Hliníkové odlitky jsou běžnou technikou výroby krytů motorů. Je dostatečně efektivní, aby překonal jakoukoli úroveň složitosti konstrukce. Proces začíná zahřátím hliníku na bod tání a jeho vložením do formy. Kryty motorů vyrobené z hliníku obsahují méně než průměrnou hmotnost, mají delší životnost a vynikající tepelnou vodivost.

Pojďme se dozvědět, jak se tento výrobek vyrábí tlakovým litím za použití vhodných slitin a jaké jsou jeho aplikace a výhody.

Výhody tlakového lití hliníku pro kryty motorů

Ideálním postupem je tlakové lití hliníku pro kryty motorů. Dává totiž dílu skutečnou pevnost a odolnost, aby odolal intenzivnímu teplu.

Slitiny jako A380, ADC12 a A356 jsou nejlepšími materiály pro výrobu krytů motorů. To proto, že slitina A380 má velkou pevnost v tahu 310 MPa. To znamená, že zvládne velké zatížení.

Další preferovanou možností je ADC12, protože obsahuje tepelnou vodivost 96-105 W/m-K. To obvykle napomáhá odvodu tepla.

Zatímco A356 nabízí nejen nejkvalitnější díly, ale může dosáhnout prodloužení až 7%. To znamená, že lépe odolává nárazům. Prodloužení nějakým způsobem závisí na podmínkách tepelného zpracování.

Všechny tyto vlastnosti dohromady dělají z hliníkového pouzdra ideální volbu pro automobilové, letecké a průmyslové aplikace.

Výkonnostní metriky

Lehké:

Při práci s hliníkem se u dílů projevuje nízká hmotnost. Tyto díly jsou například 60% méně těžké než litina. Z toho vyplývá, že je snadné manipulovat s kryty motorů a přepravovat je.

Vysoká přesnost:

Tlakové lití efektivně přebírá profily výrobků a nevytváří varianty. Je to tedy v podstatě dobrá volba pro dosažení úzkých tolerancí až +/- 0,05 mm.

Tepelná vodivost:

Motory při provozu vytvářejí nadměrné teplo. Proto se v pouzdrech motorů obecně lépe osvědčuje hliník, protože má dobré vlastnosti. tepelná vodivost. Udržuje komponenty v chladu. Například hliníková slitina A356 má tepelnou vodivost 150 W/m-K.

Elektrická vodivost:

Některé konstrukce motorů vyžadují dobrou elektrickou vodivost. Proto je hliník vhodný i pro tuto vlastnost.

Únavová pevnost:

Materiál krytů motorů však musí snášet opakované namáhání, aniž by se porušil. K tomu je vhodná slitina jako A380, protože poskytuje požadovanou odolnost a má delší životnost.

Analýza nákladů

Celkové náklady na vlastnictví:

Počáteční náklady na nástroje pro tlakové lití se stávají přijatelnými díky tomu, co přináší jejich dlouhodobé využití. Hliník také není tak nákladný jako ocel a proces lití snižuje množství odpadu.

Srovnání s jinými metodami:

Díky jednoduchosti procesu, včetně menšího počtu kroků, je levnější než jiné metody odlévání a obrábění.

Dopad na životní prostředí

Proces tlakového lití mění přebytečný materiál na projekty pro opětovné použití. Hliník je totiž 100% recyklovatelný a nemá velký dopad na životní prostředí. Kromě toho jeho lehká funkce spotřebovává méně energie, případně šetří 25% spotřebu paliva.

Konstrukční hlediska pro kryty motorů z hliníkových tlakových odlitků

Metoda konečných prvků a simulace

Při zpracování analýzy konečných prvků se používají počítačové simulace. Zlepšuje návrhy a upozorňuje na hrozící vady ještě před výrobou. Například na napěťová místa, tepelný tok apod. Tak, aby skříň motoru fungovala efektivně.

Analýza napětí a deformace:

V případě odolnosti proti namáhání pomáhají simulace výrobcům identifikovat slabá místa, dokonce i vyztužené oblasti náchylné k prasklinám. Použití slitiny A380 navíc může pomoci při zvládání namáhání kolem 150-200 MPa. To se obvykle rovná součástem automobilových motorů.

Tepelná analýza:

Simulace zjišťují možnosti pohybu tepla při navrhování chladicích konstrukcí. Je to proto, že kryt motoru musí zůstat pod 150 °C, aniž by se uvolňovalo nadměrné teplo.

Snížení počtu vad:

Simulační nástroje pomáhají eliminovat pravděpodobnost výskytu vad, například pórovitosti vzduchu, přibližně o 30-50%.

Návrh systému brány a běžce

Vtokové systémy slouží jako cesty pro roztavený kov, kterým proudí směrem k formě. Jejich umístění ovlivňuje kvalitu a pevnost výstupů.

Rychlost proudění:

Forma musí být naplněna rovnoměrně a nesmí trvat déle než 2 až 5 sekund. Příliš dlouhá doba zvyšuje pravděpodobnost zachycení vzduchu. To způsobuje pórovitost (drobné otvory)

Typy bran:

• Karta Gates: Jsou silné 2-5 mm a jsou vhodné pro velké a těžké díly.
• Kolíkové brány: Jsou široké 1-3 mm. Můžete je použít pro tenkostěnné díly, jako jsou kryty skříní motorů.
• Přepadové brány: Mohou zachycovat nečistoty. Tyto brány také zlepšují kvalitu povrchu o 20%.

Řízení turbulencí:

Kvalitní konstrukce podběhů poskytuje pevné a hladké části. Snižuje pórovitost až na 20-30%.

Podrobnosti o designu raznice

Forma je důležitou součástí tlakového lití. Tvaruje roztavený kov do podoby konečného dílu. Jejich konstrukční techniky mají skutečně významný vliv na výstup. Například skluzavky a jádra v zápustce vytvářejí uvedené prvky, jako jsou chladicí žebra. Jejich 3 až 5vrstvé doplnění však nějakým způsobem zvyšuje ceny o 10 až 15%.

Podobně umístění vyhazovacích kolíků s odstupem 10-15 mm zabraňuje ohýbání dílů během procesu.

Pokud jde o chladicí kanály, musí být široké přibližně 5-10 mm. To proto, že zkrácení doby chlazení zrychluje výrobu.

Tepelný management

Při odlévání je důležitý účinný tepelný management, aby se zabránilo přehřátí. Například použití chladičů a žeber při konstrukci matrice vytváří dostatečné plochy (50-70%), odkud může nadměrné teplo z dílů unikat.

Kromě toho by se měly používat chladicí kanály s nižšími teplotami (20-30 °C).

Kromě toho se formy, které jsou založeny na vodním chlazení, rychle ochladí z 600 °C na 200 °C, což netrvá déle než 1-2 minuty. To dále napomáhá cyklickému provozu a efektivitě výroby.

Výrobní proces hliníkových tlakových odlitků krytů motorů

V procesu, jako je tlakové lití hliníku kryt motoru, díly obsahují silnou, uvedenou povrchovou úpravu. To je výsledek použití vysokotlakého vstřikování roztavené slitiny.

Odlévací stroje přivádějí zahřátý kov do formy pomocí pístu a vstřikovacího pouzdra. Deska slouží jako přidržovací nástroj. Kloubová svorka ji pevně zajišťuje.

Výrobci také dodávají odlévání potřebný tlak pomocí plynového/olejového akumulátoru, aby byl proces plynulejší.

Typy strojů pro tlakové lití

Stroje s horkou komorou:

Tlakové lití za tepla je vhodné pro slitiny, které nemají vysoký bod tání. Například zinek nebo olovo. Je to proto, že kovy s vysokou teplotou tání, jako je hliník, mohou poškodit zařízení strojů.

V případě procesu s horkou komorou výrobci uchovávají kov ve vyhřívané komoře. V ní jej přímo nalijí do formy.

Stroje se studenou komorou:

Tyto stroje jsou ideální pro odlévání slitin se střední a vyšší teplotou tání. Například hliník, měď, titan atd. Při této technice výrobci používají oddělené komory pro tavení vybrané slitiny. Poté ji pomocí pánve přenesou do formy. Stroj pracuje při vstřikovacím tlaku 10-175 MPa. Tak se tekutý kov rovnoměrně rozprostře uvnitř oblastí.

Upínací síla a doba cyklu:

Stroj však používá k těsnému uzavření formy upínací sílu 1 000-5 000 kN. Každý cyklus včetně vstřikování, chlazení a vyhazování je kompletní a netrvá déle než 30-120 sekund. To závisí na velikosti a složitosti dílu.

Příprava roztaveného kovu

• Tání: Tento krok spočívá v zahřátí hliníku v peci na 680-750 °C. Od této teploty se nesmí odchýlit, aby se zabránilo nadměrné oxidaci a zachovala se tekutost.
• Odplynění: Tento proces je důležitý v případě zastavení absorpce vodíku ze vzduchu. V důsledku toho vzniká pórovitost. Odplyněním se proto odstraňuje především plynný vodík. Zabraňuje tedy vzniku pórovitosti a zpevňuje odlitek.
• Filtrování: V kovu se vyskytují nečistoty, jako jsou oxidy a nekovové částice. To oslabuje odlitek. Ty lze odstranit pomocí keramického filtru. Odstraněním nečistot se kov stává čistším (15-25%) a vytváří hladký povrch.

Řízení teploty matrice

K odstranění vad a výrobě kvalitnějších dílů je nutné řídit teplotu matrice. Například chladicí kanály uvnitř matrice zajišťují cirkulaci vody nebo oleje. Zabraňují deformaci a smršťování a rovnoměrně chladí kov.

Podobně topná tělesa splňují požadavky některých forem na teplo. Stabilizují tak teplotu a zabraňují vzniku prasklin.

Systémy řízení teploty také udržují teplotu matrice na přibližně 150-250 °C. Snižují tak výskyt studených výseků nebo nadměrného smršťování.

Automatizace v tlakovém lití

Robotická manipulace:

Integrace robota pomáhá zkrátit celkovou dobu cyklu (10-20%). Protože zvládnou úkoly od tavení až po finální výrobky. To znamená, že je menší pravděpodobnost chyby a výsledky jsou efektivnější.

Automatizovaný nástřik:

K rovnoměrnému rozetření maziva na matrici je užitečná automatizace. Postříká skrytá místa a prodlouží životnost dílu o 15-30%.

Kontrola kvality a testování hliníkových tlakových odlitků krytů motorů

Nedestruktivní zkoušení (NDT)

Metoda pulzní ozvěny:

Snímač vysílá ultrazvukové vlny do pouzdra. Tyto vlny se od vad odrážejí, pokud jimi neprocházejí. Zaměří se na díly, které téměř indikují vady kovu.

Metoda přenosu:

Při této technice se pracovníci u dvou snímačů na obou stranách odlitku. V případě defektu vlny neprojdou nebo zeslábnou.

Kontrolní techniky

Rentgenová kontrola:

Při těchto kontrolách se analyzují vnitřní vady odlitku, jako je pórovitost nebo smrštění. To by mohlo ohrozit skutečný výkon. Například ultrazvukové testování zjišťuje skryté trhliny prostřednictvím vysokofrekvenčních zvukových vln. Kontrola penetrací barvivem zase pomáhá lokalizovat povrchové vady pomocí určitého barviva.

Statistická kontrola procesu (SPC)

Připojené automatizační senzory ve strojích, jako je SPC, identifikují tlak, teplo, rychlost chlazení a dobu cyklu v reálném čase. Můžete okamžitě upravit parametry pro lepší výkon. Také pomáhají při snižování vad o 20-40% a plýtvání materiálem. Poskytují konzistenci kvality každé dávky.

Metalurgické hodnocení

• Analýza mikrostruktury: Pomáhá rozpoznat skutečnou tvorbu zrn a rozložení kovu pro zajištění trvanlivosti.
• Kontroly dodržování předpisů: Tento proces zajišťuje, že kryt splňuje normy ASTM B85 pro mechanickou pevnost.

Aplikace a odvětví používající hliníkové tlakové odlitky krytů motorů

Automobilový průmysl:

Hliníkové kryty motorů se používají v motorech elektrických vozidel (EV). Pracují efektivně a mají nižší hmotnost. Také se zlepšuje tepelná správa a baterie vydrží déle.

Letectví a drony:

Pouzdro v pohonných systémech dronů přestává působit extrémní teploty a vibrace. Provoz probíhá hladce.

Průmyslové stroje:

Mnoho robotických ramen, dopravníkových pásů a automatizovaných systémů používá kryty motorů. To proto, že poskytuje strukturální integritu a odvádí teplo pro konstantní výkon.

Obnovitelné zdroje energie:

Tyto odlitky pomáhají udržovat účinnost motorů větrných turbín a solárních sledovacích systémů v proměnlivých povětrnostních podmínkách.

Zdravotnické vybavení:

Pouzdro motoru je stále žádanější ve zdravotnických zařízeních. Důvodem je jeho precizní provedení, kompaktní rozměry a odolnost.

Závěr:

Nejdůležitějšími vlastnostmi hliníkového tlakově litého krytu motoru jsou jeho pevnost, odolnost a vynikající odvod tepla. Proto je nejlepší volbou pro motorové díly, kde jeho lehká vlastnost zvyšuje energetickou účinnost. Kromě toho jej vylepšení slitin a technik posouvají směrem k pevnějším, účinnějším a ekologičtějším řešením.