AHSS viktminskning av lastbilskomponenter

För många lastbilsförare handlar viktminskning inte så mycket om bränsleeffektivitet som om totalkostnad och frakteffektivitet: att kunna få högre intäkter genom att transportera mer – samtidigt som man håller sig under de lagstadgade viktgränserna. Vissa lastbilskomponenter som har övergått från traditionellt kolstål till lättviktsaluminium, eller till och med kolfiberförstärkta polymerer (CFRP), är nu bra kandidater för mer ekonomiska och hållbara avancerade höghållfasta stål (AHSS).

Följer bilindustrins ledstjärna inom viktminskning

Användningen av AHSS och UHSS (ultrahöghållfasta stål) i bilar ökar ständigt med nästan varje ny billansering eller modelluppdatering. En del av denna AHSS/UHSS-användning är för att uppfylla strängare säkerhets- och krockstandarder. Men viktminskning är förmodligen den främsta orsaken och fordonsexemplen ger en del riktlinjer för möjligheterna till viktminskning av lastbilar.

UHSS batteripaketskydd för ellastbilar

För att uppfylla de globalt överenskomna klimatmålen måste alla lastbilar – inklusive stora riggar för långa transporterar – så småningom använda antingen elektriska batterier, bränsleceller eller vätgasförbränning. Men innan ellastbilar blir vanligare måste lastbilsindustrin (åtminstone i USA) ta fram krockstandarder för batteripaket.

Problemet är att det inte finns någon känd standard för hållbarhetstestning av batteripaket (för tunga lastbilar), såsom ett kollisionstest av fordon och det finns inte heller någon standard på ett sätt att skydda paketet. Helst bör batterierna förpackas i rambalkarna och skyddas från passerande fordon, utan ytterligare struktur och vikt, men det verkar inte genomförbart för dagens arbetscykler och den mängd batterier som krävs.

Stater NACFE (North American Council for Freight Efficiency)

Faktum är att lastbilstillverkarna kan dra nytta av en del av det banbrytande arbete som redan utförts av bilindustrin, som har batteriskyddsstandarder för batteribilar. Dagens elbilar har batterihöljen (även kallade batteritråg, burar eller ramar) som använder lätt aluminium och/eller AHSS-stål på innovativa sätt.

Den mest utmanande krocksäkerhetsstandarden för batteribilar är sidokrocktestet. Faktorer som är viktiga är bland annat vikten på elbilsbatterierna, deras storlek och behovet av att kunna stå emot kollisioner för att inte orsaka värmebränder i battericellerna – vilket är praktiskt taget omöjligt att släcka.

Konstruktörer av batteribilar har hanterat dessa utmaningar genom att placera batterier under passagerarutrymmets golv och i sin tur göra höljet till en viktig, multifunktionell komponent i karossen. SSAB har i sin tur föreslagit ett designkoncept för elbilar som bland annat innehåller ett förslag på ett batterihölje med låg vikt, energiupptagande tröskellådor, energiöverförande tvärbalkar och en 3D-kallvalsad batteribärande konstruktion i Docol® 1700 MPa martensitiskt stål. Ramen runt batterilådan skyddar inte bara batteripaketet från stötar: det är också en stabiliserande konstruktion som ger vridstyvhet och inspiration till framtida konstruktioner av batteridrivna fordon.

ellastbil

Docol® AHSS-stål för batterihöljen, bränsleceller och vätgaslagring

Tabell över potentiella AHSS-sorter för batterihöljen, bränsleceller och vätgaslagring
Potentiella AHSS-sorter för tillämpningar indikeras med mörkgrå bakgrund. Gula texter anger sorter som för närvarande är under utveckling.

Lastbilschassiramar och ramskenor med UHSS

Det viktigaste för konstruktörer av lastbilsramar är materialets styrka, styvhet och utmattningsegenskaper – eftersom lastbilschassin ständigt utsätts för stötbelastning och vridning. En

traditionell ram i klass 8 (USA) är en stålkonstruktion med 120 ksi (827 MPa) stål. Genom att konvertera lastbilens ram till exempelvis 160 ksi (1100 MPa) Docol® kallvalsat 1100M martensitiskt stål kan lastbilstillverkarna minska tjockleken och spara 90 kg.

För att uppnå ytterligare viktminskningar undersöker lastbilskonstruktörer hur man kan skräddarsy tjockleken på stålet över ramskenans längd för att optimera AHSS-hållfastheten där det behövs. De kunde också köra kostnads-/nyttoanalyser för ännu starkare UHSS-stål, till exempel Docol® varmvalsat, kallformat 1200M.

NACFE rapporterar att en lastbilstillverkare nyligen slutade erbjuda aluminiumramskenor, förmodligen på grund av bristande hållbarhet. En deltagare i NACFE-enkäten rapporterade att ”De (ramskenor av aluminium) utmattas inte, de misslyckas katastrofalt.” (NACFE„-rapport: Viktminskning 2021.)

Rapporten fortsätter med att notera att aluminiumets lägre elasticitetsmodul (styvheten) jämfört med stål gör att aluminiumsprickor är ett vanligt problem, vilket utesluter aluminiumramskenor för en rad viktkänsliga lastbilsförare, till exempel tankbilar.

Göra hållbarare tvärbalkar för lastbilar

Medan lättviktstvärbalkar i aluminium blir allt populärare är många lastbilstillverkare oroade över aluminiumtvärbalkarna, eftersom de har aluminiumramar: aluminium saknar långsiktig hållbarhet när det gäller styvhet, vridning och utmattning. AHSS-stål kan visa sig vara det mer hållbara och ekonomiska alternativet för tvärbalkar i lastbilar.

Docol® AHSS-stål för lastbilsramar och chassin

Tabell över potentiella AHSS-stål för lastbilsramar och chassin
Potentiella AHSS-sorter för tillämpningar indikeras med mörkgrå bakgrund. Gula texter anger sorter som för närvarande är under utveckling.

Lättare lastbilshytter med AHSS

Inte ens de mest viktkänsliga lastbilsföretagen (bulktransportörer) vill använda kortare sovsektioner för att spara vikt: det är helt enkelt för viktigt att bibehålla förarnas bekvämlighet med ”borta men som hemma”-känslan.

Å andra sidan, när det gäller ägare-operatörer så uttryckte en vagnparksadministratör det på det här sättet, ”viktning är (frakteffektivitet) intäkter ... Jag anlitar endast ägare-operatörer med dragfordon som väger mindre än 7 260 kg”. Oavsett om de

använder företagets förare eller ägare-operatörer – är det tydligt att det är viktigt att hålla koll på vikten på sovdelen, särskilt när dessa sektioner blir allt större, såsom ”lägenhets- eller höghushytterna”. NACFE-rapporten påpekar, ”Med de många innovationerna

inom stål finns det stor potential att minska vikten samtidigt som man upprätthåller en gemensam leveranskedja.”

hyttram

Hyttram.

Docol® AHSS-stål för lastbilshytter

Tabell över potentiella AHSS-stål för lastbilshytter

Potentiella AHSS-sorter för tillämpningar indikeras med mörkgrå bakgrund. Gula texter anger sorter som för närvarande är under utveckling.

Ökad säkerhet med lastbilsstötfångare och underkörningsskydd med AHSS

Lastbilskonstruktörer noterar att OEM- och tier 1-leverantörer börjar konstruera och använda ultrahöghållfasta stål för stötfångarsystem. UHSS-sorter som presshärdningsstål Docol® PHS 1500 och PHS 2000 bidrar till att skapa viktbesparande, kostnadseffektiva stötfångare med högt kollisionsskydd.

Lättare tryckluftstankar för lastbilsbromsar

Aluminiumtankar kan vara upp till 14 kg lättare än konventionella tankar av ordinärt stål. Avancerat höghållfast stål kan dock matcha aluminiumets vikt, till betydligt lägre kostnader.

Kombinera lastbilens lufttankar med tvärbalkar

Volvo har byggt en konceptlastbil som kombinerade en lufttank av aluminium som integrerats som tvärbalk. En liknande idé skulle kunna använda Docol® AHSS-stål, som inte bara är mer ekonomiskt än aluminium, det har också samma inneslutna CO2-ekvivalenter som återvunnet stål, även om det till stor del är tillverkat av ny järnmalm.

Minska formningskostnaderna för takplåtar till dragfordon

Takplåt hjälper dragfordon att bli mer aerodynamiska och i sin tur mer bränsleeffektiva. Men materialkonvertering, till antingen aluminium eller formsprutad plast, kan helt enkelt vara utom ekonomiskt räckhåll för den relativt låga volymmarknaden för klass 8-lastbilar.

NACFE rapporterar: ”Ett stort formsprutningsverktyg för att tillverka takformarna kan kosta över 1 miljon USD och ett stansverktyg för aluminiumkarosser kan gå löst på 1,5 miljoner USD.” Mer ekonomiskt AHSS-stål, som formas av utrustning som tillverkaren förmodligen redan har, kan vara en bättre viktminskningsmetod för takdetaljer.

Ökad hållbarhet för vändskivor med AHSS

Dragbilars vändskivor är traditionellt en tung komponent, utformad för frekvent in- och urkoppling av släp. NACFE noterar att aluminium kanske inte är det bästa valet för vändskivor när ”... det är vanligt att spindeltappen slår snett, vilket orsakar skador på (aluminium) halsen eller ramperna ... De är (dessutom) dyra jämfört med modeller med stansat och gjutet stål, så (att) den totala acceptansen är mycket låg. ”

Potentiella AHSS-stål för stansade vändskivor inkluderar Docol® martensitiska stålsorter.

Kostnadseffektiva, lätta lastbilshjul

Under de senaste åren har både tillverkare av stål- och aluminiumhjul lyckats minska vikten på sina produkter. Genom att ytterligare öka hållfasthetsnivåerna med stålsorter som lätt kallformas till sträckta flänskanter och har höga hålexpansionsgrader, kan stålhjulstillverkare uppnå ytterligare viktminskning till attraktiva priser.

Potentiellt varmvalsade Docol® AHSS-stål för fälgar är HR800CP, HR800HER eller HR600FB.

Instrumentpanelkonstruktioner

Aluminium har ersatt vissa panelkonstruktioner, men naturligtvis till en högre kostnad. Genom att ”ersätta bytet” med AHSS-stål, såsom kallvalsad Docol® CR600DP-plåt och precisionsrör, kunde lastbilstillverkarna få en konkurrenskraftig och lätt fördel.

Erbjuder lätta lastbilskomponenter till attraktiva priser

Utöver deras styrka/lättviktspotential och attraktiva pris jämfört med aluminium och CFRP-stål, kan AHSS- och UHSS-stål ofta tillverkas med kallformningsutrustning som lastbilstillverkarna redan använder – med relativt små uppgraderingar av verktygen. Som tidigare nämnts är Docol® AHSS/UHSS-stål också extremt CO2-effektiva.

Är du redo att dra nytta av kunskapen om viktminskning inom AHSS/UHSS inom fordonsindustrin? Kontakta din lokala Docol® representant. Dina frakteffektiva kunder kommer att tacka dig.

Relaterat innehåll

5