20 de abril de 2020.- No es una novedad afirmar que la industria automotriz se trata de cambios en estos días, y detallaremos algunos de estos cambios, y lo que significan para los OEM y diseñadores, y los proveedores de piezas.
También experimentando cambios, Great Designs in Steel (GDIS), un evento anual que explora los desarrollos en la relación automotriz / acero, y sus organizaciones anfitrionas.
La Dra. Jody Hall se acaba de jubilar como vicepresidenta del programa automotriz para el Instituto Americano del Hierro y el Acero (AISI, anteriormente el Instituto de Desarrollo del Mercado de Acero), donde también dirigió el Consejo de Aplicaciones Automotrices y coordinó las colaboraciones entre los miembros del acero y la empresa. la Asociación Auto / Steel.
En los pasos, John Catterall, un veterano de la industria automotriz de cuatro décadas que recientemente se desempeñó como director ejecutivo de Auto / Steel Partnership (A / SP), lo que debería garantizar una transición sin problemas.www.pma.org/apsc para más detalles.) En cuanto a GDIS, tiene una nueva casa 2020: el Suburban Collection Showplace en Novi, MI, el 20 de mayo.
Para evaluar la relación actual entre el acero y el automóvil, MetalForming entrevista a Catterall, y tiene mucho que decir sobre los aceros avanzados de alta resistencia (AHSS) de tercera generación, incluidos los problemas de unión y herramientas; estampado en caliente; vehículos eléctricos; la tendencia hacia sistemas y productos modulares automotrices; y más.
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Galvanizado en caliente de bobinas de acero en ArcelorMittal. Los nuevos aceros avanzados de alta resistencia de tercera generación, que prometen un mayor alargamiento y la capacidad de formar piezas más complejas y fuertes, desafían a los encargados de diseñar, formar y unir. Una gran cantidad de recursos, incluido el evento 2020 Great Designs in Steel, puede ayudar a superar esos desafíos.
«Cada vez más AHSS de tercera generación están disponibles para la producción, con muchos grados ya calificados, o en proceso de calificación, para su uso por los fabricantes de automóviles», dice Catterall. “Los fabricantes de equipos originales están comenzando a diseñar esos grados en sus productos y aumentarán su uso en el futuro. Tendremos que educar a los estampadores sobre lo que estos materiales pueden y no pueden hacer (vea la barra lateral, Recursos para aquellos que trabajan con la barra lateral de Grados AHSS). Estos aceros presentan un alargamiento mayor y pueden estamparse en frío en formas más complejas que incluso los aceros de doble fase ”.
¿Una alternativa al estampado en caliente?
Según Catterall, estos nuevos grados AHSS, que continúan la tendencia hacia una mayor resistencia mientras se mantiene la formabilidad, ofrecen una alternativa a algunas aplicaciones de estampado en caliente. Ofrece pilares B, los pilares centrales entre las puertas delantera y trasera del vehículo, como ejemplos.
«La producción de pilares B ha ido en la dirección del estampado en caliente», dice, «con empresas que trabajan para acelerar el proceso y el uso de zonas blandas, donde un pilar exhibe solo una resistencia localizada más alta y utiliza material de resistencia ligeramente inferior para crear un punto de bisagra en el pilar. La tercera generación de AHSS ofrece la visión de producir algunos de estos pilares B mediante estampación en frío. Los OEM, Tier Ones y otros estampadores llevarán a cabo investigaciones de casos de negocios para determinar el enfoque más efectivo, que puede ser sensible al volumen. El estampado en caliente requiere una gran inversión de capital, más energía y troqueles más caros. Aquellos que producen vehículos de bajo volumen pueden desear evitar esa inversión inicial y dar la bienvenida a la opción de estampado en frío ”.
Con 30 presentaciones de profesionales de fabricantes de equipos originales (OEM), proveedores, academias y organizaciones de la industria automotriz, GDIS espera recibir a 1800 asistentes, destaca lo último en aceros avanzados de alta resistencia (AHSS), diseño de carrocería automotriz, ingeniería y tecnologías de fabricación. Y, ahora en un lugar más grande, GDIS proporciona 10,000 pies cuadrados de espacio de exhibición, lleno de proveedores de la industria y ejemplos de la vida real de vehículos y sistemas de vehículos cargados de AHSS. Busque el stand de la revista MetalForming y sus editores en el evento.
Una tendencia continua de años, la caída de volumen de modelos particulares, pone en primer plano el argumento del volumen de estampado en caliente, y aunque los niveles de volumen de un panel en particular retroceden, se deben estampar más versiones de un panel en particular para cumplir con las demandas de personalización.
«Como resultado, podemos ver una compensación comercial entre algunos de los aceros de tercera generación que entran en línea y las piezas estampadas en caliente», explica Catterall. “Otra tendencia se refiere al uso de estampado en caliente para todo el lado del cuerpo estructural. Los esfuerzos continuarán aquí porque los aceros de tercera generación no están lo suficientemente avanzados en I + D para permitir su uso para un anillo completo en el lado de la puerta. Pero estoy seguro de que la industria trabajará en eso ”.
Incluso dentro del proceso de estampado en caliente con uso intensivo de energía, los esfuerzos buscan minimizar los costos del proceso. Queda por ver hacia dónde conducirán los esfuerzos.
«¿El calentamiento por inducción de espacios en blanco reducirá los costos?» pregunta Catterall. “Los fabricantes de equipos originales, de nivel uno y los proveedores de equipos están trabajando en todos los lados de la ecuación de estampado en caliente, sobre cómo enfriar mejor los troqueles, piezas de acabado, etc., y con más y más proveedores de piezas empleando el proceso, entra más competencia, y eso impulsará el comportamiento «.
Recursos para quienes trabajan con nuevos grados de AHSS
Existen recursos para quienes tienen la tarea de crear piezas, paneles y componentes automotrices a partir de aceros avanzados de alta resistencia (AHSS) resistentes y difíciles, incluidos los últimos grados de tercera generación.
«Las compañías siderúrgicas que producen estos aceros avanzados tienen un interés personal en su uso exitoso en la industria», dice Danny Schaeffler, fundador y presidente de Engineering Quality Solutions y autor de la columna mensual Science of Forming de MetalForming . «Puede haber oportunidades para interactuar con estos ingenieros de aplicaciones de la compañía siderúrgica, cuyas funciones son garantizar el suministro de los grados correctos para las piezas individuales, e impartir experiencia sobre cómo los estampadores pueden utilizar mejor estos productos».
En muchos casos donde un estampador no tiene acceso al ingeniero de aplicaciones de acero, los consultores independientes pueden proporcionar la experiencia necesaria. Y, como se señala en el artículo principal, Auto / Steel Partnership, a través de su equipo de Optimización de herramientas de estampado, ofrece capacitación en metalurgia, conformabilidad, unión y construcción de matrices para piezas AHSS. Para obtener información y materiales de capacitación, visite www.a-sp.org/training.
Más allá de eso, WorldAutoSteel está recibiendo ayuda a través de una nueva versión de las Pautas de aplicación de aceros avanzados de alta resistencia. Las pautas actuales, Versión 6.0, disponibles como una descarga gratuita de PDF de 300 páginas desde el sitio web de la organización, se publicaron en 2017 y han brindado innumerables beneficios en la formación y unión de grados AHSS utilizados en estructuras de carrocerías de automóviles.
Pero la próxima versión trae nuevos niveles de información y acceso. Aprovechando la experiencia de los proveedores mundiales de AHSS y expertos de la industria como Schaeffler, George Coates de The Phoenix Group y WorldAutoSteel, y uniéndose al experto Menachem Kimchi del departamento de Ingeniería de Ciencia de Materiales de la Universidad Estatal de Ohio, la nueva aplicación de aceros avanzados de alta resistencia basada en la web Las pautas esperan desplegar secciones este verano con las pautas completas programadas para 2021. Incluyendo los grados de acero disponibles comercialmente desde el lanzamiento de la versión anterior, esta nueva versión, como recurso basado en la web, se puede buscar por completo.
«Los usuarios podrán buscar parámetros de interés, como grados específicos o problemas de formación, como la influencia de la calidad de vanguardia en el cizallamiento de 700/1000 de doble fase», dice Schaeffler. “En lugar de hojear un PDF de 300 páginas, los usuarios serán llevados a una página web con un enfoque muy específico. Dentro de esa página web hay hipervínculos apropiados a otros problemas relacionados, así como enlaces a recursos para aprender más sobre el problema específico en cuestión «.
Abordar soldadura, unión y herramientas
El desarrollo de nuevas calidades AHSS, a la vez que ofrece una alternativa potencial al estampado en caliente, presenta desafíos relacionados con la unión de materiales mixtos. La soldadura de aluminio representa un desafío conocido, al igual que la unión de aluminio y acero, y de otros materiales diferentes.
«Hay una tendencia hacia soluciones de materiales mixtos en el diseño y construcción automotriz», dice Catterall, describiendo el mayor uso de materiales diferentes en las carrocerías de los vehículos. “Eso conlleva el desafío de unirlos, incluida la unión de varios grados de acero entre sí. Tenemos tantas calidades de acero diferentes usadas en la industria automotriz, desde aceros suaves hasta acero endurecido por presión de 1800 MPa (PHS), o potencialmente PHS de 2000 MPa, que hemos creado nuestras propias soluciones de materiales mixtos. »
Esto introduce la necesidad de modificar los programas de soldadura al unir materiales de menor resistencia a calidades de mayor resistencia, por ejemplo.
«Los proyectos de desarrollo de A / SP exploran las formas más eficientes de soldar algunos de estos materiales», ofrece Catterall. “La soldadura por puntos sigue siendo la forma más rentable y flexible de soldar paneles entre sí, y verá la introducción ocasional de la soldadura por láser. Pero la soldadura por puntos se puede aumentar con adhesivo estructural para aumentar la resistencia o la rigidez».
Otros desafíos AHSS de tercera generación giran en torno a las herramientas. Con ese fin, el equipo de optimización de herramientas de estampado de A / SP, que incluye OEM de automóviles, proveedores de acero, estampadores de nivel y talleres de herramientas, realiza investigaciones para desarrollar estándares óptimos para las herramientas necesarias para formar AHSS.
«Este equipo ayuda a identificar los materiales y recubrimientos correctos de los troqueles, así como la construcción de troqueles, y ofrece clases de capacitación para proveedores de la industria automotriz», dice Catterall, y señala que AISI también brinda dicha capacitación. «Esta capacitación discute no solo los materiales, sino también los enfoques adecuados para estampar AHSS, y cómo lidiar con la recuperación elástica y otros problemas de estampación».
Los vehículos eléctricos impulsan la I + D OEM
La tendencia de los vehículos eléctricos (EV) también impulsa la I + D de acero y automotriz, y señala grandes cambios en toda la cadena de suministro automotriz.
«Estamos viendo a muchos OEM trabajando en arquitecturas EV dedicadas y vehículos autónomos, dedicando gran parte de su tiempo y recursos a estos esfuerzos», dice Catterall. “De hecho, las arquitecturas actuales de vehículos ICE (motor de combustión interna) probablemente tengan una vida útil más larga a medida que los OEM se concentran en desarrollar EV. Aunque el desarrollo de EV está en curso, espere que los vehículos ICE estén disponibles por algunas décadas más, y aún verá muchas presentaciones de GDIS enfocadas tanto en vehículos EV como tradicionales ”.
Las encuestas muestran que la ansiedad por el alcance de los vehículos es la mayor preocupación para los usuarios finales, impulsando los esfuerzos para emplear sistemas de baterías más potentes. El mayor desafío arquitectónico en el desarrollo de EV, según Catterall: empacar paquetes de baterías.
«La mayoría de los OEM han optado por colocar estos paquetes en la estructura del piso, y estos paquetes necesitarán protección contra los impactos», dice, «con aceros de ultra alta resistencia que sirven como material de protección. La arquitectura de los bajos debe modificarse para acomodar y proteger los paquetes de baterías. En general, imaginamos muchas arquitecturas EV ejecutadas en acero debido a su rentabilidad. El uso del presupuesto de acero libera para pagar otros sistemas que se requerirán en los vehículos eléctricos, como los paquetes de baterías. Y, si la industria avanza hacia la autonomía, los vehículos requerirán muchos más sensores, agregando peso y necesitando protección. Una vez más, como el acero ofrece una solución rentable para la estructura del vehículo, permite a los OEM concentrar los recursos en otros sistemas «.
Las arquitecturas modulares afectan los diseños
Un método de ahorro de dinero ya empleado por los fabricantes de equipos originales: la modularidad, incluida la estandarización del monopatín en todas las plataformas o plataformas generales simplificadas. Incluso puede ver una patineta EV en exhibición en GDIS, insinúa Catterall.
«Hay una dirección entre los fabricantes de equipos originales de automóviles hacia las arquitecturas globales y modulares para distribuir la inversión en tantos vehículos como sea posible», dice Catterall. “Los EV pueden estar aún más estandarizados porque los OEM querrán la menor cantidad de paquetes de baterías posible, al igual que los ICE de hoy. Los fabricantes de equipos originales buscan minimizar la cantidad de motores necesarios debido a sus altas inversiones, y parecen tener la intención de utilizar la misma estrategia con los paquetes de baterías y los sistemas de accionamiento eléctrico.
«No se sorprenda al ver paquetes de baterías modulares comprados en un Nivel Uno», continúa. “Muchos OEM ya han ido en esa dirección. Esto brinda el potencial de que muchos OEM compren sus paquetes de baterías centrales de la misma compañía ”.
Aceros de alta resistencia 2020 Chevrolet BoltEV
A partir del año modelo 2020, el Chevrolet Bolt EV (vehículo eléctrico) ofrecerá un alcance estimado de la EPA de 259 millas con una carga de batería completa, un aumento de 21 millas con respecto a los años de modelos anteriores.
Aún así, estos paquetes deben integrarse en los vehículos de cada OEM e interactuar con los otros sistemas del vehículo. Esto lleva a desafíos de diseño. Nuevamente, dado que los paquetes deben estar protegidos contra impactos durante choques o rocas y escombros levantados, y no sufren ninguna cantidad de compresión, estarán sujetos a una serie de requisitos de ingeniería. Y, a medida que los diseños predominantes colocan estos paquetes en paneles de piso, los pisos se sientan por encima de las alturas existentes de los umbrales laterales, observa Catterall.
«Las alturas de piso más altas implicarán lo que se llama asientos de estadio, que les gusta a la mayoría de los clientes», dice. “Una tendencia en los SUV, esto pone a los ocupantes más altos del suelo y le da una posición más alta al vehículo. ¿Dónde adjuntamos los asientos? ¿Se integran en la estructura del paquete de baterías? Los diseñadores e ingenieros tendrán que decidir a medida que desarrollen estas arquitecturas «.
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