Magnija sakausējuma štampēšana automobiļu rūpniecībā: Priekšrocības ar siltās formēšanas metodi — siltās formēšanas magnija sakausējuma loksnes vieglās automašīnu durvju paneļu ražošanai

TL;DR

Magnija sakausējuma kalšana ir automašīnu atvieglošanas priekšējā līnija, nodrošinot komponentus, kas ir 33% viegāk nekā alumīnijs un 75% vieglāki nekā tērauds . Standarta aukstā kalšana nedarbojas, jo magnijam ir sešstūraina cieši iepakota (HCP) kristālstruktūra, siltais veidojums (200°C–300°C) veiksmīgi aktivizē nestarpas slīdes sistēmas, ļaujot sarežģītu formas veidošanu. Rūpniecības standarta sakausējums, AZ31B , tagad tiek izmantots iekšējiem durvju paneļiem, sēdekļu rāmjiem un šķērsstabiem, lai pagarinātu elektrisko transportlīdzekļu (EV) darbības rādiusu. Šis ceļvedis aptver kritiskos procesa parametrus, materiālu izvēli un iespējamības datus, kas nepieciešami, lai pārietu no smagajiem liešanas izstrādājumiem uz vieglajiem kaltajiem spiedformējumiem.

Inženierijas pamatojums: kāpēc izmantot magnija spiedformēšanu?

Cīņā par maksimālu elektrisko transportlīdzekļu darbības rādiusa palielināšanu inženieri lielā mērā jau ir izmantojuši visus viegli panākamos rezultātus ar alumīniju. Magnijs (Mg) ir nākamais loģiskais solis. Tā blīvums ir tikai 1,74 g/cm³ salīdzinājumā ar alumīnija 2,70 g/cm³, tādējādi magnijs ir vieglākais strukturālais metāls, kas pieejams. Tērauda komponentu aizstāšana ar magnija spiedformējumiem var nodrošināt līdz pat 75% svara samazinājumu, savukārt pāreja no alumīnija ietaupa aptuveni 33%.

Papildus vienkāršam masas samazinājumam, magnija loksne piedāvā labāku dempingspēju —spēja absorbēt vibrāciju un troksni. Korpusa baltā (BIW) pielietojumiem tas nozīmē uzlabotu NVH (trokšņa, vibrācijas un raupjuma) veiktspēju, neieviešot smagu akustisko izolāciju. Atšķirībā no oglekļa šķiedras, kam ir pārstrādes problēmas, magnijs ir pilnībā pārstrādājams, atbilstot automašīnu OEM ražotāju prasībām par cirkulāro ekonomiku.

Vēsturiski magnija izmantošana bija ierobežota ar izkausēšanu (dzinēju bloki, transmisijas kastes). Tomēr plākšņveida (deformēta) magnija daļas piedāvā ievērojami augstākas mehāniskās īpašības, jo tās novērš porainības problēmas, kas raksturīgas kaļamajiem izstrādājumiem. Tas padara plākšņveida magniju par ideālu materiālu lieliem, plānsienīgiem strukturāliem paneļiem, kuriem nepieciešama augsta īpatnējā izturība.

Kritiskais process: siltās formēšanas tehnoloģija

Galvenais šķērsējs, kas traucē magnija pēšanai, ir tās kristāliskā struktūra. Istabas temperatūrā magnijs ir ar heksagonālu cieši iepakoto (HCP) režģi ar ierobežotām slīdes sistēmām (galvenokārt bazālās slīdes), kas to padara trauslu un deformējoties, tāds ir uz plaisāšanu. Parastās aukstās pēšanas metodes, ko izmanto tērauda, izraisītu nekavējoties salūzumu.

Risinājums ir Silto formēšana . 200°C līdz 300°C (392°F–572°F) papildus slīdes sistēmas (prizmātiskās un piramidālās) tiek termiski aktivizētas. Tas dramatiski palielina izturību pret deformāciju, ļaujot veikt dziļas vilkšanas un sarežģītas ģeometrijas, kas nav iespējamas istabas temperatūrā.

Galvenie procesa parametri

• Temperatūras kontrole: Veselīga apkarsēšana ir kritiska. Pat ±10°C novirze var izraisīt lokalizētu sašaurināšanos vai lūzumu. Parasti tiek apkarsēts gan загlūks, gan veidnis.
• Smaržošana: Standarta eļļas eļļas šajā temperatūrā pasliktinās. Lai novērstu dzeltenumu, ir nepieciešami speciāli izturīgi smaržvielas, kas bieži satur molibdēna disulfīdu (MoS2) vai grafītu.
• Formēšanas ātrums: Atšķirībā no augstas ātruma tērauda iespiedēšanas, karstai formēšanai magnija bieži prasa lēnākus presēšanas ātrumus (piemēram, 20 mm/s pret simtiem mm/s), lai pārvaldītu slīpuma ātrumu un novērstu smagainušanos, lai gan nesen pētniecības un attīstības jomā ir uzlabojots cik

Materiāla izvēle: AZ31B un loksnes ražošana

AZ31B (apmēram 3% alumīnija, 1% cinks) ir automobiļu magnija plāksnes darba leģācija. Tas nodrošina vislabāko izturības, elastības un sašķidrināmo spēju līdzsvaru. Tā izturība parasti ir aptuveni 200 MPa, un joslas izturība ir 260 MPa, kas padara to konkurētspējīgu pret mīkstu tēraudu un dažām alumīnija šķiedrām.

Svarīgs izaicinājums ir magnija plāksnes ražošanas izmaksas. Tradicionālie velmēšanas procesi ir dārgi, jo ir vajadzīgi vairāki velmēšanas posmi. Tomēr inovatīva extrūzijas applūdes ir radusies jauna tehnika. Šajā procesā magnija caurules tiek izšķīstas, sadalītas un aplātinātas, kas, salīdzinot ar parasto velmēšanu, var samazināt ražošanas izmaksas par 50%. Šis izmaksu samazinājums ir ļoti svarīgs, lai magnija iespiedēšana būtu komerciāli dzīvotspējīga masveida transportlīdzekļu, nevis tikai luksuzējošu sporta automobiļu, ražošanā.

Salīdzinošā analīze: Stamping vs. Die Casting

Automobiļu inženieri bieži sajauc magnija liešanas ar stampēšanu. Lai gan abi izmanto vienu un to pašu bāzes metālu, lietojumi un īpašības ir ievērojami atšķirīgas.

Lēmumu matrica: Izvēlieties iespiedēšanu lielām, plātām konstrukcijām, piemēram, durvju iekšpusēm, kapotēm un jumtiem. Izvēlieties diecasting sarežģītām, blokus daļām, piemēram, stūres stūres korpusa vai pārnesumkārbas korpusa.

No prototipa līdz masveida ražošanai

Lai pārvērstu magnija iespiedēšanu, ir vajadzīgi specializēti partneri, kas saprot materiāla termiskās atšķirības. Tas nav tik vienkārši kā aizstāt tērauda kārbu ar magnija kārbu esošajā līnijā. Iekārtu izmantošanai jābūt temperatūras paplašinājumam, un preses parametriem jābūt precīzi kontrolētiem.

Lai apstiprinātu šo tehnoloģiju, OEM un 1. līmeņa piegādātājiem ir būtiski sadarboties ar pieredzējušu ražošanas partneri. Shaoyi Metal Technology piedāvā visaptverošus automobiļu iespiedēšanas risinājumus, kas pasargā starpību no ātrās prototipu izgatavošanas līdz liela apjoma ražošanai. Ar IATF 16949 sertifikāciju un presēšanas spēju līdz 600 tonām, tie var piegādāt precīzas sastāvdaļas, piemēram, vadības rokas un apakšrāmus, vienlaikus ievērojot stingrus pasaules standartus. Lai nu jums ir jāpārbauda siltā formā izgatavots prototips vai ir jāpalielina ražošanas apjoms, mūsu inženierzinātņu pieredze nodrošina sarežģītu, vieglu dizainu īstenojamību.

Lietojumi un nākotnes prognoze

Magnija iespiedēšanas izmantošana paspējāk. Pašreizējās ražošanas darbības ir:

• Sēdekļu rāmji: Izmantojiet jaunu tērauda rāmju, lai ietaupītu 5-8 kg uz transportlīdzekļa.
• Iekšējās durvju plāksnes: Izmantojiet siltu AZ31B, lai radītu stingri, viegli nesējus.
• Krustkrosa gabali: Integrē vairākas daļas vienā iespiestas magnija struktūrā.
• Gaisa temperatūra: Zāļu koncentrācija ir zemāka, lai uzlabotu vadību.

Tā kā EV akumulatora svars joprojām ir problēma, automašīnu ražotāju gatavība maksāt par „vieglsvarīguma premium“ palielinās. Mēs sagaidām, ka magnija loksnes izmaksas samazināsies, kad ekstrūzijas izlīdzināšana kļūs par standarta praksi, padarot silti veidoto magniju par standarta risinājumu nākamās paaudzes elektriskajiem platformām.

Vieglsvarīguma robeža

Magnija sakausējuma štampēšana vairs nav tikai pētniecības un attīstības interese; tā ir dzīvotspējīga un nepieciešama tehnoloģija automašīnu dizaina nākotnei. Apguvot siltā veidošanas procesu un izvēloties piemērotus sakausējumus, piemēram, AZ31B, ražotāji var sasniegt svara ietaupījumus, ko nevar sasniegt ar alumīniju. Šis pāreja prasa ieguldījumus sildītā formā un procesa kontroli, taču rezultāts — vieglākas, efektīvākas un labākas vadāmības automašīnas — ir nenoliedzams.

Bieži uzdotie jautājumi

1. Kāda ir atšķirība starp magnija štampēšanu un die šļūšanu?

Staņģēšana ir cietvielu process, kurā loksnes metāls tiek veidots noteiktās formās, kas ir ideāli piemērots plāniem, lieliem paneļiem, piemēram, automašīnu durvīm vai jumtiem. Tas rada detaļas bez porozitātes un ar augstāku izturību. Metāla liešana injicēšanas veidā ietver karsētu magniju, ko ielej formas veidnē, kas ir piemērotāk sarežģītām, daudzdimensionālām 3D formām, piemēram, dzinēju blokiem, taču bieži rezultātā rodas zemāka strukturālā integritāte gaisa kabatu dēļ.

2. Kāpēc magnijam nepieciešams veidošana siltumā?

Magnijam ir sešstūraina blīvi pakārtota (HCP) kristālstruktūra, kas ierobežo tā elastīgumu istabas temperatūrā. Mēģinājumi to staņģēt aukstumā parasti izraisa plaisas. Materiāla uzsildīšana līdz 200°C–300°C aktivizē papildu "slīdes sistēmas" kristālrežģī, padarot metālu pietiekami plastisku, lai to varētu veidot sarežģītās automašīnu detaļās, neizlaužoties.

3. Cik vieglāks ir magnijs salīdzinājumā ar alumīniju?

Magnijs ir aptuveni 33% vieglāks nekā alumīnijs un apmēram 75% vieglāks nekā tērauds. Šis ievērojamais svara samazinājums padara to par efektīvāko strukturālo metālu elektrisko transportlīdzekļu darbības rādiusa pagarināšanai.