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Jun 13, 2023

La nueva tecnología de aluminio reduce el peso del automóvil eléctrico de lujo

Hacer coches más ligeros, más eficientes energéticamente y más seguros es un reto para el

Hacer automóviles más livianos, más eficientes energéticamente y más seguros es un desafío para toda la industria automotriz. El fabricante estadounidense de automóviles eléctricos Lucid Motors eligió una tecnología nueva e innovadora para abordar el desafío.

Lucid Air, lanzado en 2021, utiliza varios componentes únicos y livianos hechos de aluminio de alta resistencia formado en caliente, diseñados, fabricados e industrializados en colaboración con AP&T y fischer Group.

"Estamos muy orgullosos de tener la oportunidad de contribuir a la realización de este fantástico automóvil. Lucid Motors se encuentra entre los primeros fabricantes de automóviles del mundo en utilizar componentes de aluminio de alta resistencia formados en caliente fabricados con nuestra tecnología. Esto hace que su éxito un hito importante para nosotros también", dijo el Dr. Christian Koroschetz, director de ventas de AP&T.

En 2015, Lucid buscó tecnología de vanguardia para la fabricación de estampados críticos para choques, como anillos de puertas, refuerzos de pilares B y componentes de protección de paquetes de baterías. Se comunicaron con AP&T.

Un reto apasionanteLucid presentó a AP&T varios requisitos de proceso y piezas, lo que impulsó al equipo hacia procesos nuevos y avanzados, que en última instancia generarían productos de bajo peso, alta formabilidad, resistencia y ductilidad en grandes volúmenes.

En ese momento, AP&T estaba profundamente involucrada en proyectos de innovación orientados a investigar cómo se podía usar el aluminio de alta resistencia para producir componentes de carrocería de automóviles de alta resistencia y bajo peso. Como resultado directo de estos proyectos, Lucid seleccionó a AP&T como proveedor de Lucid Air.

"AP&T presentó una nueva tecnología prometedora. Los beneficios potenciales fueron significativos porque el conformado en caliente permitió la fabricación de geometrías de piezas complejas con aluminio de alta resistencia. Gracias a la combinación de alta conformabilidad, alta resistencia y bajo peso, el diseño de los componentes realmente podría optimizarse. Esto permitió que el espacio del paquete de servicios públicos se usara de manera más eficiente y lograr un alto nivel de seguridad contra colisiones y bajo consumo de energía, todo para beneficiar al cliente final ", dijo Eric Bach, vicepresidente senior de producto e ingeniero jefe. , lúcido.

Desarrollo de la solución: simulaciones y prototipos de herramientas Durante 2017, se aceleró el trabajo de desarrollo, con el uso de análisis de ingeniería asistidos por computadora. Los expertos en conformado de AP&T ejecutaron simulaciones de conformado de láminas de metal FEM, que predicen posibles riesgos de grietas y arrugas que podrían ocurrir durante el proceso de conformado. Los ingenieros de Lucid aprovecharon los comentarios de estas simulaciones para iterar en el diseño de los componentes de la carrocería del automóvil.

Ese mismo año, AP&T presentó la primera línea de producción a gran escala para aluminio de alta resistencia conformado en caliente para demostrar el potencial de la nueva tecnología. La innovación recibió el prestigioso premio Altair Enlighten. Este reconocimiento confirmó que AP&T estaba en el camino correcto y le dio un impulso adicional a la colaboración con Lucid Motors.

En 2019 y 2020 se realizaron pruebas para validar la robustez del proceso y desarrollar datos de prueba. Si bien el diseño del componente es vital para cumplir con los requisitos de choque de la carrocería del automóvil, la resistencia, el alargamiento, el material y el patrón de plegado de choque también juegan un papel fundamental. Los ingenieros de materiales y los diseñadores de carrocerías de automóviles de Lucid colaboraron con los ingenieros de procesos de chapa metálica de AP&T e identificaron los materiales ideales para cumplir con el rendimiento requerido de los componentes.

Se realizaron numerosas pruebas de diferentes aleaciones de aluminio de alta resistencia de varios proveedores en la línea de prueba de AP&T en Ulricehamn, Suecia. El equipo implementó los parámetros recomendados por estos proveedores de materiales en el proceso de producción. Fue durante esta fase del proyecto que se definieron los parámetros óptimos del material, el proceso de estampado y el tratamiento térmico. La solidez del proceso se validó a través de un estudio experimental intensivo que incluyó pruebas de materiales en los laboratorios de prueba de los proveedores y pruebas de componentes significativos por parte de los ingenieros de materiales de Lucid. Los ingenieros de desarrollo de Lucid revisaron los modelos de materiales y fallas, que son necesarios para ejecutar simulaciones de choques FEM. Lucid recibió muestras de prueba extraídas de piezas estampadas terminadas, que pasaron por toda la ruta del proceso en la línea de producción de AP&T, para calibrar los modelos.

Después de seleccionar los materiales de mejor desempeño, AP&T proporcionó troqueles prototipo. Las piezas prototipo se estamparon en la línea de producción de AP&T para construir el prototipo Beta de Lucid y los autos Release Candidate (RC), que se sometieron a las rigurosas pruebas de componentes y de vehículos de Lucid. Se cumplieron las expectativas, lo que le dio a AP&T la confianza para seguir adelante y enfocarse en la industrialización de la tecnología.

"Gracias al uso de los modelos de simulación de conformado de chapa FEM de AP&T, las capacidades de producción se habilitaron en un período de tiempo realmente breve. Fue posible acortar enormemente el tiempo de prueba de la herramienta mediante el uso de modelos de simulación que se habían optimizado en varios proyectos de investigación. Como resultado, AP&T podría proporcionar varios troqueles de producción en un lapso de tiempo muy corto ", dijo el Dr. Michael Machhammer, gerente de procesos de formación y herramientas de desarrollo en AP&T.

Producción a gran escala: fischer Group involucrado en la colaboración Ahora surgió la pregunta de quién proporcionaría la producción de componentes a gran escala. Apoyándose en los éxitos anteriores y en la larga relación de trabajo, AP&T recomendó a fischer Group como socio de fabricación para ayudar a satisfacer las demandas de producción de Lucid.

"Nuestra relación con AP&T se remonta a 20 años y con frecuencia intercambiamos ideas innovadoras sobre procesos de formado con su equipo de I+D. Hace unos cinco o seis años, AP&T presentó los beneficios del aluminio formado en caliente, lo que despertó nuestro interés en profundizar en la tecnología. "Buscamos constantemente nuevas áreas y aplicaciones para aportar nuestro conocimiento en la formación basada en herramientas y nuestra experiencia como proveedores de la industria automotriz. Esto nos dio la oportunidad de hacer precisamente eso", dijo el Dr.-Ing. Stefan Geißler, director general de fischer Hydroforming y director de cuentas clave para la colaboración con AP&T y Lucid.

Con todos los socios adecuados en su lugar, AP&T y fischer Group comenzaron a planificar la producción industrial de los componentes de Lucid en las instalaciones de fischer en Achern en el sur de Alemania. Si bien AP&T reubicó su prensa servohidráulica y herramientas existentes en Achern, la producción en su planta de Ulricehamn comenzó de inmediato durante este período de transición, lo que permitió que el proyecto se mantuviera en marcha.

Lucid y AP&T también trabajaron en estrecha colaboración con fischer para modificar aspectos de los parámetros de tratamiento térmico para garantizar que los componentes estuvieran dentro de las especificaciones y permitieran una capacidad de alto volumen.

"AP&T y nuestro equipo hicieron un trabajo fantástico juntos. Para abril de 2021, habíamos aumentado la velocidad para producir 1500 conjuntos de componentes de anillos de puertas, pilares B y cubiertas de paquetes de baterías para Lucid Air en Ulricehamn", dice Thorsten Junge, director de desarrollo comercial. en fischer Hydroforming.

En paralelo, se llevó a cabo un proyecto intensivo en las instalaciones de Achern para preparar la instalación de la nueva línea y equipos auxiliares, como los de recorte 3D, envejecimiento y limpieza. Se construyó un edificio industrial completamente nuevo para hacer espacio.

"También supervisamos la adquisición de materia prima. Aunque fue un desafío, el resultado final fue un éxito y la línea se transfirió de Ulricehamn a Achern durante el verano y se puso en servicio en diciembre de 2021", dijo Junge.

El futuro de la movilidad sostenibleCuando Lucid Air, uno de los autos eléctricos técnicamente más sofisticados del mundo, comenzó las entregas a los clientes en octubre de 2021, había una buena razón para celebrar no solo en la sede mundial de Lucid en Newark, California, sino también en Achern y Ulricehamn.

La colaboración entre Lucid, AP&T y fischer Group fue un gran éxito: una tecnología innovadora y prometedora se transformó en una solución comercialmente viable. Esta solución abre oportunidades para toda la industria automotriz cuando se trata de reducir el peso y mejorar la seguridad.

Tras el exitoso lanzamiento, Lucid Air ha seguido teniendo una gran demanda, lo que solo ha servido para aumentar la demanda de componentes de aluminio de alta resistencia formados en caliente.

"Ahora se trata de optimizar aún más el proceso de producción y aumentar los volúmenes de producción, lo que también tendrá un impacto positivo en los resultados", dijo Robert Walton, director de compras de Lucid.

Para satisfacer las necesidades de Lucid, fischer tiene planes de gran alcance para comenzar a fabricar piezas de aluminio de alta resistencia utilizando tecnologías innovadoras de formación de aluminio cerca de las instalaciones de Lucid en Casa Grande, Arizona.

"Es increíble ser parte del emocionante viaje de Lucid y saber que nuestras tres empresas podrían trabajar juntas para hacer realidad la primera aplicación a escala industrial de esta tecnología de formación en el mundo", dijo Stefan Geißler.

"Como socio establecido de muchos actores de la industria automotriz, estamos permitiendo el desarrollo de un sector de transporte más sostenible con vehículos más seguros y eficientes desde el punto de vista energético que tienen un menor impacto ambiental. Esta vez lo estamos haciendo con tecnología innovadora en colaboración con un fabricante de automóviles con visión de futuro. Eso es enorme", dijo Christian Koroschetz.

Sustancias que tienen propiedades metálicas y que están compuestas por dos o más elementos químicos de los cuales al menos uno es un metal.

Aluminio que contiene cantidades especificadas de elementos de aleación añadidos para obtener las propiedades mecánicas y físicas necesarias. Las aleaciones de aluminio se dividen en dos categorías: composiciones forjadas y composiciones de fundición. Algunas composiciones pueden contener hasta 10 elementos de aleación, pero solo uno o dos son los principales elementos de aleación, como cobre, manganeso, silicio, magnesio, zinc o estaño.

Funciones de ingeniería realizadas con la ayuda de computadoras y software especial. Incluye funciones como determinar la capacidad de un material para soportar tensiones.

Capacidad de un material para doblarse, formarse o estirarse sin romperse. Medido por elongación o reducción del área en un ensayo de tracción o por otros medios.

En los ensayos de tracción, el aumento de la longitud calibrada, medido después de la fractura de la muestra dentro de la longitud calibrada, generalmente expresado como un porcentaje de la longitud calibrada original.

Tira o bloque de material rectificado con precisión que se usa para elevar una pieza de trabajo, manteniéndola paralela a la mesa de trabajo, para evitar el contacto entre el cortador y la mesa.