اعتماد و پر هزینه است (نیاز به تجهیزات جوش خاص، آماده سازی سطح ورق قبل از جوشکاری، تمیز کردن مکرر الکترود ، و غیره...). راه حل مناسب برای این مشکلات توسعه یافته است،اما با این حال نقطه جوش مقاومتی آلومینیوم نیاز به تلاش ویژه دارد.
یک مشکل خاص کم بودن طول عمر الکترود است. یک راه حل آن تمیز کردن مکرر سطح الکترود است، به عنوان مثال توسط ماشینکاری به طور منظم سطح و یا برس زدن ("سنباده الکترود"). همچنین می توان نقطه جوش مقاومتی آلومینیوم را با تکنولوژی Fronius DeltaSpot به دست آورد. در این مورد، تفنگ جوشکاری ربات مجهز به یک نوار بین الکترودها و ورق هایی که قرار است متصل شوند. حرکت مداوم روبه جلو نوار در یک فرایند بدون وقفه تولید با کیفیت ثابت، نقطه جوش قابل تکرار و حصول اطمینان از عمر بالای الکترود ایجاد میکند.

تفنگ جوشکاری روبات Fronius DeltaSpot با یک نوار بین ورق و الکترود اجرا می شود 

مهمترین عامل برای ورود آلومینیوم در ساختار بدنه خودرو، پیشرفت تکنولوژی اتصال مکانیکی به ویژه استفاده از پرچ و فرآیند پرچ کاری خود سوراخ کن(سمبه سر خود) در کارخانه های مونتاژ کاری است.
در حالی که استفاده از فرآیندهای clinching در عمل،محدود به اتصال ضعیف است، پرچ نفوذی(SPRs) نیز مناسب برای اتصال اجزای ساختار هستند. روش اتصال مکانیکی،انرژی کمتری نسبت به نقطه جوش مقاومتی نیاز دارد و می تواند کاملا خودکار باشد.
علاوه بر این،اتصالات SPR دارای خصوصیات استحکام خستگی بهتر از اتصالات آلومینیوم نقطه جوش داده شده،است. پرچ کاری خود سوراخ کن همچنین مناسب برای اتصال مواد مخلوط (تا زمانی که هر دو ماده به میزان قابل توجهی انعطاف پذیر) است و اغلب با اتصال چسبی ترکیب شده است. به عنوان مثال، در شکل زیر سطح مقطع اتصال سه لایه آلومینیوم / فولاد (شکل وسط) و یک اتصال از دو ورق آلومینیوم با چسب (سمت راست) را نشان می دهد.

پرچ کاری خود سوراخ کن(سمبه سر خود) آلومینیوم 

اهمیت دیگر فن آوری اتصال برای طرح بدنه آلومینیومی اتصال لایه چسبی(adhesive bonding) است. خواص اتصال ها می تواند به طور قابل توجهی با استفاده از چسب اپوکسی حرارتی بهبود پیدا کند. به طور معمول ورق چسب به شکل خطی استفاده می‌شود. چنین اتصالاتی نشانگر استحکام ممتاز و خواص خستگی عالی است، اما به طور معمول باید در اتصال با نقطه جوش، پرچ و یا روش بست مکانیکی، به منظور بهبود مقاومت در جدا شدن جداره در تغییر شکل های بزرگ (به عنوان مثال در تصادف)توجه داشت. همچنین، لایه محافظ برای دوام طولانی مدت از اتصال چسبی ساختار،لازم است.
جوشکاری MIG معمولا برای اتصال اجزای آلومینیومی بدنه (اکستروژن، ریخته گری و ورق های ضخیم تر (بزرگتر از 2 میلی متر)) استفاده می‌شود. همچنین در این مورد از جوشکاری لیزری (هر چند جوش لیزری را می توان برای ورق های نازک تر) استفاده می‌شود. این تکنیک‌های اتصال مناسب برای موقعیت هایی که در آن هیچ گونه دسترسی به هر دو طرف اتصال نیست و یا که در اتصالات پیوسته مورد نیاز است.همچنین در کاربردهای خاص،از جوش اصطکاکی هم می تواند استفاده سودمند شود .

نتیجه گیری:با به وجود آمدن مواد نوین در بدنه خودرو اکثر خودروسازان بزرگ دنیا به این فکر افتادند که در طراحی بدنه خودرو 
تغییراتی اساسی داده تا با این سبک بتوانند در کاهش هزینه , کاهش وزن و زیبایی بدنه نقش مهمی را ایفا کنند.  

 فناوری خودرو سبک وزن جگوار

الف) جگوار (XJ (X350
پیشرفت صنعتی بدنه آلومینیومی در طراحی ورق مونوکوک (monocogue) در سال 2003 با جگوار (XJ(X350 صورت گرفت. این اولین ماشین در حجم بالای تولید با استفاده از یک شاسی مونوکوک (monocogue) تمام آلومینیومی بود.ایده طراحی و ساخت آن مناسب برای تولید با حجم بالا (بیش از 100.000 دستگاه در سال) پیش بینی شده بود.
ویژگی بارز این بدنه،اولین استفاده صنعتی از تکنولوژی اتصالات پرچ لایه ای (rivet-bonded) است، با میخ پرچ نفوذی(self-pierce ) و چسب بر پایه اپوکسی،که آلومینیوم فشرده، ریخته گری شده و اکستروژن را به هم متصل کرده است .استفاده گسترده از آلومینیوم، XJ جدید را تا 200 کیلوگرم سبک تر از مدل جایگزین کرد با وجود این واقعیت که ماشین جدید بلندتر و پهن تر از نمونه قبلی خود بود،که باعث ایجاد بهبود فضا( فضای کف و فضای اتاق) برای تمام مسافران بود . علاوه بر اینکه در بدنه بیرونی ماشین جدید 40٪ سبک تر از XJ قبلی بود،از آن 60٪ سفت تر بود،و این باعث پیشرفت های ارزشمند در قدرت بدنه و قابلیت رانندگی ایجاد کرد.
استفاده از سیستم AVT توسعه یافته توسط ALCAN (بعد از Novelis) با ورق EN AW-6111 برای جداره بیرونی، EN AW-5182 برای قطعات داخلی و EN AW-5754 ورق های بدنه اجازه بهره برداری با هدف کاهش هزینه های مختلف ظرفیت های موجود در کل زنجیره تولید و فرآوری را ممکن ساخت. وزن بدنه خالی(body-in-white)، رنگ شده 295 کیلوگرم بود.

بدنه خالی آلومینیوم از جگوار(XJ (X350 

ساختمان بدنه X350 شامل 273 ورق آلومینیوم، 22 قطعه آلومینیوم اکسترود و 15 قطعه آلومینیوم ریخته گری می‌باشد.


ریخته گری 5٪ از بدنه اکستروژن 10٪ از بدنه
ریخته گری خلاء 6082-T6 I I 6060-T4
ریخته گری ماسه ای I I 7108-T6 l=l 6063-T6
فرم محصول آلومینیوم در جگوار (XJ (X350 
روش اصلی اتصال تقویت شده با لایه چسبی توسط پرچ خود سوراخ کن- سبب خط اتصال پیوسته - افزایش قابل توجهی از سختی پیچشی بدنه را ارائه میدهد.

Clo s u re s Body less d o ors
SeIf pierce rivets 24 3171
Cl in ch s pots 78 32
Ad h es ive (m ) 1 100
MIG weld (m ) Nil 2
Weld studs (trim fix) Nil 42
Weld studs (ground) Nil 21
Blind rivets Nil 180

فن آوری های اتصال مورد استفاده در جگوار (XJ (X350 بدنه خالی

ب) جگوار (XJ (351

جگوار (XJ (X351 

تولید مدل جانشین (X351) در پایان سال 2009 و همزمان با تحویل سال 2010 آغاز شد.XJ فعلی دارای بدنه آلومینیومی سبک وزن به مقدار 50٪ مواد بازیافت شده بر اساس شاسی X350 و حفظ بخش بزرگی از ورق کف قبلی به جریان افتاد. وزن کاهش یافته - به طور متوسط از 150kg در مقایسه با مدل های مشابه خود - نیز دارای منافع قابل توجه به عملکرد و چابکی ماشین بود.

بدنه آلومینیوم از جگوار (XJ ( X351

با مدل XJ جدید، جگوار توسعه بیشتری در تکنولوژی خودروی سبک وزن پیدا کرد. در مقایسه با مدل قبلی، تعداد بخش و تعداد میخ پرچ نفوذی کاهش یافته بود. با این حال، نسبت به محصولات آلومینیومی مختلف ثابت نگه داشته شد: 89٪ استمپینگ، 4٪ ریخته گری، 6٪ اکستروژن و 1٪ دیگر (شمارش بخشی).مزیت اجزاء جدید، قدرت بالا، پیش خم و hydroformed ستون A/کلاف سقف مونتاژ اکستروژن آلومینیوم (آلیاژ EN AW-6082-T6) است. از سوی دیگر، در آلومینیوم قسمت جلوی X350، مونتاژ جوش داده شده از 13 جزء، توسط ریخته گری منیزیم یک تکه جایگزین شد.

ستون سقف اکسترود و hydroformed  

بدنه آلومینیوم مدل XJ جدید با قطعات منتقل شده (به رنگ آبی شکل راست)

مهمترین عامل تغییر X350 به مدل X351 استفاده از آلیاژهای آلومینیوم مقاومتر از EN سری AW-6XXX است.مقاومت بالا EN AW-6111 آلیاژ ورق آلومینیوم برای پوسته بیرونی ماشین جدید شامل مجموعه قطعات مانند کناره کامل بدنه استفاده می شود.ایده طراحی درب جدید با یک قطعه EN AW-5182 در پانل داخلی منجر کاهش وزن و هزینه قابل توجه شد.یک رویکرد نوآورانه با انتخاب Anticorodal®-300 در دمای T61 برای قطعات ساختار با شرایط شکل پذیری پایین تر مانند تقویت ریل عقب بوجود آمد. عرضه مواد در یک دوره ناتمام شرایط افزایش نهایی قدرت اجزا را سختتر کرد اما هنوز هم شکل پذیری مورد نیاز برای تولید قطعه را داراست. کاهش وزن اضافی با یک حامل جلویی از جنس منیزیم و یک تیر به هم فشرده فولادی کنار با شکل دهی حرارتی امکان پذیر شد.

تغییر مواد مورد استفاده در جگوار XJ: X350 ^ X351

ریخته گری آلومینیوم در زمینه های کلیدی برای قطعات با هندسه پیچیده استفاده می شود برای افزایش استحکام در مناطق بار بالا، به طور خاص برای یکپارچه سازی بخش فعال (یعنی کاهش هزینه) و برای کاهش ورق های انباشته شده استفاده می شود. اکستروژن آلومینیوم استحکام بالا عمدتا برای به حداقل رساندن وزن و نیازهای بسته بندی استفاده می شود.جعبه تصادف (crash boxes) برای تعمیر آسان گنجانده شده است. هر دو اکستروژن آلومینیوم و ریخته گری توسط پرچ نفوذی به سایر نقاط متصل شده اند.

ریخته شده (سمت چپ) و اکسترود شده (سمت راست) قطعات آلومینیومی در جگوار (XJ (X351، اجزاء زرد رنگ ریخته گری منیزیم است

در XJ جدید، ایده باند و پرچ ساختار بدنه آلومینیوم مونوکوک (monocogue) بیشتر تصحیح شده بود. پرچ نفوذی و باند چسبی فناوری های اصلی اتصال است. اگر چه XJ جدید نیازهای بالا و بزرگتری برآورده، تعداد میخ پرچ self piercing را می تواند با 11٪ تا 2840 (در مقایسه با 5000 جوش نقطه ای برای یک بدنه فولادی معادل آن) کاهش می یابد. از سوی دیگر، طول نوار چسب 50٪ به کل 154 متر افزایش یافته است. علاوه بر این، نیاز به جوشکاری MIG از کارخانه مونتاژ حذف شده است.


روش های اتصال اصلی: پرچ های نفوذی (سمت چپ) و باند چسبی (سمت راست)

ج) جگوار XK

جگوار (XK (X150

در سال 2006، جگوار XK جدید، خودرو لوکس با عملکرد بالا طراحی شده برای رانندگی طولانی مدت (مسافرت های بزرگ) ارائه شد. در دو مدل ،دو درب کوپه و کروکی دو درب / با سقف بازشو در دسترس بود. نسل دوم XK دارای پوسته بدنه مونوکوک (monocogue) آلومینیومی بود که توسط جگوار XJ  سدان به بازار آمد. با این حال، XK نیاز به اقتباس یک راه حل مناسب برای یک کوپه، با محدودیت های بسته بندی دقیق تر و همچنین نسخه بدون سقف پیش بینی شده بود.
خودرو مفهومی سبک وزن XK جدید با استفاده از ریخته گری آلومینیوم بسیار سبک و اکستروژن و همچنین قطعات آلومینیومی فشرده یک قدم جلوتر افتاد. تنها یک اتصال جوش تک در بدنه کوپه XK جدید،اتصالی "زیبا" بر روی سقف وجود دارد. همه اتصالات دیگر در پوسته XK جدید با استفاده از ترکیب پرچ و نوار چسبی شکل گرفته است. استفاده از اتصال نوار اپوکسی و تکنیک های پرچ کاری یک شاسی بسیار سفت و سخت ، اما سبک به دست آمد.نسخه کوپه، بیش از 30٪ سخت تر از مدل های فولادی آخرین نسل بود. در نسخه سقف باز شو، سختی پیچشی در واقع 50 درصد افزایش یافته است.
 وزن کمتر و استحکام بالاتر،اساس طراحی بدنه خودرو مفهومی سبک وزن، بهبود عملکرد، ایمنی، صرفه جویی، و رانندگی پویا در XK جدید را فراهم می کند. در نسخه سقف بازشو، وزن بدنه خالی فقط 287 کیلوگرم (نمایشی از کاهش وزن 19٪ در مقایسه با XK با سقف بازشو فولادی قبلی) است.

تمام استحکام لازم در ساختار پوسته بدنه ، با بخش های مستطیل شکل بزرگ در رکاب های کنار یک مزیت این تکنولوژی خودروی سبک وزن است. معرفی اکستروژن اضافی و ریخته گری انطباقی با الزامات ساختاری یک کوپه ساده ایجاد کرد. در XK، 42 اکستروژن آلومینیوم به طور عمده برای مسیرهای اصلی بار استفاده می شود. به عنوان مثال، سراسر رکاب کنار از ستون A تا عقب ماشین آلومینیوم اکستروژن یک تکه با ضخامت 8 تا 10 میلیمتر می باشد. بنابراین نیازی به قطعات مستحکم کننده اضافی سنتی دیده نمی شود.سهم عمده سختی نیز بسبب تعداد ساختار ریخته گری افزایش یافته است. ریخته گری به طور خاص برای نقاط اتصال موتور، انتقال و تعلیق به منظور ایجاد این نقاط به طور قابل توجهی سخت تر استفاده می شود،که به کاهش بیشتر سر و صدا و بهبود دینامیک تعلیق کمک میکند. در مقایسه با سدان (XJ ( X350، سهم ریخته گری 4 تا 8 درصد و از اکستروژن 7-16٪ افزایش یافته است .(شمارش بخشی)

ساختار مونوکوک (monocogue) آلومینیوم از جگوار XK

اکستروژن آلومینیوم (بیشتر EN AW-6014-T6) در بدنه از جگوار XK

ریخته گری سازه ای (آلیاژهای مختلف) یا با ریخته گری شن و ماسه و یا ریخته گری تحت فشار بالا تولید می شود. برای ورق، آلیاژهای EN AW-6111 و EN AW-5754 (همانطور که در سدان XJ) استفاده می شود.

ریخته گری آلومینیوم در بدنه جگوار XK: قطعات با تحمل بالا از XJ (سمت چپ) و قطعات جدید (سمت راست)

پرچ نفوذی و نوار چسبنده فن آوری معمول اتصال است. یک تغییر مهم ابداع چسب 2K برای اتصالات در مقیاس سنگین (اکستروژن و ریخته گری) است. برای اتصالات ورق، همانند چسب 1K که برای سدان XJ استفاده می شود می تواند مورد استفاده قرار گیرد.

مقایسه فن آوری های LWV مورد استفاده برای جگوار مدل های XJ و XK

شکل های محصول آلومینیوم در جگوار XK

د) لندرور (L405)
با نسل چهارم لندرور (L405) که در سپتامبر 2012 ارائه شد، فن آوری خودروی سبک وزن جگوار برای اولین بار در یک وسیله نقلیه عمومی اسپورت چهار چرخ محرک بکار برده شد. ساختار بدنه مونوکوک (monocogue) تمام آلومینیومی 39 درصد سبک تر از بدنه فولادی ، مدل خروجی را قادر میسازد تا کل وزن خودرو تا 420kg کاهش یابد.بدنه خالی با مجموع وزن 379 کیلوگرم، پلت فرم آلومینیوم بسیار سبک وزن و ارائه پیشرفت های قابل توجهی در عملکرد و چابکی، همراه با تحول در اقتصاد سوختی و تولید گازهای گلخانه ای CO2 داشته است. ساختار بدنه آلومینیومی بهینه سازی شده برای حداکثر حفاظت سرنشینان با استفاده از سلول های ایمنی آلومینیوم فوق العاده قوی و با ثبات طراحی شده، پلت فرم بسیار مستحکمی برای NVH خودرو و پویایی بیشترفراهم میکند.

لندرور جدید با ساختار بدنه مونوکوک (monocogue) تمام آلومینیومی

بدنه آلومینیومی اتصال پرچی بیش از 180 کیلوگرم سبک تر از بدنه فولاد در مدل های قبلی است. این شامل آلومینیوم فشرده (88٪ شمارش بخشی)،آلومینیوم ریخته گری (5٪)،آلومینیوم اکستروژن (3٪) و چند قسمت دیگر (4٪) میشود. در مقایسه با بدنه استیل قبلی، از لحاظ شمارش بخشی می تواند با 29٪ از کل 263 قطعه کاهش یابد.تجزیه مواد واقعی با وزن در زیر نشان داده شده:

تجزیه مواد بدنه لندرور

همانطور که در جگوار XJ،آلومینیوم ریخته گری در درجه اول برای قطعات با هندسه پیچیده و برای افزایش استحکام محلی در مناطق تحمل بار بالا استفاده می شود.آلومینیوم اکستروژن در استفاده ویژه برای متصل کردن سیستم مدیریت تصادف جلو و سقف استفاده می شود.تکیه گاه جلویی ریخته گری منیزیم است. قسمت بالای درب عقب اتومبیل یک جزء SMC می باشد.
اما تکنولوژی خودروی سبک وزن پیشرفت های مهمی کرده است، به ویژه با توجه به استفاده از ورق های آلومینیومی (به طور انحصاری توسط Novelis عرضه شد). به عنوان مثال، کل کناره بدنه خودرو به عنوان یک پنل آلومینیوم یک تکه فشرده شده است،نتیجه آن کاهش میزان اتصالات، از بین بردن مونتاژهای پیچیده و بهبود ساختار یکپارچه با مساحت حدود 350×140 سانتی متر، این به روشنی یکی از بزرگترین بدنه های آلومینیوم فشرده بیرونی است.

یک قطعه بدنه کناری، ساخته شده از (Anticorodal®-170 (EN AW-6014 

دیگر قطعات بدنه خارجی (به عنوان مثال سقف) از آلیاژ استحکام بالای تازه توسعه یافته Anticorodal®-600 PX (متناسب با EN AW-6181A و 6451) ساخته شده است. این آلیاژ استحکام و کیفیت قابل انتظاری برای لندرور ارائه میدهد، با این حال شکل پذیری بالایی دارد.اولین خودرویی است که از (Anticorodal®-300 T61( EN AW-6014 در تعدادی از مناطق حساس به تصادف، از جمله سپر طولی استفاده کرده است. این مواد با مقاومت بالا برای کاربرد در ساختار تصادف به عنوان یک پالس تصادف بهینه سازی شده و حداقل نفوذ در سلول های محافظ توسعه داده شده اند .

کاربردهای آلیاژ Anticorodal®-300 T61 در لندرور

مونتاژ لندرور تمام آلومینیومی

 ساختار قاب فضایی(spaceframe)

طراحی قاب فضایی(spaceframe) آلومینیومی برای اولین بار در سال 1994 با ، سدان لوکس چهار درب آئودی A8 معرفی شد. ساختار بدنه قاب فضایی توسط آئودی با همکاری Alcoa توسعه داده شد. این یک تکنولوژی کاملا مرتبط با آلومینیوم به عنوان بهره بری کامل از تمام مزایای ارائه شده توسط فرم های مختلف محصولات آلومینیومی: ورق، اکستروژن و ریخته گری است.با عنوان کانسپت آئودی Audi Space Frame یا (ASF) شناخته شده،که ساختار قاب فضایی(spaceframe) در درجه اول برای حجم تولید متوسط مناسب است.
در مفهوم قاب فضایی(spaceframe)، نقش عناصر ساخته شده برای یک ساختار بدنه ماشین متفاوت است:

•  پروفیل های حمل بار
•  ورق های استحکامی
•  عناصر شکل دهی اتصالات(گره ها).

در اصل، قاب فضایی(spaceframe)،بدنه آلومینیومی مستحکمی است،که در آن اجزای ورقی بزرگتر ادغام شده و عمل تحمل بار را به خوبی انجام میدهند. از نقطه نظر تولید مهندسی، قاب فضایی(spaceframe) بسیار انعطاف پذیر است. تغییرات می تواند راحت و ارزان در زمان معرفی نسخه های مدل بعدی انجام شوند.
ساختار بسیار سبک و مقرون به صرفه با آلومینیوم به معنای کاهش دوباره کاری، بدنه خود حمایت(self-supporting)(سازه ای که عناصر از هم حمایت میکنند) با یک ماده جدید و هندسه طراحی مناسب است .

 تکنولوژی قاب فضایی آئودی

قاب فضایی آئودی، از یک ساختار اسکلتی جادار از آلومینیوم اکستروژن با مقطع بسته ساخته شده است.پروفیل های آلومینیوم می توانند به صورت مستقیم یا منحنی (2D و 3D خم) باشند. اگر لازم باشد، همچنین اکستروژن چند سوراخ با طرح های مقطع خاص استفاده می شود. در گوشه های پر فشار و دیگر اتصالات، چار چوب به طور کلی توسط مجموعه، گره های دیواره نازک آلومینیومی تولید شده توسط ریخته گری با خلاء فشار بالا، متصل می شوند. بسته به نوع کاربرد، ریخته گری چند منظوره استفاده می شود.

هر دو فرآیند اکستروژن و فن آوری ریخته گری فشاری، روش ساخت بهینه برای آلومینیوم مناسب است.  
طرح بدنه با قاب فضایی امکان ادغام بخش بالا (به عنوان مثال کاهش بالقوه هزینه های تولید و قالب) و اجازه کاهش وزن بیش از 40٪ می دهد. اگر چه تولید کیفیت بالا با ساختار ریخته گری تحت فشار و بخش های اکسترود ماشین کاری شده نسبتا گران است، میزان قابل توجهی از صرفه جویی کل هزینه می‌تواند برای حجم تولید کوچک و متوسط در مقایسه با طراحی بدنه با ورق های تمام فولادی به دست آورد. اما ساختار قاب فضایی(spaceframe) نیز کاهش قابل توجهی از قطعات ورق فولادی شکل داده شده را نشان می‌دهد. به طور خاص اجزاء ورقی نصب شده بین عناصر چار چوب پیش نیاز مهمتری برای استحکام سراسری ساختار بدنه می باشد.

الف) آئودی (A8 (D2

آئودی (A8 (D2 از سال 1994 تا سال 2002 تولید شد. بدنه آلومینیومی آن وزن 249 کیلوگرم ، حدود 200 کیلوگرم کمتر از یک بدنه فولادی مشابه بود. از 334 قسمت (47 اکستروژن (14٪)، 50 ریخته گری (15٪) و 237 ورق کوبیده (71٪)) بود. در مقایسه با یک ساختار فولادی، تعداد عناصر بدنه به شدت (در حدود 25٪) کاهش می یابد، صرفه جویی در ابزار، فضای کاری و هزینه، قابل توجه است.
نسل اول از چار چوب فضایی AUDI شامل بخش بزرگی از اکستروژن خم 2D و 3D بود(آلیاژ EN AW-6060). برای قطعات بدنه خارجی،( آلیاژ Anticorodal®-120 (EN AW-6016، برای قطعات داخلی EN AW-6009 و برای قطعات ساختاری EN AW- 5182 مورد استفاده قرار گرفت.آلیاژ ریخته گری A356 بکار بده شده.

Audi Space-Frame ASF

نسل اول:(Audi A8(D2
ساختار قاب فضایی آلومینیومی-(Audi A8(D2 

تولید بدنه آلومینیومی اولین مدل (Audi A8(D2 با درجه کم اتوماسیون توصیف شد. مونتاژ تقریبا 75٪ با دست انجام شد.اتصال توسط گره های ریخته گری(نوعی مفصل ریخته گری Cast Nodes)،به کمک جوش MIG، برای افزایش تحمل بار، مورد استفاده قرار گرفت. یکی دیگر از ویژگی های خاص تولید بدنه D2 قرار دادن بدنه مونتاژ شده کامل در حرارت 210 ° C به مدت 30 دقیقه در کارخانه مونتاژ (یعنی قبل از فرآیند رنگ،) بود. هدف از این کار ایجاد استحکام لازم بدنه توسط سخت کاری زمانی "ایده آل" آلیاژهای AlMgSi در دمای T6 بود. اما تجربه نشان داد که عملیات حرارتی جداگانه بدنه آلومینیومی لازم نیست. که منجر به حذف این عملیات برای مدل آئودی بعدی با قاب فضایی(spaceframe) آلومینیوم (A2) شد. سطح مقاومت مورد نیاز را می توان با مرحله سخت کاری لاکور بک (درحدود 20 دقیقه در 180 ° C) بدست آورد، که به هر حال در پی روند حمام رنگ cataphoretic در سالن رنگ انجام می شود.

نمای جدا شده از آئودی (Audi A8(D2 قاب فضایی و بسته شدن

ب) آئودی A2

آئودی A2 - نسل دوم از تکنولوژی ASF

آئودی A2، اولین ماشین مینی تولید شده با بدنه تمام آلومینیومی در حجم بالا ، در سال 1999 تولید شده است. آئودی با شراکت Algroup Alusuisse (بعد از ALCAN) بدنه A2 را توسعه داد. وزن بدنه آلومینیوم A2 فقط 153 کیلوگرم، 43٪ کمتر از یک بدنه مشابه با فولاد های معمولی بود. وزن کل از نسخه A2 1.2 TDI با چرخ های آلومینیومی ریختگری بسیار سبک وزن و لاستیک ویژه که فقط 825 کیلوگرم است.این اولین خودروی 3 لیتری پنج درب جهان (به عنوان مثال مصرف سوخت به طور متوسط 2.99 لیتر در 100 کیلومتر) می باشد.

قاب حجمی(spaceframe) آلومینیومی آئودی A2

نسل دوم خودروی قاب حجمی آئودی شامل 60٪ پانل ورق، 22٪ ریخته گری و 18٪ بخش های اکسترود (نسبت وزنی)است. طراحی شده برای حجم تولید بالاتر از A8، در آن اصلاحات مهم و پیشرفت های جدید در زمینه ابزار، ریخته گری و فرآیندهای اتصال صورت گرفته. تعداد بخش های جداگانه در مقایسه با A8 به طور قابل توجهی کاهش می یابد (از 334 قسمت به 225 قسمت) :
- فشرده: 183 (81٪)
- اکستروژن: 22 (10٪)
- ریخته گری: 20 (9٪).
با ترکیب اجزای مختلف به موارد بزرگتر، در بیشتر بخش ها یا ریخته گری چند منظوره این پیشرفت ها به دست آورده شده است.

نمای جدا شده از آئودی A2

به عنوان مثال، A2 دارای یک فریم یک تکه کناری و ستون-B شامل یک ریخته گری بزرگ تک است، این در حالی که ستون-B سدان لوکس A8 از هشت قطعه مونتاژ شده است.
وزن می تواند از 4.18 کیلوگرم به 2.3 کیلوگرم کاهش یابد (هر چند ستون B A2 کمی طولانی تر است).

ریختگری یک تکه ستون B آئودی A2

استفاده از یک فرایند ریختگری فشار بالا با خلاء کنترل شده (High-Q- Cast®) قطعات ریخته گری به صورت مطمئن می توانند به درستی با ورق ها و اکستروژن ها با استفاده از جوش لیزر و MIG ترکیب شوند. آلیاژ ریخته گری به کار گرفته Aural®-2 (AlSi10MgMnFe) بود، شرط عملیات حرارتی برای رسیدن به مقاومت بالا و انعطاف پذیری خوب (در به حداقل رساندن اعوجاج هندسی قطعات ریختگری )در مدت خنک کاری بود.

سازه مونتاژ شده متشکل از سه جدار نازک آلومینیوم ریختگری شده

در نتیجه ریخته گری جدار نازک اشکال پیچیده که با استفاده از تکنولوژی جوشکاری لیزر MIG به هم جوش داده شدند.
بسیاری از اجزای بدنه اکسترود شده،با استفاده از تلرانس های هندسی بسته پروفیل های راست و خم مقاوم شدن. اما فرایند هیدروفرمینگ نه تنها امکان شکل دهی کنترل شده را با تلرانس هندسی کم ارائه می دهد. بلکه، عملیات سوراخ کاری،کوبش، برش طولی و فلنج می تواند در فرایند هیدروفرمینگ همانند شکل زیر برای فریم افقی سقف انجام شوند. آلیاژ EN AW-6014 برای همه اکستروژن ها مورد استفاده قرار گرفته است.

کلاف کناری سقف Hydroformed آئودی A2

آلیاژ (Anticorodal®-120 (EN AW-6016 در PX برای قطعات بدنه خارجی مورد استفاده قرار گرفت; برای قطعات درونی و ساختاری، آلیاژ ( Ecodal®-608 (EN AW-6181A بکار برده شد.
سه تا از فرآیندهای اتصال، جوشکاری لیزر پیشرفته، برای مونتاژ ساختار قاب حجمی(spaceframe) کافی بود عبارتند از:
- پرچ کاری خود سوراخ کن پرچ های 1800
-جوش MIG 20 متر
- جوشکاری لیزر 30 متر.
چار چوب زیر از بخش های اکسترود راست ساخته شده که با استفاده از جوش MIG به طور مستقیم به هم متصل شده،باعث حذف چندین ریخته گری مختلف مورد نیاز در A8 شده است.

ساختار کف A2

در مقایسه با ساختار فولاد فشرده معمولی،رتبه اتوماسیون حدود 85 درصد را کسب کرد. نتیجه این اقدامات در تلرانس ابعادی عناصر ساختار تنها 0.15 ± میلی متر در A2- یک ارزیابی مقایسه ای با گروه فولکس واگن شد.
A2 "جلوتر از زمان خود" در شرایط طراحی مطرح شده بود، اما سبک هنری مورد توجه مشتریان قرار نگرفت.آئودی از میزان فروش نا امید شد. تولید نهایی 175000 واحد تخمین زده می شود.

منبع:http://caddesign.ir