TRUMPAI

Magnio štampavimas automobilių lengvatinimui yra specializuotas gamybos procesas, kuris naudoja šilto formavimo technologiją (paprastai 200°C–300°C), kad magnio lydinių lakštus suformuotų į konstrukcinius komponentus. Skirtingai nuo tradicinio liejimo forma, plastiškai deformuojamo magnio (dažniausiai AZ31B ) trūksta porėtumo ir galima pasiekti storesnes sienelių dalis, suteikiant 33 % mažesnį svorį lyginant su aliuminiu ir iki 75 % mažesnį lyginant su plienu. Šis procesas įveikia metalo šešiakampę glaudžiai sutvarkytą (HCP) kristalinę struktūrą, kuri sukelia trapumą kambario temperatūroje, todėl tai yra esminė kryptis naujos kartos transporto priemonių efektyvumui.

Lengvatinimo priešaky: kodėl štampuoti magnį?

Neribotame siekyje padidinti automobilių efektyvumą inžinieriai nuolat kovoja su „masės spiralės“ problema. Nors aliuminis jau seniai yra standartas lengvinant konstrukcijas, magnio štampavimas tai yra kitas loginis žingsnis materialioje evoliucijoje. Magnis yra lengviausias iš esančių konstrukcinių metalų, jo tankis yra maždaug 1,74 g/cm3, todėl jis yra maždaug 33% lengvesnis už aliuminiumą ir 75% lengvesnis už plieną. Elektromobilių atveju, kai kiekvienas sutaupytas kilogramas tiesiogiai reiškia didesnį nuotolių, šie skirtumai yra ne tik papildomi, bet ir transformuojantys.

Istoriškai, magnis automobilių pramonėje buvo sinonimas su džiovavimas pagalvokite apie prietaisų skydų spindulius, vairų ratų tvirtinimo elementus ir perdavimo dėžes. Tačiau liejimas yra būdingas ribotumas: tam reikia storesnių sienų (paprastai bent 2,0 mm), kad būtų užtikrintas išlydytas srautas, o gautos dalys dažnai kenčia nuo poringumo, kuris riboja šilumos apdorojimo galimybes. Metalinis stempelijimas pakeičia šią paradigmą. Formuojant kalti magnio lakštus, inžinieriai gali pasiekti sienų storį, kuris yra ne mažesnis kaip 1,0 mm, dar labiau sumažinant svorį, tuo pačiu naudodamiesi aukštesnėmis mechaninėmis kaltiųjų medžiagų savybėmis, tokiomis kaip didesnis lakštumas ir nuovargio stiprumas.

Magnio spausdinti gali būti naudojami ne tik paprastose rėmose. Didžiosios automobilių gamintojos ir mokslinių tyrimų įstaigos sėkmingai patvirtino šį procesą didelių paviršių komponentams, pvz., vidinių durų plokštės , sėdynės rėmas ir stogo lankos. Šiose srityse magnio ypatingas kietumas ir išskirtinis slopinimo pajėgumas padeda geriau nei aliuminio ar plieno, apimti vibracijas ir triukšmą.

Techninis iššūkis: formavimas kambario temperatūroje

Jei štampuotas magnis siūlo tokias pranašias naudą, kodėl jis nėra pramonės standartas? Atsakymas slypi jo kristalografijoje. Skirtingai nei plienas ar aliuminis, kurie turi paviršių centruotą kubinę (FCC) arba tūrio centruotą kubinę (BCC) struktūrą su daugybe slydimo sistemų, magnis turi Šešiakampę tankiai supakuotą (HCP) kristalinę struktūrą. Kambario temperatūroje ši struktūra yra itin nepalanki deformacijai.

Plastinė deformacija metaluose vyksta tada, kai kristalinės plokštumos slysta viena per kitą – mechanizmas, vadinamas „slydimu“. Aplinkos temperatūroje (25 °C) magnis beveik išimtinai remiasi baziniu slydimo sistema , kuri teikia tik du nepriklausomus slydimo režimus. Pagal fon Mizeso kriterijų, medžiagai reikia mažiausiai penkių nepriklausomų slydimo sistemų, kad galėtų patirti sudėtingas deformacijas nesutrūkinėjant. Todėl bandant šaltai gilinti ar štamponuoti sudėtingas magnio dalis, iškart atsiranda gedimai, tokie kaip rimti įtrūkimai ar plyšimai. Medžiaga tiesiog negali kompensuoti apkrovos.

Šis apribojimas sukuria didelį įtempimo-spaudimo asimetrija ir anisotropis (turimų savybių krypties). Magnio lakštas gali gerai ištempti viena kryptimi, bet kitur gali labai traukti. Norėdami išnaudoti medžiagos potencialą, inžinieriai turi įjungti papildomas slydimo sistemasypač prizminiai ir piramidiniai slydimo plokštumai kuri aktyvuojasi tik tada, kai medžiaga yra energizuojama šilumos.

Sprendimas: šilto formėjimo technologija (200°C~300°C)

Magnio spausdinimo pažanga tolimesnis Formavimas - Ne. Tyrimai rodo, kad magnio lakšties temperatūros padidėjimas iki 200°C ir 300°C žymiai padidina bazinės slydėjimo sistemos kritinę atsisakyto kirtimo įtampą (CRSS), o ne bazinės slydėjimo sistemų aktyvavimo energiją sumažina. Šioje "sveikoje vietoje" medžiaga tampa trapusi ir lankstesnė, todėl susidaro sudėtingos geometrijos, panašios į švelnį plieną.

Šilto formavimo įgyvendinimas reikalauja esminio pakeitimo įrankių strategijoje. Skirtingai nuo šalto štampavimo, kai įrankis sugeria trinties sukeliamą šilumą, šiltam formavimui reikia, kad pats įrankis būtų šilumos šaltinis (ar bent jau šilumą reguliuojantis). Procesas paprastai apima загružymo šildymą ir die paviršiaus temperatūros palaikymą tam tikrame lygyje. Dėl AZ31B , optimalus intervalas dažnai nurodomas apie 250°C . Per šalta – detalė įtrūksta; per karšta (virš 300 °C) – medžiaga kenčia nuo terminio minkštėjimo arba grūdelių stambėjimo, dėl ko sumažėja galutinės detalės stiprumas.

Tepimas yra dar vienas svarbus veiksnys. Standartiniai aliejaus pagrindu gaminami štampavimo tepalai šiose temperatūrose skyla arba rūksta. Reikalingi specialūs kietieji tepalai (pvz., grafito ar PTFE bazės danga) arba aukštos temperatūros polimerinės plėvelės, kad būtų išvengta griovimo tarp lakšto ir įrankio. Nors tai prideda sudėtingumo, kompromisas yra didelio kiekio gamybos galimybė. Ciklo trukmė sutrumpinta iki kelių sekundžių, todėl procesas tampa tinkamas masinei gamybai. Tačiau vykdyti tai mastu reikalauja specializuotų žinių. Partneriai kaip Shaoyi Metal Technology užpildo šią spragą, siūlydami tikslų štampavimo sprendimus, kurie leidžia pereiti nuo greitų prototipų prie didelio kiekio gamybos, laikantis griežtų OEM kokybės standartų.

Medžiagos parinkimas: Pagrindiniai magnio lakštiniai lydiniai

Ne visi magniai yra vienodi. Sėkmingas štampavimo projektas dažnai prasideda nuo lydinio parinkimo, derinant formuojamumą su kaina ir mechaniniais parametrais.

• AZ31B (Mg-3%Al-1%Zn): Tai yra darbo arklys magnio lakštų srityje. Jis prieinamas prekyboje, vidutinės kainos ir gerai išstudijuotas. Nors jis turi prastą formuojamumą kambario temperatūroje (maksimalus kupolo aukštis ~12 mm), puikiai reaguoja į šiltą formavimą 250 °C temperatūroje. Tai numatytoji parinktis daugumai struktūrinių automobilių taikymo sričių.
• ZEK100 (Mg-Zn-RE-Zr): Ši pažengusi lydinių rūšis apima retųjų žemių (RE) elementus, tokius kaip neodimis. Retųjų žemių pridėjimas keičia kristalinę tekstūrą, atsitiktinai nukreipdamas grūdelių orientaciją. Ši „sulaužyta tekstūra“ sumažina anizotropiją, leisdama ZEK100 formuoti žemesnėse temperatūrose (net 150 °C) arba sudėtingesnėmis geometrijomis nei AZ31B. Tai aukščiausios kokybės pasirinktis sudėtingoms formoms, kur AZ31B nepajėgia.
• E-Form Plus / Specializuoti lydiniai: Nuolat atsiranda naujos išskirtinės lydalys, kurių tikslas dar labiau sumažinti formavimo temperatūrą, kad būtų galima sutaupyti energijos sąnaudų ir sutrumpinti ciklų trukmę. Dažnai dėmesys skiriamas grūdelių dydžio tobulinimui, siekiant pagerinti plastiškumą per grūdelių ribų slydimo mechanizmus.

Palyginamoji analizė: Įspaudimas ir liejimas į formas

Automobilių inžinieriams sprendimas dažnai susiduria su kompromisu tarp brandaus džiovavimas ir įspaudimo naudos požiūriu. Šis palyginimas parodo, kodėl įspaudimas užima vis didesnę vietą specifinėms aplikacijoms:

Ateities perspektyva

Kol pasaulinės emisijos normos tampa griežtesnės ir EV lenktynės pagreitėja, taip auga magnio štampavimo automobilių lengvatinimo technologijos vaidmuo. Pramonė juda link daugiakomponentinių konstrukcijų – sujungiant štampuotus magnio skydus su aliuminio arba aukštos stiprybės plieno rėmais naudojant pažangius klijus ir savavarčius veržliarakčius (kad būtų išvengta galvaninės korozijos). Nors išlieka iššūkiai dėl žaliavų kainos ir tiekimo grandinės stabilumo, inžinerinės priežastys naudoti šilumai atsparų magnį yra neabejotinos: jis siūlo galutinę lengvumo ir stiprumo kombinaciją rytojaus transporto priemonėms.

Dažniausiai užduodami klausimai

1. Kodėl jie nustojo gaminti magnio ratus?

Magnio ratų ("mags") buvo mažiau naudinga įprastoms transporto priemonėms dėl korozijos problemų ir didelių priežiūros išlaidų. Ankstyvieji magnio lydiniai buvo labai jautrūs šlapinimui ir galvaninei korozijai nuo kelių druskų. Be to, magnis gali būti trapus ir jį sunku taisyti, palyginti su aliuminiu. Šiuolaikiniai mezgti magnio ratai yra, tačiau jie daugiausia naudojami lenktynėse ar prabangiausiuose segmente, kur našumas yra didesnis už kainą.

2. Išmokyti Ar magnio lydinio galima užstrižyti?

Taip, bet paprastai ne kambario temperatūroje. Standartinės magnio lydinės, tokios kaip AZ31B, turi būti šiltas formavimas šilumos poveikis aktyvuoja papildomas gliuko sistemas kristalinėje struktūroje, leidžiančias metalo plėšimui ir formavimui be krekingo. Kai kurios pažangios lydinės, tokios kaip ZEK100, yra labiau tvarstomos esant mažesnėms temperatūroms.

3. Koks yra magnio lydinio trūkumas?

Pagrindiniai trūkumai yra šie: korozija ir kaina . Magnis yra labai reaktyvus ir galvaninėje eilėje yra žemai, kas reiškia, kad jis greitai korozuoja, jei be tinkamų dengiamųjų sluoksnių liečiasi su plienu ar drėgme. Be to, jis brangesnis už kilogramą lyginant su plienu ar aliuminiu. Be to, šešiakampė kristalinė struktūra sunkina šaltą formavimą, reikalingas energijos sąnaudas didinančias šilto formavimo procedūras.