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Jun 13, 2023

La nouvelle technologie de l'aluminium réduit le poids d'une voiture électrique de luxe

Rendre les voitures plus légères, plus économes en énergie et plus sûres est un défi pour le

Rendre les voitures plus légères, plus économes en énergie et plus sûres est un défi pour l'ensemble de l'industrie automobile. Le constructeur américain de voitures électriques Lucid Motors a choisi une nouvelle technologie innovante pour relever le défi.

Le Lucid Air, lancé en 2021, utilise plusieurs composants uniques et légers en aluminium haute résistance formé à chaud, conçus, fabriqués et industrialisés en collaboration avec AP&T et le groupe fischer.

"Nous sommes extrêmement fiers d'avoir la chance de contribuer à la réalisation de cette voiture fantastique. Lucid Motors est parmi les premiers constructeurs automobiles au monde à utiliser des composants en aluminium à haute résistance formés à chaud grâce à notre technologie. Cela fait leur succès une étape importante pour nous également », a déclaré le Dr Christian Koroschetz, directeur des ventes chez AP&T.

En 2015, Lucid a poursuivi une technologie de pointe pour la fabrication d'emboutis critiques en cas de collision, tels que les anneaux de porte, les renforts de montant B et les composants de protection de la batterie. Ils ont contacté AP&T.

Un défi passionnantLucid a présenté à AP&T plusieurs exigences en matière de pièces et de processus, poussant l'équipe vers de nouveaux processus avancés, qui donneraient finalement des produits de faible poids, à haute formabilité, résistance et ductilité à des volumes élevés.

À l'époque, AP&T était profondément engagé dans des projets d'innovation visant à étudier comment l'aluminium à haute résistance pouvait être utilisé pour produire des composants de carrosserie légers et à haute résistance. En conséquence directe de ces projets, Lucid a sélectionné AP&T comme fournisseur de Lucid Air.

"AP&T a présenté une nouvelle technologie prometteuse. Les avantages potentiels étaient importants car le formage à chaud a permis la fabrication de géométries de pièces complexes avec de l'aluminium à haute résistance. Grâce à la combinaison d'une formabilité élevée, d'une résistance élevée et d'un faible poids, la conception des composants pourrait vraiment être optimisé. Cela a permis d'utiliser plus efficacement l'espace de l'ensemble utilitaire et d'atteindre un niveau élevé de sécurité en cas de collision et une faible consommation d'énergie, au profit du client final », a déclaré Eric Bach, vice-président senior du produit et ingénieur en chef , Lucide.

Développement de la solution – simulations et outils prototypes En 2017, les travaux de développement se sont accélérés, avec l'utilisation de l'analyse d'ingénierie assistée par ordinateur. Les experts en formage d'AP&T ont exécuté des simulations de formage de tôle FEM, qui prédisent les risques possibles de fissures et de plis qui pourraient survenir pendant le processus de formage. Les ingénieurs de Lucid ont tiré parti des commentaires de ces simulations pour itérer sur la conception des composants de la carrosserie.

Cette même année, AP&T a présenté la première ligne de production à grande échelle pour le formage à chaud d'aluminium à haute résistance afin de démontrer le potentiel de la nouvelle technologie. L'innovation a reçu le prestigieux Altair Enlighten Award. Cette reconnaissance a confirmé qu'AP&T était sur la bonne voie et a donné un nouvel élan à la collaboration avec Lucid Motors.

En 2019 et 2020, des tests ont été menés pour valider la robustesse du procédé et développer des données de test. Bien que la conception du composant soit essentielle pour répondre aux exigences en matière d'accident de carrosserie, la résistance, l'allongement, le matériau et le modèle de pliage en cas d'accident jouent également un rôle essentiel. Les ingénieurs en matériaux et les concepteurs de carrosserie de Lucid ont collaboré avec les ingénieurs en tôlerie d'AP&T et ont identifié les matériaux idéaux pour répondre aux performances requises des composants.

De nombreux essais de différents alliages d'aluminium à haute résistance de divers fournisseurs ont été menés sur la ligne d'essai d'AP&T à Ulricehamn, en Suède. L'équipe a mis en œuvre les paramètres recommandés par ces fournisseurs de matériaux dans le processus de production. C'est au cours de cette phase de projet que les paramètres optimaux du matériau, du processus d'emboutissage et du traitement thermique ont été définis. La robustesse du processus a été validée par une étude expérimentale intensive qui comprenait des tests de matériaux dans les laboratoires de test des fournisseurs et des tests de composants importants par les ingénieurs matériaux de Lucid. Les modèles de matériaux et de défaillance, nécessaires à l'exécution des simulations de crash FEM, ont été examinés par les ingénieurs de développement de Lucid. Lucid a reçu des échantillons de test extraits de pièces embouties finies, qui ont suivi l'intégralité du processus sur la chaîne de production d'AP&T, pour calibrer les modèles.

Une fois les matériaux les plus performants sélectionnés, des matrices prototypes ont été fournies par AP&T. Les pièces prototypes ont été estampillées dans la chaîne de production d'AP&T pour construire le prototype Beta de Lucid et les voitures Release Candidate (RC), qui ont été soumises aux tests rigoureux des composants et des véhicules de Lucid. Les attentes ont été satisfaites, ce qui a donné à AP&T la confiance nécessaire pour aller de l'avant et se concentrer sur l'industrialisation de la technologie.

"Grâce à l'utilisation des modèles de simulation de formage de tôle FEM d'AP&T, les capacités de production ont été activées dans un laps de temps très court. Il a été possible de raccourcir considérablement le temps d'essai de l'outil en utilisant les modèles de simulation qui avaient été optimisés dans plusieurs projets de recherche. En conséquence, plusieurs matrices de production pourraient être fournies par AP&T dans un laps de temps très court », a déclaré le Dr Michael Machhammer, responsable du développement des processus de formage et de l'outillage chez AP&T.

Production à grande échelle – fischer Group impliqué dans la collaboration La question se posait alors de savoir qui fournirait la production de composants à grande échelle. S'appuyant sur les succès passés et la longue relation de travail, AP&T a recommandé le groupe fischer comme partenaire de fabrication pour aider à répondre aux exigences de production de Lucid.

"Notre relation avec AP&T remonte à 20 ans et nous échangeons fréquemment des idées de processus de formage innovants avec leur équipe de R&D. Il y a environ cinq ou six ans, AP&T a présenté les avantages de l'aluminium formé à chaud, ce qui a suscité notre intérêt à plonger profondément dans la technologie. . Nous recherchons constamment de nouveaux domaines et applications pour apporter nos connaissances dans le formage à base d'outils et notre expertise en tant que fournisseurs de l'industrie automobile. Cela nous a donné l'opportunité de le faire », a déclaré Dr.-Ing. Stefan Geißler, directeur général chez fischer Hydroforming et Key Account Manager pour la collaboration avec AP&T et Lucid.

Avec tous les bons partenaires en place, AP&T et le groupe fischer ont commencé à planifier la production industrielle des composants de Lucid dans l'usine fischer d'Achern dans le sud de l'Allemagne. Alors qu'AP&T a déménagé sa presse servohydraulique et ses outils existants à Achern, la production dans son usine d'Ulricehamn a commencé immédiatement pendant cette période de transition, permettant au projet de rester sur la bonne voie.

Lucid et AP&T ont également travaillé en étroite collaboration avec fischer pour modifier certains aspects des paramètres de traitement thermique afin de garantir que les composants seraient conformes aux spécifications tout en permettant une capacité de volume élevée.

« AP&T et notre équipe ont fait un travail fantastique ensemble. En avril 2021, nous avions augmenté la vitesse pour produire 1 500 ensembles de composants d'anneaux de porte, de montants B et de couvercles de batterie pour Lucid Air à Ulricehamn », déclare Thorsten Junge, responsable du développement commercial. chez fischer Hydroforming.

En parallèle se déroulait un projet intensif à l'usine d'Achern pour préparer l'installation de la nouvelle ligne et des équipements auxiliaires tels que ceux pour l'ébarbage 3D, le vieillissement et le nettoyage. Un tout nouveau bâtiment industriel a été construit pour faire de la place.

"Nous avons également supervisé l'approvisionnement en matières premières. Bien que cela ait été difficile, le résultat final a été un succès et la ligne a été transférée d'Ulricehamn à Achern pendant l'été et mise en service en décembre 2021", a déclaré Junge.

L'avenir de la mobilité durableLorsque Lucid Air, l'une des voitures électriques les plus sophistiquées au monde sur le plan technique, a commencé les livraisons aux clients en octobre 2021, il y avait de bonnes raisons de célébrer non seulement au siège mondial de Lucid à ​​Newark, en Californie, mais aussi à Achern et Ulricehamn.

La collaboration entre Lucid, AP&T et le groupe fischer a été un énorme succès - une technologie innovante et prometteuse a été transformée en une solution commercialement viable. Cette solution ouvre des opportunités pour l'ensemble de l'industrie automobile en matière de réduction de poids et d'amélioration de la sécurité.

Après le lancement réussi, Lucid Air a continué à être en forte demande, ne servant qu'à augmenter la demande de composants en aluminium à haute résistance formés à chaud.

"Il s'agit maintenant d'optimiser davantage le processus de production et d'augmenter les volumes de production, ce qui aura également un impact positif sur le résultat net", a déclaré Robert Walton, directeur des achats chez Lucid.

Pour répondre aux besoins de Lucid, fischer a des plans ambitieux pour commencer la fabrication de pièces en aluminium à haute résistance en utilisant des technologies innovantes de formage de l'aluminium près de l'usine de Lucid à ​​Casa Grande, en Arizona.

"C'est incroyable de faire partie du voyage passionnant de Lucid et de savoir que nos trois sociétés pourraient travailler ensemble pour concrétiser la première application à l'échelle industrielle de cette technologie de formage au monde", a déclaré Stefan Geißler.

"En tant que partenaire établi de nombreux acteurs de l'industrie automobile, nous permettons le développement d'un secteur des transports plus durable avec des véhicules plus sûrs, plus économes en énergie et à moindre impact environnemental. Cette fois, nous le faisons avec une technologie innovante en collaboration avec un constructeur automobile tourné vers l'avenir. C'est énorme », a déclaré Christian Koroschetz.

Substances ayant des propriétés métalliques et composées de deux ou plusieurs éléments chimiques dont au moins un est un métal.

Aluminium contenant des quantités spécifiées d'éléments d'alliage ajoutés pour obtenir les propriétés mécaniques et physiques nécessaires. Les alliages d'aluminium sont divisés en deux catégories : les compositions corroyées et les compositions coulées. Certaines compositions peuvent contenir jusqu'à 10 éléments d'alliage, mais seulement un ou deux sont les principaux éléments d'alliage, comme le cuivre, le manganèse, le silicium, le magnésium, le zinc ou l'étain.

Fonctions d'ingénierie réalisées à l'aide d'ordinateurs et de logiciels spéciaux. Comprend des fonctions telles que la détermination de la capacité d'un matériau à résister aux contraintes.

Capacité d'un matériau à se plier, se former ou s'étirer sans se rompre. Mesuré par allongement ou réduction de surface dans un essai de traction ou par d'autres moyens.

Dans les essais de traction, augmentation de la longueur de jauge, mesurée après rupture de l'éprouvette dans la longueur de jauge, généralement exprimée en pourcentage de la longueur de jauge d'origine.

Bande ou bloc de matériau rectifié avec précision utilisé pour élever une pièce, tout en la maintenant parallèle à la table de travail, pour éviter le contact entre la fraise et la table.