Trykstøbning af aluminium er en almindelig teknik til fremstilling af motorhuse. Den er effektiv nok til at slå ethvert designkompleksitetsniveau. Processen begynder med at opvarme aluminium til dets smeltepunkt og indsætte det i formen. Motorhuse lavet af aluminium vejer mindre end gennemsnittet, holder længere og har en fremragende varmeledningsevne.

Lad os se, hvordan trykstøbningsprocessen fremstiller dette produkt ved hjælp af egnede legeringer og dets anvendelsesmuligheder og fordele.

Fordele ved trykstøbning af aluminium til motorhuse

Trykstøbning af aluminium til motorhuse er den ideelle proces. Det skyldes, at den giver delen den faktiske styrke og holdbarhed til at modstå intens varme.

Legeringer som A380, ADC12 og A356 er de bedste materialer at bruge i motorhuse. Det skyldes, at der er en stor trækstyrke på 310 MPa i legering A380. Det betyder, at den kan klare store belastninger.

I mellemtiden er ADC12 en anden foretrukken mulighed, bare fordi den indeholder 96-105 W/m-K varmeledningsevne. Det hjælper normalt på varmeafledningen.

Mens A356 ikke bare giver dele af bedste kvalitet, men også kan opnå en forlængelse på op til 7%. Det betyder, at det kan modstå slag bedre. På en eller anden måde afhænger forlængelsen af varmebehandlingsforholdene.

Alle disse egenskaber tilsammen gør aluminiumskabinetter til det perfekte valg inden for bilindustrien, rumfart og industri.

Måling af ydeevne

Letvægt:

Når man arbejder med aluminium, er der en letvægtsfunktion i delene. For eksempel er disse dele 60% mindre tunge end støbejern. Det viser, at det er nemt at håndtere motorhuse og transportere dem.

Høj præcision:

Trykstøbning overtager produktprofiler effektivt og skaber ikke varianter. Så det er grundlæggende en god mulighed for at opnå snævre tolerancer på helt op til +/- 0,05 mm.

Termisk ledningsevne:

Motorer genererer meget varme under drift. Det er derfor, aluminium generelt fungerer bedre i motorhuse på grund af dets gode varmeledningsevne. Det holder komponenterne kølige. For eksempel har aluminiumslegeringen A356 en varmeledningsevne på 150 W/m-K.

Elektrisk ledningsevne:

Visse motordesigns kræver god elektrisk ledningsevne. Så aluminium er også godt nok til denne egenskab.

Udmattelsesstyrke:

Materialet i motorhusene skal dog kunne klare gentagne belastninger uden at gå i stykker. Til det formål er en legering som A380 velegnet, fordi den giver den nødvendige holdbarhed og holder længere.

Analyse af omkostninger

Samlede omkostninger ved ejerskab:

De indledende værktøjsomkostninger ved trykstøbning bliver overkommelige på grund af den langsigtede brug. Aluminium er heller ikke så dyrt som stål, og støbeprocessen reducerer spild.

Sammenligning med andre metoder:

Processens enkelhed med færre trin gør den billigere end andre støbe- og bearbejdningsmetoder.

Miljøpåvirkning

Trykstøbningsprocessen omdanner overskydende materiale til genbrugsprojekter. Fordi aluminium er 100% genanvendeligt og ikke påvirker miljøet ret meget. Desuden bruger dets letvægtsfunktion mindre energi, hvilket alternativt sparer 25% brændstofforbrug.

Designovervejelser for motorhuse af trykstøbt aluminium

FEA og simulering

Behandlingen af finite element-analyse bruger computersimuleringer. Det forbedrer design og advarer om kommende fejl før fremstilling. For eksempel stresspunkter, varmestrømning osv. Så motorhuset fungerer effektivt.

Stress/tøjningsanalyse:

Når det gælder modstandsdygtighed over for stress, hjælper simuleringer producenterne med at identificere svage punkter, selv de forstærkede områder, der er tilbøjelige til at revne. Derudover kan brugen af A380-legering hjælpe med at håndtere belastninger på omkring 150-200 MPa. Det svarer normalt til dele til bilmotorer.

Termisk analyse:

Simuleringer finder ud af, hvordan varmen kan bevæge sig, når man designer kølestrukturer. Det skyldes, at motorhuset skal holde sig under 150 °C uden at afgive for meget varme.

Reduktion af defekter:

Simuleringsværktøjer hjælper med at eliminere risikoen for fejl, som f.eks. luftporøsitet, med omkring 30-50%.

Design af gating- og løbesystem

Gatesystemer fungerer som veje for smeltet metal, der flyder mod formen. Deres placeringsteknikker påvirker kvaliteten og styrken af outputtet.

Flowhastighed:

Formen skal fyldes jævnt, og det må ikke tage mere end 2 til 5 sekunder. For lang tid øger risikoen for luftindeslutning. Det forårsager porøsitet (små huller).

Gate-typer:

• Fligede låger: De er 2-5 mm tykke og velegnede til store og tunge emner.
• Pin Gates: De er 1-3 mm brede. Du kan bruge dem til tyndvæggede dele som motorhusdæksler.
• Overløbsporte: De kan indfange urenheder. Disse porte forbedrer også overfladefinishen med 20%.

Kontrol af turbulens:

Designet af løbere på en god måde giver stærke og glatte dele. Det reducerer porøsiteten op til 20-30%.

Detaljer om matricedesign

Formen er en vigtig komponent i trykstøbning. Den former smeltet metal til den endelige del. Deres designteknikker har virkelig en betydelig indvirkning på produktionen. For eksempel giver glidere og kerner i formen angivne funktioner som kølefinner. Men på en eller anden måde hæver deres 3 til 5-lags tilføjelse priserne med 10 til 15%.

På samme måde forhindrer placering af ejektorstifter med 10-15 mm mellemrum, at delene bøjes under processen.

Når vi taler om kølekanaler, skal de være omkring 5-10 mm brede. Det skyldes, at en reduktion af køletiden øger produktionshastigheden.

Termisk styring

Effektiv varmestyring er vigtig under støbning for at stoppe overophedning. For eksempel skaber brug af kølelegemer og finner i formdesignet nok overflader (50-70%), hvorfra den overskydende varme i delene kan slippe ud.

Desuden bør man bruge kølekanaler med lavere temperaturer (20-30 °C).

Desuden afkøles matricerne, der er baseret på vandkøling, hurtigt fra 600 °C til 200 °C på højst 1-2 minutter. Det hjælper yderligere på cyklingen og produktionseffektiviteten.

Fremstillingsproces for motorhuse af trykstøbt aluminium

I en proces som trykstøbning af aluminium motorhuset, har delene en stærk, tydelig finish. Det er resultatet af at bruge højtryksindsprøjtning af smeltet legering.

Støbemaskiner fører det opvarmede metal ind i matricen ved hjælp af et stempel og en sprøjtebøsning. Pladen fungerer som holdeværktøj. Knækspændet holder den godt fast.

Producenterne giver også støbningen det nødvendige tryk via en gas/olie-akkumulator for at gøre processen mere smidig.

Typer af trykstøbemaskiner

Maskiner med varmt kammer:

Varmkammerstøbning egner sig godt til legeringer, der ikke har et højt smeltepunkt. For eksempel zink eller bly. Det skyldes, at metaller med højt smeltepunkt som aluminium kan beskadige maskinernes udstyr.

I forbindelse med varmekammerprocessen opbevarer producenterne metal i et opvarmet kammer. Heri hælder de det direkte ned i formen.

Maskiner med koldt kammer:

Disse maskiner er ideelle til støbning af legeringer med moderat til højt smeltepunkt. For eksempel aluminium, kobber, titanium osv. Under denne teknik bruger producenterne separate kamre til at smelte den valgte legering. Derefter overfører de den til formen ved hjælp af en øse. Maskinen arbejder med et indsprøjtningstryk på 10-175 MPa. Så det flydende metal spredes jævnt inde i områderne.

Spændekraft og cyklustid:

Maskinen bruger dog 1.000-5.000 kN spændekraft til at lukke formen tæt. Hver cyklus, inklusive indsprøjtning, afkøling og udstødning, er komplet og tager ikke mere end 30-120 sekunder. Det afhænger af emnets størrelse og kompleksitet.

Forberedelse af smeltet metal

• Smeltning: Dette trin handler om at opvarme aluminium ved 680-750 °C i en ovn. Temperaturen må ikke afviges for at undgå overdreven oxidering og bevare fluiditeten.
• Afgasning: Denne proces er vigtig i tilfælde af, at den smeltede legering stopper med at absorbere brint fra luften. Porøsiteten opstår som følge heraf. Til dette formål fjerner afgasning primært brintgas. Det forhindrer derfor porøsitet og gør støbningen stærkere.
• Filtrering: Der er urenheder i metal, f.eks. oxider og ikke-metalliske partikler. Det svækker støbningen. Dette kan fjernes ved hjælp af et keramisk filter. Fjernelse af urenheder gør metallet mere rent (15-25%) og skaber en glat finish.

Kontrol af matricetemperatur

Styring af matricetemperaturen er nødvendig for at eliminere fejl og lave bedre emner. For eksempel cirkulerer kølekanaler inde i værktøjet vand eller olie. De forhindrer vridning og krympning og afkøler metallet ensartet.

På samme måde opfylder varmeelementer visse formers behov for at være varme. Så de stabiliserer temperaturen og undgår revner.

Temperaturkontrolsystemer holder også formens temperatur på omkring 150-250 °C. De reducerer kolde lukninger eller overdreven krympning.

Automatisering i trykstøbning

Robothåndtering:

Robotintegration hjælper med at reducere den samlede cyklustid (10-20%). Fordi de håndterer opgaver lige fra smeltning til slutprodukter. Det betyder, at der er færre chancer for fejl, og at resultaterne er mere effektive.

Automatiseret formsprøjtning:

For at fordele smøremidler jævnt på matricen er automatisering en hjælp. Den sprøjter de skjulte områder og forlænger levetiden for 15-30%.

Kvalitetskontrol og test af motorhuse i trykstøbt aluminium

Ikke-destruktiv afprøvning (NDT)

Pulse Echo Method:

En transducer sender ultralydsbølger ind i huset. Disse bølger reflekteres fra defekter, når de ikke passerer gennem dem. Den fokuserer på dele, der næsten indikerer fejl i metallet.

Gennem transmissionsmetode:

Under denne teknik er personalet ved de to transducere på begge sider af støbningen. Hvis der er en defekt, vil bølgerne ikke passere igennem eller blive svækket.

Inspektionsteknikker

Røntgeninspektion:

Disse inspektioner analyserer interne støbefejl som porøsitet eller svind. Det kan kompromittere den faktiske ydeevne. For eksempel finder ultralydstest skjulte revner via højfrekvente lydbølger. I mellemtiden hjælper farvepenetrantinspektion med at lokalisere overfladefejl med et bestemt farvestof.

Statistisk proceskontrol (SPC)

De tilknyttede automatiseringssensorer i maskiner som SPC identificerer tryk, varme, kølehastigheder og cyklustider i realtid. Du kan straks justere parametrene for at få et bedre output. De hjælper også med at reducere fejl med 20-40% og materialespild. Det giver ensartethed i kvaliteten af hver batch.

Metallurgisk evaluering

• Analyse af mikrostruktur: Det hjælper med at genkende den faktiske korndannelse og metalfordeling for holdbarhed.
• Kontrol af overensstemmelse: Denne proces sikrer, at huset opfylder ASTM B85-standarderne for mekanisk styrke.

Anvendelser og industrier, der bruger motorhuse af trykstøbt aluminium

Biler:

Motorhuse af aluminium bruges i motorer til elektriske køretøjer (EV). De arbejder effektivt og vejer mindre. Desuden bliver varmestyringen bedre, og batteriet holder længere.

Luft- og rumfart og droner:

Huset i dronefremdriftssystemer stopper påvirkninger fra ekstreme temperaturer og vibrationer. Det kører problemfrit.

Industrielle maskiner:

Mange robotarme, transportbånd og automatiserede systemer bruger motorhuse. Det skyldes, at det giver strukturel integritet og afleder varme for at sikre konstant ydeevne.

Vedvarende energi:

Under varierende vejrforhold hjælper disse støbegods med at opretholde motoreffektiviteten for vindmøller og solsporingssystemer.

Medicinsk udstyr:

Motorhuset bliver mere og mere efterspurgt i medicinsk udstyr. Det er på grund af dets præcisionsdesign, kompakte størrelse og holdbarhed.

Konklusion:

De vigtigste ting ved motorhuse af trykstøbt aluminium er deres styrke, holdbarhed og fremragende varmeafledning. Det er derfor, det er den bedste løsning til motordele, hvor dets letvægtsegenskaber forbedrer energieffektiviteten. Derudover fører forbedringer i legeringer og teknikker til stærkere, mere effektive og miljøvenlige løsninger.