Uusien energiavajanteiden ja valukappaleiden kasvu

Uusien energiakkujen autojen valmistuksen lisääntyminen ja sen vaikutus painevalukysyntään

Sähköautot ja kasvava tarve tarkkuuspainevaltujen komponenttien valmistukseen

Kun siirrytään uuden energian ajoneuvoihin, autoteollisuuden koko näkökulma on muuttunut melko paljon, ja tarkkuuspuupistovalut ovat tulleet erittäin tärkeiksi osaksi tätä prosessia. Sähköajoneuvot eivät vain ole samanlaisia kuin vanhat polttomoottorikoneet. Niissä tarvitaan osia, jotka ovat sekä kevyitä että vahvoja, jotta niiden akunkesto paranisi. Katsokaa esimerkiksi, mitä Kiinassa tapahtuu. Vain viime vuonna noin 8 miljoonaa sähköautoa myytiin siellä, ja useimmat valmistajat käyttävät nykyään alumiinivaluteita noin 60 prosenttiaan sähköisten mallien rakenteellisiin osiin, kertoo Aasiassa ja Tyynellämerellä julkaistu Autoalankatsausraportti tänä keväänä. Miksi? Koska kun materiaalit vaihtuvat, asiat todella kevenevät. Alumiinivaluososat voivat vähentää ajoneuvon painoa 15–20 prosenttia verrattuna tavallisiin teräsosiin, ja silti ne läpäisevät kaikki turvallisuutta varten vaaditut kolaritestit.

Sähköautojen valmistuksen kasvu ja sen suora vaikutus alumiinivaluprosessiin

Sähköautojen tuotannon nousu on todella lisännyt alumiinipainevalun tarvetta, etenkin kun useimmat akkukotelo- ja moottoripesäosat valmistetaan nykyisin korkeapaineisella painevalutekniikalla (HPDC). Otetaan esimerkiksi Yhdysvaltain markkina – viime vuonna sähköautojen myynti hyppäsi 40 %, saavuttaen noin 1,4 miljoonan ajoneuvon myynnin pelkästään vuonna 2023. Tämä nousu lisäsi sähköautojen osien alumiinivalujen tarvetta noin 230 000 metrisen tonnin tasolle koko maassa. Hallituksen ohjelmat, kuten inflaatiota hillitsevän lain mukainen 7500 dollarin verovähennys, ovat mielestä markkinakertomusten mukaan varmasti kiihdyttäneet kehitystä Pohjois-Amerikan autoteollisuuden valusektorilla. Yritykset teollisuuden alalla ovat alkamassa sijoittaa runsaasti näihin suuriin HPDC-koneisiin, joiden puristusvoimakkuus on jopa 6000 tonnia. Näillä edistyneillä järjestelmillä voidaan valmistaa monimutkaisia akkolaatikoita, joissa on valmiina jäähdytyskanavat, mikä vähentää kokoonpanovaiheita ja parantaa kokonaisvaltaista suorituskykyä.

Markkinatrendit: Ennustettu lisäys painevalukappalemäärässä kohden uutta energiakäyttöistä ajoneuvoa

Alan asiantuntijat ennustavat 65 %:n lisäystä valukappaleiden määrään sähköautoissa verrattuna perinteisiin ajoneuvoihin vuoteen 2027 mennessä, mikä johtuu suurmuotintekniikan (gigacasting) käyttöönotosta. Tämä menetelmä yhdistää yli 70 leikattua osaa yhdeksi alumiinivaluksi, vähentäen kokoonpanoajan 45 %:lla ja parantaen mittatarkkuuden ±0,5 mm:ään.

Suurmuotinovaaatio: Uudistamassa suurkoosteista alumiinivalutekniikkaa sähköautoihin

Mikä on suurmuotintekniikka (gigacasting) ja miksi se uudistaa sähköautojen valmistusta

Gigavalukoneet edustavat suurta harppausta valmistusteknologiassa mahdollistaen valtavia yhden kappaleen alumiinivalutekniikoita, jotka ovat noin 100 kertaa suurempia kuin aikaisemmin oli mahdollista. Kun valmistajat vaihtavat noin 70 yhdistetyn osan rakenteen yhteen kiinteään osaan, he saavuttavat melko vaikuttavia tuloksia. Ajoneuvot ovat lopulta kevyempiä noin 12–15 prosenttia, kun taas jäykkyys paranee merkittävästi, noin 30 prosenttia parempi vääntöjäykkyydessä. Tesla eteni tällä teknologialla laajamittaiseen tuotantoon Shanghain Gigatehtaalla, johon asennettiin valtavia 9000 tonnin painevalukoneita, jotka kykenevät valmistamaan valmiita alustan osia vain kahdessa minuutissa. Vuonna 2025 julkaistun FEV-konsortion tutkimuksen mukaan autojen etu- ja takaosien gigavalutuilla säästettiin noin 18 prosenttia painosta vanhoihin monimateriaalisiin rakenteisiin verrattuna. Tämä käytännössä tarkoittaa pidempää ajomatkaa varauksen välillä, antaen kuljettajalle 6–8 prosenttia lisäetäisyyttä jokaista täyttä varavirtaa kohti.

Korkeapainekiekkotuotanto (HPDC) uuden energian ajoneuvotuotannossa

Nykyiset korkeapainekuulantajärjestelmät (HPDC) toimivat kiinnitysvoimilla, jotka vaihtelevat 6 000 ja 9 000 tonnin välillä. Tämä tarkoittaa noin 25–40 prosenttia suurempaa voimaa verrattuna vanhempiin malleihin, jotka ovat vasta muutaman vuoden takaa. Tämä lisääntynyt voima mahdollistaa sähköajoneuvojen valmistukseen tarvittavien erikoisosien tuotannon, mukaan lukien valtavat akkolaatikot, joiden pituus voi olla jopa kaksi metriä. Jäähdytusteknologia on myös kehittynyt huomattavasti viime aikoina. Näillä edistetyillä järjestelmillä pidetään mittojen tarkkuus ±0,05 millimetrin sisällä, mikä on erittäin tärkeää akkukotelojen vesitiiviyden takaamiseksi. Valmistustehokkuuden kannalta suurin osa nykyaikaisista järjestelmistä suorittaa valmistussyklit noin 90 sekunnissa ja käyttää lähes kaiken jäljelle jäävän materiaalin uudelleen – sisäisesti voidaan palauttaa jopa 98 prosenttia alumiinijätteestä. Tämä yhdistelmä sopii hyvin yrityksille, jotka haluavat yhdistää tarkan laatutason ja ympäristövastuun valmistusprosesseissaan.

Teknologiset edistysaskeleet mahdollistavat tarkan tuotannon ja skaalautuvuuden

Kolme keskeistä innovaatiota ovat tehneet gigavalutuksesta toimivan:

• Teokohtaiset virtausimointiohjelmat ennustavat virheitä jopa 18 tuntia ennen tuotantoa
• Hybridivalukappalemateriaalit, joissa on keraamista pinnoitetta, jotka kestävät 850 °C:n kuumentunutta alumiinia yli 100 000 sykliä
• Reaaliaikaiset anturiryhmät havaitsevat mikron tarkkuudella tapahtuvia muutoksia kovettumisen aikana

Nämä mahdollistavat rakenteellisten komponenttien valmistuksen 2,5 mm:n seinämäpaksuudella säilyttäen kolarinkestävyys – 40 % parempi kuin vuoden 2020 standardit

Haasteet gigavalutuksen laajamittaisessa käytössä: kustannukset, laatu ja toimitusketju

Gigavalmistussolun asennus maksaa yli 62 miljoonaa dollaria, ja yritysten tulisi odottaa 12–18 kuukauden odotusaikaa ennen kuin sijoituksesta alkaa saada tuottoa, vaikka tuotantotaso olisi noin 100 000 yksikköä vuodessa. Myös materiaalisiin haasteisiin on syytä varautua. Käytössä olevat alumiiniseokset muodostavat noin 15 prosentin ilmahuukoisuuden, kun ne valutaan yli 120 millimetrin paksuisiin osiin. On myös koko toimitusketjun kysymys. Valmistajien tulee täysin uudistaa toimintatapaaan, siirryttäessä ostamasta satoja erillisiä komponentteja yhden valutusyhteistyökumppanin käyttöön. Tämä edellyttää merkittäviä investointeja uuteen kalustoon ja tiivistä yhteistyötä kuin koskaan ennen vähemmän toimittajien kanssa.

Kevyet rakenneperiaatteet: Alumiini- ja magnesiumvalujen keskeinen suunnitteluperusta

Miksi keventäminen on keskeistä sähköautojen tehokkuuden ja matkakatkon kannalta

Jokainen 10 %:n vähennys ajoneuvon painossa parantaa sähköajoneuvon kantamaa 6—8 %:lla energiankulutuksen laskiessa. Tämä suora yhteys tekee kevennyksestä tärkeän tekijän kuluttajien hyväksymiselle. Alumiini- ja magnesiumvalut mahdollistavat monimutkaisten rakenneposkien, jotka ovat 40—60 % kevyempiä kuin teräsosat turvallisuuden kärsimättä.

Alumiini- ja magnesiumseosten rooli autojen painevalussa

Magnesiumseoksilla on huomattavasti parempi valuvuus kuin alumiinilla, mikä mahdollistaa 50 % nopeammat sykliajat valutuksessa. Ne tarjoavat myös 30 % suuremman iskulujuuden kuin alumiini A380 kolarointiin liittyvissä komponenteissa. Magnesium on 33 % kevyempää kuin alumiini, mutta sillä on vertailukelpoinen lujuus, mikä tekee siitä ideaalin materiaalin ei-rakenteellisiin sovelluksiin.

Kevyiden valumateriaalien vertailuedut sähköajoneuvoplatfomrmien rakenteessa

Alumiinin tiheys on noin 2,7 grammaa kuutiosenttimetrillä, mikä tarkoittaa, että se voi säästää 50–60 prosenttia painosta verrattuna teräkseen. Magnesium on vielä kevyempää, vain 1,8 grammaa kuutiosenttimetrillä, mikä antaa noin 65–75 prosentin painonvähennyksen, vaikka siihen tarvitaan erityisiä pinnoitteita korroosiota vastaan. Kun tarkastellaan näiden materiaalien lujuutta suhteessa niiden painoon, molemmat metallit ylittävät 300 megapaskalaa grammalla – noin 40 prosenttia parempi kuin edistetyistä muoveista saadaan. Suunnittelijät käyttävät typillisesti magnesiumia rakenteellisesti vähemmän vaativiin kohtiin, kuten ulkokoteloisiin, kun taas alumiinia varataan todella suurille rasituksille alttiisiin osiin, kuten akkukompartmentteihin. Tuloksena? Näin valmistetut ajoneuvot ovat noin 22 prosenttia kevyempiä kuin eri materiaaleja yhdistämällä valmistetut ajoneuvot. Monet automerkkien valmistajat ovat alkaneet tehdä tätä siirtymää, koska kevyemmät ajoneuvot yleensä suoriutuvat paremmin ja kuluttavat vähemmän polttoainetta.

Painotekniikan keskeiset sovellukset uusien energiakaleiden komponenteissa

Akun kotelot ja moottorikuoret: Korkealaatuiset painotekniikkavaatimukset

Painotekniikka on keskeistä tehtäväkriittisissä sähköajoneuvokomponenteissa, kuten akunkoteloissa ja moottorikuorissa, joissa tarvitaan korroosiovastustavia alumiiniseoksia, jotka kestävät äärimmäistä lämpötilan vaihtelua. Korkeapainepainotekniikalla saavutetaan alle 10 µm:n tarkkuus, mikä on välttämätöntä vedenpitävyyden ja törmäysturvallisuusstandardien noudattamiseksi.

Rakenteelliset painovalukappaleet: Kokoamisen monimutkaisuuden vähentäminen

Johtava sähköajoneuvovalmistaja osoitti, että yhden kappaleen painovaltulla takakupilla komponenttien lukumäärä vähenee 70:stä kahteen, mikä vähentää kokoamisaikaa 35 %. Hitsausliitosten poistaminen parantaa vääntöjäykkyutta 15 % verrattuna valssatuista teräsosista koostuvaan rakenteeseen.

Painotemallit suurten sarjojen valmistukseen sähköajoneuvokohtaisissa komponenteissa

Monoliukkakuppien ansiosta voidaan tuottaa yli 500 kompleksista EV-osaa tunnissa, ja automaattinen viimeistely vähentää jälkikäsittelyä. Nykyaikaiset muotit kestävät nyt 200 000+ käyntiä ennen kuin niitä tarvitsee huolllistaa – 30 % enemmän kuin vuonna 2021 – mikä tukee tehtaiden vuosittaista tuotantoa yli 500 000 ajoneuvolla.

Markkinoiden laajeneminen ja taloudelliset mahdollisuudet sähköautoihin perustuvassa painevalukoneistossa

Tulonkehityksen mahdollisuudet ja markkinoiden kasvunäkymät sähköautoihin liittyvässä painevalukoneistossa

Markkinoiden ennusteet osoittavat, että sähköautojen maailmanlaajuinen painevalukonepaja-ala saattaa saavuttaa noin 24,1 miljardia dollaria vuoteen 2030 mennessä, kasvaen noin 12,3 prosentin vuotuisella yhdistetyllä kasvuvauhdilla. Erityisesti sähköautoihin suunnitellut osat ovat jo noin kolmannes automotivaalisten valujen myynnistä, mikä tarkoittaa merkittävää hyppyä vuoden 2020 noin 20 prosentista. Mikä on tämän nousun syy? Autotehtaat pyrkivät vähentämään ajoneuvojen painoa noin 18–22 prosenttia kevyiden materiaalien, kuten alumiini- ja magnesiumseosten, avulla, mutta autojen täytyy silti olla riittävän vahvoja, jotta ne kestävät rakenteellisesti tieliikenteen vaatimukset yli maailman.

Alueelliset muutokset valukonepajoissa uusien energiakkujen kysynnän vuoksi

Aasia ja Tyynenmeren alue johtavat 63 %:lla maailmanlaajuisesta EV-painevalukonepaja kapasiteetista , jota vuonna 2023 kiinnitti Kiinan tuotanto 8 miljoonasta uuden energian ajoneuvosta. Alueen valgiekkaat sijoittavat 4,2 miljardia dollaria HPDC-painevaluun kehitykseen vastaamaan OEM-valmistajien gigavaluvaatimuksiin. Pohjois-Amerikan kapasiteetti kasvoi 28 % vuodesta 2022 vuoteen 2023, ja kasvuun on tukena liittovaltion politiikat, jotka suosivat paikallistettuja sähköautojen toimitusketjuja.

Strateginen muutos perinteisille valgiekoille sähköautojen aikakaudella

Vanhat valut tällä hetkellä käyttävät noin 41 prosenttia pääomakuluistaan sähköautojen valutekniikkaan, mikä on huomattavasti enemmän kuin vuonna 2019, jolloin osuus oli vain 9 %. Rahaa käytetään muun muassa röntgeninspektiojärjestelmiin, jotta virheellisten tuotteiden osuus saadaan alle 0,2 prosenttiin. Myös tekoälypohjaisiin ohjausjärjestelmiin on investoitu, ja ne vähentävät energiankulutusta 15–18 prosenttia. Tämä siirtymä tarkoittaa myös sitä, että suurin osa työntekijöistä tarvitsee uutta koulutusta. Työntekijöistä jopa seitsemän kymmenestä joutuu oppimaan näitä edistyneitä simulointimenetelmiä ja ketterän tuotannon menetelmiä. He oppivat myös työskentelemään tarkemmin sähköautojen osien tiukempien toleranssien kanssa, joiden tarkkuus voi olla jopa ±0,05 millimetriä.

UKK

Mikä on gigavalutekniikka sähköautojen kontekstissa?

Gigavalutekniikka on valmistusprosessi, joka mahdollistaa sähköautoihin tarkoitettujen suurten yhden kappaleen alumiiniosien valmistamisen, mikä vähentää huomattavasti yksittäisten hitsattavien osien määrää.

Miksi kevennys on tärkeää uusissa energiakäyttöisissä ajoneuvoissa?

Kevennys on tärkeää, koska se vähentää ajoneuvon kokonaispainoa, mikä parantaa sähköajoneuvojen ajoetäisyyttä ja energiatehokkuutta.

Mitä hyötyjä magnesiumseokset tarjoavat painevalussa sähköajoneuvoihin?

Magnesiumseokset tarjoavat erinomaisen hyvän virtausominaisuuden, mikä mahdollistaa nopeammat sykliajat painevalussa. Ne tarjoavat myös korkeamman iskulujuuden ja ovat paljon kevyempiä kuin alumiini, mikä tekee niistä soveltuvia ei-rakenteellisiin sovelluksiin.

Miten painevaluteollisuus muuttuu sähköajoneuvojen yleistymisen myötä?

Teollisuudessa nähdään lisääntynyttä kysyntää alumiini- ja magnesiumvalukappaleille, mikä lisää investointeja korkeapainepainevalutekniikkaan ja gigapainevaluprosesseihin sähköajoneuvovalmistajien tarpeisiin vastaamiseksi.

Mikä on joitain haasteita ottaa käyttöön gigapainevalutekniikkaa?

Haasteisiin kuuluu gigavalukopin asennuksen korkea kustannus, alumiiniseosten huokosuusongelmat paksujen leikkausten valussa sekä toimitusketjujen uudistaminen vähemmän mutta monimutkaisempien komponenttien mukavaksi.