¿Cómo afectará la evolución del vehículo eléctrico a la fabricación de estampación?

Jul 28, 2023

Los vehículos Chevrolet Bolt EV y Chevrolet Sonic se ensamblan en la planta de General Motors Orion en Orion Township, Michigan. Los vehículos eléctricos presentan tanto oportunidades como desafíos para los fabricantes de estampados. Foto cortesía de GM, Detroit

Los expertos de la industria automotriz dicen que la era de los vehículos eléctricos y autónomos está a la vuelta de la esquina. Entonces, ¿cómo afectará esta transición a los vehículos eléctricos y autónomos a la fabricación de estampados?

STAMPING Journal contactó a fabricantes de automóviles y otros expertos de la industria automotriz, OEM de prensa, proveedores de materiales y proveedores de nivel de estampado de primer nivel para explorar cómo la transición de vehículos con motor de combustión interna (ICE) a vehículos eléctricos y otros vehículos autónomos, conectados, eléctricos y compartidos ( ACES) impactarán, y han impactado, la fabricación de estampados de metal.

Las preguntas que STAMPING Journal pretende responder son: ¿Esta transición está ocurriendo realmente y no es un engaño? ¿Si es así cuando? ¿El cambio de vehículos ICE a ACES ofrecerá nuevas oportunidades de mercado? ¿Tendrá un efecto perjudicial? ¿Seguirá importando el aligeramiento? ¿Qué tendrán que hacer los estampadores para estar preparados para este cambio, en todo caso?

Las respuestas cortas son sí, ahora, sí, algo, sí, y sigue leyendo.

Aunque las ventas globales totales de vehículos eléctricos de batería e híbridos enchufables (vehículo eléctrico de batería (BEV)/vehículo eléctrico híbrido enchufable (PHEV)) son solo del 2,2 por ciento actualmente, la tendencia de crecimiento se curva bruscamente hacia arriba. BEV utiliza energía química almacenada en paquetes de baterías recargables y PHEV tiene una batería que se puede recargar conectándola a una fuente externa de energía eléctrica, así como con su motor y generador a bordo. Según S&P Global, las ventas globales de vehículos eléctricos aumentaron un 63 % en 2018: un 79 % en China, un 81 % en EE. UU. y un 34 % en Europa.

La Agencia Internacional de Energía pronostica que los vehículos eléctricos crecerán de los 3 millones actuales a 125 millones para 2030.

En su Electric Vehicle Outlook 2019, Bloomberg predice que el 57 por ciento de todas las ventas mundiales de vehículos de pasajeros serán eléctricas para 2040 (verFigura 1).

¿Fin de la Era ICE? En su artículo de Forbes de septiembre de 2018, "Siete razones por las que el motor de combustión interna es un hombre muerto", Tom Raftery cita que la mayoría de los principales fabricantes de automóviles han invertido mucho en vehículos eléctricos y los están implementando; las políticas de muchos países tienen retiros graduales de vehículos ICE y cuotas EV; los costos de las baterías están cayendo y con ellos los precios de los vehículos; y los consumidores han expresado sus planes para comprarlos.

Inversiones y Rollouts.Los fabricantes de automóviles mundiales invertirán al menos 90.000 millones de dólares en vehículos eléctricos, según un artículo de Reuters de 2018.

Para ayudar a cumplir su compromiso con los objetivos de la Conferencia sobre Cambio Climático de París de 2015,volkswagen , el fabricante de automóviles más grande del mundo, está invirtiendo $ 50 mil millones en electrificación hasta 2023; planes para producir 1 millón de vehículos eléctricos para 2025; y presentará 70 nuevos modelos totalmente eléctricos para 2028. Así lo dijo el vicepresidente sénior de estrategia de Volkswagen, Reinhard Fischer, en la Cumbre informativa del Centro para la gestión de la investigación automotriz (CAR MBS) de 2019 del 6 al 8 de agosto.

Figura 1Según las tendencias actuales, Bloomberg predice que los vehículos eléctricos representarán el 57 % de las ventas de vehículos para 2040. arte cortesía de BloombergNEF

La mayoría de los fabricantes de automóviles están siguiendo su ejemplo. Ford ha comprometido $11 mil millones hasta 2023, y GM anunció que lanzaría 20 modelos completamente eléctricos para 2023. Volvo debutará con cinco eléctricos de batería entre 2019 y 2021 y ya no está diseñando autos sin baterías, según un artículo de Wired, "Ford finalmente hace su movimiento hacia los coches eléctricos".

Efecto global de las políticas de los países . Considere que en este momento, 183 naciones y la Unión Europea han ratificado el Acuerdo Climático de París, comprometiéndose así a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) en un esfuerzo por detener el cambio climático. Ese compromiso incluye una reducción de GEI del 30 por ciento para 2025 sobre las emisiones de 2015 por ciclo de vida del automóvil. Sus políticas energéticas reflejan ese compromiso.

Noruega está a la cabeza. El parlamento del país votó para exigir que para 2025 todos los vehículos nuevos vendidos allí sean eléctricos. El mandato sigue las preferencias de los consumidores noruegos. Los autos eléctricos vendieron más que los vehículos que funcionan con combustibles fósiles en marzo de 2019, según un informe del 1 de abril en Industrial Equipment News.

China y varios países europeos han ordenado que los fabricantes de automóviles cumplan con una cuota de sus vehículos como vehículos eléctricos.

El mandato de vehículos de nueva energía (NEV) de China es parte de su plan para tener 4,6 millones de EV en las carreteras para 2020 y prohibir los automóviles ICE tradicionales a largo plazo, según un artículo de Wharton School de la Universidad de Pensilvania de mayo de 2019, "China's Electric Mercado de vehículos: se avecina una tormenta de competencia". Más de 500 fabricantes se han registrado para fabricar vehículos eléctricos en China.

El gobierno chino introdujo subsidios en 2010 para promover las ventas de vehículos eléctricos, impulsado en gran parte por su deseo de reducir los niveles de contaminación de acuerdo con su compromiso del Acuerdo de París, pero planea eliminarlos gradualmente para 2020.

Preferencias del consumidor. Según una encuesta reciente de AAA, el 34 % de los estadounidenses planea comprar un vehículo eléctrico en los próximos 10 años, según se informó en un artículo de Consumer Reports de mayo de 2018. Un artículo de BBC News cita que los resultados de la encuesta muestran que "la mitad de los jóvenes quieren autos eléctricos".

Paridad de costos. Uno de los mayores costos de un BEV es su paquete de baterías, según Fischer de Volkswagen. Esos costos están cayendo tan rápido como unteslaRoadster, según lo documentado por Bloomberg (verFigura 2 ). Las baterías de iones de litio costaron $ 1,000 por kilovatio-hora (kWh) en 2010. Para 2017, ese costo se había reducido a $ 200 por kWh. En la reunión de accionistas de Tesla en junio de 2018, el CEO Elon Musk proyectó que Tesla estaría a $ 100 por kWh para 2020. Se acepta ampliamente que ese costo, $ 100 por kWh, es donde los vehículos eléctricos y de hielo estarán en paridad de precios, según el artículo.

Para 2020, el costo de las baterías habrá caído un 90 por ciento en el transcurso de una década, mientras que la capacidad de las baterías aumentó. Además, la tecnología de las baterías de zinc se actualizó para que ahora sean recargables, lo que agrega otra dimensión a la ecuación del precio de las baterías.

Esto significa que el precio de compra de los vehículos eléctricos está cayendo, mientras que la cantidad de modelos de vehículos eléctricos disponibles está a punto de aumentar.

Volkswagen presentó su ID.3 EV el 9 de septiembre en el Auto Show Europeo en Frankfurt, Alemania. El hatchback compacto totalmente eléctrico, que recorre hasta 342 millas con una carga, estará disponible solo en Europa en la primavera de 2020. VW planea lanzar un SUV crossover en los EE. UU. más adelante.

Según Inside EVs, 2020 será el año decisivo para los vehículos eléctricos.Audi, BMW, Chevy, Ford, Hyundai, Kia, Land Rover, Lucid, Mercedes-Benz, Nissan, Porsche, Tesla, Volvo, Volkswageny los fabricantes de automóviles boutique están introduciendo o actualizando vehículos eléctricos, tanto totalmente eléctricos como híbridos eléctricos, en 2020.

En cuanto a los vehículos autónomos conectados, ya están en la carretera; sin embargo, el consenso de un panel de expertos en CAR MBS es que será 2030, incluso 2040, antes de que los vehículos autónomos se generalicen.

El consenso entre todos los entrevistados es que los vehículos eléctricos representarán nuevas oportunidades de mercado para los estampadores.

VadoEl Gerente de Ingeniería de Troqueles de NA, Estampado VOME, Eric Frevik, y el Ingeniero Jefe de Ingeniería de Estampado, Jason Ryska, dijeron que cualquier cambio importante en el estampado ocurrirá en la arquitectura del vehículo.

"Con los vehículos eléctricos, la gran mayoría de la chapa no cambia para el tipo de piezas que Ford fabrica internamente. La estructura de la parte superior de la carrocería es esencialmente la misma, con la excepción del puerto de carga en el guardabarros delantero en lugar de un depósito de combustible en el lateral de la carrocería". Frevik dijo, y agregó que la ubicación del guardabarros es exclusiva de Ford y que se basa en la investigación de preferencias del consumidor.

"Existe la posibilidad de que la parte inferior de la carrocería cambie drásticamente según el empaque de la batería. Por ejemplo, empaquetar la batería en o cerca del baúl es una arquitectura completamente diferente que usar toda la plataforma debajo de la carrocería para empaquetar la batería. Los estampados de la plataforma tienen un probabilidad mucho mayor de cambio a medida que pasamos a los vehículos eléctricos.

"Para los vehículos autónomos, existe un mayor potencial de cambio en la parte superior del cuerpo para empaquetar y montar sensores, cámaras y otra tecnología en el exterior del vehículo", continuó. "Existe la posibilidad de tener diseños de láminas de metal para los guardabarros, los costados de la carrocería y los techos que requieran características para los sensores".

Hola, caja de batería. Los OEM de prensas han estado atentos al mercado para asegurarse de que están listos para equipar estampadores para ello. "Esperamos ver una mayor demanda de aplicaciones de gabinetes de baterías y otros componentes, como terminales, a medida que crece el mercado de vehículos eléctricos", dijoaídaDirectora de Ventas Internacionales Kland Aida.

Nidec Prensa y AutomatizaciónEl vicepresidente de ventas, Rick Schwartz, dijo: "Además, habrá una mayor demanda de estampado de materiales de laminación ultrafinos de 0,20 mm que se requieren para los motores de vehículos eléctricos".

Grupo SchulerEl director global de la división automotriz, Klaus Linnig, dijo: "No hay duda de que hay y habrá nuevas oportunidades, pero también una gran cantidad de nuevos competidores persiguiéndolas.

Figura 2 Los costos de las baterías de vehículos eléctricos se redujeron de $1,000 a $200 por kWh en siete años. Se espera que bajen a $ 100 por kWh para 2020. Se acepta ampliamente que ese costo, $ 100 por kWh, es donde los EV y los vehículos ICE estarán en paridad de precios, lo que hará que los EV se conviertan en la corriente principal. Gráfico cortesía de Bloomberg

“Los números subyacentes como tales son bastante impresionantes”, dijo, citando un estudio que dice que China fabricará 6,8 millones de autos eléctricos para 2021, seguida de EE. UU. (3,1 millones), Alemania (2,2 millones) y Japón (1 millón). . Linnig ve oportunidades de mercado para los estampadores en las estadísticas que predicen que la capacidad de la batería aumentará de 120 gigavatios-hora (GWh) a más de 400 GWh para 2022, lo que corresponde a alrededor de mil millones de cajas de celdas que deben fabricarse (estamparse).

Instituto Americano del Hierro y el AceroEl vicepresidente del programa automotriz de AISI, Jody Hall, dijo: "Creo que ciertamente habrá oportunidades y todos los detalles aún están por determinarse. Lo que está recibiendo más atención ahora es el recinto de la batería".

Varios estampadores ya se han beneficiado del suministro al nuevo mercado.

Shiloh, un proveedor de nivel 1 principalmente de ensamblajes de aluminio y magnesio, ha encontrado oportunidades de mercado en el estampado de ensamblajes para BEV (verfigura 3 ). El fabricante de estampado y fundición fabrica una caja de carga para vehículos eléctricos, una caja de control, una parte trasera de la caja de la batería, una parte inferior de la caja de la batería y una carcasa del motor, mientras continúa fabricando piezas para vehículos ICE.

Shiloh, que cita su tecnología de aligeramiento como parte de su identidad y como un diferenciador definitorio, está fabricando laminados de paneles acústicos para reducir el ruido interior, al mismo tiempo que reduce el peso del ensamblaje en 4.4 lbs. El fabricante exhibe su puerta interior de aluminio soldado con láser que ahorra 7.7 lbs. de masa Siempre consciente de que el objetivo final del aligeramiento es ambiental, la compañía también promociona que la puerta de nuevo diseño ahorra 10,000 toneladas métricas de CO2 y reduce los desechos en un 11 por ciento, al mismo tiempo que logra ahorros de costos de más de $17 millones.

Más de seis décadas de experiencia en el estampado de metales de precisión de alto volumen para el mercado automotriz daCEP Technologies Corp.una perspectiva única sobre los cambios que están ocurriendo entre los fabricantes de automóviles, según el presidente Ken Kaufmann Jr. El fabricante global de estampados, con sede en Yonkers, NY, atiende a una base de clientes diversa en OEM automotriz y mercado de repuestos, telecomunicaciones, semiconductores, protección de energía, computadoras y interruptores

Kaufmann dijo que la compañía ya está viendo un crecimiento comercial derivado de la electrificación de vehículos para reemplazar el negocio menguante en otras áreas. La necesidad de una mayor conductividad eléctrica en los contactos de la batería, los terminales y las placas de PC es uno de los espacios de productos de nicho que está experimentando un crecimiento. "Actualmente fabricamos un disipador de calor que se ensambla en una unidad de información y entretenimiento que proporciona Wi-Fi en el automóvil, por ejemplo".

En los últimos años, los hitos tecnológicos de los fabricantes de automóviles incluyeron el control automático de luces altas, cámaras de reversa, integración de hogares inteligentes, vehículos autónomos, seguimiento de vehículos por GPS y comunicación entre automóviles, señaló Kaufmann. "De la forma en que los automóviles están evolucionando, esperamos que crezca el segmento de componentes eléctricos de nuestro negocio", dijo. "Estos tipos de avances requerirán varios contactos de batería personalizados, productos de protección, pasadores de ajuste a presión y estampados metálicos de precisión personalizados. Con el número cada vez mayor de PCB que se utilizan en los vehículos de hoy en día, hemos visto un buen repunte en la producción de accesorios de ajuste a presión personalizados. Terminales de clavija y cubiertas y marcos de protección personalizados en varios materiales y tamaños. Uno de estos proyectos es un turbocompresor para aplicaciones de camiones grandes. A medida que la tecnología continúa integrándose con la industria del transporte, estamos viendo que se rediseñan todas las facetas del transporte. Nuestro El proyecto más reciente es un componente estampado para interruptores en aplicaciones de camiones grandes".

Aunque algunas laminaciones de estator de estampado pueden requerir corte fino y prensas de alta velocidad, en CEP se fabrican pequeños estampados de metal progresivos eléctricos personalizados en prensas mecánicas de lado recto que varían en tamaño de 15 a 60 toneladas (verFigura 4).

Kaufmann continuó: "Actualmente estamos creando un contacto de batería para los llaveros de un OEM multinacional y un conjunto de componentes para los sistemas de entrada de puertas de otro fabricante de automóviles. Sistemas de encendido sin llave que le permiten encender su automóvil a distancia con solo presionar un botón en su llavero son impulsados ​​por sensores y necesitan contactos y estampados metálicos de precisión en diferentes formas. Para un proyecto actual, producimos aproximadamente 3,5 millones de unidades al año para sistemas de entrada de puerta". Para otra plataforma de llaveros, CEP produce alrededor de 5 millones de contactos de batería personalizados al año.

El mandato de vehículos de nueva energía (NEV) de China es parte de su plan para tener 4,6 millones de EV en las carreteras para 2020 y, finalmente, prohibir los automóviles con motores de combustión interna tradicionales. Foto cortesía de BYD Auto Co. Ltd., Xi'an, provincia de Shaanxi, China

En su presentación de CAR MBS, "El camino hacia la electrificación",Tecnologías Delphi La vicepresidenta sénior y directora de tecnología, Mary Gustanski, dijo que la industria del transporte está cambiando rápidamente. Dijo que la convergencia de tres megatendencias presenta desafíos y oportunidades: "La propuesta de valor para las tecnologías de tren motriz es aprovechar la automatización, la conectividad y la electrificación. El futuro de la propulsión es más limpio, mejor y más lejano", dijo.

Al posicionarse como líder mundial en tecnología de electrónica automotriz, es probable que Delphi se beneficie ya que se prevé que la demanda de electrónica aumente. "Se requiere más electrificación para el cumplimiento normativo y la funcionalidad. La capacidad de integración de sistemas es una necesidad para un rendimiento óptimo. El aumento de los sensores de seguridad activa y la conectividad hacen que haya más datos disponibles para el vehículo", dijo.

A medida que aumenta el contenido y la complejidad del vehículo, se requiere más inteligencia, así como una mayor potencia informática para el control en tiempo real, agregó.

"No realmente. Las partes principales de los motores de combustión y las transmisiones son piezas fundidas, no estampadas", expresó.volkswagen el portavoz Mark Gillies. “Para VW, no anticipamos ningún cambio importante en el futuro inmediato. Nuestros BEV están siendo diseñados para ser comprados por millones, no por millonarios, por lo que seguimos fabricando las carrocerías de la manera tradicional. No estamos sustituyendo los estampados de acero. con piezas de fibra de carbono, por ejemplo, ya que el costo sería prohibitivo para nuestros clientes potenciales".

Gillies sospecha que cualquier demanda potencial reducida que resulte de la ausencia de motores de combustión y transmisiones puede compensarse con la demanda de dispositivos relacionados. "Creemos que dos factores podrían igualarse: menos complejidad en los vehículos eléctricos frente a una mayor demanda de unidades auxiliares, como las estaciones de carga".

Adiós, adiós escudo térmico. Ryska de Ford dijo que aunque los motores de combustión contienen algunos pequeños estampados progresivos, la mayoría de los componentes del motor son piezas fundidas y mecanizadas a partir de bloques sólidos. "Ya no necesitaríamos el escudo térmico para el escape. Sí, algunas de esas partes cambiarán, pero esas partes en otras áreas del vehículo, como la batería, probablemente equilibrarán lo que se pierde en el motor de combustión".

Frevik dijo que es probable que los estampados de chapa sigan siendo el material de elección. "La alta relación resistencia-peso de las piezas de chapa metálica es muy competitiva en cuanto a costos con respecto a otros diseños, por lo que esperaría que la chapa metálica fuera la elección de material preferida, a menos que no se puedan cumplir los requisitos estructurales", dijo. "Obviamente, hay piezas de láminas de metal asociadas con los trenes motrices y las transmisiones de ICE. Sin embargo, creo que esto se puede compensar fácilmente con otros estampados necesarios para las baterías y los componentes de la parte inferior de la carrocería necesarios para los vehículos eléctricos".

Hall de AISI dijo que cree que, en general, los estampadores no se verán afectados negativamente. "La mayor parte de la hoja de metal [estampada] se utiliza para la carrocería, los cierres y los componentes del chasis o la suspensión. No hay muchas piezas estampadas en los componentes del motor y la transmisión".

Schwartz de Nidec dijo: "Cualquier cosa relacionada con los soportes de los automóviles puede verse afectada. Ciertamente, ya no se necesitará nada estampado que entre o esté alrededor del motor y la transmisión".

Aida dijo: "Sí, ha habido cambios en el enfoque, especialmente lejos de algunas partes de la transmisión. Algunos estampadores han comenzado a invertir fuertemente su investigación y desarrollo en tecnologías EV/AV. Si el crecimiento de los vehículos EV y sin motor de combustión continúa como se espera, No hace falta decir que veremos una disminución en el crecimiento del estampado de piezas de transmisión de estas empresas, e invertirán en estampado o algún otro método para producir componentes relacionados con EV o HEV".

figura 3 Shiloh ha encontrado oportunidades de mercado para estampados y ensamblajes en vehículos eléctricos de batería, incluidas carcasas de batería y ensamblajes de soporte de batería. Imagen cortesía de Shiloh Industries, Valley City, Ohio

Aida advirtió que el estampado de piezas de transmisión no desaparecerá de la noche a la mañana y que los estampadores de transmisión no deben abandonar sus negocios principales de inmediato. "Muchos resultados de investigación muestran que las ventas de vehículos con motor de combustión mantendrán su número hasta 2030 antes de que comience a disminuir. También debemos tener en cuenta que la infraestructura y su tecnología deben respaldar las demandas del mercado de vehículos eléctricos para que la tecnología sea sostenible".

CEP Technologies continúa estampando un gran volumen de piezas para aplicaciones de bombas de combustible y motores combustibles. Los terminales de encendido para automóviles son una línea de productos estándar. "Desde nuestro punto de vista, eso [la eliminación gradual de los vehículos ICE] podría verse como algo negativo", dijo Kaufmann. "Dicho esto, estamos viendo un repunte de los componentes en otras áreas. En general, los automóviles se están diseñando con una variedad de características nuevas que requieren una gran cantidad de estampados, en particular productos de protección personalizados", dijo.

"Los estampadores pueden perder motores combustibles, pero por otro lado, a medida que los autos se vuelven más inteligentes, aumenta la cantidad de productos que se crean, algo que estamos aprovechando", dijo Kaufmann.

Los fabricantes de estampados que luchan con la formación de aceros avanzados de alta resistencia (AHSS) y aluminio, titanio y magnesio de alta resistencia no pueden fallar si buscan alivio de un nuevo sistema de propulsión eléctrica. Teniendo en cuenta que el impulso hacia los vehículos livianos ha sido impulsado por las políticas ambientales y las preferencias de los clientes para mitigar el cambio climático mediante la reducción de las emisiones del tubo de escape, y que los vehículos eléctricos no tienen tubo de escape (mucho menos emisiones del tubo de escape), ¿qué importancia tendrá el aligeramiento del vehículo?

Frevik de Ford dijo: "Sí, definitivamente. Se moverá en la dirección del aligeramiento, ya sea aluminio, o más delgado, estampado en caliente o acero de alta resistencia. Es muy importante que los vehículos eléctricos continúen reduciendo el peso para extender el rango. Y cuando nos metemos en algo tan extremo como la arquitectura de la serie F, nos metemos en componentes hidroformados, un proceso de fabricación completamente diferente, para mantener los requisitos de renovación".

Asesores de aluminio automotriz El presidente Nate Beavers sostiene que reducir el peso del vehículo es de vital importancia. "Si observa la arquitectura de los vehículos de hoy y los que se están diseñando para el mañana, el aligeramiento es un componente clave de las estrategias de los OEM y los proveedores", dijo en la conferencia Global Automotive Lightweighting Materials (GALM), el 20 de agosto. 22 "Ya sea un vehículo ICE o un vehículo eléctrico, el aligeramiento es importante para cumplir con los requisitos reglamentarios, la autonomía, el rendimiento de conducción y las preferencias de los consumidores".

Daimler AG coordinó una alianza de seis fabricantes de automóviles europeos (Daimler, Volkswagen, Volvo, Opel, TME y Centro Ricerche Fiat) para investigar materiales de aligeramiento y procesos de fabricación óptimos. El Prof. Dr. Sama Mbang, Daimler Mercedes-Benz, dirigió un proyecto de investigación de tres años para AffordabLe Lightweight Automobiles AlliaNCE (ALIANZA), que acaba de concluir en 2019.

Mbang dijo que el aligeramiento seguirá siendo una fuerza impulsora, incluso cuando los vehículos ya no sean propulsados ​​por motores de combustión que produzcan emisiones. "El aligeramiento seguirá siendo muy relevante, en primer lugar, porque el aligeramiento está relacionado con la eficiencia, el rendimiento y también con parámetros como la reducción de emisiones y el ahorro de costos". Además, debido a que los paquetes de baterías suman 500 kilogramos de peso, será necesario aligerar el peso para equilibrar ese peso y extender el rango EV, dijo.

En su presentación en la reciente conferencia GALM, Mbang dijo que los objetivos de la investigación eran tres: reducción de peso, reducción de emisiones y asequibilidad.

El proyecto de investigación de tres años superó sus objetivos. "Primero, desarrollamos nuevos materiales y los validamos en los vehículos existentes en la carretera. Y desarrollamos la fabricación relacionada. Como saben, desarrollar nuevos materiales también es un desafío para los procesos de fabricación, por lo que trabajamos para reducir los tiempos de ciclo y los costos de fabricación como Bueno." Los resultados finales fueron una reducción del peso del 33 %, una reducción de las emisiones del 25 % y un ahorro de costes de 3 euros/kilogramo.

Figura 4 Aunque los troqueles y las prensas para algunos estampados deben ser muy grandes para acomodar troqueles complejos, muchos de los troqueles que CEP Technologies construye para componentes eléctricos EV pueden ser pequeños. Foto cortesía de CEP Technologies, Yonkers, NY

Aida agregó: "Vemos el desafío de nuestra industria para adaptarse a la formación de materiales livianos y de alta resistencia y creemos que esto continuará a medida que cambien las propiedades del material. El aligeramiento será uno de los principales enfoques para los fabricantes de automóviles, ya sea que el futuro sea eléctrico u otro fuente de energía."

Linnig de Schuler dijo: "No hay duda de que este proceso de transición global es una prueba de estrés importante tanto para los OEM como para sus proveedores. Los modelos comerciales tradicionales, los márgenes de ganancias y los conjuntos de habilidades están bajo una fuerte presión. Cambiar los productos finales cambiará los productos de los estampadores y sus enfoques comerciales, que luego definitivamente afectarán nuestros productos para adaptarse a los cambios".

Frevik y Ryska de Ford dijeron que los proveedores deben adoptar un enfoque proactivo para resolver problemas. "Continúe siendo proactivo y trabaje con el Departamento de Desarrollo y Compras de Productos de Ford para incorporarse temprano y proporcionar una dirección de factibilidad para reducir los costos y las estrategias de suministro de troqueles para reducir los costos fijos", dijo Frevik.

La ubicación del puerto de carga en el guardabarros delantero presenta desafíos de formación, por ejemplo. "Los datos de investigación de clientes muestran que la mayoría de la gente quiere avanzar hacia la estación de carga y enchufarla en el lado del conductor delantero. Desafortunadamente, es el peor lugar para ponerlo para nosotros", dijo Frevik. "El material del costado de la carrocería es más moldeable y no muestra tanta distorsión. El material del guardabarros está hecho de un acero endurecible al horno que muestra más distorsión en la superficie". Estampar proveedores con buenas estrategias sobre cómo lograr esto bien y rápidamente enfrentaría una puerta abierta, indicó.

Estampación. Ryska enfatizó que es fundamental acortar el tiempo de comercialización para el desarrollo de troqueles, al igual que la devoción por la calidad. "La calidad y el tiempo son extremadamente, extremadamente importantes. Las expectativas de calidad en la actualidad sobre el ajuste y el acabado de las láminas de metal son altas. La gente quiere vehículos de mejor calidad".

A menudo, los proveedores luchan por cumplir con el tiempo necesario, dijo. "Por lo tanto, los proveedores deben tratar de ser proactivos para reducir la cantidad de tiempo que lleva fabricar sus herramientas. Realmente necesitan trabajar en diferentes formas para tratar de reducir el tiempo que lleva hacer un troquel, cualquier cosa que demuestre ser de mejor calidad. o menor tiempo de comercialización".

Frevik sospecha que una forma en que esto puede ocurrir es si los bloques de matriz se vuelven más precisos dimensionalmente, por lo que necesitan menos mecanizado.

Otro enfoque puede centrarse en reducir la cantidad de iteraciones en las pruebas de troquel, dijo Frevik. "Planeamos siete iteraciones después de sacar una pieza de chapa de los troqueles para obtener las dimensiones correctas. Si un proveedor tiene alguna tecnología o alguna estrategia que llegue más rápido que eso... dos o tres sin duda cambiarían las reglas del juego".

Ryska dijo que cree que la respuesta podría estar en la simulación de compensación de recuperación elástica. "Hacemos una gran cantidad de simulación virtual de la compensación de la recuperación elástica antes de cortar el troquel. Si ese proceso se vuelve mucho más preciso, creo que ahí es donde está el cambio de juego. Si es capaz de predecir por completo virtualmente lo que va a hacer la pieza hacer cuando lo estampa y puede compensarlo, entonces, teóricamente, podría construir un troquel, poner una pieza de chapa en la prensa, pasarla por los troqueles, y sería una pieza perfecta.

"¡Eso sería una utopía!" él dijo.

Figura 5Las matrices más grandes y complejas y las laminaciones de motores más grandes requieren camas de prensa largas, como en esta prensa de laminación EV de 3700 mm Nidec Press & Automation Minster.

Es probable que los componentes se diseñen para eliminar el peso de las juntas, por lo que las herramientas probablemente serán más largas y complejas, dijeron muchas fuentes. Kaufmann ha satisfecho las demandas de troqueles más largos. "Las piezas son cada vez más complejas. Por lo tanto, las herramientas se han vuelto más largas para completar todas las operaciones de corte y conformado".

Además, los materiales de trabajo siguen teniendo una tendencia cada vez mayor a resistencias cada vez mayores, por lo que los troqueles seguirán necesitando resistir los rigores de estos metales muy duros. Deberán ser de alta resistencia, endurecerse y requerir una lubricación estratégica para reducir la fricción.

Prensas. Schwartz de Nidec dijo que cree que habrá una necesidad de diferentes tipos de prensas a medida que cambien las demandas del mercado. "Veo la necesidad de máquinas de ventosa de doble acción necesarias para cilindros de batería que sean similares en tamaño a una celda de batería de tamaño C.

"Serán importantes las máquinas de estampado de alta velocidad con camas largas, junto con la flexibilidad de velocidad para cada solución de estampado", continuó Schwartz (verFigura 5 ). "Algunos diseños de motores eléctricos EV emplearán tecnología de pegado para mantener unida la pila de láminas, y algunas pilas emplearán tecnología de enclavamiento".

Schwartz agregó que las prensas de estampado para laminaciones de estator/rotor de motores EV de alta velocidad deben tener una cama de baja deflexión y un sistema de ariete de 3700 mm de largo o más. "Para el estampado de alta velocidad, las máquinas que son de hierro fundido de baja vibración, junto con la alimentación servo de empuje y tracción de precisión, serán críticas".

Schuler y AIDA-America también diseñan y fabrican prensas de laminación de alta velocidad para aplicaciones de laminación de estator/rotor de motores EV (verFiguras 6y7).

"Ofrecemos sistemas para la producción en serie económica de componentes para autos eléctricos, como carcasas de metal para baterías y laminados de motores eléctricos para motores", dijo Linnig. "Hemos desarrollado una prensa de alta velocidad para la geometría cada vez más compleja de laminaciones de motores eléctricos que permite una mayor eficiencia energética a través de laminaciones más delgadas y, como consecuencia, menores pérdidas por corrientes de Foucault".

Las herramientas más largas y complejas alteran los requisitos de tamaño de la cama de la prensa, dijo Aida. "En los últimos años, ya hemos experimentado aumentos repentinos de la demanda con camas de mayor tamaño, normalmente de 3,7 metros de longitud de alimentación".

Linnig dijo que no es solo la complejidad la que impulsa los tamaños de cama de prensa más largos. "Al mismo tiempo, los motores eléctricos crecen en diámetro para lograr un mayor rendimiento. Como resultado, los estampados personalizados son cada vez más pequeños y complejos, lo que requiere matrices más largas para adaptarse a la cantidad de progresiones".

CEP afirma esa conclusión. Kaufmann dijo que la empresa ha invertido en prensas de mayor tonelaje, "no por el tonelaje sino por el tamaño de la plataforma debido a las herramientas más largas".

Figura 6 La nueva prensa de corte de alta velocidad Smartline EV 3.8 de Schuler tiene una longitud de 3,7 metros y puede procesar un ancho de banda de hasta 630 mm. La cantidad de laminaciones que va a producir el estampador determina si se ajusta a un troquel de una o dos filas. Imágenes cortesía de Schuler Inc., Canton, Michigan

Schwartz agregó: "De hecho, algunas áreas disminuirán; sin embargo, otras aumentarán. A medida que cambian las aplicaciones, también cambia el tipo de estampado y, por lo tanto, los métodos de estampado. Espero que la cantidad de prensas requeridas permanezca constante; sin embargo, muchas de las nuevas Las prensas requeridas serán diferentes de los diseños tradicionales".

Aida dijo: "Esperamos ver una demanda continua de acero liviano y de ultra alta resistencia a la tracción para componentes estructurales, y la tecnología servo podrá proporcionar una gran formabilidad para estas piezas difíciles de estampar".

Materiales. Un aumento en la demanda de componentes eléctricos puede requerir que los estampadores formen materiales exóticos o espesores de materiales con los que no están familiarizados. Kaufmann dijo: "Debido a que producimos estampados metálicos personalizados, nuestra diversa base de clientes nos obliga a estampar una variedad considerablemente amplia de materias primas: aleaciones a base de cobre de alto rendimiento, acero laminado en frío, acero inoxidable y aluminio. Contamos con los conocimientos técnicos conocimientos técnicos para producir piezas a partir de materiales tan delgados como 0,004 pulgadas y caber 50.000 piezas en la palma de su mano".

Aida señaló: "El uso de piezas de aluminio en la fabricación de automóviles se ha incrementado drásticamente para lograr vehículos más livianos".

Beavers de Automotive Aluminium Advisors dijo que el mayor crecimiento en las conversiones de acero a aluminio está en los paneles de cierre. "Piense en cofres, puertas, puertas levadizas... junto con aplicaciones de carrocería en blanco para vehículos con motor tradicional, pero aún más para los EV. En promedio, vemos un contenido de aluminio sustancialmente mayor en los vehículos eléctricos que en un vehículo con motor tradicional. Eso se debe a que de los requisitos de rango, lo que realmente impulsa la mayor penetración del aluminio. Luego, una tercera área que nos entusiasma mucho es la carcasa de la batería y los paquetes de batería para vehículos eléctricos. Esos tienden a usar aluminio".

La aparición de Gen3 AHSS ha resuelto muchos de los problemas de formabilidad asociados con las generaciones anteriores de acero. Las propiedades de elongación han aumentado, mientras que el acero aún conserva su resistencia a la tracción (lea "Emerge el acero avanzado de alta resistencia de tercera generación" en thefabricator.com).

Entonces, ¿los aceros Gen3 formados en servoprensas quedarán obsoletos para el estampado en caliente? Más conjeturas por venir sobre ese tema.

Uno de los nuevos materiales de acero desarrollados y comercializados recientemente esCorporación de Ciencias de los Materiales. MSC Smart Steel®, un nuevo laminado de acero multicapa diseñado como sustituto directo del acero con bajo contenido de carbono para estampar piezas de vehículos. El material ahorra entre un 20 y un 40 por ciento de masa en comparación con el acero estándar del mismo espesor, afirma la empresa.

Vendido como una bobina, el material se puede estampar en troqueles convencionales, soldar por puntos con equipos existentes y procesar a través de sistemas de pintura y electrorrevestimiento estándar, lo que lo hace compatible con la fabricación existente.

El acero multicapa obtuvo el premio Altair Enlighten en la categoría de Tecnologías Emergentes. El premio Enlighten honra los logros de la industria automotriz en el ahorro de peso.

Figura 7 Las prensas de alta velocidad diseñadas para láminas de motor de metal de calibre muy delgado deben ser extremadamente rígidas y libres de deflexión. Foto de una prensa de laminación y sus laminaciones motorizadas cortesía de AIDA-America, Dayton, Ohio

Ensambles. Aida propuso que los cambios en los materiales y las aplicaciones traerán desafíos y oportunidades a los estampadores para desarrollar nuevas herramientas y troqueles, así como para incorporar procesos de estampado de valor agregado, como procesos en el troquel con tecnología de unión avanzada. "Hacerlo puede ayudar a los estampadores a ser más productivos y posiblemente lograr productos más livianos al combinar múltiples componentes en ensamblajes".

Uno de los subproductos más sorprendentes del cambio de vehículos ICE a ACES ha sido el emparejamiento de archirrivales para abordar los enormes desafíos inherentes a las nuevas tecnologías: electrificación, pero más notablemente, vehículos autónomos.

Así como los crecientes costos de los vehículos y el transporte han impulsado nuevas formas de compartir viajes y viajes compartidos, como Uber y Lyft, los altos costos de desarrollar vehículos eléctricos, y especialmente autónomos, están impulsando a los fabricantes de automóviles a formar alianzas con competidores para colaborar en la costosa I+D. La ALIANZA es un ejemplo.

Una alianza notable es la asociación de Ford y Volkswagen. Los dos fabricantes de automóviles están aprovechando los puntos fuertes del otro para aumentar los suyos propios, reduciendo así sustancialmente sus inversiones en I+D. Volkswagen ha invertido en Argo AI de Ford, y Ford utilizará el conjunto de herramientas eléctricas modulares de Volkswagen, conocido como MEB, para diseñar un vehículo completamente nuevo con batería eléctrica para sus operaciones europeas, según comunicados de prensa de Ford y VW.

El CEO de Ford, Jim Hackett, y el CEO de VW, Herbert Diess, anunciaron que la amplia cooperación en vehículos eléctricos y autónomos tiene la promesa de ahorrar a cada compañía cientos de millones en costos de desarrollo futuros, al mismo tiempo que los alcanza en áreas en las que respectivamente son competidores rezagados, según Noticias Automotrices (verFigura 8).

El BEV de Ford, que aún no se ha lanzado, se fabricará en una planta de Ford a partir de 2023.

Es probable que los estampadores que también realizan uniones hagan más uniones sin soldadura, especialmente en aplicaciones de materiales mixtos.

Aunque la mayoría de los colaboradores del artículo creen que las carrocerías de los vehículos seguirán estampándose, algunos piensan que las formas de las carrocerías pueden cambiar. El estilo de la carrocería puede cambiar ya que los consumidores quieren llamar la atención sobre la naturaleza electrificada del vehículo, dijo un experto de la industria automotriz en la conferencia Great Designs in Steel en mayo (ver Figura 9). Esto podría significar características iluminadas, por ejemplo.

La ausencia de motores y volante en los AV cambiará la arquitectura interior, y eso también puede ser cierto para los EV, dijo Schwartz de Nidec. "Con un automóvil EV, la arquitectura del vehículo puede cambiar en lo que respecta al espacio requerido". Capó más corto, interior más largo.

La necesidad de desarrollar la infraestructura para EV y AV también puede presentar oportunidades de mercado, conjeturan los expertos de la industria. Los vehículos eléctricos necesitarán piezas auxiliares, como estaciones de carga para vehículos eléctricos y componentes de energía renovable para completar los objetivos de cero emisiones.

"Conéctalo", en lugar de "llénalo". Los productos auxiliares, como las estaciones de carga e incluso las fuentes de energía renovable, como las cocheras de energía solar, también pueden presentar oportunidades de mercado.

Aida dijo: "En una visión a largo plazo, espero ver que habrá diferencias en los componentes estampados requeridos por el mercado para acomodar vehículos que usan diferentes tipos de fuentes de energía. Habrá menos piezas de motores de combustión producidas en el futuro, y la El número de piezas estampadas por vehículo probablemente cambiará. Pero vemos muchas oportunidades, no solo en laminados y carcasas de baterías, sino en otras aplicaciones relacionadas con los vehículos eléctricos, así como vehículos con otras energías alternativas. Por ejemplo, AIDA ha experimentado un aumento en demanda de prensas especializadas de alta precisión que puedan acomodar el estampado de separadores para la tecnología de celdas de combustible de hidrógeno.

Schwartz de Nidec aconsejó: "Manténgase diligente en la curva de aprendizaje. Busque el mejor y más eficiente equipo para la aplicación de estampado. La confiabilidad diaria también debe ser una consideración clave".

Linnig de Schuler ofreció: "No espere que esto sea solo una tormenta que pasa".

Aida de AIDA dijo: "A medida que los productos finales cambian sus requisitos, debemos ser innovadores para cumplir con los cambios con productos de valor agregado, y vemos esto como una gran oportunidad".

Hall de AISI recomendó que los fabricantes de estampados se asocien con otros estampadores tal como lo están haciendo los fabricantes de automóviles. "Creo que es realmente importante colaborar en esta industria y comunicarse y aprender sobre lo que se avecina". Hall agregó que AISI y Auto/Steel Partnership ofrecen capacitación gratuita a los estampadores sobre la mejor manera de estampar estos nuevos aceros, además de ayudar a comprender los diversos grados y términos. "No tienes que tratar de hacerlo todo por tu cuenta, porque hay muchos recursos disponibles.

"Veo el futuro como un cambio positivo. Habrá nuevos desafíos, pero creo que se tratarán más de mantenerse al día en el futuro".

En la Conferencia mundial Stamping in an EV (29 de septiembre de 2020, en Ann Arbor, Michigan), los fabricantes de estampados y los fabricantes de metal obtendrán información y orientación de los fabricantes de automóviles y otros expertos de la industria automotriz, como OEM de prensas, proveedores de materiales, OEM de baterías, y proveedores de primer nivel de estampado que ya están suministrando a la industria de vehículos eléctricos.

Los propietarios de empresas y la alta gerencia, los gerentes de planta, los supervisores de estampado y los ingenieros de las empresas de fabricación de estampado y fabricación de metales que asistan a este evento estarán a la vanguardia.