Incollaggio dell'alluminio nell'assemblaggio automobilistico

May 08, 2023

Negli ultimi dieci anni, la quantità media di alluminio nelle autovetture è raddoppiata. Sulla base dei progetti più recenti, questa tendenza continuerà nei prossimi anni.

Tuttavia, il passaggio dall’acciaio all’alluminio non è semplice. Ad esempio, l’alluminio è più leggero del 50% rispetto all’acciaio, ma ha un modulo elastico medio di 70 gigapascal, mentre quello dell’acciaio è di 207 gigapascal. Di conseguenza, le parti in alluminio sono generalmente più spesse del 40% rispetto alle loro controparti in acciaio.

Le leghe di alluminio non si saldano facilmente a punti. Hanno una bassa resistenza elettrica, uno strato di ossido stabile e non conduttivo e una tendenza ad interagire con gli elettrodi. Inoltre, il calore derivante dal processo di saldatura può indebolire le parti, in particolare la loro resistenza alla fatica.

Al posto della saldatura, le case automobilistiche utilizzano sempre più adesivi strutturali per l’assemblaggio, da soli o in combinazione con dispositivi di fissaggio meccanici. Ad esempio, la carrozzeria bianca della Mercedes Classe S coupé ha più di 100 metri di adesivi strutturali e la BMW Serie 7 contiene più di 10 chilogrammi di adesivo strutturale.

Oltre alle applicazioni strutturali, le case automobilistiche utilizzano adesivi in ​​altre applicazioni body-in-white. Gli adesivi "anti-flutter" riducono le vibrazioni tra i pannelli esterni ed interni della carrozzeria. Tali adesivi sono comunemente usati su pannelli orizzontali, come il cofano, il cofano del bagagliaio e il tetto. Gli adesivi vengono utilizzati anche per unire e sigillare le aree delle flange dell'orlo su porte, cofani e portelloni posteriori.

Gli adesivi offrono vantaggi significativi rispetto ad altre tecniche di giunzione. L'incollaggio adesivo non interferisce con la metallurgia dell'alluminio né crea zone indebolite termicamente o meccanicamente. Lo stress è distribuito uniformemente su tutta l'area incollata, il che aumenta la rigidità statica e dinamica della struttura del veicolo. Poiché la struttura della carrozzeria è più rigida, le modalità di frequenza di risonanza saranno più elevate e lo smorzamento strutturale più veloce. Di conseguenza, il veicolo avrà migliori caratteristiche di rumore, vibrazione e ruvidità. Se utilizzati in combinazione con altre tecniche di giunzione, gli adesivi migliorano le prestazioni in caso di impatto e la resistenza alla fatica. Gli adesivi consentono inoltre di unire materiali diversi e, isolando metalli diversi, proteggono dalla corrosione galvanica.

L'estetica è un altro vantaggio dell'incollaggio adesivo. Non sono presenti cordoni di saldatura o teste di rivetti visibili, quindi l'incollaggio può ridurre al minimo o eliminare le operazioni secondarie come la molatura e la lucidatura. Ancora un altro vantaggio è il riempimento delle lacune. Gli adesivi possono colmare ampi spazi tra i pannelli e migliorare l'aspetto generale dell'assieme. In molti casi, le operazioni di unione e sigillatura possono essere combinate.

Anche l'incollaggio adesivo comporta alcuni svantaggi. Tra i più significativi c'è la durabilità dei giunti adesivi se esposti a condizioni ambientali difficili. Un altro problema è che potrebbe essere necessario pretrattare i substrati per ottenere legami forti e durevoli, soprattutto con le leghe di alluminio. Come nel caso dei giunti saldati, le strutture incollate non possono essere facilmente smontate per le riparazioni. E, in molti casi, potrebbe essere necessario sostenere il giunto finché l'adesivo non si è indurito, il che può rallentare la produzione. Questo è uno dei motivi per cui gli adesivi strutturali vengono generalmente utilizzati in combinazione con altri metodi di giunzione, come la rivettatura.

Gli adesivi possono essere utilizzati su lamiere, estrusioni e fusioni di alluminio. Indipendentemente dalla forma, la superficie dell’alluminio deve essere trattata per:

La rimozione dello strato limite debole è particolarmente importante. Questo strato si forma nella regione interfacciale di un giunto adesivo, provocando il cedimento del giunto a sollecitazioni inferiori al previsto. Questo strato include ossidi e contaminanti, come lubrificanti, provenienti da vari processi di produzione. Molto probabilmente la preparazione della superficie non rimuoverà completamente questa contaminazione, ma produrrà una superficie che sarà meno influenzata dalla debolezza coesiva.

Per produrre fogli di alluminio, l'alluminio subisce un processo di laminazione, a caldo o a freddo. Vengono applicati lubrificanti per mantenere separati i rulli e il pezzo in lavorazione. Ciò minimizza l'attrito e riduce il rischio di danni alla superficie della lastra. I lubrificanti sono tipicamente a base di paraffina e vengono volatilizzati durante la ricottura o per evaporazione naturale. Tuttavia, la superficie laminata può presentare ancora un certo grado di contaminazione, che deve essere rimossa tramite sgrassaggio.