Штампування магнієвих сплавів для автомобілів: перевага теплого формування. Тепле формування листових магнієвих сплавів для легких дверних панелей автомобілів

Коротко

Штампування сплавів магнію є передовим напрямком у зменшенні ваги автомобілів і дозволяє отримувати компоненти, які на 33% легші за алюміній та 75% легші за сталь . Стандартне холодне штампування неефективне через гексагональну щільноупаковану (ГЩУ) кристалічну структуру магнію, технологія гарячого формування (200°C–300°C) у промисловості тепер успішно активує небазальні системи ковзання, що дозволяє виконувати складне формування. Стандартний сплав AZ31B , тепер використовується для внутрішніх панелей дверей, каркасів сидінь і поперечних балок, щоб збільшити дальність електромобіля (EV). У цьому посібнику наведено ключові параметри процесу, вибір матеріалів і дані про технічну можливість переходу з важких литих деталей на легкі штамповані вироби.

Технічне обґрунтування: чому штампувати магнієві сплави?

У прагненні максимізувати запас ходу електромобілів інженери вже вичерпали прості рішення з використанням алюмінію. Магній (Mg) — це наступний логічний крок. Його густина становить лише 1,74 г/см³ порівняно з 2,70 г/см³ у алюмінію, що робить магній найлегшим конструкційним металом серед доступних. Заміна стальних деталей на штамповані магнієві дозволяє знизити вагу до 75%, а заміна алюмінію — заощадити приблизно 33%.

Окрім зниження маси, магнієвий лист має перевагу з точки зору демпфуючу здатність — здатності поглинати вібрації та шуми. Для застосування у конструкціях несучих кузовів (BIW) це означає покращення показників NVH (шум, вібрація, дискомфорт) без додавання важких акустичних матеріалів для ізоляції. На відміну від вуглепластику, який ускладнює переробку, магній повністю придатний до вторинної переробки, що відповідає вимогам циркулярної економіки для автовиробників.

Історично використання магнію було обмежене литтям під тиском (блоки двигунів, корпуси трансмісій). Однак штамповані (деформовані) деталі з магнію мають значно вищі механічні властивості, оскільки позбавлені проблеми пористості, властивої литву. Це робить штампований магній ідеальним для великих тонкостінних конструкційних панелей, які потребують високої питомої міцності.

Критичний процес: технологія гарячого формування

Основною перешкодою для штампування магнію є його кристалічна структура. За кімнатної температури магній має гексагональну щільноупаковану (ГЩУ) решітку з обмеженою кількістю систем ковзання (переважно базальне ковзання), що робить його крихким і схильним до утворення тріщин під час деформації. Стандартні методи холодного штампування, що використовуються для сталі, призведуть до негайного руйнування.

Рішення полягає в Тепле формування . Шляхом нагрівання магнієвого листа та інструменту до певного діапазону 200°C до 300°C (392°F–572°F) , додаткові системи ковзання (призматичні та пірамідальні) термічно активуються. Це значно збільшує пластичність, дозволяючи виконувати глибоке витягування та створювати складні геометрії, які неможливі при кімнатній температурі.

Ключові параметри процесу

• Керування температурою: Рівномірне нагрівання є критичним. Відхилення всього лише на ±10°С може призвести до локального звуження або розриву. Як правило, нагрівають як заготовку, так і матрицю.
• Змащення: Стандартні нафтові мастила руйнуються при таких температурах. Для запобігання заїданню необхідні спеціалізовані високотемпературні мастила, які часто містять дисульфід молібдену (MoS2) або графіт.
• Швидкість формування: На відміну від швидкісного штампування сталі, тепле формування магнію часто вимагає менших швидкостей преса (наприклад, 20 мм/с проти сотень мм/с), щоб контролювати швидкість деформації та запобігти розриву, хоча останні дослідження та розробки покращують час циклу.

Вибір матеріалу: AZ31B та виробництво листа

AZ31B (приблизно. 3% Алюміній, 1% Цинк) - це сплав для виробництва магнієвого листа для автомобілів. Він забезпечує найкращий баланс міцності, гнучкості і зварюваності. Його міцність дозвілу зазвичай становить близько 200 МПа, при міцності на тягу 260 МПа, що робить його конкурентоспроможним з м'якими сталями та деякими алюмінієвими сортами.

Значним викликом були витрати на виробництво магнійного листа. Традиційні процеси прокатки дорогі через необхідність декількох етапів згорання. Однак інноваційні екструзійна плоскинка нові методи. Цей процес витягує магнієву трубу, розщеплює її і ровномірює до листової форми, що потенційно знижує витрати на виробництво на 50% в порівнянні з звичайним прокаткою. Це зниження витрат має життєво важливе значення для того, щоб магнійний штампування стало комерційно життєздатним для автомобілів масового ринку, а не тільки для розкішних спортивних автомобілів.

Порівняльний аналіз: штамповання проти лиття на друку

Інженери-автомобілісти часто плутають лиття магнію на розлив з штампованням. Хоча обидва використовують один і той же неординарний метал, застосування та властивості значно відрізняються.

Матриця рішень: Виберіть штампування для великих плоських структурних компонентів, таких як дверні внутрішні частини, капоти і дахи. Вибирайте лиття на розкладі для складних, блочних деталей, таких як корпуси руля або корпуси передач.

Від прототипу до масового виробництва

Перехід на магнієву штампування вимагає спеціалізованих партнерів, які розуміють теплові нюанси матеріалу. Це не так просто, як замінити сталеву катушку на магній на існуючій лінії. Інструментація повинна вміщати теплове розширення, а параметри прессу повинні бути точно контрольовані.

Для OEM і постачальників Tier 1, які хочуть перевірити цю технологію, робота з досвідченим виробничим партнером є важливою. Shaoyi Metal Technology пропонує комплексні рішення для штампування автомобілів, які перетинають прорив від швидкого створення прототипів до виробництва великих обсягів. За сертифікатом IATF 16949 і потужністю пресу до 600 тонн, вони можуть постачати точні компоненти, такі як ручні ручки і підкадра, дотримуючись строгих світових стандартів. Чи потрібно перевіряти прототип, що був сформований на тепле, чи збільшувати виробництво, їх інженерний досвід забезпечує реалізацію складних легких конструкцій.

Застосування та майбутні перспективи

Прийняття магнієвого штампування прискорюється. Сучасні виробничі застосування включають:

• Оброви сидінь: Заміна сталевих рамок для економії 58 кг на автомобіль.
• Внутрішні панелі дверей: Використовуючи теплоформований AZ31B для створення жорстких, легких носіїв.
• Крос-кара-світла: Інтеграція декількох частин в одну штамповану магнієву структуру.
• Покривні панелі: Зниження центру тяжіння для поліпшення управління.

Оскільки вага батарей електромобілів продовжує викликати занепокоєння, "премія за легку вагу", яку готові платити автовиробники, зростає. Ми очікуємо, що витрати на магнієві пластини знизяться, оскільки екструзійні плоски стануть більш рівними, що зробить теплоформований магній стандартним рішенням для наступного покоління електричних платформ.

Границя легкого ваги

Магнійний сплав штампування більше не просто науково-дослідна цікавість; це життєздатна, необхідна технологія для майбутнього автомобільного дизайну. Виробники можуть зменшити вагу, що не можна порівняти з алюмінієм, якщо вони оптимально підбирають правильні сплави, такі як AZ31B. Перехід вимагає інвестицій у нагрівальні інструменти та контроль процесу, але винагорода - легші, більш ефективні та більш зручні автомобілі - є непереконена.

Поширені запитання

1. Нехай У чому різниця між магнієвим штампованням і литтям?

Штамповання - це процес твердого стану, який формує листові метали в форми, ідеальні для тонких, великих панелей, таких як двері автомобілів або дахи. Він виробляє частини без порійності і з вищою міцністю. Виливка під давленням передбачає вп'язок розплавленого магнію в форму, що краще для складних, блокових 3D-форм, таких як блоки двигуна, але часто призводить до зниження структурної цілісності через повітряні кишені.

2. Нехай Чому магній потребує теплого формування?

Магній має шестикутну кристалічну структуру, яка обмежує його гнучкість при кімнатній температурі. Намагаючись загортати холодно, зазвичай виникають тріщини. Нагрівання матеріалу до 200 °C300 °C активує додаткові "слізні системи" в кристалічній решітці, що робить метал досить пластичним, щоб формувати складні автомобільні деталі без розриву.

3. Нехай буде так. Наскільки легше магній порівняно з алюмінієм?

Магній приблизно 33% легше ніж алюміній і близько 75% легше ніж сталь. Це значне зменшення ваги робить його найбільш ефективним металом для розширення діапазону електромобілів.