Nya processen Former Aluminium Liknar Steel

Columbus, Ohio - Biltillverkare kan forma aluminiumdelar lättare i framtiden på grund av en ny teknik som utvecklats vid Ohio State University som använder elektromagnetiska pulser att forma metall.

Tillverkarna har vetat i åratal att de kunde göra bilarna lättare och mer bränslesnåla genom att införliva delar av aluminium, men metallen ofta slet när de försökte att krossa den i formen.

"Tillverkarna kan ta ungefär halva vikten av ett auto organ om de kunde översätta en stålkonstruktion i aluminium", säger Glenn S. Daehn, professor i materialvetenskap och teknik. "Men hittills aluminium har varit svårt att bilda."

För att lösa problemet, utvecklat Daehn och hans kollegor vid Ohio State och de tre stora biltillverkare en ny process som kombinerar traditionell stansning av metall med elektromagnetiska bildas. I den nya hybrid-tekniken, ett verktyg frimärken de allmänna formen av en del, och elektromagnetiska pulser hjälpa bildar fina detaljer.

Daehn och Vincent J. Vohnout, en postdoktor i materialvetenskap och teknik, genomförde denna senaste arbete i samverkan med forskare vid General Motors Corp Vohnout presenterade sina senaste resultat vid den internationella konferensen om teknik av plasticitet i Nürnberg. Daehn postat tillhörande material till sin webbplats. [Se ]

Kommersiella flygplan kroppar är till stor del aluminium, förklarade Daehn, inklusive flygplanskropp, vingar struktur och dörrpaneler - delar med gradvis sluttande kurvor och några vassa hörn. Biltillverkare kan göra huvar och bakluckor i aluminium, men inte mycket mer. Delar med komplexa former är för svårt att bilda, sade han.

"Om du tar en magnet för att en Auto Show, kan du räkna ut hur mycket aluminium är faktiskt i bilar", Daehn sagt. "Du kommer att upptäcka att det finns inte så mycket."

Forskarna använde hybrid processen att bilda en bil dörr inre panel, som GM: s Chevy Cavalier. Daehn sade en aluminium-panel skulle vara omöjligt att göra på samma sätt stålpaneler görs - med en enda stämpel av ett verktyg och dö - eftersom de är fulla av skarpa hörn och fickor.

För att hålla aluminiumplåt från bristningar, mjuknade de formen av verktyget och ersätta skarpa hörn med gradvis kurvor, och stämplas allmänna form av den del.

Då vände sig till elektromagnetisk formning, en teknik där elektrisk ström skapar ett magnetfält runt en metall, och liksom laddade metall spolar sedan slå tillbaka metallen i en form. Forskarna placerade spolar bakom bara den ofärdiga fläckar på panelen och används elektromagnetiska kraften att driva panelen hela vägen in i skarpa hörn av den ursprungliga formen.

I tester kunde forskarna att bilda paneler aluminium dörr som väl mot varandra formen på deras stål motsvarigheter utan tårar eller rynkor. De utförde också formbarhet tester på både ålder, härdat och icke-härdbara aluminium - två typer av metall som används kommersiellt - och fann både ut enorma vinster med denna process.

Medan traditionella stämpling kan sträcka flesta aluminiumlegeringar till maximalt 30 procent av sin ursprungliga längd innan bristningar, har Daehn och kollegor sträckte delar hela 100 procent utan att riva. Dessutom har tester visat denna process inte försämra materialet på något sätt.

"Det extra töjning ger oss möjlighet att bilda många komplicerade delar som annars är svåra att omöjligt", Daehn sagt.

Dessa tester utfördes i två steg, först stämpling och sedan elektromagnetiska bildas. Men Daehn föreställer sig att tillverkare kunde installera elektromagnet ringar inom en dör och utföra båda stegen samtidigt.

Enligt detta scenario, när formen stänger, kommer aluminium överensstämmer först till mjukare form av verktyget. Sedan elektromagnetiska kraften från spolarna kommer att driva metallen resten av vägen in i dö. Som Daehn beskriver det, skulle en del "pop i form."

Daehn sade tillverkare redan använder elektromagnetiska för montering, men inte för plåtformning. "Vad vi försöker göra är att utveckla metoder för aggressiva plåtformning bygger på elektromagnetisk formning - ta det i en ny riktning", sa han.

"I princip är det ganska enkelt att göra," Daehn fortsatte. "Det är bara att ingen tänkt på det förut."

Tillverkarna inte skulle behöva köpa nya formverktyg för att använda hybrid-processen, sade Daehn, eftersom de kunde bygga om sin befintliga utrustning. Han uppskattade att lägga till elektromagnetiska spolar och anslutningar skulle kosta mindre än 25 procent av priset för den ursprungliga utrustningen.

"Det är en av de skönheter i denna process. Den ursprungliga utrustningen förmodligen kostar miljontals dollar, men för ett par procent mer, kan tillverkare har mycket mer kapacitet ", sa han.

Kontaktperson: Glenn Daehn, (614) 292-6779, Daehn.1 @ osu.edu