Det har skrivits mycket om Fords övergång till aluminium på 2015 års F150 lätta lastbilslinje och det har blivit en aktningsvärd framgång.

Aluminium har använts i bilsammanhang sedan 1920-talet, men formning av aluminiumplåt till bilkarosser har varit dyrt, svårt och, som en följd, begränsat till högkostnads, lågvolymfordon såsom sportbilar och tunga lastbilar.

Varför? Jo eftersom aluminiumplåt är notoriskt svårt att forma och foga, jämfört med stålplåt.

Vid pressning och stansning är återfjädringen ett problem och aluminiums egenskaper såsom snabb passivering i luft lämnar ett oxidskikt som komplicerar många svets- och ytbehandlingsprocesser. Men i huvudsak är det brist på erfarenhet av materialet som är det stora problemet.

Formning och punktsvetsning av stålplåt till hopfogade kaross- och ramkonstruktioner startade på 1960-talet. I mer än ett halvt sekel har alla tillverkningsprocesser mognat till den punkt där det är liten risk att välja just den metoden vid utveckling av nya produkter. Det är samma sak med aluminium.

Massmedia påstår att övergången till aluminium drivs av behovet av viktreduktion och förbättrad bränsleekonomi, men det är inte hela sanningen. Bilkomponenter av höghållfast, låglegerad stålplåt har givit markanta tjockleksminskningar och ett flertal viktminskningar på flera fordon, plus att de är lätta att forma och foga med konventionella teknologier.

De flesta moderna aluminiumbilkarosser finns på hybridbilar – inte i drivlinor, men stål används fortfarande i kritiska applikationer, särskilt som kollisionsskydd av passagerarutrymmen.

Novelis på hugget

Novelis, med bas i amerikanska Atlanta, har infört vad man kallar sin Advanz 7000-serie aluminiumplåt som är två till tre gånger starkare än dagens högvolymplåt av aluminium.

Dessa nya legeringar möjliggör användning av aluminium i säkerhetskritiska bärande komponenter såsom stötfångarsystem, dörrkrockbalkar, B-stolpar och andra komponenter i säkerhetsburen. Novelis påstår att den extra styrkan kommer utan att offra formbarheten.

Novelis levererar plåt till Ford för F150-programmet liksom till Range Rover och Jaguar XE. Man har utvecklat den senaste generationen högvolymplåt i aluminium 6111, 6016 och 5754.

Förenklad sammanfogning med nya aluminiumsorter

Minskningen eller avlägsnandet av blandmetaller i bilkarosserna sänker avsevärt utmaningen med sammanfogning i dagens massproduktion.

T.ex använder Cadillac flytborrskruvar till en avsevärd andel av sin lilla bilplattform. Trots att robotar dramatiskt har minskat kostnaderna för mekaniska fästelement gäller fortfarande det gamla axiomet inom bilindustrin, ”använd aldrig en skruv där en punktsvets kan användas”.

Även avancerade strukturlimmer fungerar bäst då de limmar ihop materials med olika utvidgningskoefficient. Och galvanisk korrosion kan aldrig krypa in mellan limmade metaller av samma sort.

Pressning och prägling av aluminiumplåt har aldrig varit lätt, men kombinationen av Fords framgångsrika erfarenheter med F150-programmet och modern mjukvarusimulering får det att fungera. Denna mjukvara minskar antalet verktygsuppställningar som behövs för att anpassa återfjädringen och de unika flytegenskaperna hos lättlegeringar under tryck.

Det är nu möjligt att lägga ut 1 miljard USD för att lansera en ny fordonsplattform, och mycket av det priset ligger på verktygssidan. Simuleringsmjukvaran ger konstruktören möjligheter att specificera nya material med förtroende.

Lika viktigt som kostnadsreduktionen ihop med enklare sammanfogning är att föra över aluminiumbilarna från högmarginalfordon till massproduktion. Detta sätter dock mer tryck på stålsamhället att ytterligare neddimensionera sina konstruktioner med t.ex AHSS.

Den som förlorar mest i denna konkurrens är kolfiberkompositer. Dessa är för närvarande det ultimata inom höghållfasthet och låg vikt, men även med automatiserad uppläggning och förpreparerade material blir det dyrt. Med massproduktion av helaluminiumstrukturer blir viktfördelarna med kolfiber mindre jämfört med stålstrukturer.

Det är troligt att för alla utom för specialanvändning i lyxfordon, kommer kompositkonstruktioner att bli försenade många år och blir nog aldrig huvudinriktningen.

Men finns det egentligen något långsiktigt hot mot aluminium inom bilindustrin? Om så kommer det från termoplaster, inte från kompositer eller HSS.