Allt du någonsin velat veta om aluminium (kvadratrör av mjukt stål)

Aluminium finns överallt där antingen lätt struktur eller hög termisk och elektrisk ledningsförmåga krävs.Den typiska sportcykeln har ett cylinderblock, huvud och vevhus i aluminium, plus ett svetsat aluminiumchassi och en svängarm.Inom motorn är den avgörande aluminiumapplikationen dess kolvar, som genom att leda värme så bra kan överleva exponering för förbränningstemperaturer långt över deras smältpunkt.Hjulen, kylvätske- och oljekylare, handspakar och deras fästen, topp- och (ofta) bottengaffelkronor, övre gaffelrör (i USD-gafflar), bromsok och huvudcylindrar är likaså aluminium.

Vi har alla stirrat i beundran på ett aluminiumchassi vars svetsar liknar den sagolika nedfallna stapeln av pokermarker.Några av dessa chassi och swingarms, som de av Aprilias tvåtakts 250 racers, är graciösa konstverk.

Aluminium kan legeras och värmebehandlas till styrkor större än mjukt stål (60 000 psi draghållfasthet), men de flesta legeringar bearbetas snabbt och enkelt.Aluminium kan också gjutas, smidas eller extruderas (vilket är hur vissa chassisidobalkar är gjorda).Aluminiums höga värmeledningsförmåga gör att dess svetsning kräver mycket strömstyrka, och den heta metallen måste skyddas från atmosfäriskt syre genom inertgasskärmning (TIG eller heli-arc).

Även om aluminium kräver stora mängder elektricitet för att vinna från sin bauxitmalm, när det väl finns i metallisk form, kostar det lite att återvinna och går inte förlorat genom att rosta, som stål kan vara.

Tidiga tillverkare av motorcykelmotorer antog snabbt den då nya metallen för vevhus, som annars skulle ha behövt vara av gjutjärn som vägde nästan tre gånger mer.Rent aluminium är väldigt mjukt – jag minns min mammas ilska över min pappas användning av hennes 1 100 legerade dubbelpanna som en improviserad BB-fälla: Botten blev en massa av gropar.

Den ökade styrkan hos en enkel legering med koppar upptäcktes snart, och det var en sådan legering som autopionjären WO Bentley använde i sina experimentella aluminiumkolvar före första världskriget.I back-to-back-testning mot de då dominerande gjutjärnskolvarna, ökade Bentleys första försöks-aluminiumkolvar omedelbart kraften.De körde svalare, värmde den inkommande bränsle-luftblandningen mindre och bevarade mer av dess densitet.Idag används aluminiumkolvar universellt i bil- och motorcykelmotorer.

Fram till ankomsten av Boeings kolfiberförstärkta plast 787-flygplan var det ett grundläggande faktum inom flyget att nästan varje flygplans tomvikt var 60 procent aluminium.Om man tittar på de relativa vikterna och styrkorna hos aluminium och stål verkar detta till en början konstigt.Ja, aluminium väger bara 35 procent så mycket som stål, volym för volym, men höghållfasta stål är minst tre gånger starkare än höghållfasta aluminiumer.Varför inte bygga flygplan av tunt stål?

Det kom ner till motståndet mot buckling av motsvarande strukturer av aluminium och stål.Om vi ​​börjar med aluminium- och stålrör med samma vikt per fot, och vi minskar väggtjockleken, spänns stålröret först eftersom dess material, som bara är en tredjedel så tjockt som aluminiumet, har mycket mindre självstagande förmåga.

Under 1970-talet arbetade jag med rambyggaren Frank Camillieri.När jag frågade honom varför vi inte använde stålrör med större diameter och tunnare väggar för att göra lättare, styvare ramar, sa han: "När du gör det, upptäcker du att du måste lägga till en massa material till saker som motorfästen till hålla dem från att spricka, så att viktbesparingen försvinner.”

Kawasaki använde först aluminiumsvingar på sina fabriks MX-cyklar i början av 1970-talet;de andra följde efter.Sedan 1980 satte Yamaha Kenny Roberts på en 500 tvåtakts GP-cykel vars ram tillverkades av ett fyrkantigt strängsprutat aluminiumrör.Mycket designexperiment var nödvändigt, men så småningom, med hjälp av idéerna från den spanske ingenjören Antonio Cobas, utvecklades Yamahas GP road-race ramar till dagens välbekanta stora dubbla aluminiumbalkar.

Visst finns det framgångsrika chassier av andra typer - Ducatis stålrörs "spaljé" för en och John Brittens "skin and bones" kolfiberchassi från början av 1990-talet.Men chassin med dubbla aluminiumbalkar har blivit dominerande idag.Jag är övertygad om att ett fungerande chassi skulle kunna göras av gjuten plywood, förutsatt att det hade hållbara bultpunkter och den vanliga beprövade geometrin.

En annan betydande skillnad mellan stål och aluminium är att stål har vad som kallas en utmattningsgräns: en arbetsspänningsnivå under vilken delens livslängd är i princip oändlig.De flesta aluminiumlegeringar saknar utmattningsgräns, vilket är anledningen till att flygplan i aluminium ”livas” för ett planerat antal timmars användning.Under denna gräns förlåter stål oss våra intrång, men aluminium minns alla förolämpningar i form av osynliga inre utmattningsskador.

1990-talets vackra GP-chassi kunde aldrig ha varit en grund för massproduktion.Dessa chassier bestod av delar som var sammansvetsade från bearbetade, pressade och gjutna aluminiumelement.Det är inte bara komplicerat, utan det kräver att alla tre legeringarna är ömsesidigt svetsbara.Svetsning kostar pengar och tid, även om den utförs av produktionsrobotar.

Tekniken som har gjort dagens lätta fyrtaktsmotorer och gjutna chassi möjliga är lågturbulensformfyllningsmetoder som inte drar in filmerna av aluminiumoxid som omedelbart bildas på smält aluminium.Sådana filmer bildar svaghetszoner i metallen som tidigare krävde att gjutgods var mycket tjockare för att uppnå tillräcklig styrka.Gjutna delar från dessa nya processer kan vara ganska komplexa, men dagens aluminiumchassi kan monteras med svetsar som kan räknas på en hand.Det uppskattas att de nya gjutningsmetoderna sparar 30 eller mer pounds av vikt i produktionsmotorcyklar.

Tillsammans med det stora utbudet av stål är aluminium en grundläggande arbetshäst för mänsklig civilisation, men det är mer än så för moderna motorcyklar.Det är köttet från en cykel, så allmänt förekommande att vi knappt ser det eller erkänner hur mycket av maskinens prestanda vi är skyldiga den.


Posttid: 2019-jun-20