Stříhání slitin hoříku pro automobilový průmysl: Výhoda teplého tváření Teplé tváření plechu ze slitiny hoříku pro lehké dveře automobilů

SHRNUTÍ

Výkovky ze slitiny hoříku představují špičku lehké konstrukce automobilů a poskytují součásti, které jsou o 33 % lehčí než hliník a 75 % lehčí než ocel . Standardní studené tváření selhává kvůli hexagonální hustě zabalené (HCP) krystalické struktuře hoříku, technologie tepelného tváření (200°C–300°C) však úspěšně aktivuje nepodložní systémy klížení, což umožňuje složité tvary. Průmyslová standardní slitina AZ31B , je nyní používána pro vnitřní dveřní panely, rámy sedadel a příčky přes karoserii, aby prodloužila dosah elektrického vozidla (EV). Tato příručka pokrývá klíčové procesní parametry, výběr materiálu a údaje o uskutečnitelnosti potřebné k přechodu od těžkých odlitků k lehkým kovaným výkovkům.

Inženýrský případ: Proč lisovat hořčík?

Ve snaze maximalizovat dojezd elektrických vozidel už inženýři využili téměř všechny jednoduché možnosti s hliníkem. Hořčík (Mg) je dalším logickým krokem. S hustotou pouze 1,74 g/cm³ ve srovnání s hliníkem 2,70 g/cm³ je hořčík nejlehčím dostupným konstrukčním kovem. Nahrazení ocelových dílů hořčíkovým lisováním může vést ke snížení hmotnosti až o 75 %, zatímco přechod z hliníku přináší úsporu přibližně 33 %.

Kromě samotné redukce hmotnosti nabízí plech z hořčíku vynikající schopnost tlumení kmitů —schopnost tlumit vibrace a hluk. U karosérií (BIW) to znamená lepší výkon v oblasti NVH (Noise, Vibration and Harshness – hluk, vibrace a drsnost), a to bez nutnosti přidávání těžké akustické izolace. Na rozdíl od uhlíkových vláken, která působí potíže při recyklaci, je hořčík plně recyklovatelný, čímž splňuje požadavky na cirkulární ekonomiku pro výrobce automobilů.

Dříve bylo použití hořčíku omezeno na lití pod tlakem (skříně motorů, převodovek). Nicméně, plechové (tvářené) součásti z hořčíku nabízejí výrazně vyšší mechanické vlastnosti, protože eliminují problémy s pórovitostí nevyhnutelné u litin. To činí plechový hořčík ideálním pro velké, tenkostěnné konstrukční panely, které vyžadují vysokou mez pevnosti v tahu.

Kritický proces: Technologie teplého tváření

Hlavní překážkou plechového tváření hořčíku je jeho krystalická struktura. Při pokojové teplotě má hořčík šesterečně nejblíže uspořádanou (HCP) mřížku s omezeným počtem skluzných systémů (převážně bazální skluz), což z něj činí křehký materiál náchylný k prasknutí během deformace. Běžné metody studeného tváření používané pro ocel způsobí okamžité selhání.

Řešením je Teplé formování . Ohřátím plechu z hořčíku a nástrojů na určitý rozsah 200°C až 300°C (392°F–572°F) , jsou tepelně aktivovány další skluzové systémy (pryzmatické a pyramidální). To dramaticky zvyšuje pružnost, což umožňuje hluboké tažení a složité geometrie, které jsou nemožné při pokojové teplotě.

Klíčové procesní parametry

• Řízení teploty: Jednotné ohřev je kritické. Odchylka pouhých ±10°C může vést k lokalizovanému poklesnutí krku nebo zlomeninám. Obě čáry jsou obvykle zahřáté.
• Lubrikace: Standardní olejové maziva se při těchto teplotách rozpadají. Pro zabránění žlučování jsou zapotřebí speciální tepelně odolné maziva, která často obsahují disulfid molibdenu (MoS2) nebo grafit.
• Rychlost tvarování: Na rozdíl od vysokorychlostního lisování oceli vyžaduje tepelné formování hořčíku často pomalejší rychlost lisování (např. 20 mm/s vs. stovky mm/s) pro řízení rychlosti napětí a prevenci trhliny, ačkoli nedávný výzkum a vývoj zlepšuje dobu cyklu.

Výběr materiálu: AZ31B a výroba listů

AZ31B (přibližně 3% hliníku, 1% zinku) je hlavní slitina pro výrobu magneziových plechů pro automobilové motory. Nabízí nejlepší rovnováhu mezi pevností, pružností a svařitelností. Jeho pevnost výtěže se obvykle pohybuje kolem 200 MPa, s pevností v tahu 260 MPa, což ho činí konkurenceschopným s mírnými oceli a některými vrstvami hliníku.

Významnou výzvou byly náklady na výrobu magneziové desky. Tradiční valcovací postupy jsou drahé kvůli potřebě několika fází žhnutí. Inovativní extruzní zploštění vznikly nové techniky. Tento proces extruduje trubku s hořčíkem, rozděluje ji a zplošťuje do listu, což může snížit výrobní náklady o 50% ve srovnání s běžným válcováním. Toto snížení nákladů je nezbytné pro komerční využití magneziového lisování pro vozidla na masovém trhu, a nikoli pouze pro luxusní sportovní automobily.

Komparativní analýza: Příprvek vs. Lití do forem

Automobiloví inženýři si často pletou lití s lisováním. Obě používají stejný základní kov, ale jejich použití a vlastnosti se výrazně liší.

Rozhodovací matice: Vyberte se pro štítování velkých plochých konstrukčních komponent, jako jsou vnitřní části dveří, kapoty a střechy. Vyberte lití s tlakem pro složité, blokové části, jako jsou pouzdra volantu nebo kryty převodovky.

Od prototypu až po sériovou výrobu

Přechod na magneziové lisování vyžaduje specializované partnery, kteří rozumí tepelným nuancím materiálu. Není to tak jednoduché jako vyměnit ocelovou cívku za hořčík na stávající linkě. Nástroje musí být schopné tepelného rozpínání a parametry lisování musí být přesně řízeny.

Pro OEM a dodavatele Tier 1, kteří chtějí tuto technologii ověřit, je nezbytná spolupráce se zkušeným výrobním partnerem. Shaoyi Metal Technology nabízí komplexní řešení pro automotive stemplování, která překonávají propast od rychlé výroby prototypů až po výrobu velkého objemu. Díky certifikaci IATF 16949 a kapacitě lisování až 600 tun mohou dodávat přesné komponenty, jako jsou ovládací ramena a podsystémy, při současném dodržování přísných světových norem. Ať už potřebujete ověřit prototyp s tepelným tvarem nebo rozšířit výrobu, jejich odborné znalosti v oblasti inženýrství zajišťují realizaci složitých lehkých návrhů.

Aplikace a budoucí výhled

Přijímání magneziového lisování se zrychluje. Mezi současné aplikace v oblasti výroby patří:

• Lůžka sedadel: Vyměnit ocelové rámy, aby se ušetřilo 58 kg na vozidlo.
• Vnitřní dveřní panely: Používá se tepelně vytvořený AZ31B k vytvoření tuhých, lehkých nosičů.
• V případě, že je to možné, musí být toto zařízení konstruováno tak, aby bylo schopno: Integrování více částí do jedné stemplované struktury hořčíku.
• Střešní panely: Snížení těžiště pro lepší ovládání.

Vzhledem k tomu, že hmotnost baterií pro elektrické vozy je stále problémem, "préma za lehkou hmotnost", kterou výrobci automobilů jsou ochotni zaplatit, roste. Očekáváme, že náklady na magneziové plechy klesnou, protože extruzní plochoty se zplošují, takže tepelně vytvořený hořčík bude standardním řešením pro další generaci elektrických platforem.

Hranice lehké váhy

Stampování s hliníkovou slitinou již není jen záležitostí výzkumu a vývoje, ale je životaschopnou a nezbytnou technologií pro budoucí automobilový design. Tím, že zvládnou proces tepelného tvarování a vyberou správné slitiny, jako je AZ31B, mohou výrobci dosáhnout úspor hmotnosti, které hliník jednoduše nemůže vyrovnat. Tento posun vyžaduje investice do vytápěných nástrojů a řízení procesů, ale výnosy lehčí, účinnější a lépe ovladatelné vozidla jsou nepopiratelné.

Nejčastější dotazy

1. Jaký je rozdíl mezi lisováním hořčíkem a litím?

Stampování je proces pevného stavu, který formuje plech do tvarů, ideálních pro tenké, velké panely, jako jsou dveře nebo střechy aut. Vyrábí části bez pórovitosti a s vyšší pevností. Vyloučení stroje zahrnuje vstřikování roztaveného hořčíku do formy, která je vhodnější pro složité, blokové 3D tvary, jako jsou bloky motorů, ale často vede k nižší strukturální integritě kvůli vzduchovým kapsám.

2. Věříme, že Proč se má hořčík teple formovat?

Magnezium má šestúhelníkovou krystalickou strukturu, která omezuje jeho pružnost při pokojové teplotě. Když se ho pokusíte zmrazit, obvykle to způsobí praskliny. Při zahřátí materiálu na 200°C až 300°C se aktivují další "skluzové systémy" v krystalické mřížce, což činí kov dostatečně hnitý na to, aby mohl být vytvořen do složitých automobilových dílů bez rozbití.

3. Věříme, že O kolik je hořčík lehčí než hliník?

Magnesium je přibližně 33% lehčí než hliníku a asi 75% lehčí než ocel. Tento významný úbytek hmotnosti z něj činí nejúčinnější konstrukční kov pro rozšíření dojezdu elektrických vozidel.