Comment l'évolution du véhicule électrique affectera-t-elle la fabrication d'emboutissage ?

Jul 28, 2023

Les véhicules Chevrolet Bolt EV et Chevrolet Sonic sont assemblés à l'usine General Motors Orion à Orion Township, Michigan. Les véhicules électriques présentent à la fois des opportunités et des défis pour les fabricants d'estampage. Photo gracieuseté de GM, Détroit

Les experts de l'industrie automobile disent que l'ère des véhicules électriques et autonomes approche à grands pas. Alors, comment cette transition vers les véhicules électriques et les véhicules utilitaires affectera-t-elle la fabrication d'estampage ?

STAMPING Journal a contacté les constructeurs automobiles et d'autres initiés de l'industrie automobile, presse les équipementiers, les fournisseurs de matériaux et les principaux fournisseurs de niveau d'emboutissage pour explorer comment la transition des véhicules à moteur à combustion interne (ICE) aux véhicules électriques et autres véhicules autonomes, connectés, électriques et partagés ( ACES) auront un impact - et ont eu un impact - sur la fabrication d'emboutissage de métal.

Les questions auxquelles STAMPING Journal vise à répondre sont les suivantes : cette transition est-elle réellement en cours et n'est-elle pas un canular ? Si oui, quand ? Le passage des véhicules ICE aux véhicules ACES offrira-t-il de nouvelles opportunités de marché ? Aura-t-il un effet néfaste? L'allégement aura-t-il encore de l'importance ? Que devront faire les estampeurs pour être prêts pour ce changement, le cas échéant ?

Les réponses courtes sont oui, maintenant, oui, un peu, oui, et lisez la suite.

Bien que les ventes mondiales totales de véhicules électriques à batterie et hybrides rechargeables (véhicules électriques à batterie (BEV)/véhicules électriques hybrides rechargeables (PHEV)) ne soient actuellement que de 2,2 %, la tendance à la croissance est nettement à la hausse. Le BEV utilise l'énergie chimique stockée dans des batteries rechargeables et le PHEV dispose d'une batterie qui peut être rechargée en la branchant sur une source d'alimentation électrique externe, ainsi que par son moteur et son générateur embarqués. Selon S&P Global, les ventes mondiales de voitures électriques ont bondi de 63 % en 2018, de 79 % en Chine, de 81 % aux États-Unis et de 34 % en Europe.

L'Agence internationale de l'énergie prévoit que les véhicules électriques passeront de 3 millions aujourd'hui à 125 millions d'ici 2030.

Dans son Electric Vehicle Outlook 2019, Bloomberg prédit que 57 % de toutes les ventes mondiales de véhicules de tourisme seront électriques d'ici 2040 (voirFigure 1).

Fin de l'âge de glace ? Dans son article Forbes de septembre 2018, "Seven Reasons Why The Internal Combustion Engine Is A Dead Man Walking", Tom Raftery cite que la plupart des grands constructeurs automobiles ont investi massivement dans les véhicules électriques et les déploient actuellement ; les politiques de nombreux pays prévoient des suppressions progressives de véhicules ICE et des quotas de véhicules électriques ; le coût des batteries baisse et avec lui le prix des véhicules ; et les consommateurs ont exprimé leur intention de les acheter.

Investissements et Déploiements.Les constructeurs automobiles mondiaux investiront au moins 90 milliards de dollars dans les véhicules électriques, selon un article de Reuters de 2018.

Pour contribuer à son engagement envers les objectifs de la Conférence Paris Climat 2015,Volkswagen , le plus grand constructeur automobile au monde, investit 50 milliards de dollars dans l'électrification jusqu'en 2023 ; prévoit de produire 1 million de véhicules électriques d'ici 2025 ; et introduira 70 nouveaux modèles entièrement électriques d'ici 2028. C'est ce qu'a déclaré le vice-président principal de Volkswagen, Stratégie, Reinhard Fischer, lors du sommet d'information sur la gestion du Centre de recherche automobile (CAR MBS) du 6 au 8 août 2019.

Figure 1Sur la base des tendances actuelles, Bloomberg prédit que les véhicules électriques représenteront 57 % des ventes de véhicules d'ici 2040. art courtoisie de BloombergNEF

La plupart des constructeurs automobiles emboîtent le pas. Ford a engagé 11 milliards de dollars jusqu'en 2023, et GM a annoncé qu'il déploierait 20 modèles entièrement électriques d'ici 2023. Volvo lancera cinq batteries électriques entre 2019 et 2021 et ne conçoit plus de voitures sans batteries, selon un article de Wired, "Ford Enfin fait son entrée dans les voitures électriques."

Effet global des politiques des pays . Considérez qu'à l'heure actuelle, 183 nations et l'Union européenne ont ratifié l'Accord de Paris sur le climat, s'engageant ainsi à réduire les émissions de gaz à effet de serre (GES) dans le but de stopper le changement climatique. Cet engagement comprend une réduction de 30 % des émissions de GES d'ici 2025 par rapport aux émissions de 2015 par cycle de vie de la voiture. Leurs politiques énergétiques reflètent cet engagement.

La Norvège est en tête. Le Parlement du pays a voté pour exiger que d'ici 2025, tous les nouveaux véhicules qui y sont vendus soient électriques. Le mandat suit les préférences des consommateurs norvégiens. Les voitures électriques se sont vendues plus que les véhicules à combustibles fossiles en mars 2019, selon un rapport du 1er avril paru dans Industrial Equipment News.

La Chine et plusieurs pays européens ont exigé que les constructeurs automobiles respectent un quota de leurs véhicules en tant que véhicules électriques.

Selon un article de mai 2019 de la Wharton School de l'Université de Pennsylvanie, "China's Electric Marché des véhicules : une tempête de concurrence s'annonce. » Plus de 500 fabricants se sont inscrits pour fabriquer des véhicules électriques en Chine.

Le gouvernement chinois avait introduit des subventions en 2010 pour promouvoir les ventes de véhicules électriques, motivé en grande partie par sa volonté de réduire les niveaux de pollution conformément à son engagement dans l'Accord de Paris, mais prévoit de les éliminer progressivement d'ici 2020.

Préférences des consommateurs. Selon un récent sondage AAA, 34 % des Américains prévoient d'acheter un véhicule électrique au cours des 10 prochaines années, comme indiqué dans un article de Consumer Reports de mai 2018. Un article de BBC News cite que les résultats de l'enquête montrent que "la moitié des jeunes veulent des voitures électriques".

Parité des coûts. L'un des coûts les plus importants d'un BEV est sa batterie, selon Fischer de Volkswagen. Ces coûts chutent aussi vite qu'unTeslaRoadster, tel que documenté par Bloomberg (voirFigure 2 ). Les batteries au lithium-ion coûtaient 1 000 $ par kilowattheure (kWh) en 2010. En 2017, ce coût était tombé à 200 $ par kWh. Lors de l'assemblée des actionnaires de Tesla en juin 2018, le PDG Elon Musk a prévu que Tesla serait à 100 $ par kWh d'ici 2020. Ce coût - 100 $ par kWh - est largement reconnu comme étant là où les véhicules électriques et les véhicules ICE seront à parité de prix, selon le article.

D'ici 2020, le coût des batteries aura chuté de 90 % au cours d'une décennie, tandis que la capacité des batteries a augmenté. De plus, la technologie des piles au zinc a été mise à niveau pour qu'elles soient désormais rechargeables, ajoutant encore une autre dimension à l'équation du prix des piles.

Cela signifie que le prix d'achat des VE baisse, alors que le nombre de modèles de véhicules électriques disponibles est sur le point d'augmenter.

Volkswagen a dévoilé son ID.3 EV le 9 septembre au Salon européen de l'auto de Francfort, en Allemagne. La berline compacte entièrement électrique, qui parcourt jusqu'à 342 miles avec une charge, ne sera disponible qu'en Europe au printemps 2020. VW prévoit de lancer ultérieurement un SUV multisegment aux États-Unis.

Selon Inside EVs, 2020 sera l'année décisive pour les véhicules électriques.Audi, BMW, Chevy, Ford, Hyundai, Kia, Land Rover, Lucide, Mercedes-Benz, Nissan, Porsche, Tesla, Volvo, Volkswagen, et les constructeurs automobiles introduisent ou modernisent des véhicules électrifiés, à la fois entièrement électriques et hybrides électriques, en 2020.

Quant aux véhicules autonomes et connectés, ils sont sur la route en ce moment ; cependant, le consensus d'un panel d'experts du CAR MBS est qu'il faudra 2030, voire 2040, avant que les véhicules autonomes ne soient courants.

Le consensus parmi toutes les personnes interrogées est que les véhicules électriques représenteront de nouvelles opportunités de marché pour les emboutisseurs.

GuéEric Frevik, directeur de l'ingénierie des matrices NA, VOME Stamping, et Jason Ryska, ingénieur en chef de l'ingénierie de l'emboutissage, ont déclaré que tout changement majeur dans l'emboutissage se produira dans l'architecture du véhicule.

"Avec les véhicules électriques, la grande majorité de la tôle est inchangée pour le type de pièces que Ford fabrique en interne. La structure du haut de la carrosserie est essentiellement la même à l'exception du port de charge sur le garde-boue avant plutôt qu'un remplissage de carburant sur le côté de la carrosserie, " a déclaré Frevik, ajoutant que le placement des ailes est unique à Ford et qu'il est basé sur une recherche sur les préférences des consommateurs.

"Il est possible que le soubassement change radicalement en fonction de l'emballage de la batterie. Par exemple, emballer la batterie au niveau ou à proximité du coffre est une architecture complètement différente de l'utilisation de toute la plate-forme du soubassement pour emballer la batterie. Les estampages de la plate-forme ont un probabilité de changement beaucoup plus élevée à mesure que nous passons aux véhicules électriques.

"Pour les AV, il y a un plus grand potentiel de changement du haut du corps afin d'emballer et de monter des capteurs, des caméras et d'autres technologies à l'extérieur du véhicule", a-t-il poursuivi. "Il est possible d'avoir des conceptions en tôle pour les ailes, les côtés de la carrosserie et les toits qui nécessitent des fonctionnalités pour les capteurs."

Bonjour, boîtier de batterie. Les équipementiers de presse ont gardé un œil sur le marché pour s'assurer qu'ils sont prêts à équiper les matrices pour cela. "Nous nous attendons à voir une demande accrue pour les applications de boîtiers de batterie et d'autres composants tels que les terminaux à mesure que le marché des véhicules électriques se développe", a déclaréAIDADirecteur des ventes internationales Kland Aida.

Nidec Presse & AutomatisationLe vice-président des ventes, Rick Schwartz, a déclaré : « De plus, il y aura une demande accrue pour l'estampage de matériaux de stratification ultrafins de 0,20 mm qui sont nécessaires pour les moteurs de véhicules électriques.

Groupe SchulerLe responsable mondial de la division automobile, Klaus Linnig, a déclaré : "Il ne fait aucun doute qu'il existe et qu'il existera de nouvelles opportunités, mais également de nombreux nouveaux concurrents qui les recherchent.

Figure 2 Le coût des batteries EV est passé de 1 000 $ à 200 $ par kWh en sept ans. On s'attend à ce qu'ils chutent à 100 $ par kWh d'ici 2020. Ce coût - 100 $ par kWh - est largement reconnu comme étant là où les VE et les véhicules ICE seront à parité de prix, faisant entrer les VE dans le courant dominant. Graphique avec l'aimable autorisation de Bloomberg

"Les chiffres sous-jacents en tant que tels sont assez impressionnants", a-t-il déclaré, citant une étude selon laquelle la Chine fabriquera 6,8 millions de voitures électriques d'ici 2021, suivie des États-Unis (3,1 millions), de l'Allemagne (2,2 millions) et du Japon (1 million). . Linnig voit des opportunités de marché pour les emboutisseurs dans les statistiques prédisant que la capacité de la batterie passera de 120 gigawattheures (GWh) à plus de 400 GWh d'ici 2022, ce qui correspond à environ 1 milliard de boîtiers de cellules qui doivent être fabriqués (estampillés).

Institut américain du fer et de l'acier(AISI) Le vice-président du programme automobile, Jody Hall, a déclaré : "Je pense qu'il y aura certainement des opportunités et tous les détails restent à déterminer. La chose qui retient le plus l'attention maintenant est le boîtier de la batterie."

Plusieurs emboutisseurs ont déjà bénéficié de l'approvisionnement du nouveau marché.

Shilo, un fournisseur de niveau 1 d'assemblages principalement en aluminium et en magnésium, a trouvé des opportunités de marché dans les assemblages d'emboutissage pour BEV (voirfigure 3 ). Le fabricant d'emboutissage et de moulage fabrique un boîtier de chargeur EV, un boîtier de commande, un boîtier de batterie arrière, un fond de boîtier de batterie et un boîtier de moteur, tout en continuant à fabriquer des pièces pour les véhicules ICE.

Shiloh, qui cite sa technologie d'allègement comme faisant partie de son identité et comme différenciateur déterminant, fabrique des stratifiés de panneaux acoustiques pour réduire le bruit intérieur, tout en réduisant simultanément le poids de l'ensemble de 4,4 lb. Le fabricant présente sa porte intérieure en aluminium soudée au laser qui permet d'économiser 7,7 lb. de masse. Toujours consciente que l'objectif final de l'allégement est environnemental, la société vante également que la porte nouvellement conçue permet d'économiser 10 000 tonnes métriques de CO2 et de réduire les rebuts de 11 %, tout en réalisant des économies de coûts de plus de 17 millions de dollars.

Plus de six décennies d'expérience dans l'emboutissage de précision de gros volumes pour le marché automobileCEP Technologies Corp.une perspective unique sur les changements en cours parmi les constructeurs automobiles, selon le président Ken Kaufmann Jr. Le fabricant mondial d'emboutissage, dont le siège est à Yonkers, NY, sert une clientèle diversifiée dans les secteurs des équipementiers automobiles et du marché secondaire, des télécommunications, des semi-conducteurs, de la protection de l'alimentation, des ordinateurs et commutateurs.

Kaufmann a déclaré que l'entreprise connaît déjà une croissance commerciale résultant de l'électrification des véhicules pour remplacer les activités en déclin dans d'autres domaines. Le besoin d'une conductivité électrique accrue dans les contacts de batterie, les bornes et les cartes de circuits imprimés est l'un des créneaux de produits en croissance. "Nous fabriquons actuellement un dissipateur thermique qui est assemblé sur une unité d'infodivertissement qui fournit le Wi-Fi dans la voiture, par exemple."

Ces dernières années, les jalons technologiques des constructeurs automobiles comprenaient le contrôle automatique des feux de route, les caméras de recul, l'intégration de la maison intelligente, les véhicules autonomes, le suivi des véhicules par GPS et la communication de voiture à voiture, a noté Kaufmann. "La façon dont les voitures évoluent, nous nous attendons à ce que le segment des composants électriques de notre entreprise se développe", a-t-il déclaré. "Ces types d'avancées nécessiteront divers contacts de batterie personnalisés, des produits de blindage, des broches d'ajustement à la presse et des emboutissages métalliques de précision personnalisés. Avec le nombre croissant de PCB utilisés dans les véhicules d'aujourd'hui, nous avons constaté une belle reprise dans la production d'ajustements à la presse personnalisés. bornes à broches et couvercles et cadres de blindage personnalisés dans divers matériaux et tailles. L'un de ces projets concerne un turbocompresseur pour les applications de gros camions. Alors que la technologie continue de s'intégrer à l'industrie du transport, nous assistons à une refonte de toutes les facettes du transport. Notre Le projet le plus récent est un composant estampé pour les commutateurs dans les applications de gros camions. »

Bien que certaines tôles d'emboutissage de stator puissent nécessiter des presses à découpage fin et à grande vitesse, de petits emboutissages métalliques progressifs électriques personnalisés sont fabriqués au CEP sur des presses mécaniques à face droite dont la taille varie de 15 à 60 tonnes (voirFigure 4).

Kaufmann a poursuivi : "Nous sommes actuellement en train de créer un contact de batterie pour les porte-clés d'un équipementier multinational et un ensemble de composants pour les systèmes d'entrée de porte d'un autre constructeur automobile. Des systèmes d'allumage sans clé qui vous permettent de démarrer votre voiture à distance simplement en appuyant sur un bouton sur votre porte-clés sont pilotés par des capteurs et nécessitent des contacts et des emboutissages métalliques de précision sous différentes formes. Pour un projet en cours, nous produisons environ 3,5 millions d'unités par an pour les systèmes d'entrée de porte. Pour une autre plate-forme porte-clés, CEP produit environ 5 millions de contacts de batterie personnalisés par an.

Le mandat de la Chine sur les véhicules à énergie nouvelle (NEV) fait partie de son plan visant à avoir 4,6 millions de véhicules électriques sur la route d'ici 2020 et à terme à interdire les voitures équipées de moteurs à combustion interne traditionnels. Photo publiée avec l'aimable autorisation de BYD Auto Co. Ltd., Xi'an, province du Shaanxi, Chine

Dans sa présentation CAR MBS, "The Path to Electrification,"Delphi Technologies La vice-présidente principale et directrice de la technologie, Mary Gustanski, a déclaré que l'industrie du transport évolue rapidement. Elle a déclaré que la convergence de trois mégatendances présente à la fois des défis et des opportunités : "La proposition de valeur pour les technologies de groupe motopropulseur consiste à tirer parti de l'automatisation, de la connectivité et de l'électrification. L'avenir de la propulsion est plus propre, meilleur, plus loin", a-t-elle déclaré.

Se positionnant comme un leader mondial de la technologie de l'électronique automobile, Delphi devrait en bénéficier car la demande en électronique devrait augmenter. "Plus d'électrification est nécessaire pour la conformité réglementaire et la fonctionnalité. La capacité d'intégration des systèmes est une nécessité pour des performances optimales. L'augmentation des capteurs de sécurité active et de la connectivité rend plus de données disponibles pour le véhicule", a-t-elle déclaré.

À mesure que le contenu et la complexité des véhicules augmentent, plus d'intelligence est nécessaire, ainsi qu'un besoin de puissance de calcul accrue pour un contrôle en temps réel, a-t-elle ajouté.

"Pas vraiment. Les principales pièces des moteurs à combustion et des transmissions sont des pièces moulées, pas des pièces embouties", a déclaréVolkswagen porte-parole Mark Gillies. "Pour VW, nous n'anticipons aucun changement majeur dans l'immédiat. Nos BEV sont conçus pour être achetés par des millions, pas des millionnaires, donc nous continuons à fabriquer les carrosseries de manière traditionnelle. Nous ne remplaçons pas les emboutis en acier avec des pièces en fibre de carbone, par exemple, car le coût serait prohibitif pour nos clients potentiels."

Gillies soupçonne que toute réduction potentielle de la demande résultant de l'absence de moteurs à combustion et de transmissions peut être compensée par la demande des appareils connexes. "Nous pensons que deux facteurs pourraient s'égaliser : moins de complexité dans les véhicules électriques par rapport à une plus grande demande d'unités auxiliaires telles que des bornes de recharge."

Au revoir, au revoir bouclier thermique. Ryska de Ford a déclaré que bien que les moteurs à combustion contiennent quelques petits emboutissages progressifs, la plupart des composants du moteur sont des pièces moulées et des pièces usinées à partir de blocs solides. "Nous n'aurions plus besoin du bouclier thermique pour l'échappement. Oui, certaines de ces pièces vont changer, mais ces pièces dans d'autres zones du véhicule comme la batterie équilibreront probablement ce qui est perdu dans le moteur à combustion."

Frevik a déclaré que les tôles embouties continueront probablement d'être le matériau de choix. "Le rapport résistance/poids élevé des pièces en tôle est très compétitif par rapport aux autres conceptions, donc je m'attendrais à ce que la tôle soit le choix de matériau préféré, à moins que les exigences structurelles ne puissent être satisfaites", a-t-il déclaré. "Il existe évidemment des pièces en tôle associées aux groupes motopropulseurs et aux transmissions ICE. Cependant, je pense que cela peut facilement être compensé par d'autres estampages requis pour les batteries et les composants de soubassement requis pour les véhicules électriques."

Hall d'AISI a dit qu'elle pense que, dans l'ensemble, les emboutisseurs ne seront pas affectés négativement. "La plupart des tôles [estampées] sont utilisées pour la carrosserie, les fermetures et les composants du châssis ou de la suspension. Il n'y a pas beaucoup de pièces embouties dans les composants du moteur et de la transmission."

Schwartz de Nidec a déclaré: "Tout ce qui concerne les supports sur les automobiles peut être affecté. Il est certain que tout ce qui est estampillé dans ou autour du moteur et de la transmission ne sera plus nécessaire."

Aida a déclaré : "Oui, il y a eu des changements d'orientation, en particulier en ce qui concerne certaines pièces de transmission. Certains emboutisseurs ont commencé à investir massivement dans leur R&D dans les technologies EV/AV. Si la croissance des véhicules électriques et des véhicules à moteur sans combustion se poursuit comme prévu, il Inutile de dire que nous verrons une baisse de la croissance de l'emboutissage des pièces de transmission de ces sociétés, et elles investiront dans l'emboutissage ou une autre méthode pour produire des composants liés aux véhicules électriques ou aux véhicules hybrides. »

figure 3 Shiloh a trouvé des opportunités de marché pour les pièces embouties et les assemblages dans les véhicules électriques à batterie, y compris les boîtiers de batterie et les ensembles de support de batterie. Image reproduite avec l'aimable autorisation de Shiloh Industries, Valley City, Ohio

Aida a averti que l'estampage des pièces de transmission ne disparaîtra pas du jour au lendemain et que les emboutisseurs de transmission ne devraient pas abandonner immédiatement leur activité principale. « De nombreux résultats de recherche montrent que les ventes de véhicules à moteur à combustion conserveront leur nombre jusqu'en 2030 avant de commencer à décliner. Nous devons également tenir compte du fait que l'infrastructure et sa technologie doivent répondre aux demandes du marché des véhicules électriques pour que la technologie soit durable.

CEP Technologies continue d'emboutir un grand volume de pièces pour les applications de moteurs à combustion et de pompes à carburant. Les bornes d'allumage automobile sont une gamme de produits standard. "De notre point de vue, cela [l'élimination progressive des véhicules ICE] pourrait être considéré comme négatif", a déclaré Kaufmann. "Cela dit, nous constatons une augmentation des composants dans d'autres domaines. En général, les voitures sont conçues avec une variété de nouvelles fonctionnalités qui nécessitent un nombre considérable d'estampages, en particulier des produits de protection personnalisés", a-t-il déclaré.

"Les Stampers peuvent perdre des moteurs à combustion, mais d'un autre côté, à mesure que les voitures deviennent plus intelligentes, le nombre de produits créés augmente, ce dont nous profitons", a déclaré Kaufmann.

Les fabricants d'emboutissage aux prises avec la formation d'aciers avancés à haute résistance (AHSS) et d'aluminium, de titane et de magnésium à haute résistance ne peuvent être blâmés s'ils recherchent un soulagement grâce à un nouveau système de propulsion électrique. Considérant que la poussée vers les véhicules légers a été motivée par les politiques environnementales et les préférences des clients pour atténuer le changement climatique en réduisant les émissions d'échappement, et que les véhicules électriques n'ont pas de tuyau d'échappement (beaucoup moins d'émissions d'échappement), quelle sera l'importance de l'allègement des véhicules ?

Frevik de Ford a déclaré: "Oui, certainement. Cela ira dans le sens de l'allégement, qu'il s'agisse d'aluminium, ou d'acier plus fin, estampé à chaud ou à haute résistance. Il est très important avec les véhicules électriques de continuer à réduire le poids pour étendre l'autonomie. Et quand vous entrer dans quelque chose d'aussi extrême que l'architecture de la série F, nous entrons dans des composants hydroformés, un processus de fabrication complètement différent, pour maintenir les exigences de renversement."

Conseillers en aluminium automobile Le président Nate Beavers soutient que la réduction du poids des véhicules est d'une importance cruciale. "Si vous regardez l'architecture des véhicules d'aujourd'hui et ceux qui sont conçus pour demain, l'allégement est un élément clé des stratégies des équipementiers et des fournisseurs", a-t-il déclaré lors de la conférence Global Automotive Lightweighting Materials (GALM), du 20 août au 20 août. 22. "Qu'il s'agisse d'un véhicule ICE ou d'un véhicule électrique, l'allègement est important pour répondre aux exigences réglementaires, à l'autonomie, aux performances de conduite et aux préférences des consommateurs."

Daimler SA a coordonné une alliance de six constructeurs automobiles européens (Daimler, Volkswagen, Volvo, Opel, TME et Centro Ricerche Fiat) pour rechercher des matériaux d'allégement et des procédés de fabrication optimaux. Le professeur Sama Mbang, Daimler Mercedes-Benz, a dirigé un projet de recherche de trois ans pour l'AffordabLe Lightweight Automobiles AlliaNCE (ALLIANCE), qui vient de s'achever en 2019.

Mbang a déclaré que l'allègement continuera d'être une force motrice, même si les véhicules ne sont plus propulsés par des moteurs à combustion produisant des émissions. "L'allègement sera toujours très pertinent, tout d'abord, parce que l'allègement est lié à l'efficacité, aux performances, ainsi qu'à des paramètres tels que la réduction des émissions ainsi que pour les économies de coûts." De plus, étant donné que les batteries ajoutent jusqu'à 500 kilogrammes de poids, un allégement sera nécessaire pour équilibrer ce poids afin d'étendre l'autonomie des véhicules électriques, a-t-il déclaré.

Lors d'une présentation lors de la récente conférence GALM, Mbang a déclaré que les objectifs de la recherche étaient triples : réduction du poids, réduction des émissions et abordabilité.

Le projet de recherche de trois ans a dépassé ses objectifs. "Nous avons d'abord développé de nouveaux matériaux et les avons validés sur des véhicules existants sur la route. Et nous avons développé la fabrication associée. Comme vous le savez, le développement de nouveaux matériaux est également un défi des processus de fabrication, nous avons donc travaillé sur la réduction des temps de cycle et des coûts de fabrication comme Bien." Les résultats finaux ont été une réduction de poids de 33 %, une réduction des émissions de 25 % et des économies de coûts de 3 euros/kilogrammes.

Figure 4 Bien que les matrices et les presses de certains emboutis doivent être très grandes pour accueillir des matrices complexes, de nombreuses matrices construites par CEP Technologies pour les composants électriques des véhicules électriques peuvent être petites. Photo gracieuseté de CEP Technologies, Yonkers, NY

Aida a ajouté : « Nous voyons le défi de notre industrie de s'adapter à la formation de matériaux légers et à haute résistance et nous pensons que cela continuera à mesure que les propriétés des matériaux changent. L'allégement sera l'un des principaux objectifs des constructeurs automobiles, que l'avenir soit électrique ou autre. source d'énergie."

Linnig de Schuler a déclaré : « Il ne fait aucun doute que ce processus de transition mondiale est un test de résistance majeur pour les équipementiers et leurs fournisseurs. Les modèles commerciaux traditionnels, les marges bénéficiaires et les compétences sont soumis à une forte pression. La modification des produits finaux modifiera les produits des emboutisseurs et leurs objectifs commerciaux, qui affecteront alors définitivement nos produits pour s'adapter aux changements."

Frevik et Ryska de Ford ont déclaré que les fournisseurs devraient adopter une approche proactive pour résoudre les problèmes. "Continuez à être proactif et travaillez avec Ford Product Development and Purchasing pour vous impliquer tôt afin de fournir une orientation de faisabilité pour réduire les coûts et des stratégies d'approvisionnement en matrices pour réduire les coûts fixes", a déclaré Frevik.

Le placement du port de charge dans le garde-boue avant présente des défis de formation, par exemple. "Les données de recherche sur les clients montrent que la plupart des gens veulent s'avancer vers la station de charge et la brancher du côté conducteur avant. Malheureusement, c'est le pire endroit pour le mettre pour nous", a déclaré Frevik. "Le matériau du côté de la carrosserie est plus formable et il ne présente pas autant de distorsion. Le matériau du garde-boue est fabriqué à partir d'un acier durcissable à la cuisson qui présente plus de distorsion de surface." Estampiller les fournisseurs avec de bonnes stratégies pour accomplir cela correctement et rapidement serait confronté à une porte ouverte, a-t-il indiqué.

Outillage. Ryska a souligné que la réduction du délai de mise sur le marché pour le développement des matrices est essentielle, tout comme le dévouement à la qualité. "La qualité et le timing sont extrêmement, extrêmement importants. Les attentes de qualité aujourd'hui sur l'ajustement et la finition de la tôle sont élevées. Les gens veulent des véhicules de meilleure qualité."

Souvent, les fournisseurs ont du mal à respecter le calendrier nécessaire, a-t-il déclaré. "Les fournisseurs doivent donc essayer d'être proactifs pour réduire le temps nécessaire à la fabrication de leur outillage. Ils doivent vraiment travailler sur différentes façons d'essayer de réduire le temps nécessaire à la fabrication d'une matrice - tout ce qui s'avérerait être de meilleure qualité. ou un délai de mise sur le marché plus court. »

Frevik soupçonne que cela peut se produire si les blocs de matrice deviennent plus précis sur le plan dimensionnel, de sorte qu'ils nécessitent moins d'usinage.

Une autre approche peut être centrée sur la réduction du nombre d'itérations lors de l'essai, a déclaré Frevik. "Nous prévoyons sept itérations après avoir retiré une pièce de tôlerie des matrices pour qu'elle soit dimensionnellement correcte. Si un fournisseur a une technologie ou une stratégie qui y parvient plus rapidement que cela... deux ou trois changeraient certainement la donne."

Ryska a déclaré qu'il pensait que la réponse pourrait résider dans la simulation de la compensation du retour élastique. "Nous effectuons de nombreuses simulations virtuelles de la compensation du retour élastique avant même de couper la matrice. Si ce processus devient beaucoup plus précis, je pense que c'est là que se trouve le changement de jeu. Si vous êtes capable de prédire complètement virtuellement ce que la pièce va à faire lorsque vous l'estampez et que vous pouvez le compenser, alors, théoriquement, vous pourriez construire une matrice, mettre un morceau de tôle dans la presse, la faire passer à travers les matrices, et ce serait une pièce parfaite.

« Ce serait une utopie ! il a dit.

Figure 5Des matrices plus complexes et plus grandes et des laminations de moteur plus grandes nécessitent de longs lits de presse, comme sur cette presse de laminage EV Nidec Press & Automation Minster 3 700 mm.

Les composants sont susceptibles d'être conçus pour éliminer le poids des joints, de sorte que l'outillage deviendra probablement plus long et plus complexe, selon de nombreuses sources. Kaufmann a répondu aux demandes de matrices plus longues. "Les pièces deviennent de plus en plus complexes. Ainsi, les outils sont devenus plus longs pour effectuer toutes les opérations de découpe et de formage."

De plus, les matériaux de travail continuent d'avoir tendance à avoir des résistances de plus en plus élevées, de sorte que les matrices continueront à devoir résister aux rigueurs de ces métaux très durs. Ils devront être à haute résistance, subir un durcissement et nécessiter une lubrification stratégique pour réduire la friction.

Presses. Schwartz de Nidec a déclaré qu'il pensait qu'il y aura un besoin pour différents types de presses à mesure que les demandes du marché changeront. "Je vois un besoin pour des ventouses à double action nécessaires pour les cylindres de batterie de taille similaire à une cellule de batterie de taille C.

"Les machines d'estampage à grande vitesse avec de grandes longueurs de lit seront importantes, ainsi que la flexibilité de la vitesse pour chaque solution d'estampage", a poursuivi Schwartz (voirFigure 5 ). "Certaines conceptions de moteurs électriques EV utiliseront la technologie de collage pour maintenir la pile de tôles ensemble, et certaines piles utiliseront la technologie de verrouillage."

Schwartz a ajouté que les presses à emboutir pour les stratifications de stator/rotor de moteur EV à grande vitesse doivent avoir un lit à faible déflexion et un système de vérin d'une longueur de 3 700 mm ou plus. "Pour l'emboutissage à grande vitesse, les machines en fonte à faible vibration, ainsi que l'alimentation servo push-pull de précision, seront essentielles."

Schuler et AIDA-America conçoivent et fabriquent également des presses de laminage à grande vitesse pour les applications de laminage de stator/rotor de moteur EV (voirChiffres 6et7).

"Nous proposons des systèmes pour la production en série économique de composants pour voitures électriques, tels que des boîtiers métalliques pour batteries et des tôles de moteurs électriques pour moteurs", a déclaré Linnig. "Nous avons développé une presse à grande vitesse pour la géométrie de plus en plus complexe des tôles de moteur électrique qui permet une plus grande efficacité énergétique grâce à des tôles plus minces et, par conséquent, des pertes de courant de Foucault plus faibles."

Un outillage plus long et plus complexe modifie les exigences en matière de taille du lit de presse, a déclaré Aida. "Ces dernières années, nous avons déjà connu des augmentations de la demande avec des lits de plus grande taille, généralement de 3,7 mètres de longueur d'alimentation."

Linnig a déclaré que ce n'est pas seulement la complexité qui entraîne des tailles de lit de presse plus longues. "Dans le même temps, les moteurs électriques augmentent de diamètre pour atteindre des performances plus élevées. En conséquence, les emboutissages personnalisés deviennent plus petits et plus complexes, nécessitant des matrices plus longues pour s'adapter à la quantité de progressions."

Le CEP confirme cette conclusion. Kaufmann a déclaré que l'entreprise avait investi dans des presses à tonnage plus élevé - "pas pour le tonnage mais pour la taille du lit en raison de l'outillage plus long".

Figure 6 La nouvelle presse à découper à grande vitesse Smartline EV 3.8 de Schuler a une longueur de 3,7 mètres et peut traiter une largeur de bande allant jusqu'à 630 mm. La quantité de laminages que la matriceuse va produire détermine si elle s'adapte à une matrice à une ou deux rangées. Images reproduites avec l'aimable autorisation de Schuler Inc., Canton, Michigan

Schwartz a ajouté : "Certaines zones vont en fait diminuer ; cependant, d'autres vont augmenter. Au fur et à mesure que les applications changent, le type d'estampage et donc les méthodes d'estampage changent également. Je m'attends à ce que le nombre de presses nécessaires reste constant ; cependant, bon nombre des nouveaux les presses requises seront différentes des conceptions traditionnelles."

Aida a déclaré : « Nous nous attendons à voir une demande continue d'acier léger à très haute résistance pour les composants structurels, et la technologie d'asservissement sera en mesure de fournir une grande formabilité pour ces pièces difficiles à emboutir.

Matériaux. Une augmentation de la demande de composants électriques peut obliger les emboutisseurs à former des matériaux exotiques ou des épaisseurs de matériaux avec lesquels ils ne sont pas familiers. Kaufmann a déclaré : « Parce que nous produisons des pièces embouties en métal sur mesure, notre clientèle diversifiée nous oblige à emboutir une très grande variété de matières premières : alliages à base de cuivre haute performance, acier laminé à froid, acier inoxydable et aluminium. savoir-faire pour produire des pièces à partir d'un matériau aussi fin que 0,004 pouce et tenir 50 000 pièces dans la paume de votre main."

Aida a noté: "L'utilisation de pièces en aluminium dans la fabrication automobile a considérablement augmenté pour obtenir des véhicules plus légers."

Les castors d'Automotive Aluminium Advisors ont déclaré que la plus forte croissance des conversions acier-aluminium se situe dans les panneaux de fermeture. "Pensez aux capots, aux portes, aux hayons… ainsi qu'aux applications de carrosserie en blanc pour les véhicules à moteur traditionnel, mais encore plus pour les véhicules électriques. En moyenne, nous voyons beaucoup plus de contenu en aluminium dans les véhicules électriques qu'un véhicule à moteur traditionnel. C'est parce que des exigences de gamme, ce qui entraîne vraiment la pénétration accrue de l'aluminium. Ensuite, un troisième domaine qui nous passionne vraiment est les boîtiers de batterie et les batteries pour les véhicules électriques. Ceux-ci ont tendance à utiliser de l'aluminium.

L'émergence de Gen3 AHSS a résolu de nombreux problèmes de formabilité associés aux générations d'acier précédentes. Les propriétés d'allongement ont augmenté, tandis que l'acier conserve toujours sa résistance à la traction (Lire "L'acier à haute résistance avancé de troisième génération émerge" sur thefabricator.com).

Alors, les aciers Gen3 formés sur les servopresses rendront-ils obsolètes l'emboutissage à chaud ? Plus de conjectures à venir sur ce sujet.

L'un des nouveaux matériaux en acier récemment développés et commercialisés estMaterial Sciences Corp. de MSC Smart Steel®, un nouveau laminé d'acier multicouche conçu pour remplacer directement l'acier à faible teneur en carbone pour estamper les pièces de véhicules. Le matériau permet d'économiser 20 à 40 % de masse par rapport à l'acier standard de même épaisseur, affirme la société.

Vendu sous forme de bobine, le matériau peut être estampé dans des matrices conventionnelles, soudé par points avec l'équipement existant et traité par des systèmes de revêtement électrolytique et de peinture standard, ce qui le rend compatible avec la fabrication existante.

L'acier multicouche a remporté le prix Altair Enlighten Award dans la catégorie Emerging Technologies. Le prix Enlighten honore les réalisations de l'industrie automobile en matière d'économie de poids.

Figure 7 Les presses à grande vitesse conçues pour les tôles de moteur en métal de très faible épaisseur doivent être extrêmement rigides et sans déviation. Photo d'une presse à laminer et de ses laminations de moteur avec l'aimable autorisation d'AIDA-America, Dayton, Ohio

Assemblées. Aida a proposé que les changements dans les matériaux et les applications apporteront des défis et des opportunités aux emboutisseurs pour développer de nouveaux outils et matrices, ainsi que pour incorporer des processus d'estampage à valeur ajoutée, tels que des processus in-die avec une technologie d'assemblage avancée. "Cela peut aider les emboutisseurs à être plus productifs et éventuellement à obtenir des produits plus légers en combinant plusieurs composants dans des assemblages."

L'un des sous-produits les plus surprenants du passage des véhicules ICE aux véhicules ACES a été le jumelage d'archirivaux pour aborder les énormes défis inhérents aux nouvelles technologies - l'électrification, mais plus particulièrement, les véhicules autonomes.

Tout comme la hausse des coûts des véhicules et des transports a entraîné de nouvelles formes de covoiturage et de covoiturage telles qu'Uber et Lyft, les coûts élevés du développement de véhicules électriques, et surtout autonomes, incitent les constructeurs automobiles à former des alliances avec des concurrents pour collaborer sur la R&D coûteuse. L'ALLIANCE en est un exemple.

Une alliance remarquable est le partenariat de Ford et Volkswagen. Les deux constructeurs automobiles utilisent les forces de l'autre pour augmenter les leurs, réduisant ainsi considérablement leurs investissements en R&D. Volkswagen a investi dans l'IA Argo de Ford, et Ford utilisera la boîte à outils électrique modulaire de Volkswagen, connue sous le nom de MEB, pour concevoir un tout nouveau véhicule électrique à batterie pour ses opérations européennes, selon les communiqués de presse de Ford et VW.

Le PDG de Ford, Jim Hackett, et le PDG de VW, Herbert Diess, ont annoncé que la vaste coopération sur les véhicules électriques et autonomes promettait d'économiser à chaque entreprise des centaines de millions de dollars sur les coûts de développement futurs tout en les rattrapant dans les domaines où ils sont respectivement en retard sur leurs concurrents, selon Actualités automobiles (voirFigure 8).

Le BEV pas encore sorti de Ford est destiné à être construit dans une usine Ford à partir de 2023.

Les emboutisseurs effectuant également des assemblages sont susceptibles d'effectuer davantage d'assemblages sans soudure, en particulier dans les applications à matériaux mixtes.

Bien que la plupart des contributeurs aux articles pensent que les carrosseries des véhicules continueront d'être estampillées, certains pensent que les formes des carrosseries pourraient changer. Le style de carrosserie peut changer car les consommateurs veulent attirer l'attention sur la nature électrifiée du véhicule, a déclaré un expert de l'industrie automobile lors de la conférence Great Designs in Steel en mai (voir la figure 9). Cela pourrait signifier des éléments éclairés, par exemple.

L'absence de moteurs et de volant dans les véhicules audiovisuels modifiera l'architecture intérieure, et cela pourrait également être vrai pour les véhicules électriques, a déclaré Schwartz de Nidec. "Avec une automobile EV, l'architecture du véhicule peut changer en ce qui concerne l'espace requis." Capot plus court, intérieur plus long.

La nécessité de développer l'infrastructure pour les véhicules électriques et les véhicules audiovisuels peut également présenter des opportunités de marché, selon les initiés de l'industrie. Les véhicules électriques auront besoin de pièces auxiliaires telles que des bornes de recharge pour véhicules électriques et des composants d'énergie renouvelable pour atteindre les objectifs de zéro émission.

"Branchez-le" plutôt que "remplissez-le". Les produits auxiliaires tels que les bornes de recharge et même les sources d'énergie renouvelables telles que les abris de voiture à énergie solaire peuvent également présenter des opportunités de marché.

Aida a déclaré : « Dans une vision à long terme, je m'attends à ce qu'il y ait des différences dans les composants emboutis requis par le marché pour s'adapter aux véhicules utilisant différents types de source d'énergie. Il y aura moins de pièces de moteurs à combustion produites à l'avenir, et le Le nombre de pièces estampées par véhicule va probablement changer. Mais nous voyons de nombreuses opportunités, non seulement dans les tôles et les boîtiers de batterie, mais aussi dans d'autres applications liées aux véhicules électriques, ainsi que dans les véhicules utilisant d'autres énergies alternatives. Par exemple, AIDA a connu une augmentation de demande de presses spécialisées de haute précision pouvant accueillir l'emboutissage de séparateurs pour la technologie des piles à combustible à hydrogène.

Schwartz de Nidec a conseillé : « Restez diligent dans la courbe d'apprentissage. Recherchez l'équipement le meilleur et le plus efficace pour l'application d'emboutissage. La fiabilité quotidienne devrait également être une considération clé.

Linnig de Schuler a proposé: "Ne vous attendez pas à ce que ce soit juste une tempête qui passe."

Aida d'AIDA a déclaré : « Alors que les produits finaux changent leurs exigences, nous devons être innovants pour répondre aux changements avec des produits à valeur ajoutée, et nous voyons cela comme une excellente opportunité.

AISI's Hall a recommandé que les fabricants d'estampage s'associent à d'autres emboutis, tout comme le font les constructeurs automobiles. "Je pense qu'il est vraiment important de collaborer dans cette industrie et de tendre la main et d'apprendre ce qui s'en vient." Hall a ajouté que l'AISI et le partenariat Auto/Steel offrent une formation gratuite aux emboutisseurs sur la meilleure façon d'emboutir ces nouveaux aciers, ainsi que pour aider à comprendre les différentes nuances et termes. "Vous n'avez pas à essayer de tout faire par vous-même, car il y a tellement de ressources disponibles.

"Je considère l'avenir comme un changement positif. Il y aura de nouveaux défis, mais je pense qu'il s'agira davantage de suivre le rythme à l'avenir."

Lors de la conférence mondiale Stamping in an EV (29 septembre 2020, à Ann Arbor, Michigan), les fabricants d'emboutissage et les fabricants de métaux obtiendront des informations et des conseils de la part des constructeurs automobiles et d'autres initiés de l'industrie automobile tels que les équipementiers de presse, les fournisseurs de matériaux, les équipementiers de batteries, et les principaux fournisseurs de niveau d'emboutissage qui approvisionnent déjà l'industrie des véhicules électriques.

Les propriétaires d'entreprise et les cadres supérieurs, les directeurs d'usine, les superviseurs d'emboutissage et les ingénieurs des entreprises de fabrication d'emboutissage et de fabrication de métaux qui assisteront à cet événement seront en avance sur la courbe.