Sve što ste ikada željeli znati o aluminiju (kvadratne cijevi od mekog čelika)

Aluminij je svugdje gdje je potrebna lagana konstrukcija ili visoka toplinska i električna vodljivost. Tipični sportski motocikl ima aluminijski blok cilindra, glavu i kućište radilice, plus zavarenu aluminijsku šasiju i vilicu. Unutar motora, ključna primjena aluminija su njegovi klipovi, koji zahvaljujući dobrom provođenju topline mogu preživjeti izloženost temperaturama izgaranja daleko iznad svoje točke taljenja. Kotači, hladnjaci rashladne tekućine i ulja, ručne poluge i njihovi nosači, gornje i (često) donje krune vilica, gornje cijevi vilica (u USD vilicama), kočione čeljusti i glavni cilindri također su od aluminija.

Svi smo s divljenjem zurili u aluminijsku šasiju čiji zavari nalikuju legendarnoj spuštenoj hrpi žetona za poker. Neke od ovih šasija i viljuški, poput onih Aprilijinih dvotaktnih trkaćih motocikala s motorom od 250 ccm, graciozna su umjetnička djela.

Aluminij se može legirati i toplinski obrađivati ​​do čvrstoće veće od one kod mekog čelika (vlačna čvrstoća od 60 000 psi), no većina legura se brzo i lako obrađuje. Aluminij se također može lijevati, kovati ili ekstrudirati (što je način na koji se izrađuju neke bočne grede šasije). Visoka toplinska vodljivost aluminija zahtijeva veliku amperažu za njegovo zavarivanje, a vrući metal mora biti zaštićen od atmosferskog kisika zaštitom inertnim plinom (TIG ili heli-arc).

Iako aluminij zahtijeva velike količine električne energije za dobivanje iz boksitne rude, jednom kada postoji u metalnom obliku, njegovo recikliranje je malo koštalo i ne gubi se zbog hrđanja, kao što to može biti čelik.

Rani proizvođači motora motocikala brzo su usvojili tada novi metal za kućišta radilice, koja bi inače morala biti od lijevanog željeza i težiti gotovo tri puta više. Čisti aluminij je vrlo mekan - sjećam se majčine ljutnje što je tata koristio njezin dvostruki kotao od legure 1100 kao improviziranu BB zamku: Njegovo dno postalo je masa udubljenja.

Povećana čvrstoća jednostavne legure s bakrom ubrzo je otkrivena, a upravo je takvu leguru automobilski pionir WO Bentley koristio u svojim eksperimentalnim aluminijskim klipovima prije Prvog svjetskog rata. U uzastopnim ispitivanjima s tada dominantnim klipovima od lijevanog željeza, Bentleyevi prvi pokušaji s aluminijskim klipovima odmah su povećali snagu. Radili su hladnije, manje su zagrijavali ulaznu smjesu goriva i zraka te su sačuvali veću gustoću. Danas se aluminijski klipovi univerzalno koriste u automobilskim i motociklističkim motorima.

Do pojave Boeingovog zrakoplova 787 ojačanog plastikom od ugljičnih vlakana, osnovna činjenica u zrakoplovstvu bila je da je gotovo svaki zrakoplov u praznom stanju sadržavao 60 posto aluminija. Gledajući relativne težine i čvrstoće aluminija i čelika, to se na prvi pogled čini čudnim. Da, aluminij teži samo 35 posto manje od čelika, volumen za volumen, ali čelici visoke čvrstoće barem su tri puta jači od aluminija visoke čvrstoće. Zašto ne bismo gradili avione od tankog čelika?

Sve se svelo na otpornost na izvijanje ekvivalentnih konstrukcija od aluminija i čelika. Ako počnemo s aluminijskim i čeličnim cijevima iste težine po metru i smanjimo debljinu stijenke, čelična cijev se prva izvija jer njezin materijal, budući da je samo trećina debljine aluminija, ima puno manju sposobnost samoučvršćivanja.

Tijekom 1970-ih radio sam s proizvođačem okvira Frankom Camillierijem. Kad sam ga pitao zašto ne koristimo čelične cijevi većeg promjera i tanje stijenke za izradu lakših i krućih okvira, rekao je: „Kad to učinite, shvatite da morate dodati puno materijala na stvari poput nosača motora kako biste spriječili pucanje, tako da ušteda na težini nestaje.“

Kawasaki je prvi put uveo aluminijske stražnje viljuške na svoje tvorničke MX motocikle početkom 1970-ih; ostali su slijedili taj primjer. Zatim je 1980. Yamaha stavila Kennyja Robertsa na dvotaktni GP motocikl od 500 mm čiji je okvir izrađen od ekstrudirane aluminijske cijevi kvadratnog presjeka. Bilo je potrebno mnogo eksperimentiranja s dizajnom, ali na kraju su se, koristeći ideje španjolskog inženjera Antonija Cobasa, Yamahini GP okviri za cestovne utrke razvili u poznate velike dvostruke aluminijske grede današnjice.

Svakako postoje uspješne šasije drugih tipova - na primjer Ducatijeva "rešetka" od čeličnih cijevi i John Brittenova "koža i kost" šasija od karbonskih vlakana s početka 1990-ih. Ali šasije s dvostrukim aluminijskim gredama postale su dominantne danas. Uvjeren sam da bi se funkcionalna šasija mogla izraditi od lijevane šperploče, pod uvjetom da ima izdržljive točke pričvršćivanja i uobičajenu provjerenu geometriju.

Još jedna značajna razlika između čelika i aluminija je ta što čelik ima ono što se naziva granica umora: radna razina naprezanja ispod koje je vijek trajanja dijela u biti beskonačan. Većina aluminijskih legura nema granicu umora, zbog čega su aluminijski zrakoplovi "vijek trajanja" određeni planirani broj sati korištenja. Ispod ove granice, čelik nam oprašta naše prijestupe, ali aluminij pamti sve uvrede u obliku nevidljivih unutarnjih oštećenja od umora.

Prekrasne šasije GP-a iz 1990-ih nikada nisu mogle biti osnova za masovnu proizvodnju. Te su se šasije sastojale od komada zavarenih od strojno obrađenih, prešanih i lijevanih aluminijskih elemenata. To nije samo složeno, već zahtijeva da sve tri legure budu međusobno zavarljive. Zavarivanje košta novca i vremena, čak i ako se izvodi proizvodnim robotima.

Tehnologija koja je omogućila današnje lagane četverotaktne motore i lijevane šasije su metode punjenja kalupa s niskom turbulencijom koje ne zadržavaju filmove aluminijevog oksida koji se trenutno formiraju na rastaljenom aluminiju. Takvi filmovi stvaraju zone slabosti u metalu koje su u prošlosti zahtijevale puno deblje odljevke kako bi se postigla odgovarajuća čvrstoća. Lijevani dijelovi iz ovih novih procesa mogu biti prilično složeni, no današnje aluminijske šasije mogu se sastaviti sa zavarima koji se mogu prebrojati na jednoj ruci. Procjenjuje se da nove metode lijevanja štede 13 ili više kilograma težine u serijskim motociklima.

Zajedno s velikim izborom čelika, aluminij je osnovni radni konj ljudske civilizacije, ali za moderne motocikle je više od toga. To je srž motocikla, toliko sveprisutan da ga jedva vidimo ili priznajemo koliko performansi stroja dugujemo njemu.


Vrijeme objave: 20. lipnja 2019.