TL;DR

La col·locació de magnesi és un procés de fabricació que produeix components metàl·lics excepcionalment resistents i lleugers amb una relació resistència-pes superior. Aquesta tecnologia permet una reducció significativa del pes del 30-75% en comparació amb peces fabricades en acer o aluminio. Per a la indústria automobilística, això converteix la col·locació de magnesi per a peces automotrius lleugeres en una estratègia clau per millorar l'eficiència del combustible, potenciar el rendiment del vehicle i ampliar l'abast dels vehicles elèctrics.

L'avantatge fonamental: anàlisi de la relació resistència-pes elevada

La raó principal per la qual enginyers i dissenyadors recorren a la fundició en motlle de magnesi és la seva notable relació resistència-pes. El magnesi és el més lleuger de tots els metalls estructurals, aproximadament un 33 % més lleuger que l'alumini i un 75 % més lleuger que l'acer. Aquesta baixa densitat no compromet la resistència, permetent crear components que són alhora resistents i extremadament lleugers. Aquesta combinació única és la pedra angular de les estratègies modernes de lleugeresa en indústries exigents com l'automobilística i l'aerospacial.

Aquesta relació avantatjosa significa que una peça de magnesi pot oferir el mateix nivell de resistència que una altra d'alumini o d'acer més pesada, però amb una massa significativament menor. En aplicacions automotrius, això es tradueix directament en guanys de rendiment tangibles. Un vehicle més lleuger necessita menys energia per accelerar i aturar-se, cosa que comporta un millor consum de combustible en vehicles tradicionals i un abast major de la bateria en vehicles elèctrics (EVs). A més, reduir la massa total del vehicle millores en l'agilitat, la direcció i el rendiment dels frens, creant una experiència de conducció més segura i més responiva.

Els beneficis de la relació elevada resistència-pes del magnesi són quantificables. Segons experts del sector, substituir components d'acer o d'alumini per magnesi pot reduir el pes d'un component entre un 30% i un 75%. Per exemple, utilitzar magnesi en components com caragols de transmissió, bastidors de volants i estructures de seients contribueix a una reducció substancial del pes total en ordre de marxa del vehicle. Segons Dynacast , un fabricant global de components precisos emmotllats per injecció, això converteix les aliatges de magnesi en una opció ideal per a aplicacions on la durabilitat no es pot sacrificar a favor de la lleugeresa.

El procés de motllatge per injecció de magnesi explicat

La col·locació de magnesi és un procés altament eficient per produir peces complexes, gairebé amb forma final, amb alta precisió i un excel·lent acabat superficial. El mètode més comú utilitzat per al magnesi és la col·locació en motlle a alta pressió (HPDC), que es valora per la seva velocitat i capacitat de crear geometries intrincades amb parets fines. El procés consisteix a injectar una aliatge de magnesi fos en un motlle d'acer endurit, o matriu, sota una pressió immensa.

El cicle de fabricació és ràpid i precís, el que el fa adequat per a la producció en gran volum. Les fases principals del procés HPDC de cambra freda, que és un dels mètodes utilitzats pel magnesi, es poden desglossar de la manera següent:

1. Fusió: Les lingotes d'aliatge de magnesi d'alta puresa es fonen en un forn separat. S'utilitza un gas protector per evitar l'oxidació, un pas crític atès la reactivitat del magnesi.
2. Cargolat: Una quantitat precisa de magnesi fos es transfereix des del forn al cilindre d'injecció de la màquina de col·locació.
3. Injecció: Un èmbol hidràulic força el metall fos des del cilindre d'injecció a la cambra del motlle a una velocitat i pressió extremadament elevades. Això assegura que tot el motlle s'ompli ràpidament i de manera uniforme, capturant detalls fins.
4. Solidificació: El magnesi fos es refreda i solidifica ràpidament dins el motlle refrigerat per aigua, prenent la forma de la peça.
5. Expulsió: Un cop solidificada, el motlle s'obre i uns passadors d'expulsió empenyen la peça acabada cap a fora. La peça, juntament amb qualsevol material sobrant (conegut com a rebava o canals d'injecció), s'elimina llavors.

Aquest procés, tal com detallen proveïdors de serveis com Xometria , permet crear peces amb una precisió i estabilitat dimensional excepcionals, sovint minimitzant la necessitat de mecanitzats secundaris extensos. La rapidesa del cicle, combinada amb la longevitat dels motlles, converteix la col·locació a pressió d'alta velocitat (HPDC) en una solució econòmica per produir milers de peces idèntiques per al sector automobilístic.

Magnesi vs. Alumini i Acer: Una comparativa directa

Triar el material adequat és una decisió crítica en l'enginyeria automobilística, que implica un equilibri cuidatós entre pes, resistència, cost i característiques de rendiment. Tot i que l'acer i l'alumini han estat durant molt de temps els materials preferits per a la indústria, el magnesi ofereix una alternativa interessant, especialment quan la reducció de pes és la prioritat més important. No obstant això, aquesta avantatge comporta compensacions específiques que els enginyers han de considerar.

La principal avantatge del magnesi és la seva baixa densitat, fet que el converteix en el metall estructural més lleuger disponible. Això permet estalvis substancials de pes tant respecte a l'alumini com a l'acer. Tot i que l'alumini també es considera un material lleuger, el magnesi és aproximadament un terç més lleuger. Aquesta diferència és crucial en aplicacions com els contenidors de bateries d'EV o les estructures interiors de suport, on cada quilogram estalviat allarga l'autonomia del vehicle. L'acer, tot i ser resistent i econòmic, és significativament més pesat, cosa que el converteix en un objectiu per al seu reemplaçament en el disseny modern de vehicles.

Tanmateix, la decisió no es basa únicament en el pes. Les aliatges d'alumini solen oferir una resistència absoluta més elevada i una millor resistència a la corrosió que els aliatges de magnesi estàndard. El magnesi és més susceptible a la corrosió galvànica, cosa que requereix recobriments protectors i un disseny cuidadoso per evitar problemes quan està en contacte amb altres metalls. El cost és un altre factor; la producció de magnesi és més intensiva en energia, fet que pot fer que sigui un material primer més car que l'alumini. A continuació es mostra una taula que resumeix els principals compromisos:

Encara que la fundició en motlle és ideal per crear formes complexes i lleugeres, s'escullen altres mètodes de fabricació segons els requisits. Per exemple, per a components clau on la resistència màxima i la resistència a la fatiga són fonamentals, es fan servir processos com la forja a calent. Les empreses especialitzades en peces forjades d'automoció amb enginyeria de precisió ofereixen una altra via cap a components robustos i d’alt rendiment, mostrant el divers paisatge de processament de materials disponible per als fabricants d’automòbils.

Aplicacions automotrius: des del grup motopropulsor fins a components interiors

Les propietats úniques del magnesi injectat han dut a la seva adopció en una àmplia varietat de components automotrius on la reducció de pes ofereix una clara avantatge competitiu. Els fabricants d’automòbils aprofiten aquest material per millorar aspectes que van des del consum de combustible fins a la dinàmica del vehicle. Les aplicacions abasten tot el vehicle, des del compartiment del motor fins a la cabina del passatger.

En els sistemes de transmissió, el magnesi s'utilitza per a components que es beneficien del fet de ser alhora lleugers i rígids. Les caixes de canvi, els carteres d'embragatge i els blocs de motor en són exemples destacats. Una transmissió més lleugera redueix el pes total del vehicle i també pot millorar la distribució del pes, cosa que comporta una millor conducció. A mesura que la indústria evoluciona cap als vehicles elèctrics, el magnesi esdevé encara més crític per a peces com els carteres de motors i les carcasses de bateries, on la minimització del pes és essencial per maximitzar l'abast de conducció.

A l'interior del vehicle, el magnesi proporciona suport estructural sense afegir volum innecessari. Les aplicacions interiors més habituals inclouen:

• Traves del quadre d'instruments: Aquestes estructures grans i complexes suporten la guia, la columna de direcció i les bosses d'aire. L'ús de magnesi permet un disseny fort i d'una sola peça que és significativament més lleuger que un conjunt d'acer de múltiples peces.
• Nuclis del volant: El marc interior d'un volant ha de ser resistent i rígid per garantir la seguretat. El magnesi proporciona aquesta resistència mantenint alhora lleugera i sensible la direcció.
• Marcs dels seients: L'alleugeriment dels seients redueix la massa total del vehicle i pot facilitar-ne l'ajustament. Els marcs de magnesi ofereixen la durabilitat necessària per complir amb les normatives de seguretat més exigents.
• Suports de la consola central: El magnesi s'utilitza en diversos suports i carcasses interiors de la consola central, contribuint a estalvis de pes progressius però importants.

El magnesi també s'utilitza en components estructurals i de carroceria com ara suports de radiador, subcossos i marcs interiors de portes. Mitjançant el reemplaçament estratègic de materials més pesats en aquestes àrees, els fabricants d'automòbils poden assolir els seus objectius d'alleugeriment sense comprometre la seguretat ni la integritat estructural del vehicle.

Preguntes freqüents

1. És bo el magnesi per a peces d'automoció?

Sí, el magnesi és excel·lent per a moltes peces d'automòbil, especialment quan l'objectiu principal és reduir el pes. La seva elevada relació resistència-pes el fa ideal per a components com nuclis de volant, suports del tauler d'instruments, bastidors dels seients i carter de transmissió, cosa que comporta una millora de l'eficiència del combustible i la conducció del vehicle.

2. Es pot emmotllar per injecció el magnesi?

Absolutament. L'embolcall per injecció, especialment per injecció a alta pressió (HPDC), és un dels mètodes més comuns i eficients per fabricar peces de magnesi. Aquest procés permet crear components complexos, de paret fina, amb alta precisió i a gran velocitat, adequat per a la producció en sèrie.

3. Quin és l'inconvenient de l'aliatge de magnesi?

Les principals desavantatges de les ales d'alumini inclouen una menor resistència a la corrosió en comparació amb l'alumini i un cost de material més elevat. Requereix recobriments protectors per evitar la corrosió galvànica, especialment quan està en contacte amb altres metalls. També té una resistència absoluta i ductilitat inferiors en comparació amb algunes ales d'alumini i acer.

4. Per què utilitzar magnesi en lloc d'alumini?

La raó principal per triar el magnesi en lloc de l'alumini és assolir un estalvi de pes superior. El magnesi és aproximadament un 33% més lleuger que l'alumini, de manera que quan reduir la massa és el factor de disseny més crític —com en l'aviació o vehicles d'alta prestació— el magnesi sovint és l'opció preferida malgrat el seu cost més elevat i la necessitat de protecció contra la corrosió.