Parti strutturali con profilo in alluminio estruso nella produzione di veicoli

Secondo le informazioni, circa il 60% degli ordini esistenti dei produttori europei di locomotive e veicoli sono veicoli con carrozzeria in alluminio. 20 anni fa, tali ordini erano solo del 2% - 3%. Ora la struttura in alluminio è stata applicata in ghiaccio, tgv-2n, etr460, etr500, treno Talgo Hotel e altri treni ad alta velocità, nonché molti veicoli di trasporto ferroviario suburbano e urbano.

L'adozione di parti strutturali in alluminio estruso è iniziata nei primi anni 1970. A quel tempo, il progresso scientifico e tecnologico nell'applicazione dei profili in alluminio aveva permesso di realizzare componenti in alluminio in base alla forma e alle dimensioni richieste. Questo componente in alluminio è stato applicato alla carrozzeria basculante dei treni adatti in Gran Bretagna. Tuttavia, a quel tempo, l'applicazione di componenti in alluminio estruso non produceva grandi benefici, cioè i prezzi più elevati dei materiali non venivano compensati per la riduzione del carico di lavoro di produzione. A quel tempo, l'uso di parti strutturali di grandi dimensioni riduceva solo il carico di lavoro di produzione della carrozzeria del 40% e riduceva il peso morto della carrozzeria lunga 26 m a 7,5 t, mentre il peso morto del corpo vettura in acciaio lungo 26 m era 11 T. Nel 1970, il dipartimento ferroviario ha prestato maggiore attenzione al calcolo del costo totale dell'intera vita utile dei veicoli (costo di acquisto più costi di esercizio e manutenzione). Si sono resi conto che il consumo di energia di trazione del treno deve essere mantenuto allo stesso livello, che dipende in gran parte dal peso autonomo del materiale rotabile.

Successivamente, alcune nuove misure tecniche e tecnologiche, la più importante delle quali è stata raggiunta a metà degli anni 1980, come l'adozione del metodo di estrusione di parti strutturali di grandi dimensioni del guscio a doppio strato, che ha ridotto al minimo la necessità di fissaggi trasversali, ha ulteriormente ridotto il tempo di produzione del corpo in alluminio del veicolo, ridotto del 50% rispetto ai veicoli in acciaio, ed è stato possibile realizzare il corpo del cilindro a doppio strato secondo il metodo convenzionale, e quindi l'apertura dei fori delle finestre Le operazioni di saldatura sono tutte completate nel processo di operazioni tecniche unificate, utilizzando solo parzialmente la tecnologia e le attrezzature dei robot.

Ora, quando i dipartimenti ferroviari riducono gradualmente e di più la loro partecipazione allo sviluppo di nuovi veicoli e implementano politiche di acquisto al fine di ridurre i costi di produzione iniziali e le spese operative future, i produttori hanno una maggiore libertà nell'adottare nuove strutture e materiali per soddisfare le esigenze tecniche degli abbonati e adattarsi al trend di sviluppo del mercato. Le parti strutturali del profilo in alluminio estruso presentano anche altri vantaggi nel soddisfare alcuni severi requisiti per la struttura del veicolo. Ad esempio, la rigidità della struttura di estrusione del guscio a doppio strato può garantire che l'impatto aerodinamico prodotto quando il treno ad alta velocità si incontra abbia una resistenza all'impatto speciale. Un'altra caratteristica importante della carrozzeria con questa struttura è la sua grande rigidità longitudinale. Il rapporto tra rigidità longitudinale e trasversale può raggiungere 70:30, mentre il rapporto tra carrozzeria in acciaio è 40:60. Inoltre, i profili in alluminio possono anche soddisfare i requisiti di una buona forma esterna, senza l'uso di riempitivi e molto lavoro manuale. Ad esempio, per alcuni modelli di ferrovie federali tedesche, poiché non viene utilizzato alcun riempitivo, dopo il calcolo, insieme al rivestimento della vernice, il peso autonomo può essere di 500 kg.

L'uso di parti strutturali con profilo in alluminio estruso rende anche i produttori di veicoli ad affrontare compiti complessi. Devono trovare un equilibrio tra i prezzi della manodopera e dei materiali e fare in modo che i progettisti si sforzino di raggiungere questo equilibrio. Dovrebbe essere chiarito che il materiale è solo un fattore nell'intero concetto. Anche il processo di produzione e il processo tecnico adottato dovrebbero essere formulati in dettaglio per renderlo conforme alla capacità produttiva dell'impresa e bilanciare con l'investimento.

Ad esempio, per la maggior parte delle aziende produttrici di macchine, ridurre al minimo le riserve dei mezzi di produzione è una priorità assoluta. La scelta dei materiali e dei processi da parte dei progettisti ha un impatto significativo su questo. ABB ha una linea di produzione in grado di produrre 8 veicoli con carrozzeria in alluminio ogni settimana, il che riduce il costo totale dello stoccaggio del materiale dell'8%. Tuttavia, questo equilibrio è facilmente distrutto a causa dei cambiamenti nel processo tecnico causati dall'uso di materiali. Ad esempio, quando il passaggio dalla saldatura all'incollaggio richiede più riserve giornaliere per compensare il considerevole tempo necessario per l'incollaggio dell'indurimento.

Un altro fornitore leader di profili in alluminio per la produzione di materiale rotabile è la società tedesca VAW. I leader dell'azienda prevedono che vi sia una grande tendenza di sviluppo nella standardizzazione della struttura del veicolo e nell'adozione del metodo di progettazione dei moduli (questa tendenza è stata rafforzata a causa della domanda del mercato, quindi ha il sostegno dei produttori) e ritengono che considerando la domanda del mercato per la regionalizzazione del trasporto ferroviario locale in Germania, alcune aziende private presteranno maggiore attenzione all'utilizzo di una struttura di moduli standardizzata per soddisfare in misura maggiore le esigenze dei singoli committenti. Attualmente, vari produttori europei di locomotive e veicoli hanno un gran numero di idee di design e queste idee si basano sulla progettazione di moduli. Questa trasformazione verso la standardizzazione e la modularità è vantaggiosa sia per i produttori che per gli utenti. L'espansione dell'uso di profili in alluminio nella produzione di veicoli ridurrà notevolmente il ciclo di produzione grazie al più ampio uso della saldatura automatica.

È anche ovvio che i veicoli con carrozzeria in alluminio saldato hanno un'elevata resistenza al carico d'impatto, che favorisce il miglioramento della sicurezza di guida. ABB ha investito 1 milione di sterline per organizzare ed eseguire il test di distruzione della struttura in alluminio e ha ottenuto risultati soddisfacenti e, soprattutto, i risultati attesi dei test. L'azienda ha anche accumulato una preziosa esperienza pratica nella riparazione dei metodi di guasto dei veicoli incidentati. All'inizio del 1994, il test di danneggiamento sul campione di prova di autovettura a due piani del treno tgv-2n ordinato da GEC Alstom in Francia ha dimostrato che quando la forza d'impatto era di 250 t, a causa dell'energia d'impatto assorbita di 8 mj, la struttura è stata estrusa per un totale di 80 cm e il corpo in alluminio è rimasto intatto nel suo complesso.

Allo stesso tempo, il riconoscimento dei vantaggi del corpo auto in alluminio non è privo di problemi. I costruttori di locomotive e veicoli con carrozzeria in acciaio hanno espresso preoccupazione per l'enfasi sull'alluminio nel processo di produzione dei treni di ghiaccio in Germania e hanno condotto uno studio per confermare la superiorità dell'acciaio nel 1994. Tuttavia, come prima, l'uso della struttura in acciaio porta ad un aumento di circa il 20% del peso morto della carrozzeria.