Odlewy ciśnieniowe z aluminium do komponentów samochodowych: kompletny przewodnik

Odlewy ciśnieniowe z aluminium są preferowanym wyborem w przypadku nowoczesnych komponentów samochodowych, ponieważ zmniejszają wagę bez utraty wytrzymałości

Odlewy aluminiowe są szeroko stosowane w częściach samochodowych, ponieważ zmniejszają masę pojazdu o około 40–50% w porównaniu z równoważnymi częściami stalowymi, a jednocześnie spełniają wymagania strukturalne i termiczne silników, skrzyń biegów i podwozi . Proces odlewania pod wysokim ciśnieniem (HPDC) umożliwia również wytwarzanie w jednym etapie złożonych, cienkościennych kształtów z wąskimi tolerancjami wymiarowymi, co zmniejsza potrzebę stosowania wielu części obrabianych lub spawanych.

To połączenie lekkości, elastyczności projektowania i wydajności produkcji jest powodem, dla którego aluminiowe odlewy ciśnieniowe pojawiają się obecnie w blokach silników, obudowach skrzyń biegów, wspornikach konstrukcyjnych, a coraz częściej w obudowach akumulatorów pojazdów elektrycznych i obudowach silników.

Dlaczego producenci samochodów polegają na odlewach ciśnieniowych aluminium

Masa pojazdu ma bezpośredni wpływ na zużycie paliwa, zasięg i emisję spalin, dlatego w ciągu ostatnich dwudziestu lat producenci samochodów stale zastępowali części żeliwne i stalowe zamiennikami aluminiowymi. Zmniejszenie masy pojazdu o 10% może poprawić zużycie paliwa o około 6-8% jak wynika z badań inżynierii samochodowej, odlewy ciśnieniowe aluminium stanowią bezpośrednią dźwignię osiągnięcia celów w zakresie oszczędności paliwa i emisji.

Swoboda projektowania i konsolidacja części

Odlewanie ciśnieniowe umożliwia inżynierom połączenie pięciu lub sześciu oddzielnych, tłoczonych lub obrobionych maszynowo części stalowych w jeden odlew aluminiowy. Ta konsolidacja części skraca czas montażu, eliminuje punkty złączne i spawalnicze, które mogłyby ulec awarii, oraz upraszcza łańcuch dostaw. Niektórzy producenci pojazdów elektrycznych stosowali duże, jednoczęściowe odlewy aluminiowe, czasami nazywane „gigacastingami”, w celu zastąpienia dziesiątek pojedynczych elementów konstrukcyjnych podwozia pojazdu.

Właściwości termiczne i elektryczne

Wysoka przewodność cieplna aluminium sprawia, że doskonale nadaje się do elementów, które muszą odprowadzać ciepło, takich jak bloki silnika, obudowy skrzyń biegów i obudowy silników elektrycznych. Jego przyzwoita przewodność elektryczna jest również cenna w zastosowaniach pojazdów elektrycznych, takich jak obudowy akumulatorów i obudowy szyn zbiorczych, gdzie liczy się zarówno zarządzanie ciepłem, jak i ekranowanie elektromagnetyczne.

Typowe komponenty samochodowe wykonane z odlewów ciśnieniowych aluminium

Odlewy aluminiowe pojawiają się w niemal każdym większym układzie pojazdu. Poniższa tabela przedstawia najczęstsze komponenty i powody, dla których wybiera się odlew ciśnieniowy aluminium.

Wybór odpowiedniego stopu aluminium

Nie wszystkie stopy aluminium do odlewania ciśnieniowego zachowują się tak samo, dlatego wybór stopu powinien odpowiadać wymaganiom mechanicznym i termicznym elementu.

• A380 — najpopularniejszy stop ogólnego przeznaczenia, oferujący dobrą równowagę pomiędzy wytrzymałością, lejnością i kosztem zamków i obudów.
• A383 — ulepszone właściwości wypełniania matrycy, często stosowane w przypadku cienkościennych części o złożonej geometrii.
• A360 — wyższa odporność na korozję i wytrzymałość, dostosowana do elementów narażonych na działanie wilgoci lub środków chemicznych stosowanych w transporcie drogowym.
• Silafont-36 / AlSi10MnMg — stopy o wysokiej ciągliwości, coraz częściej stosowane w odlewach konstrukcyjnych i odlewach pojazdów elektrycznych narażonych na zderzenia.

Czynniki jakości decydujące o niezawodności odlewu

Kontrola porowatości

Porowatość, czyli uwięziony gaz i puste przestrzenie skurczowe wewnątrz odlewu, jest główną przyczyną uszkodzeń konstrukcyjnych odlewanych ciśnieniowo części samochodowych. Nawet 1-2% porowatości wewnętrznej może zmniejszyć wytrzymałość zmęczeniową o ponad 20% w elementach nośnych, dlatego renomowani dostawcy stosują odlewanie ciśnieniowe wspomagane próżniowo lub kontrolę rentgenowską w przypadku części krytycznych dla bezpieczeństwa.

Tolerancja wymiarowa i wykończenie powierzchni

Odlewy samochodowe zazwyczaj wymagają tolerancji w zakresie od ±0,1 mm do ±0,3 mm w zależności od części, ponieważ wiele komponentów łączy się bezpośrednio z częściami obrobionymi lub wytłoczonymi w innym miejscu zespołu. Wymagania dotyczące wykończenia powierzchni różnią się także w zależności od zastosowania, przy czym powierzchnie kosmetyczne lub uszczelniające wymagają dodatkowej obróbki lub pokrycia po odlaniu.

Rozważania dotyczące kosztów odlewania ciśnieniowego aluminium

Koszt oprzyrządowania to największa początkowa inwestycja w odlewaniu ciśnieniowym, przy czym stalowe matryce do skomplikowanych części samochodowych często kosztują dziesiątki tysięcy dolarów w zależności od rozmiaru i liczby wgłębień. To sprawia, że odlewanie ciśnieniowe jest najbardziej opłacalne, zazwyczaj w przypadku średnich i dużych wielkości produkcji powyżej 10 000 jednostek , gdzie koszt oprzyrządowania przypadający na część rozkłada się na wystarczającą ilość produkcji, aby zrównoważyć początkową inwestycję.

Koszt materiałów również zmienia się wraz ze światowymi cenami aluminium, więc dostawcy oferujący stopy aluminium pochodzące z recyklingu lub wtórnego mogą zaoferować znaczne oszczędności w przypadku komponentów niemających krytycznego znaczenia dla bezpieczeństwa, bez uszczerbku dla wydajności.

Jak wybrać niezawodnego dostawcę odlewów ciśnieniowych aluminium

1. Potwierdź certyfikat IATF 16949, standardowy wymóg zarządzania jakością w branży motoryzacyjnej.
2. Poproś o raporty dotyczące porowatości i certyfikatów materiałowych dla komponentów o krytycznym znaczeniu dla bezpieczeństwa.
3. Zweryfikuj własne możliwości w zakresie narzędzi i obróbki, aby skrócić czas realizacji i problemy z koordynacją.
4. Przed przystąpieniem do produkcji w pełnym wolumenie poproś o próbki części i raporty z kontroli wymiarowej.
5. Oceń ich doświadczenie w zakresie konkretnych wymagań dotyczących stopów i grubości ścianek.

Od tego czasu wybór dostawcy ze sprawdzoną kontrolą procesu ma takie samo znaczenie, jak sam stop lub konstrukcja większość wad odlewów ciśnieniowych ma swoje źródło w niespójnych parametrach procesu, a nie w złym projekcie części . Dostawca, który może wykazać stały poziom porowatości, powtarzalność wymiarową i certyfikaty motoryzacyjne, jest ogólnie bezpieczniejszym długoterminowym partnerem w przypadku ciągłej produkcji.