Tvárnenie zliatiny horčíka pre automobilový priemysel: Výhody teplého tvárnenia – Teplé tvárnenie plechu zo zliatiny horčíka pre ľahké dvere automobilov

ZKRATKA

Prieskakovanie zliatiny horčíka predstavuje hranicu zľahčovania automobilov a ponúka súčiastky, ktoré sú 33 % ľahšie ako hliník smykové 75 % ľahšie ako oceľ . Keďže štandardné studené prieskovanie zlyhuje kvôli hexagonálnej husto zabalennej (HCP) kryštalickej štruktúre horčíka, technológia tepelného tvárnenia (200°C–300°C) úspešne aktivuje nebazálne systémy šmyku, čo umožňuje komplexné tvarovanie. Priemyselný štandardný materiál AZ31B , sa teraz používa na vnútorné panely dverí, rámy sedadiel a priečky pre automobilové karosérie, aby sa predĺžil dojazd elektrických vozidiel (EV). Táto príručka obsahuje kľúčové procesné parametre, výber materiálu a údaje o uskutočniteľnosti potrebné na prechod od ťažkých odliatkov k ľahkým kovaným prieskovaným súčiastkam.

Inžiniersky prípad: Prečo kovovať horčík?

V pretekoch o maximalizáciu dojazdu elektrických vozidiel už inžinieri v podstate vyčerpali jednoduché riešenia s hliníkom. Horčík (Mg) je logickým ďalším krokom. Pri hustote len 1,74 g/cm³ v porovnaní s hliníkom 2,70 g/cm³ je horčík najľahším dostupným konštrukčným kovom. Nahradenie oceľových komponentov kovovaním z horčíka môže priniesť úsporu hmotnosti až do výšky 75 %, pri prechode z hliníka ide o úsporu približne 33 %.

Okrem samotného zníženia hmotnosti ponúka plech z horčíka vynikajúcu damping Capacity —schopnosť tlmiť vibrácie a hluk. Pre aplikácie karosérie na bielo (BIW) to znamená zlepšený výkon NVH (Noise, Vibration, and Harshness – hluk, vibrácie a drsnosť) bez nutnosti použitia ťažkej akustickej izolácie. Na rozdiel od uhlíkových vlákien, ktoré predstavujú problém pri recyklácii, je horčík plne recyklovateľný, čo zodpovedá požiadavkám kruhového hospodárstva pre výrobcov automobilov.

Historicky bol použitý horčík obmedzený na liatie (bloky motora, skriňa prevodoviek). Však plošné (kované) súčiastky z horčíka ponúkajú výrazne vyššie mechanické vlastnosti, pretože eliminujú problémy s pórovitosťou nevyhnutné pri liatí. To robí plošný horčík ideálnym pre veľké, tenkostenné konštrukčné panely, ktoré vyžadujú vysokú špecifickú pevnosť.

Kľúčový proces: technológia tepelného tvárnenia

Hlavnou prekážkou plošného tvarovania horčíka je jeho kryštruktúra. Pri izbovej teplote má horčík šesťuhlavú, tesne zabalenú (HCP) mriežku s obmedzeným počtom šmykových sústav (predovšetkým bazálny šmyk), čo spôsobuje krehkosť a náchylnosť na trhliny počas deformácie. Štandardné metódy studeného tvarovania používané pre oceľ spôsobia okamžité zlyhanie.

Riešením je Teplo-tvarenie . Zohriatím plechu z horčíka a náradia na špecifické rozpätie 200°C až 300°C (392°F–572°F) , sú tepelne aktivované ďalšie skluzové systémy (prizmatické a pyramídové). To dramaticky zvyšuje tvárnosť, čo umožňuje hlboké ťahanie a zložité geometrie, ktoré sú nemožné pri izbovej teplote.

Kľúčové procesné parametre

• Kontrola teploty: Jednotné vykurovanie je kritické. Odklon len o ±10°C môže viesť k lokalizovanému krku alebo zlomeninu. Obidva, čierna a matracia sú zvyčajne zahrievané.
• Mazanie: Štandardné olejové maziva sa pri týchto teplotách rozpadajú. Na zabránenie žĺzeniu sú potrebné špeciálne topelonosné maziva, ktoré často obsahujú disulfid molibdénu (MoS2) alebo grafit.
• Rýchlosť formovania: Na rozdiel od rýchleho lisovania ocele vyžaduje tepelné formovanie horčíka často pomalšie tlakové rýchlosti (napr. 20 mm/s oproti stovkám mm/s) na zvládnutie miery napätia a zabránenie trhaní, hoci nedávny výskum a vývoj zlepšuje dobu cyklu.

Výber materiálu: AZ31B a výroba plechu

AZ31B (približne 3% hliník, 1% zinok) je hlavná zliatina pre automobilový magnéziumový list. Ponúka najlepšiu rovnováhu medzi pevnosťou, pružnosťou a zváranosťou. Jeho výťažková pevnosť sa zvyčajne pohybuje okolo 200 MPa, s pevnosťou v ťahu 260 MPa, čo ho robí konkurencieschopným s miernymi oceľami a niektorými stupňami hliníka.

Významnou výzvou boli náklady na výrobu magneziovej plechy. Tradičné valcovacie postupy sú drahé z dôvodu potreby viacerých postupov žeračky. Inovatívny extrúzne vyrovnávanie vzniknú nové techniky. Tento proces extruduje trubku s horčíkom, rozdeľuje ju a vyrovnáva na list, čo môže znížiť výrobné náklady o 50% v porovnaní s bežným valcovaním. Toto zníženie nákladov je nevyhnutné na to, aby bol magnéziový lisovanie komerčne životaschopný pre vozidlá na masovom trhu, a nie len pre luxusné športové autá.

Porovnávacia analýza: Priesťaženie vs. Litie do nálep

Automobiloví inžinieri často zamieňajú litovanie magnéziom s lisovaním. Hoci obaja používajú rovnaký základný kov, aplikácie a vlastnosti sa výrazne líšia.

Matrix rozhodovania: Vyberte si štampovanie pre veľké, ploché konštrukčné komponenty ako sú vnútorné časti dverí, kapoty a strechy. Vyberte litovanie na lisovanie pre zložité, blokové časti, ako sú krytie riadiacich stĺpcov alebo krytie prevodovky.

Od prototypu po hromadnú výrobu

Prechod na lisovanie s horčíkom si vyžaduje špecializovaných partnerov, ktorí chápu tepelné nuansy materiálu. Nie je to také jednoduché ako vymeniť oceľovú cívku za horčík na existujúcej linke. Nástroje musia byť schopné tepelného rozpína a parametre lisovania musia byť presne regulované.

Pre výrobcov prvotných zariadení a dodávateľov Tier 1, ktorí chcú overiť túto technológiu, je nevyhnutná spolupráca s skúseným výrobným partnerom. Shaoyi Metal Technology ponúka komplexné riešenia pre automobilové lisovanie, ktoré prekonávajú priepasť medzi rýchlym prototypovaním a výrobou veľkého objemu. S certifikáciou IATF 16949 a s kapacitou lisovania až 600 ton môžu dodávať presné komponenty ako riadiace ramená a podložiaky pri súčasnom dodržiavaní prísnych globálnych noriem. Či už potrebujete overiť tepelne tvarovaný prototyp alebo rozšíriť výrobu, ich technické znalosti zabezpečujú realizovateľnosť zložitých ľahkých konštrukcií.

Aplikácie a budúci výhľad

Prijatie magnéziového lisovania sa zrýchľuje. Aktuálne použitie výroby zahŕňa:

• Rámy sedadiel: Vymena oceľových rámov na ušetrenie 58 kg na vozidlo.
• Vnútorné panely dverí: Použitie teplej AZ31B na vytvorenie tuhých, ľahkých nosičov.
• V prípade vozidiel s motorom s motorom s motorom s motorom s motorom s motorom s motorom s motorom s motorom s motorom s motorom s motorom s motorom s motorom s motorom s motorom s motorom s motorom s motorom s motorom s motorom s motorom s motorom s motorom s motorom Integrácia viacerých častí do jednej štampovanej horčíkového tvaru.
• Stropné panely: Zníženie ťažiskového centra pre lepšie ovládanie.

Keďže hmotnosť batérií pre elektrické vozidlá je stále problémom, "préma za ľahkú hmotnosť", ktorú výrobcovia automobilov sú ochotní zaplatiť, rastie. Očakávame, že náklady na magnéziové plechy klesnú, keď sa extrúzia vyrovná, takže horúci magnézium bude štandardným riešením pre ďalšiu generáciu elektrických platforiem.

Hranica ľahkej váhy

Stampovanie s hliníkovým zliatím hoľkého horčíka už nie je len zvedavosťou výskumu a vývoja, je to životaschopná, nevyhnutná technológia pre budúcnosť automobilového dizajnu. Tým, že zvládnu proces tepelného tvarovania a vyberú si správne zliatiny, ako je AZ31B, môžu výrobcovia dosiahnuť úsporu hmotnosti, ktorej hliník jednoducho nemôže dosiahnuť. Prechod vyžaduje investície do vykurovaného nástroja a riadenia procesu, ale výnosy ľahšie, efektívnejšie a lepšie ovládané vozidlá sú nepopierateľné.

Často kladené otázky

1. Aký je rozdiel medzi lisovaním s použitím magnézia a lisovaním s použitím matriov?

Stampovanie je proces pevného stavu, ktorý formuje kovové plechy do tvarov, ideálnych pre tenké, veľké panely, ako sú dvere alebo strechy áut. Vyrába časti bez pórovitosti a s vyššou pevnosťou. Vlievanie s tlakovým odlievaním zahŕňa vstrekovanie roztaveného horčíka do formy, ktorá je vhodnejšia pre zložité, blokové 3D tvary, ako sú bloky motora, ale často vedie k nižšej štruktúrnej integrity kvôli vzduchovým vreckám.

2. Vráť sa. Prečo sa má horčík formovať v teple?

Magnézium má šesťhrannú kryštálovú štruktúru, čo obmedzuje jeho pružnosť pri izbovej teplote. Snažiť sa ho zamračiť chladne zvyčajne spôsobuje praskliny. Zahrievanie materiálu na 200°C až 300°C aktivuje ďalšie "skĺzkové systémy" v kryštálovej mriežke, čím sa kov stáva dostatočne hnitý na to, aby sa bez zlomenia mohol formovať do zložitých automobilových dielov.

3. Vráť sa. O koľko je horčík ľahší ako hliník?

Magnézium je približne 33% ľahšie ako hliník a asi 75% ľahšie ako oceľ. Toto výrazné zníženie hmotnosti z neho robí najefektívnejší konštrukčný kov na rozšírenie rozsahu prevádzky elektrických vozidiel.