Semisolid forging of steel components for automotive industry

Abstract

Nowadays, globalisation enables a rapid uptake of the classical manufacturing and production technologies, thus making it much harder for European companies to compete with low labour costs of emerging countries. In order to remain competitive, these factories, such as OEM´s and automotive companies, have to either relocate their main production to low labour cost countries or invest in innovative production processes; in so doing they mainly allow lowering raw material consumption and production time while they perform high quality components. In this industrial framework, with the current trend in prices of raw material and their sources, near net shaping of mechanical components will become a key factor to get the desired competitiveness. Semisolid metal (SSM) forging is one of those near net shape techniques. It presents several advantages, such as energy efficiency, production rates, smooth die filling and low shrinkage porosity, which together lead to near net shape capability and thus to fewer manufacturing steps than in classical methods. The foregoing advantages have been tried and tested in the semisolid forging cell developed and implemented at the forming laboratory of Mondragon Unibertsitatea. The high quality components, obtained in a single step, show that thixo-lateral forging of steels is a robust and highly repeatable forming process with a great surface finishing and much more remarked details. Material savings of the 20% have been reported together with a substantial decrease of the forming forces. In addition, great mechanical properties have been achieved which brings the process closer to the desired final industrial application.

Gaur egun bizi dugun globalizazio egoerak ekoizpen prozesuen hedapen eta arrakasta azkarra ahalbidetzen du, enpresa Europearren lehiakortasuna oztopatuz garapen bidean dauden herrialdeen aurrean. Lehiakorrak izaten jarraitzeko bide bakarra ekoizpen kostu txikiagoa duten lurraldetara deslokalizatzea edo ekoizpen prozesu berritzaileak ikertzea da. Azken honen bitartez jatorrizko materialen kontsumoa jaitsi eta ekoizpena handituko litzateke, beti ere ekoiztutako elementuen kalitatea mantenduz edo hobetuz. Ingurune industrial honetan, material eta energien prezioak etengabe gorantz doazela, ’near net shape‘ ekoizpen prozesuak lehiakortasuna berreskuratzeko funtsezko giltzarri izan daitezke. Teknika horietako bat da, hain zuzen, solido eta likido artean egindako konformaketa. Bere ezaugarri nagusia, soberakinik gabeko azken geometria lortzeko gaitasuna, dituen abantail guztien baturak ematen dio; eraginkortasun energetikoak, ekoizpen mailak, moldeak betetzeko duen era leunak eta uzkurtze porositate baxuak. Honi esker, azken piezak lortzeko prozesu klasikoek baino pauso gutxiago behar ditu prozesu erdisolidoak. Guzti hau frogatu eta egiaztatu da Mondragon Unibertsitateko ekoizpen laborategian beren beregi garatu eta ezarri den forja erdisolidorako zelulan. Bertan pauso bakarrean lortutako piezen kalitateak erakusten duen bezala, altzairuen forja erdisolidoa prozesu sendo eta errepikagarria da, xehetasunak zehazki erakusten dituena. Lortutako emaitzek % 20-ko material aurrezpenak erakusten dituzte formaketa indarren gutxitze nabarmen batekin batera. Gainera, piezen ezaugarri mekaniko bikainek azken helburu den prozesuaren industrializazioa gerturatzen dute.

La globalización ha facilitado la rápida difusión y aceptación de los clásicos procesos de fabricación, lastrando la competitividad de las compañías Europeas frente a la de los países emergentes. Para seguir siendo competitivas, dichas empresas, deben deslocalizarse a países con menores costes de fabricación o investigar en procesos y productos innovadores que permitan disminuir el consumo de materias primas y el tiempo de fabricación, manteniendo, o incluso incrementando, la calidad de los componentes finales. En este entorno industrial, con la imparable tendencia al alza del precio de las materias primas y la energía, la fabricación ’near net shape‘ puede resultar un factor clave en la recuperación de la deseada competitividad. El conformado semisólido es precisamente una de ésas técnicas ’near net shape‘. En conjunto, su eficiencia energética, productividad, llenado de las huellas y baja porosidad le confieren la capacidad para obtener componentes con geometria final lo que significa reducir pasos de fabricación respecto a los procesos tradicionales. Esto es precisamente lo que se ha probado y demostrado en la célula de forja semisólida diseñada e implementada en el laboratorio de conformado de Mondragon Unibertsitatea. La calidad de los componentes obtenidos en un solo paso demuestra que la forja semisólida de acero es un proceso robusto y repetible con un excelente acabado superficial y detalles mucho más definidos. Ha permitido un ahorro de material del 20% junto con una disminución considerable de los esfuerzos de conformado. Además, las excelentes propiedades mecanicas obtenidas permiten acercar aún más el proceso al objetivo final, su industrialización.