Cấu trúc khung bằng hợp kim nhôm trong xe hơi

Trước đây, nhôm đã được dùng cho các bộ phận khác nhau trên vỏ, thân xe của nhiều hãng sản xuất ô tô. Hiện nay một vài hãng đã sử dụng hợp kim nhôm cho toàn bộ cấu trúc khung, tạo nên những mẫu xe mới với nhiều hình dáng khí động học khác nhau.

Vì sao nhôm lại được các hãng ô tô được sử dụng?

Thứ nhất: Trọng lượng nhẹ. Điều này có thể giúp chiếc xe tăng tốc nhanh hơn và khoảng cách dừng khi phanh ngắn hơn. Thứ hai: Có độ bền cao. Thứ 3: Khả năng tái chế hầu như 100% và cuối cùng là nhôm có thể tạo thành nhiều cấu trúc khác nhau.


Cụ thể hơn, nhôm là một kim loại nhẹ có độ cứng khá tốt hiện nay. Một trong các thế mạnh của hợp kim nhôm là độ chống xoắn cao. Phẩm chất này được nâng lên cao hơn trong quá trình đúc ép tạo hình đa ngăn. Một thanh nhôm được thiết kế với nhiều ngăn bên trong sẽ làm tăng độ chắc chắn và độ cứng. Điều này góp phần làm ổn định chiếc xe hơn khi vào cua và sự phân bổ sức mạnh đến các bánh xe đang vận hành hợp lý hơn.

Trong những mẫu xe công suất cao, lý do chính của việc sử dụng nhôm là độ an toàn. Những mẫu xe công suất cao được thiết kế để vận hành tại các tốc độ lớn, mà có thể dẫn đến một sự hư hại nặng nề cho chiếc xe khi một va chạm xảy ra. Ưu thế của nhôm nằm ở chỗ nó phản ứng lại với các lực va chạm. Những nhà thiết kế ô tô có thể sử dụng tính dễ dự đoán trước này đẻ thiết kế những mẫu xe mà hấp thụ được năng lượng va chạm, hơn nữa, những thanh truyền bên trong khung nhôm có ngăn sẽ truyền năng lượng va chạm quanh khu vực người ngồi trong xe. Có một xu hướng chung với những kiểu thiết này. Những bộ phận bị hư hại từ một va chạm thường được thay thế để khôi phục tình trạng nguyên vẹn và an toàn trong cấu trúc của những mẫu xe này.

Một số mẫu xe nổi tiếng có cấu trúc khung hợp kim nhôm

Audi đã giới thiệu chiếc R8 với một cấu trúc khung được xây dựng với 69% nhôm kim loại. Một số đoạn khung có cấu tạo ngăn khoang (thường là 5 hoặc 8 khoang) đối với trụ B. Điều này có phần khác biệt so với phần khung của mẫu R8 đời trước - chỉ sử dụng sáu phần đúc cho cấu trúc.

Cấu trúc của chiếc R8 căn bản là thép dành cho ô tô GMA (MIG) được hàn lại với nhau, nhưng cũng sử dụng sự liên kết bằng đinh tán và các chốt ren để ghép nối. Audi đã hoàn thành quá trình lắp ghép cấu trúc của phần trước và sau sao cho có khả năng hồi phục sau những hư hại từ va chạm. Khi thay thế những bộ phận trong cấu trúc khung bị hư hại, nhà máy sử dụng phương pháp lắp ráp tương tự như ban đầu. Khu vực được hàn chỉ được cho phép trong một số vùng, chẳng hạn như bên ngoài trụ A, bên ngoài các pa nô cửa, và chọn các phần đúc ép được sửa chữa thủ công. Tất cả các mối nối đều được thực hiện bằng phương pháp hàn hồ quang.

Cũng đáng chú ý rằng Audi đã sử dụng một cấu trúc khung nhôm/thép cho chiếc TT coupe và roadster hiện tại từ năm 2007.

Hãng Jaguar trình làng mẫu XK đời 2006 được thiết kế lạo với một cấu trúc khung nhôm mới thay thế cho thiết kế khung bằng thép. Cấu trúc khung xe liền thân tiên tiến mới của chiếc XK có phần đúc nguyên khối nhiều gấp hai mẫu sedan hàng đầu XJ của Jaguar, và các phần có cấu tạo ngăn khoang nhiều hơn gấp ba. Việc sử dụng nhiều hơn bộ phận đúc nguyên khối và cấu trúc ngăn khoang đã dẫn đến việc xây dựng một chiếc xe với một cấu trúc vững chắc với ít các bộ phận hơn.


Các bệ cửa là một ống lớn dạng chữ C có khoang ngăn với các gờ nổi nối tiếp với nhau. Chiếc XK sử dụng sự kết hợp của 6.000 mối ghép tương tự như thiết kế của chiếc XJ hiện tại.

Chiếc XK có một thiết kế cấu trúc khung độc đáo, sử dụng phần lớn là đinh tán và chốt ren cho việc ghép nối. Kết cấu trước có một ống tuýp dạng chữ nhật liên kết với các phần khác bằng bu lông có tác dụng làm giảm tốc độ của những sự va chạm. Nếu va lực va chạm truyền qua ống tuýp phía trước, các phần liên kết với nó thông qua bu lông cũng sẽ bị ảnh hưởng.

Thay vì sử dụng sự kết nối bằng chốt ren, chiếc XK coupe và convertible phần lớn sử dụng đinh tán cho phương pháp thay thế từng bộ phận, trong khi định ra giới hạn số lượng mối hàn và mặt cắt. Các đinh tán được sử dụng cho sự sửa chữa bao gồm các đinh tán cố định, đinh tán chìm và bu lông không ren.

Corvette Z06 đời 2006 sử dụng một khung nhôm có các thanh dọc sườn xe dày 4mm tại hầu hết các vị trí. Kết cấu ngăn khoang cũng được sử dụng cho việc gia cố cản trước, trụ A và thanh gia cố mui xe. Nhôm dập tạo hình được sử dụng để xây dựng trụ B, sàn xe bên trong và cấu trúc rãnh. Nhôm đúc được sử dụng cho các vị trí khung của hệ thống treo phía trước và sau. Cấu trúc khung nhôm của chiếc Z06 căn bản được hàn hồ quang, các đinh tán cố định được sử dụng cho việc lắp ráp các mảnh được dập tạo hình lại với nhau.

Trong khi những mẫu xe có thể có sự khác nhau trong thiết kế cấu trúc, nhưng tất cả chúng đều chia sẻ một trong những quy tắc chung. Việc sử dụng khung nhôm cho những chiếc xe có công suất cao là để tối đa hóa khả năng của chúng và để bảo vệ người ngồi bên trong nếu có va chạm xảy ra.