Champs électromagnétiques dans l'automobile
2007/10/01 Kortabitarte Egiguren, Irati - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
Plus de 800 entreprises sont présentes dans la Communauté Autonome du Pays Basque. C'est un secteur qui grandit jour après jour. Aujourd'hui, ce secteur se concentre également sur le développement durable, les composants et les structures légères, la réduction de la consommation de carburant et les émissions dans l'atmosphère gazeuse. En ce sens, dans le secteur automobile, on travaille sur le développement de matériaux et de processus qui réduisent le poids des voitures, en gardant toujours la sécurité des voitures et en maximisant le confort. Ceci est dû au fait que plus les voitures sont légères, moins elles consommeront de combustibles et donc émettront dans l'atmosphère moins de CO 2. On estime qu'une réduction de 10 % de la masse de la voiture entraîne une réduction de 7 % de la consommation de carburant.
Le Département de l'automobile du Centre de recherche Labein-Tecnalia y travaille. De nouveaux matériaux sont développés pour réduire le poids des voitures. En particulier, de nouveaux processus d'élaboration de ces matériaux sont étudiés.
Entre autres, ils ont constaté que la masse des voitures allégerait entre 15 et 25% en utilisant des aciers à haute résistance --Ultra High Strength Steels (UHSS) - et en optimisant les processus de fabrication.
Le problème est que les aciers UHSS sont très résistants et difficiles à déformer. Comme l'acier, l'aluminium et le magnésium présentent d'autres inconvénients avec les techniques de formage conventionnelles. Par exemple, si le magnésium n'est pas chauffé à environ 200ºC, on ne peut pas obtenir des déformations acceptables.
Pour faire face à tous ces problèmes, on propose surtout la technique de déformation électromagnétique des métaux, pour les possibilités qu'il ajoute aux techniques de déformation conventionnelles.
À grande vitesse
Dans la technique de déformation électromagnétique des métaux, la force du champ électromagnétique est utilisée pour façonner la pièce. La pièce doit être conductrice. C'est un type de formage qui se produit à des vitesses élevées. Le matériau se forme à très grande vitesse et, en général, on parvient à allonger plus que la normale les métaux. Par exemple, si l'aluminium s'allonge de 20%, on peut généralement obtenir une augmentation de 40% en appliquant certains champs électromagnétiques.
Les composants de base de ce processus sont le banc de condensateurs, la bobine électromagnétique et la tôle.
L'énergie extraite du réseau électrique général est captée par un système parallèle de condensateurs, en dirigeant l'énergie déchargée à la bobine par un circuit conducteur. Cette dernière génère un champ électromagnétique. Les bobines sont généralement en cuivre et peuvent avoir onze géométries construites avec des matériaux conducteurs, selon le type de déformation. C'est-à-dire, selon le formage que vous voulez obtenir, la forme de la bobine est différente.
Les condensateurs sont chargés avec l'énergie captée du réseau et libèrent une énergie accumulée en microsecondes. Pour cela, les interrupteurs à action rapide sont intégrés dans le système, les ignitrois à vapeur de mercure étant les plus connus ou utilisés.
En définitive, lorsque la bobine est placée près d'un conducteur métallique et reçoit de l'énergie du banc de condensateurs, un champ électromagnétique est créé entre la pièce métallique et la bobine. Ce champ électromagnétique génère un courant électrique dans la pièce métallique qui génère un champ électromagnétique dans le sens inverse du précédent. L'interaction entre les deux zones génère une force ou une impulsion. Et tout un élan. La pièce se déforme à toute vitesse de 50 à 200 m/s.
Dans la presse hydraulique, une des techniques habituelles de déformation des métaux, la pièce atteint normalement une vitesse de déformation de 1-5 m/s. D'où nous tirons les comptes ! La poussée initiale projette la pièce à grande vitesse et l'inertie qu'elle adopte rend le matériau plus déformé qu'avec les méthodes conventionnelles.
En travaillant à des vitesses incroyables, ils utilisent un appareil photo à grande vitesse pour recueillir ce qui se passe dans ce processus. Sinon, la vision humaine n'est pas capable de voir ce qui se passe à ces vitesses.
Ce processus permet la déformation de pièces pour onze utilisations. Les utilisations peuvent être classées en fonction du format du matériau. En fait, les applications des tôles et des tubes sont très différentes.
La seule application industrielle qui a été publié dans l'automobile est la liaison de tubes métalliques. Les axes et éléments associés sont les pièces idéales pour réaliser cette application. Cette technologie offre un grand avantage pour le développement des assemblages de matériaux qui évitent les problèmes liés au soudage. L'application Txap reste une application de recherche.
En ce qui concerne les inconvénients, les chercheurs ont le plus grand problème avec la bobine génératrice de champs électromagnétiques. Et c'est que toute cette force donnée à la pièce est reçue par la bobine elle-même. Le coup qui provoque cette force violente provoque la bobine à se briser et les étincelles font exploser la bobine. Les chercheurs de Labein-Tecnalia essaient de produire des bobines capables de surmonter ce problème. Avec le champ électromagnétique, de nombreuses études et simulations sont effectuées pour prédire la réponse de la bobine et développer expérimentalement de nouvelles applications.
D'autre part, il a été prouvé que le processus fonctionne mieux pour former des métaux comme l'aluminium ou le cuivre qui sont de bons conducteurs d'électricité. Cependant, il peut également être adapté aux conducteurs plus rares comme l'acier. Une plus grande capacité de transport électrique du matériel, mieux. L'aluminium est mieux conducteur d'électricité que l'acier, de sorte qu'il peut être déformé avec moins d'énergie. En ce qui concerne la déformation de l'acier, beaucoup d'énergie est nécessaire, de sorte que le risque de rupture de la bobine est plus élevé.
Bien que le centre de recherche Labein-Tecnalia développe des travaux de recherche destinés à l'automobile, cette technologie offre une applicabilité exceptionnelle dans d'autres domaines tels que l'aéronautique, l'ingénierie aérospatiale et la fabrication d'emballages métalliques.
Autres techniques
Outre la déformation électromagnétique, le département automobile de Labein-Tecnalia travaille avec deux autres principales lignes de recherche. D'une part, ils utilisent la chaleur pour la déformation des métaux (tube et tôle) et, d'autre part, la forge pivotante (Rotary Forging).
Par exemple, les aciers UHSS les chauffent jusqu'à environ 1000 °C, puis les mettent dans la presse. À ces températures, le matériau est beaucoup plus souple et se déforme beaucoup plus. Cependant, pour cela, il faut un four --chauffer, allège -, pour ensuite manipuler la pièce à ces températures il faut un autre dispositif.
D'autre part, avec la forge tournante on obtient, surtout, des déformations spectaculaires. Différents types de pièces peuvent être obtenus à partir d'une feuille de métal normale. En bref, la pièce de métal est prise et façonnée, tout comme le tour est utilisé pour fabriquer des objets cylindriques dans la céramique. Dans le cas des métaux, la pièce est en quelque sorte poussée avec deux outils jusqu'à obtenir la longueur ou la déformation requise dans chaque cas. Dans certains cas, la pièce tourne, dans d'autres outils... Il peut être fait à la fois à froid et à chaud.
Cette technique permet d'obtenir une excellente finition de surface de la pièce. C'est parce qu'il y a une grande friction entre la pièce et l'outil. Cette technologie permet également d'allonger considérablement les matériaux. Cependant, son principal inconvénient est le temps. C'est une technique qui prend beaucoup de temps à prendre avec patience. Tout cela se reflète dans le processus de production des pièces. En fait, si la presse hydraulique produit 10 pièces par minute, il est possible qu'une seule pièce par minute soit obtenue avec la forge rotative.
Ces comptes de temps dépassent la technique de déformation électromagnétique mentionnée ci-dessus. Les entreprises de ce secteur cherchent constamment à optimiser les processus, ce qui signifie améliorer la qualité du produit final, augmenter la productivité et réduire les quantités de produits cassés. Par conséquent, l'une des alternatives futures pourrait être la déformation électromagnétique.
Dans l'ancienne Union soviétique, les premières études de la déformation électromagnétique des métaux ont été publiées dans les années 50. On peut affirmer qu'à l'heure actuelle les recherches ont été reprises, car il y a des raisons importantes pour cela, comme les objectifs environnementaux et de sécurité des passagers de l'automobile.
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