Az alumínium öntvény egy gyakori technika a motorházak gyártására. Elég hatékony ahhoz, hogy bármilyen tervezési összetettségi szintet legyőzzön. A folyamat az alumínium olvadáspontig történő felmelegítésével és az öntőformába való behelyezésével kezdődik. Az alumíniummal készült motorházak az átlagosnál kisebb súlyt tartalmaznak, hosszabb ideig tartanak, és kiváló hővezető képességgel rendelkeznek.

Fedezzük fel, hogyan készül ez a termék a megfelelő ötvözetek felhasználásával, valamint annak alkalmazásait és előnyeit.

Az alumínium öntvény előnyei a motorházak számára

A motorházakhoz ideális eljárás az alumínium öntés. Ennek oka, hogy az alkatrész tényleges szilárdságot és tartósságot biztosít ahhoz, hogy ellenálljon az intenzív hőhatásnak.

Az olyan ötvözetek, mint az A380, ADC12 és A356 a legjobb anyagok a motorházakhoz. Ez azért van, mert az A380 ötvözetnek nagy, 310 MPa szakítószilárdsága van. Ez azt jelenti, hogy nagy terhelést is elbír.

Eközben az ADC12 egy másik előnyben részesített lehetőség, mivel 96-105 W/m-K hővezető képességet tartalmaz. Ez általában segíti a hőelvezetést.

Míg az A356 nemcsak a legjobb minőségű alkatrészeket kínálja, hanem akár 7% nyúlást is elérhet. Ez azt jelenti, hogy jobban ellenáll az ütéseknek. Valahogy a nyúlás a hőkezelési körülményektől függ.

Mindezek a tulajdonságok együttesen teszik az alumíniumházat tökéletes választássá az autóipari, űrkutatási és ipari alkalmazásokban.

Teljesítmény mérőszámok

Könnyűsúly:

Az alumíniummal való munka során az alkatrészek könnyűszerkezetes tulajdonsággal rendelkeznek. Például ezek az alkatrészek 60% kevésbé nehezek, mint az öntöttvas. Ez azt mutatja, hogy könnyen kezelhetőek a motorházak és a szállítás.

Nagy pontosság:

Az öntvény hatékonyan veszi fel a termékprofilokat, és nem hoz létre variánsokat. Így alapvetően jó lehetőség a +/- 0,05 mm-es tűréshatárok elérésére.

Hővezető képesség:

A motorok működés közben túlzott hőt termelnek. Ezért az alumínium általában jobban működik a motorházakban, mert jó hővezető képesség. Hűvösen tartja az alkatrészeket. Például az A356 alumíniumötvözet hővezető képessége 150 W/m-K.

Elektromos vezetőképesség:

Bizonyos motorkonstrukcióknak jó elektromos vezetőképességre van szükségük. Így az alumínium is elég jó ehhez a tulajdonsághoz.

Fáradási szilárdság:

A motorházak anyagának azonban törés nélkül kell elviselnie az ismétlődő igénybevételt. Erre egy olyan ötvözet, mint az A380 alkalmas, mert biztosítja a szükséges tartósságot és hosszabb élettartamot.

Költségelemzés

Teljes tulajdonlási költség:

A nyomásos öntés előzetes szerszámköltségei megfizethetővé válnak, mivel hosszú távon is használható. Emellett az alumínium nem olyan költséges, mint az acél, és az öntési folyamat csökkenti a hulladékot.

Összehasonlítás más módszerekkel:

Az eljárás egyszerűsége, a kevesebb lépést tartalmazó eljárás kevésbé költséges, mint más öntési és megmunkálási módszerek.

Környezeti hatás

Az öntési eljárás során a felesleges anyagot újrafelhasználási projektekre fordítják. Mivel az alumínium 100% újrahasznosítható, és nem befolyásolja a környezetet nagymértékben. Emellett a könnyűszerkezetes tulajdonsága kevesebb energiát használ, alternatív módon megtakarítva 25% üzemanyag-felhasználást.

Tervezési megfontolások az alumínium öntött motorházakhoz

FEA és szimuláció

A végeselem-elemzés feldolgozása számítógépes szimulációkat használ. Javítja a terveket, és még a gyártás előtt figyelmeztet a felmerülő hibákra. Például a feszültségpontokra, a hőáramlásra stb. Így a motorház hatékonyan működik.

Feszültség/nyúlás analízis:

A feszültségállóság esetében a szimulációk segítenek a gyártóknak azonosítani a gyenge pontokat, még a repedésre hajlamos megerősített területeket is. Ezenkívül az A380-as ötvözet használata segíthet a 150-200 MPa körüli feszültségek kezelésében. Ez általában az autómotorok alkatrészeinek felel meg.

Hőelemzés:

A szimulációk a hűtőszerkezetek tervezése során a hőmozgási képességek kiszámítása során. Ennek oka, hogy a motorháznak 150 °C alatt kell maradnia anélkül, hogy túlzott hőt szabadítana fel.

Hibák csökkentése:

A szimulációs eszközök segítenek kiküszöbölni a hiba esélyét, például a levegő porozitását, körülbelül 30-50%.

Kapuzat és futórendszer tervezése

A kapurendszerek az olvadt fém útjaiként szolgálnak, és az öntőforma felé áramoltatják azt. Elhelyezési technikáik befolyásolják a kimenetek minőségét és szilárdságát.

Áramlási sebesség:

A formát egyenletesen kell megtölteni, és ez legfeljebb 2-5 másodpercet vehet igénybe. A túl hosszú idő növeli a levegő beszorulásának esélyét. Ez porozitást (apró lyukakat) okoz.

Kaputípusok:

• Tab Gates: Ezek 2-5 mm vastagok, és jól alkalmazhatók nagy és nehéz alkatrészekhez.
• Pin Gates: 1-3 mm szélesek. Vékony falú alkatrészekhez, például motorházfedelekhez használhatja őket.
• Túlfolyókapuk: A szennyeződések felfogására alkalmasak. Ezek a kapuk is javítják a felületi felületet 20%.

Turbulencia-szabályozás:

A futók megfelelő kialakítása erős és sima részeket eredményez. A porozitást 20-30%-ig csökkenti.

A szerszám kialakításának részletei

Az öntőforma fontos alkotóeleme az öntésnek. Az olvadt fémet formálja a végleges alkatrésszé. Tervezési technikájuk valóban jelentős hatással van a teljesítményre. Például a szerszámban lévő csúszkák és magok olyan kijelentett jellemzőket alkotnak, mint a hűtőbordák. De valahogy a 3-5 rétegű kiegészítésük 10-15%-vel emeli az árakat.

Hasonlóképpen, a kivetőcsapok elhelyezése, 10-15 mm-es távolságot biztosítva közöttük, megakadályozza, hogy az alkatrészek meghajoljanak a folyamat során.

A hűtőcsatornáknak 5-10 mm szélesnek kell lenniük. Ez azért van, mert a hűtési idő csökkentése felgyorsítja a gyártási sebességet.

Hőgazdálkodás

Az öntés során fontos a hatékony hőkezelés a túlmelegedés megakadályozása érdekében. Például a hűtőbordák és lamellák használata a szerszámok tervezésénél elegendő felületet (50-70%) hoz létre, ahonnan az alkatrészekben lévő túlzott hő el tud távozni.

Emellett olyan hűtőcsatornákat kell használni, amelyek alacsonyabb hőmérsékletűek (20-30 °C).

A vízhűtésen alapuló szerszámok ráadásul gyorsan lehűlnek 600°C-ról 200°C-ra, 1-2 percnél nem tovább. Ez tovább segíti a ciklikusságot és a gyártási hatékonyságot.

Gyártási folyamat alumínium Die Casting Motorházak

Egy olyan folyamatban, mint a alumínium öntvény motorház, az alkatrészek erős, kijelentett befejeződést tartalmaznak. Ez a nagynyomású olvasztott ötvözet befecskendezésének eredménye.

Az öntőgépek egy dugattyú és egy lövedékhüvely segítségével juttatják a felmelegített fémet a szerszámba. Míg a tányér tartóként működik. A billenőbilincs szorosan rögzíti.

A gyártók a szükséges nyomást gáz/olaj akkumulátoron keresztül biztosítják az öntéshez, hogy a folyamat zökkenőmentesebb legyen.

Die Casting gép típusok

Forró kamrás gépek:

A melegkamrás öntés jól alkalmazható olyan ötvözetekhez, amelyek nem rendelkeznek magas olvadáspontokkal. Például a cink vagy az ólom. Ennek oka, hogy a magas olvadáspontú fémek, mint például az alumínium, károsíthatják a gépek berendezéseit.

A forrókamrás eljárás esetében a gyártók a fémet egy fűtött kamrában tartják. Amelyben közvetlenül a formába öntik.

Hidegkamrás gépek:

Ezek a gépek ideálisak a közepes és magasabb olvadáspontú ötvözetek öntésére. Például alumínium, réz, titán stb. E technika során a gyártók külön kamrákat használnak a kiválasztott ötvözet megolvasztásához. Ezután egy merőkanál segítségével juttatják át a formába. A gép 10-175 MPa befecskendezési nyomáson működik. Így a folyékony fém egyenletesen szétterül a területeken belül.

Szorítóerő és ciklusidő:

A gép azonban 1000-5000 kN záróerőt használ a szerszám szoros lezárásához. Minden egyes ciklus, beleértve a befecskendezést, a hűtést és a kilökést, teljes, és nem tart tovább 30-120 másodpercnél. Ez az alkatrész méretétől és összetettségétől függ.

Olvasztott fém előkészítése

• Olvadás: Ez a lépés az alumínium 680-750 °C-on történő kemencében történő felmelegítéséről szól. A hőmérséklettől nem szabad eltérni a túlzott oxidáció elkerülése és a folyékonyság megőrzése érdekében.
• Gázmentesítés: Ez a folyamat fontos abban az esetben, ha az olvadt ötvözetet megállítják, hogy hidrogént vegyen fel a levegőből. Ennek következtében kialakul a porozitás. Ehhez a gáztalanítás elsősorban a hidrogéngázt távolítja el. Ezért megakadályozza a porozitást és erősebbé teszi az öntést.
• Szűrés: A fémben vannak szennyeződések, például oxidok és nem fémes részecskék. Ez gyengíti az öntvényt. Ezt kerámiaszűrővel lehet eltávolítani. A szennyeződések eltávolítása tisztábbá teszi a fémet (15-25%) és sima felületet hoz létre.

Die hőmérséklet-szabályozás

A szerszám hőmérsékletének kezelése szükséges a hibák kiküszöböléséhez és a jobb alkatrészek előállításához. A szerszám belsejében lévő hűtőcsatornák például vizet vagy olajat keringetnek. Megakadályozzák a vetemedést és a zsugorodást, és egyenletesen hűtik a fémet.

Hasonlóképpen, a fűtőelemek megfelelnek bizonyos formák melegedési igényeinek. Így stabilizálják a hőmérsékletet és elkerülhetővé teszik a repedések kialakulását.

A hőmérséklet-szabályozó rendszerek a szerszám hőmérsékletét 150-250 °C körül tartják. Ezek csökkentik a hidegzárást vagy a túlzott zsugorodást.

Automatizálás az öntvénygyártásban

Robotikus kezelés:

A robotintegráció segít a teljes ciklusidő csökkentésében (10-20%). Mivel az olvasztástól a végtermékig terjedő feladatokat kezelik. Ez azt jelenti, hogy kevesebb a hibalehetőség, és az eredmények hatékonyabbak.

Automatizált szerszámpermetezés:

A kenőanyagok egyenletes eloszlatásához a szerszámon az automatizálás hasznos. A rejtett területeket is befújja, és meghosszabbítja a 15-30% élettartamú alkatrész élettartamát.

Alumínium öntött motorházak minőségellenőrzése és vizsgálata

Rombolásmentes vizsgálat (NDT)

Impulzus visszhang módszer:

Egy jelátalakító ultrahanghullámokat továbbít a házba. Ezek a hullámok visszaverődnek a hibákról, ha nem haladnak át rajtuk. Az alkatrészekre fókuszál, amelyek szinte jelzik a fém hibáit.

Átviteli módszer:

E technika során a személyzet az öntvény két oldalán lévő két jelátalakítónál. Ha hiba van, a hullámok nem haladnak át vagy gyengülnek.

Ellenőrzési technikák

Röntgenvizsgálat:

Ezek a vizsgálatok az öntvény belső hibáit, például a porozitást vagy a zsugorodást elemzik. Ezek veszélyeztethetik a tényleges teljesítményt. Az ultrahangos vizsgálat például nagyfrekvenciás hanghullámok segítségével találja meg a rejtett repedéseket. Eközben a festékbehatoló vizsgálat egy bizonyos festékkel segít a felületi hibák felkutatásában.

Statisztikai folyamatszabályozás (SPC)

A gépekhez, például az SPC-hez csatlakoztatott automatizálási érzékelők valós időben azonosítják a nyomást, a hőt, a hűtési sebességet és a ciklusidőt. A jobb teljesítmény érdekében azonnal beállíthatja a paramétereket. Emellett segítenek a 20-40% hibák és az anyagpazarlás csökkentésében is. Egyenletes minőséget biztosít minden egyes tétel esetében.

Fémtani értékelés

• Mikroszerkezeti elemzés: Segít felismerni a tényleges szemcseképződést és a fém eloszlását a tartósság érdekében.
• Megfelelőségi ellenőrzések: Ez az eljárás biztosítja, hogy a ház megfeleljen az ASTM B85 mechanikai szilárdságra vonatkozó szabványoknak.

Alkalmazások és iparágak, amelyek alumínium öntvény motorházakat használnak

Autóipar:

Az alumínium motorházakat elektromos járművek (EV) motorjaiban használják. Hatékonyan működnek tovább, kisebb súlyt tartalmaznak. Emellett a hőkezelés is jobb lesz, és az akkumulátor tovább bírja.

Repülőgépek és drónok:

A drónok meghajtási rendszereinek háza megállítja a szélsőséges hőmérsékletekre és rezgésekre ható hatásokat. Zökkenőmentesen végzi a műveleteket.

Ipari gépek:

Számos robotkar, szállítószalag és automatizált rendszer használ motorházakat. Ez azért van, mert szerkezeti integritást ad és elvezeti a hőt az állandó teljesítmény érdekében.

Megújuló energia:

Változó időjárási körülmények között ezek az öntvények segítenek fenntartani a szélturbinák és a napelemes követőrendszerek motorjának hatékonyságát.

Orvosi berendezések:

Az orvosi berendezésekben egyre nagyobb a kereslet a motorházak iránt. Ennek oka a precíz kialakítás, a kompakt méret és a tartósság.

Következtetés:

Az alumíniumból öntött motorház legfontosabb tulajdonságai az erősség, a tartósság és a kiváló hőelvezetés. Ezért a legjobb választás a motoralkatrészekhez, ahol a könnyűszerkezetes tulajdonsága javítja az energiahatékonyságot. Emellett az ötvözetek és a technikák fejlesztései az erősebb, hatékonyabb és környezetbarátabb megoldások felé viszik.