SINTESI CONVEGNO ATA MATERIALI SU ALLEGGERIMENTO AUTOMOTIVE

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1 Giuseppe Righes Andrea Pipino

2 La quarta edizione del convegno ATA Materiali si è tenuto quest anno a Torino nei giorni 27 e 28 Febbraio presso l Aula Magna del Politecnico di Torino nella sede del Lingotto ed è stata incentrata sul tema di come i nuovi materiali e processi impatteranno sull alleggerimento dei veicoli del futuro. Si tratta di un tema di grande attualità ed interesse per tutti i settori dei trasporti ed in particolare di quello automotive che dovrà confrontarsi con legislazioni internazionali sempre più stringenti per quanto concerne le emissioni di CO2 e quindi dei consumi di carburante che in parte dipendono anche dal peso del veicolo stesso. Il convegno che ha avuto quest anno un carattere internazionale con la presenza di parecchi delegati e oratori stranieri di diversa nazionalità (Spagna, Francia, Germania, Olanda, Inghilterra, Cina ) ha rappresentato un momento di incontro per fare discutere insieme tutti gli attori della filiera sulle necessità dei costruttori d auto, sull offerta tecnologica e di materiali, includendo le metodologie ingegneristiche per progettare in ottica alleggerimento nel modo più avanzato.

3 Due giorni di convegno per 4 sessioni: S1 - Lightweight Overview, S2 - Metals and Alloys, S3 - Plastics and Composites S4 - Material know-how for reliable design + 2 KNS (key note speech) 120 partecipanti 26 presentazioni 1 area exhibition

4 KNS - Automotive Lightweighting Materials: current trends and future scenarios Paolo Martino A partire dal 2020: da 120 g/km a 95 g/km CO2. Nuovi materiali nel body-in-white (BiW) contribuiranno al 15% alla riduzione del peso (vettura classe media) L acciaio resterà un materiale importante a cui si aggiungeranno leghe leggere (alluminio e magnesio) e compositi plastici I costruttori automobilistici dovranno sempre più diventare anche esperti di materiali per poterne sfruttare al massimo le loro caratteristiche.

5 S1 - ALIVE Project: Advanced high volume affordable lightweighting for future electric vehicles Jens Meschke Progetto di ricerca ALIVE, all interno del quale una ventina di aziende collaborano per studiare soluzioni progettative e tecnologiche per ridurre il peso di vettura di circa il 40%. Orientato principalmente su veicoli elettrici Riduzioni peso previste: BiW: 45 % Chassis: 25 % Parti mobili: 25 % Componenti interni: 30 %

6 S1 - From racing to automotive: advantages of composite materials Andrea Giubellini Alleggerimento: fondamentale nel settore delle auto da corsa ma si può e deve trarre vantaggio da tale esperienza per applicazioni su vetture di serie da strada. In ambito racing, la sicurezza occupa un posto di primaria importanza ed è ben supportata dall'utilizzo di materiali compositi. L ottimizzazione dei componenti in composito dei veicoli implica differenti teorie di rottura, in grado di considerare la rottura delle pelli, la delaminazione, la propagazione dei difetti, criteri energetici.

7 S1 - Lightweight Design - Every Gram Counts Davide Ferrario Quando si usa un nuovo materiale bisogna ripensare profondamente alla forma con un focus sulla funzione dello stesso e, dove possibile, cercare l integrazione di più funzioni. Nei bus e nei veicoli commerciali sono state introdotte nuove soluzioni di componenti basati su alluminio estruso o colato, acciai alto-resistenziali e compositi plastici rinforzati con fibre vetro o combinazioni di più materiali. Con approccio multi-materiale si possono raggiungere riduzioni peso che vanno da un 25% fino ad un 60%.

8 S1 - XAM 2.0: a E-REV city vehicle made of aluminum and composite materials Massimiliana Carello Prototipo di vettura elettrica XAM 2.0 con l obiettivo della sostenibilità e dell alleggerimento. Si tratta di un veicolo a due posti dal peso di 411 kg.

9 S2 - Global approach and related examples for weight savings on modules Luca Marinoni Con il progetto Arcelormittal «S-in motion» si può alleggerire: - il BiW del 20% con soluzioni quali l anello porta stampato a caldo in un pezzo unico, - le porte alleggerite contenenti acciai ultra alto-resistenziali, - pannelli esterni ultra-sottili e stampati a caldo a resistenza maggiorata (2000 MPa rispetto ai circa 1000 MPa di oggi).

10 S2 - AHSS (Advanced High-Strength Steels) in Baosteel Yong Zhong Descritti gli acciai di: 1 a generazione (Advanced High Strength Steel) 2 a generazione (TWinning Induced Platicity austenitici - TWIP) 3 a generazione (nuovi Advanced High Strength Steel) per i quali sono in sviluppo: tipo Q&P (Quenching & Partitioning), medio tenore di Manganese, TWIP zincati e δ-trip. Questi materiali risultano avere alto contenuto innovativo e, quando saranno sviluppati completamente, daranno ai progettisti molti gradi di libertà in più rispetto ad oggi.

11 S2 - High ductility AHSS: a new trend to match lightweight challenges Sabine Köllerer Sono in sviluppo acciai alto-resistenziali per automotive a formabilità migliorata. In corso studi specifici sul comportamento degli acciai di tipo dual-phase, TRIP e multifase

12 S2 - Constellium aluminum development to supply all automotive OEM s Hervé Ribes La ricerca attuale vede in sviluppo leghe delle famiglie 5XXX 6XXX e le altoresistenziali 7XXX che, se ben utilizzate, tutte insieme, possono portare a risparmiare, sulla scocca, il 40% in peso rispetto gli acciai, con un costo di 3 /kg alleggerito. Discusse politiche sul riciclo

13 S2- Tailored Solutions in Lightweight design Mario Padovani La tecnologia TWB (Tailored Welded Blanks) permette di ridurre i costi, riducendo lo scarto in produzione e permettendo l accorpamento di più componenti anche a spessori variabili. Si risparmia sia sui costi fissi, in quanto si hanno stampi in meno da produrre e gestire, sia sui costi variabili in quanto si acquista solo il materiale realmente utilizzato. Tecnologia applicabile sia agli acciai che agli allumini e si possono produrre stampati e/o tubi con due o più spessori differenti.

14 S2 - New processes for Aluminium Castings Luis de Prada Martin Si è discusso della possibilità di ottenere complicate geometrie con l accoppiamento del processo di fusione (casting) dell alluminio con tecnologie di estrusione e laminazione. Il miglior compromesso, ad oggi, sembra essere il processo HPDC (High Pressure Die Casting) ma nuove tecnologie si affacciano al mondo dei componenti automotive, tra cui l EPGS (Electromagnetic Pump Green Sand) ed il processo di formatura a stato semisolido.

15 S2 - Plasma electroxidation of light alloys to enhance wear and corrosion resistance of automotive components Amaya Igartua Tecniche innovative di ricoprimento, potenzialmente utilizzabili per componenti motore. I componenti interessati sono cilindri e pistoni ed il coating permette di incrementare le caratteristiche di resistenza all usura e durezza. Leghe come Al7Si con trattamento termico e ricoprimento in oggetto sembra essere la soluzione migliore. Lo stesso trattamento può essere proposto per pistoni in magnesio.

16 KNS - EVolution Project: the electric vehicle enabled by advanced materials highly hybridized into lightweight components Elena Cischino Il progetto europeo EVolution verte sulla riprogettazione del prototipo Nido (un veicolo completamente elettrico con BiW in alluminio progettato da Pininfarina) con l obiettivo di limitare il peso a 600 kg rispetto agli 850 kg attuali (- 30%). La nuova vettura verrà realizzata sfruttando diversi materiali: acciaio ultra-resistenziale, alluminio colato, schiume di alluminio, polimeri rinforzati con vetro, fibre naturali polimeri riciclati.

17 S3- The HIVOCOMP-project: two new material concepts for high volume, structural composite parts for road transport applications Ignaas Verpoest Il progetto europeo HIVOCOMP prevede lo sviluppo di due materiali compositi per la produzione di massa di componenti automobilistici: Poliuretano (PU) con caratteristiche meccaniche superiori Plastica auto-rinforzata (Self Reinforced Composite) a base polipropilene e poliammide con inserimento di fibre di carbonio per aumentarne la rigidezza.

18 S3 - Losing weight looks great Ugo Fresia Le materie plastiche possono andare a sostituire gli attuali materiali delle vetture: policarbonato per le vetrature (risparmio di peso fino al 35%), plastiche per parafanghi, portelloni posteriori elementi in composito per lo smaltimento di energia in caso di urto, nastri con fibre unidirezionali basati su termoplastici per impieghi strutturali.

19 S3 - TenCate Thermoplastic Composite Materials and Applications in Automotive Sebastiaan Wijskam Il loro obiettivo è quello di portare i compositi termoplastici, che oggi si stanno utilizzando nel settore aeronautico, su più larga scala da poter essere introdotti convenientemente nel settore automotive.

20 S3 - Composite solutions in mass transport and performance vehicles Paolo Dassi I pannelli in composito, che garantiscono la finitura superficiale di classe A, vengono impiegati su vetture Aston Martin, Porsche, Ferrari e sui nuovi autobus londinesi. Si tratta di lastre a matrice epossidica, rinforzate con tessuti di fibra di vetro e/o carbonio, con film estetici in superficie, formabili mediante sacco a vuoto o compressione con vuoto quando è necessario ridurre il tempo ciclo.

21 S3 - Production of a carbon fibre monocoque with a volume of 20 parts a day: technologies, process development, quality assurance Lino Mondino Descritto processo di realizzazione della scocca in composito dell Alfa Romeo 4C: matrice epossidica rinforzata in fibra di carbonio, assemblata mediante hand lay-up e reticolata in autoclave. Produzione giornaliera di 20 scocche.

22 S3 - Recent experiences in composite and adhesive for vehicular applications Giovanni Belingardi, Brunetto Martorana Metodi di progettazione e realizzazione di un musetto per vettura Formula ATA in resina epossidica rinforzata fibra di carbonio. Studio della traversa paraurti della Fiat 500 realizzata in composito GMT + GMTex, che permette di sostituire gli 11 componenti attuali con uno solo in polimero.

23 S4 - Altair material vision in CAE: leading edge solution for complex materials Maurizio Sperati L ottimizzazione dei prodotti automotive può avvenire solo attraverso l introduzione della simulazione già nella fase di concept di prodotto. Un aspetto strategico consiste nell anticipare in fase di concept i materiali e i relativi processi manifatturieri: infatti una procedura di simulazione che tenga conto dell influenza del processo sul materiale, come ad esempio la disomogenea distribuzione delle proprietà meccaniche di una lamiera dopo lo stampaggio, permette una più consapevole progettazione dei componenti. Altair promuove l alleggerimento nel settore automotive anche attraverso l Altair Enlighten Award.

24 S4 - Non Destructive Testing on composites Valter Capitani I compositi rappresentano un settore in rapida crescita e a livello industriale il loro controllo di qualità può avvenire tramite controlli non distruttivi, che ben si prestano alle esigenze industriali di velocità, efficienza ed affidabilità. I controlli non distruttivi possono essere applicati in varie fasi della vita di un prodotto: all inizio per valutarne la conformità ai requisiti strutturali, durante per la manutenzione e, all occorrenza, per verificare l integrità dopo impatto.

25 S4 - Accurate simulation for plastic composite materials in the automotive industries Bernard Alsteens Il SW Digimat permette la costruzione di card materiali (sperimentazione virtuale) per i compositi per utilizzo da parte di vari software strutturali. Si possono anche trasferire informazioni dai software di simulazione di processo manifatturiero ai software strutturali, ad esempio l orientazione delle fibre di manufatti in termoplastico, che permette di ottenere verosimili previsioni a calcolo del comportamento dei componenti, suffragate da confronti con prove sperimentali.

26 S4 - Design and Analysis Tools for thin- and thickwalled Composite Structures in the Automotive Industry Thomas Hirche La progettazione di un componente in composito multistrato avviene anche attraverso la progettazione del materiale, che all interno del software è definibile come: tipologia di materiale, numero e spessore degli strati, orientazione e sequenza di impilamento degli strati; inoltre è possibile definire vari failure criteria, scegliendo tra quelli attualmente rappresentativi dello stato dell arte.

27 S4 - From Process to Application: Morphological Characterisation of Polymers for Accurate FEM analysis Andrea Romeo L alleggerimento dei componenti plastici può essere ottenuto con: la tecnologia MuCell che prevede l impiego di un gas (N 2 o CO 2 ) che viene miscelato al materiale riducendone la densità complessiva. il sistema Heat & Cool allo stampaggio con MuCell impiegato al fine di migliorare la resa superficiale dei componenti, tanto da renderli appetibili anche per applicazioni estetiche.

28 CONCLUSIONI Nei prossimi anni l alleggerimento nell auto sarà perseguito con un approccio multi-materiale per usare la quantità minima ed ottimizzata di materiale per ottenere la prestazione desiderata a costi competitivi. Plastiche e compositi aumenteranno il loro impiego anche su parti strutturali oggi in metallo. Per mantenere la prevalenza di oggi dei metalli nella costruzione delle auto, produttori e trasformatori stanno lavorando a nuove generazioni migliorate di acciai ed allumini in combinazione con processi di stampaggio evoluti. La quinta edizione del Convegno ATA Materiali prevista a fine 2015 rappresenterà un ulteriore tappa per discutere e verificare lo stato dell arte di queste tematiche con costruttori auto, produttori di materiale e trasformatori. Per informazioni su convegno ATA Materiali:

29 Prossimi Convegni ATA giugno giugno th International Conference CAR INTERIORS: Green and wellness as challenges of the future Castello del Valentino - Salone d'onore Torino (TO) ottobre th International Conference ADVANCED CHASSIS SYSTEMS Torino (TO)

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