TRUMPAI

Automobilių šasi spaustinių medžiagų esminiai pokyčiai nuo paprastųjų minkštųjų plienų pereinant prie sudėtingų Aukštos stiprybės mažai legiruotųjų (HSLA) plienų, Pažangių aukštos stiprybės plienų (AHSS) ir aliuminio lydinių hierarchijų. Šis pereinamasis etapas yra lemiamas automobilio svorio mažinimo (lengvinimo) tikslams siekiant padidinti elektrinių automobilių (EV) nuvažiuojamą atstumą ir kuro efektyvumą, neprarandant saugumo.

Konstrukciniams šassi komponentams, tokiems kaip skersinės sijos ir pagrindiniai rėmai, inžinieriai dabar dažniausiai parenka AVSS kokybės plienus – pavyzdžiui, dvifazio (DP) arba TRIP plieną – arba 6000 serijos aliuminį. Nors varis ir varino lydinys dažnai nurodomi bendrose kalnimo kategorijose, jų vaidmuo šassi yra ribotas tik elektriniais kontaktų taškais ir įžeminimu, o ne konstrukciniais atraminiais elementais. Sėkmingai gamybai reikalingos aukštos apkrovos servospaudos, gebančios valdyti didelį tampriojo grįžimo ir plastinio kietėjimo efektą, būdingą šiuolaikinėms medžiagoms.

Lengvatinimo reikalavimas: kodėl keičiasi šassi medžiagos

Automobilių pramonė yra dideliame spaudime mažinti masę, kas žinoma kaip lengvatinimas. Dabar tai jau nebe tik kuro ekonomijos gerinimas vidaus degimo varikliams, kad atitiktų CAFE standartus; dabar tai išlikimo rodiklis elektrinių automobilių (EV) revoliucijai. EV kiekvienas sutaupytas kilogramas šasi mase tiesiogiai verčiamas į padidintą nuvažiuojamą atstumą arba leidžia naudoti mažesnį, pigesnį baterijų bloką.

Šasi sudaro didelę dalį automobilio „nesuspensuotos masės“ – masės, nepalaikomos pakabos, pvz., ratų, ašių ir skyrių. Nesuspensuotos masės mažinimas yra šventasis graalis transporto priemonės dinamikai, nes tai pagerina valdymą, komfortą ir pakabos reakciją. Todėl inžinieriai daugiau negali pasikliauti sunkiais, storastoriais mažai stipriais plienais, naudojamais svirtims ir vamzdžiams.

Vietoj to pramonė pasisuko į medžiagas, kurios siūlo didesnį stiprumo ir svorio santykį. Naudojant medžiagas, kurių tempimo stipris du ar tris kartus didesnis nei minkštojo plieno, gamintojai gali naudoti storesnes plokštes, kad pasiektų tą patį konstrukcinį standumą. Šis fizikos pagrįstas reikalavimas priverčia presavimo įrenginius prisitaikyti, reikalaudamas naujų žinių formuojant medžiagas, su kuriomis dirbti yra itin sunku.

Plieno raida: nuo HSLA iki AHSS ir Borono

Plienas išlieka dominuojančia medžiaga automobilių šasių presavimui, tačiau naudojamos konkretaus tipo rūšys labai pasikeitė. Laikai, kai remtasi tik mažangrūdžiu minkštuoju plienu, baigėsi. Šiandienos šasių konstrukcijose naudojama sudėtinga aukštos kokybės plienų hierarchija, sukurtų siekiant subalansuoti formuojamumą ir ekstremų stiprumą.

Didelio stiprumo mažos lydinio (HSLA)

HSLA plienai yra pirmas žingsnis nuo minkštojo plieno. Jie stiprinami nedideliais elementų, tokių kaip vanadis, niobis ar titanas, kiekiais. HSLA yra pagrindinis medžiagos tipas šasi dalims, reikalaujančioms gerų suvirinimo savybių ir vidutinio formavimo, pvz., pakabos rankoms ir skersiniams. Jis siūlo takumo ribą, paprastai svyruojančią nuo 280 iki 550 MPa, leidžiančią mažinti skerspjūvį be kietesnių plienų trapumo.

Aukštos stiprybės plienai (AHSS)

AHSS atstovauja pažangiausią plieno technologiją. Šios medžiagos turi daugiapakopę mikrostruktūrą, kuri užtikrina išskirtinį stiprumo ir plastinumo balansą.

• Dvipusis (DP) plienas: Sudarytas iš minkštos ferito matricos su kietomis martensito salelėmis, DP plienas yra idealus detalėms, reikalaujančioms didelio avarijos energijos sugerties. Jis dažnai naudojamas šasi stiprinimo dalyse ir konstrukciniuose profiliuose.
• TRIP (plastiškumas, sukeltas transformacijos) plienas: Šis laipsnis kietėja deformuojant, todėl puikiai tinka sudėtingų formų dalių giliniam formavimui.
• Boro (karštai presuotas) plienas: Boroninis plienas, naudojamas svarbiausiems saugos narvams ir atramoms, prieš išspaudimą yra kaitinamas iki ~900 °C. Nors jis dažniausiai naudojamas baltajame korpuso etape (body-in-white), tačiau randamas taikymo ultra standžiuose šasi stiprinimuose.

Aliuminio alternatyva: 5xxx, 6xxx ir 7xxx serijos

Aliuminis yra pagrindinis plieno konkurentas lengvinimo srityje, nes jo tankis maždaug trečdalis plieno tankio. Šasi išspaudimui aliuminis parenkamas tada, kai maksimalus svorio sumažėjimas pateisina aukštesnes žaliavų sąnaudas. Jis efektyviai sumažina nepriklausomą svorį, kas tiesiogiai pagerina automobilio manevringumą.

6000 serija (Al-Mg-Si): Tai universaliausia šasi taikymų šeima. Lydiniai, tokie kaip 6061 ir 6082, yra termiškai apdorojami ir pasižymi puikiu atsparumu korozijai. Jie plačiai naudojami kaip pakabinimo rėmai, valdymo svirtys ir variklio laikikliai, kur reikalingas stiprumo ir formuojamumo balansas.

5000 serija (Al-Mg): Šie netinkantys termiškai apdoroti lydiniai, žinomi dėl išskirtinės korozijos atsparumo ir geros suvirinamumo, dažnai naudojami vidinėse plokštėse bei sudėtingose stiprinimo detalėse, kur formuojamumas svarbesnis už didelį stiprumą.

7000 serija (Al–Zn): Tai stipriausi aliuminio lydiniai, konkuruojantys pagal stiprumą su kai kuriomis plieno rūšimis. Tačiau jų šaltas presavimas yra itin sudėtingas dėl prasto formuojamumo, todėl jie dažniausiai skiriami paprastiems, didelę apkrovą patiriantiems konstrukciniams elementams arba reikalauja šilto formavimo technologijų.

Svarbus palyginimas: plienas arba aliuminis šasiams

Pasirinkimas tarp plieno ir aliuminio retai būna paprastas; tai kompromisų analizė, susijusi su kaina, mase ir gamybos galimybėmis. Inžinieriai turi įvertinti šiuos veiksnius dar projektavimo etape.

Nors aliuminis laimi dėl gryno svorio sumažinimo, AVSS mažina šią pranašumą. Naudojant itin plonas labai stipraus plieno plokštes, inžinieriai gali pasiekti svorį, artimą aliuminiui, žymiai mažesniu kainos lygiu. Tačiau premium ir našumo EV modeliams, kuriuose nuvažiuojamas atstumas yra svarbiausias rodiklis, aliuminis dažnai pateisina aukštesnę kainą.

Gamybos iššūkiai: Aukštos kokybės medžiagų formavimas presu

Pereinant prie stipresnių medžiagų, gamyklos grindyse kilo reikšmingų sunkumų. Formuoti AVSS ir aukštos kokybės aliuminį yra eksponentiškai sunkiau nei formuoti minkštą plieną. Du pagrindiniai priešai yra grįžtis ir plastiškas grūdinimas .

Atgalinis lenkimas atsiranda tada, kai medžiaga bando grįžti į pradinę formą po preso atsidarymo. Su AHSS šis efektas yra didelis, dėl ko sunku išlaikyti tikslų geometrinį tikslumą. Tuo tarpu aliuminis gali kenčia nuo galinimo (medžiagos prikimšimo į įrankį) ir plyšimų, jei traukimo greitis per didelis. Norint kovoti su šiomis problemomis, modernios stampavimo linijos turi naudoti pažangius servopresus. Skirtingai nei tradiciniai mechaniniai presai, servopresai leidžia programuoti ėjimo profilius – jie gali tiksliai sulėtinti judesį formavimo metu, kad sumažintų šilumą ir įtampą, o po to greitai pasitraukti, išlaikant ciklo trukmę.

Sėkmė šioje aukšto rizikos aplinkoje reikalauja partnerio, turinčio specializuotas gebėjimus. Shaoyi Metal Technology atspindi pažangios gamybos palaikymo tipą, kuris reikalingas šiems medžiagoms. Turėdami IATF 16949 sertifikatą ir presų pajėgumus iki 600 tonų, jie užtikrina perėjimą nuo greito prototipavimo prie masinės gamybos. Jų ekspertizė leidžia valdyti sudėtingus įrankių ir formų reikalavimus aukštos stiprybės komponentams, tokiems kaip svirtys ir pagrindiniai rėmai, užtikrinant, kad AHSS ir aliuminio teoriniai pranašumai būtų pasiekti galutiniame gaminio variante.

Be to, tampa kritiškai svarbus įrankių techninis aptarnavimas. Formos, kalnančios AHSS, reikalauja pažangių denginių (pvz., TiAlN), kad būtų išvengta ankstyvo susidėvėjimo. Inžinieriai turi projektuoti gaminamumui (DFM), prognozuodami atsitraukimą simuliacinėje programinėje įrangoje dar prieš pjaunant vieną metalo gabalą.

Išvada: Teisingos šasi medžiagos strategijos pasirinkimas

Laikas, kai automobilių gamyboje naudojamas „vienas metalas viskam“, baigėsi. Optimali šasi strategija dabar apima daugiakomponentinį požiūrį, kai tinkamoje vietoje naudojamas tinkamas medžiagos tipas – borą turintis plienas saugos narve, HSLA skersinėms sijoms ir aliuminis valdymo svirtims.

Pirkimų vadovams ir inžinieriams reikia sutelkti dėmesį į bendrą vertės lygtį: svarbiausia subalansuoti žaliavų sąnaudas su gamybos realybe – įrankių nusidėvėjimu ir presavimo apkrovomis. Tuo tarpu, kaip automobilių architektūros toliau vystosi, ypač EV „skateboard“ platformų atveju, šių pažengusių automobilių šasi spaustinių medžiagų valdymas išlieka lemiamu konkurenciniu pranašumu.

Dažniausiai užduodami klausimai

1. Koks skirtumas tarp HSLA ir AHSS automobilių spaustinių procese?

Didelės stiprumo mažiauglės (HSLA) plieno stiprumas kyla dėl mikrolydinių elementų, ir jis paprastai yra lengviau formuojamas. Pažangusis didelio stiprumo plienas (AHSS) naudoja sudėtingas daugiapuses mikrostruktūras (pvz., dvifazę ar TRIP), kad pasiektų žymiai didesnį tempimo stiprumą, leidžiant storesnius, lengvesnius detalių variantus, tačiau reikalaujant pažangesnių presavimo technologijų atgalinio šokio valdymui.

2. Kodėl aliuminis naudojamas šasi dalims, nepaisant didesnės kainos?

Aliuminis naudojamas dėl savo mažo tankio, kuris yra apie trečdalį plieno tankio. Šasi taikymuose, tokiuose kaip valdymo svirtys arba vamzdžiai, tai sumažina „nesuspensuotą masę“, ženkliai pagerinant transporto priemonės valdymą, pakabos reakciją bei bendrą kuro efektyvumą arba EV nuvažiuojamą atstumą.

3. Ar varis gali būti naudojamas automobilių šasi presavimui?

Kai varis yra standartinis medžiagos tipas metalo štampavimui, jis yra per minkštas ir sunkus konstrukciniams šasi rėmams. Jo naudojimas šasi ribojamas tik elektriniais komponentais, tokiomis kaip magistralės, baterijų kontaktai ir įžeminimo klipai, kurie tvirtinami prie konstrukcinio rėmo.

4. Koks preso tonlažumas reikalingas AHSS šasi dalių štampavimui?

AHSS štampavimui reikia žymiai didesnio tonlažumo nei minkštam plienui dėl medžiagos aukštos takumo stiprios. Dažnai reikia 600–1000 tonų presų, dažnai naudojant servotechnologiją, kad būtų galima kontroliuoti formavimo greitį ir valdyti medžiagos tamprųjį atsitraukimą (springback).