Штамповане на магнезиеви сплави за автомобили: Предимството на топло деформиране – Топло деформиране на листове от магнезиева сплав за леки автомобилни врати

Накратко

Пресоването на магнезиеви сплави представлява преден план в облекчаването на автомобилите, предлагайки компоненти, които са 33% по-леки от алуминий и 75% по-леки от стомана . Докато стандартното студено пресоване не успява поради хексагоналната плътноупакована (HCP) кристална структура на магнезия, технологията за топло формоване (200°C–300°C) успешно активира небазални системи за плъзгане, позволявайки сложни форми. Промишлената стандартна сплав, AZ31B , се използва все по-често за вътрешни панели на врати, рамки на седалки и напречни греди, за да се увеличи пробегът на електрическите превозни средства (EV). Това ръководство обхваща ключовите параметри на процеса, избора на материали и данните за осъществимост, необходими за прехода от тежки отливки към леки деформирани штамповки.

Инженерният аргумент: Защо да се штампува магнезий?

В надпреварата да се максимизира пробегът на електрическото превозно средство, инженерите вече са изчерпали лесните постижения с алуминий. Магнезият (Mg) е следващата логична стъпка. С плътност само 1,74 g/cm³ в сравнение с 2,70 g/cm³ при алуминия, магнезият е най-лекият конструкционен метал, наличен в момента. Замяната на стоманени компоненти с штамповки от магнезий може да доведе до намаляване на теглото до 75%, докато замяната на алуминий спестява около 33%.

Освен намаляването на масата, листовият магнезий предлага превъзходни способност за гасене на вибрации —способността да абсорбира вибрации и шум. За приложения тип каросерия на бяло (BIW) това означава подобрена производителност по отношение на NVH (шум, вибрации и друсане), без добавяне на тежка акустична изолация. За разлика от въглеродното влакно, което създава предизвикателства при рециклирането, магнезият е напълно рециклируем, което отговаря на изискванията за кръгова икономика за автомобилни OEM производители.

Исторически магнезият се е използвал само за преципитно леене (блокове на двигатели, кутии на предавки). Въпреки това, шампираните (деформирани) магнезиеви частици притежават значително по-високи механични свойства, тъй като избягват проблемите с порестостта, присъщи на леенето. Това прави шампиран магнезий идеален за големи, тънкостенни конструкционни панели, които изискват висока специфична якост.

Ключовият процес: технология за топло формоване

Основното препятствие за джантоване на магнезий е неговата кристална структура. При стайна температура магнезият има хексагонално плътно опакован (HCP) решетка с ограничени системи за плъзгане (предимно базално плъзгане), което го прави крехък и склонен към пукане по време на деформация. Стандартните методи за студено джантоване, използвани за стомана, ще доведат до незабавен провал.

Решението е Топло формиране . Като се нагрява листът от магнезий и инструментите до определен диапазон от 200°C до 300°C (392°F–572°F) , термично се активират допълнителни системи за плъзгане (призматични и пирамидални). Това рязко увеличава ковкостта, позволявайки дълбоки изтегляния и сложни геометрии, които са невъзможни при стайна температура.

Ключови параметри на процеса

• Контрол на температурата: Еднородното нагряване е от критично значение. Отклонение само с ±10°C може да доведе до локално стесняване или скъсване. Нагряват се както заготовката, така и матрицата.
• Смазване: Стандартните маслени смазки се разграждат при тези температури. Необходими са специализирани топлоустойчиви смазки, често съдържащи молибден дисулфид (MoS2) или графит, за предотвратяване на залепване.
• Формиране на скорост: За разлика от високоскоростното щамповане на стомана, топлинното формоване на магнезий често изисква по-бавни скорости на пресата (напр. 20 мм/с срещу стотици мм/с), за да се управляват скоростите на деформация и да се предотврати скъсване, въпреки че последните изследвания и разработки подобряват времето на цикъла.

Избор на материал: AZ31B и производство на листови продукти

AZ31B (прибл. 3% алуминий, 1% цинк) е основният сплав за магнезиеви листове в автомобилната промишленост. Той предлага най-добър баланс между якост, дуктилност и заваряемост. Неговата граница на пластичност обикновено е около 200 MPa, с якост при опън от 260 MPa, което го прави конкурентен спрямо въглеродни стомани и някои класове алуминий.

Значителен предизвикателство е бил разходът за производство на магнезиев лист. Традиционните процеси на валцоване са скъпи поради необходимостта от множество стъпки за термична обработка. Въпреки това, иновативни екструзия-изглаждане техниките се появяват. Този процес екструдира магнезиева тръба, разделя я и я изравнява в лист, което потенциално намалява производствените разходи с 50% в сравнение с конвенционалното валцуване. Това намаляване на разходите е от жизненоважно значение за това магнезиевото штампиране да стане търговски жизнеспособно за превозни средства за масовия пазар, а не само за луксозни спортни автомобили.

Сравнителен анализ: Пробиване срещу прецението под налягане

Инженерите по автомобилната промишленост често бъркат изливането на магнезиев материал с штампирането. Въпреки че и двете използват един и същ основен метал, приложенията и свойствата се различават значително.

Матрица на решенията: Изберете штампиране за големи, плоски структурни компоненти като вътрешни врати, качулки и покриви. Изберете литие за сложни, сложни части като корпуси на кормилни колони или корпуси на скоростни кутии.

От прототип до масово производство

Преходът към магнезиевото штампиране изисква специализирани партньори, които разбират термичните нюанси на материала. Не е толкова просто като да замениш стоманени катушки с магнезий на съществуваща линия. Инструментите трябва да са способни на топлинно разширяване, а параметрите на пресата трябва да бъдат прецизно контролирани.

За ОЕМ и доставчици от първи ред, които искат да валидират тази технология, е от съществено значение да работят с опитен партньор за производство. Shaoyi Metal Technology предлага цялостни решения за штампиране на автомобили, които преодоляват разликата от бързото създаване на прототипи до производството на големи обеми. С сертификация IATF 16949 и капацитет за пресяване до 600 тона, те могат да доставят прецизни компоненти като контролни ръце и подрамки, като същевременно спазват строги световни стандарти. Независимо дали трябва да проверите прототип, изработен на топло или да увеличите производството, техническият им опит гарантира осъществимостта на сложни леки проекти.

Приложения и бъдещи перспективи

Приемането на магнезиевите штампи се ускорява. Настоящите приложения за производство включват:

• Рамки на седалки: Замяна на стоманени рамки за спестяване на 58 kg на превозно средство.
• Вътрешни панели за врати: Използвайки топлоформиран AZ31B, за да създаде твърди, леки носители.
• Кръстосани автомобилни лъчи: Интегриране на множество части в една стъпкана магнезиева структура.
• Къпани панели: Намалявам гравитационния център за по-добро управление.

Тъй като теглото на батериите на електромобилите продължава да бъде проблем, "премията за леко тегло" на автомобилните производители, които са готови да плащат, се увеличава. Очакваме да видим намаляване на разходите за магнезиеви листове, тъй като екструзионните плоски скали, превръщат топлоформирания магнезий в стандартно решение за следващото поколение електрически платформи.

Границата на лекотеглостта

Магнезиевото лечение вече не е просто любопитство за научноизследователска и развойна дейност, а жизнеспособна, необходима технология за бъдещето на автомобилното проектиране. Като овладеят процеса на топлоформиране и избират подходящите сплави като AZ31B, производителите могат да постигнат спестяване на тегло, което алуминийът просто не може да постигне. Промяната изисква инвестиции в отопляеми инструменти и контрол на процесите, но ползите от по-леките, по-ефективни и по-добре управляеми превозни средства са неоспорими.

Често задавани въпроси

1. да се съобрази с Каква е разликата между магнезиевото штампиране и ливането на магнезий?

Стамповането е процес на твърдо състояние, който формира листови метали в форми, идеални за тънки, големи панели като врати на коли или покриви. Произвежда части без поривност и с по-висока якост. Изливът под налягане включва инжектиране на разтопен магнезий в формата, която е по-добра за сложни, блокови 3D форми като двигателни блокове, но често води до по-ниска структурна целост поради въздушни джобове.

2. Да се съобразяваме. Защо магнезият се формира на топло?

Магнезият има шестъгълна кристална структура, която ограничава гъвкавостта му при стайна температура. Опитът да го запечаташ студено обикновено причинява пукнатини. Нагряването на материала до 200°C300°C активира допълнителни "слизащи системи" в кристалната решетка, което прави метала достатъчно гъвкав, за да се формира в сложни автомобилни части без да се счупи.

3. Да се съобразяваме. Колко по-леко е магнезият в сравнение с алуминия?

Магнезият е приблизително 33% по-леки от алуминий и около 75% по-леко от стомана. Това значително намаляване на теглото го прави най-ефективния конструктивен метал за разширяване на гамата на електрическите превозни средства.