Fossila bränslen på jordens vägar

Hur framsteg inom maskinbearbetning av aluminiumkomponenter främjar övergången till elfordon

Foto: Sandvik Coromant

 

Enligt en rapport från International Transport Forum förväntas den globala transportaktiviteten öka till det dubbla 2050 jämfört med 2015 års nivåer. Klimatförändringarna är ett globalt problem och därför är det viktigt att vi tillverkar mer effektiva fordon som drivs med grönare drivmedel.  Här går Eduardo Debone, Senior Manager för Automotive Offer Management hos Sandvik Coromant, den globala ledaren inom skärande bearbetning, igenom hur materialval och innovationer inom skärande bearbetning främjar övergången till mer miljövänliga fordon.

 

Covid-19 ledde på kort sikt till en minskning av transportaktiviteten, men fordonsanvändningen förväntas fortfarande öka under de kommande årtiondena i takt med att den globala befolkningsmängden ökar och den ekonomiska utvecklingen fortsätter. Det kommer inte gå att undvika att tillverka fler fordon för att möta den ökande efterfrågan – den verkliga utmaningen ligger i att göra dem mer miljövänliga. Internationella energirådet (IEA) rapporterar att transporter redan står för 24 % av de direkta CO2-utsläppen från bränsleförbränning, och vägfordon står för nästan tre fjärdedelar av denna siffra.

 

United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC eller klimatkonventionen) erkänner vikten av att sänka utsläppen från transportsektorn och man släppte därför sin Climate Action Pathway för transport tidigare under 2021. UNFCCC:s vision är att person- och godstransporter år 2050 ska vara helt fossilfria efter en övergång till mer hållbar fordonsteknik. Denna förändring delas upp i att övergå till utsläppsfria transportmetoder och att öka fordonens verkningsgrad.

 

Utvecklingen av elfordon

En av de utsläppsfria transportmetoderna är elfordon (EV), som IEA:s VD Fatih Birol anser ”har en oumbärlig roll att spela för att nå nollutsläpp världen över”. Genom att använda el från elnätet, särskilt från hållbara källor, för att ladda batterier som driver en elmotor ger elfordon inte upphov till några avgasutsläpp och är därmed ett miljövänligare alternativ än fordon med förbränningsmotor (ICE).

Enligt IEA:s rapport Global EV Outlook 2021 fanns det tio miljoner elbilar på världens vägar i slutet av 2020, och nyregistreringarna av elfordon ökade med 41 % det året. Även om antalet elfordon ökar stadigt kan man få användandet av elfordon att gå ännu snabbare genom att lösa oron för räckvidden, dvs. rädslan att fordonet inte har tillräckligt lång räckvidd för att nå målet.

 

Räckvidden hänger inte bara på batteriet. Utöver en mer robust laddningsinfrastruktur och förbättringar av elfordonsbatteriernas utformning måste varje del av fordonen göras lättare. Ett elfordon med lägre vikt kräver mindre energi för att färdas ett visst avstånd och kan därför komma längre på en enda laddning, vilket ökar dess räckvidd.

 

Aluminium spelar en stor roll i att göra elfordon lättare, eftersom det bara väger en bråkdel av de mer traditionella fordonsmaterialen stål eller gjutjärn. Aluminium väljs i själva verket ofta till en rad fordonsdelar som chassi, invändiga paneler, motorutrymmen och batterihöljen. Enligt Aluminum Transport Group (ATG) kan användning av aluminium för att minska ett elfordons vikt leda till en ökad räckvidd i ungefär samma proportion. Om man till exempel reducerar fordonsvikten med 20 % bör fordonet kunna färdas ca 20 % längre på samma laddning.

 

Foto: Sandvik Coromant

 

Bemästra maskinbearbetning

Det är dock välkänt att komponenter tillverkade av aluminium är svårare att bearbeta. Aluminium är mjukare än de flesta metaller, vilket kan göra det svårt att arbeta med. Dessutom är smältpunkten för rostfritt stål 1 510 °C, medan smältpunkten för aluminium är 660 °C. När man bearbetar denna metall innebär den lägre smälttemperaturen för aluminium att flisor kan uppstå till följd av friktionsvärmen vid höga hastigheter och fastna på verktyget. Denna flisansamling kan göra verktyget slöare, vilket gör det svårt att skära igenom ämnet. Dessutom kan tillverkarna stöta på problem som tidskrävande verktygsinställningar, ojämnt verktygsslitage, gradbildning och sämre ytbehandling. Grader och behov av höga hastigheter är också svårt att hantera.

 

Som tur är kan man lösa dessa utmaningar genom att välja ett verktyg med en optimerad utformning som tillverkas av avancerade material. Till exempel har Sandvik Coromants fräsverktyg M5C90, som ingår i M5-serien, utformats för solida aluminiumdelar med lång frästid, samt för grovbearbetning och finbearbetning av cylinderhuvuden, block och komponenter till elbilar. I en enda effektiv åtgärd kan M5C90 utföra hela bearbetningsprocessen från grovbearbetning till finbearbetning. I många fall kan detta ske med ett skärdjup på upp till fyra millimeter (mm). Det här verktyget kan öka verktygslivslängden med fem gånger och minska cykeltiden med upp till 200 %.

 

Dessutom har M5-frässerien stegteknik, där extremt slittåliga polykristallina diamantskär (PCD) är ordnade i en spiral och förskjuts vertikalt för att ta bort material från arbetsstycket både axiellt och radiellt. Dessutom har den sista tanden wipergeometri för att ytterligare säkerställa en plan ytfinish av hög kvalitet. Wiperskärkanten förblir i ett fast läge, vilket gör att man slipper tidskrävande inställningar. Andra verktyg i M5-serien är M5B90-planfräsningskonceptet för finputsning och M5F90-planfräsen för grovbearbetning och finbearbetning i mindre dimensioner.

 

Övergången till elfordon minskar utsläppen från transporter och implementeringen kan påskyndas genom att öka fordonens verkningsgrad. Elfordon som använder aluminiumkomponenter kan färdas längre per laddning, vilket hjälper till att lösa oron för räckvidden. Fordonstillverkare som väljer bearbetningsverktyg som är optimerade för aluminium kan tillverka aluminiumkomponenter av hög kvalitet till elfordon, vilket bidrar till att främja övergången till grönare resor.