Webhely ikon Aludiecasting

Autóipari alumínium öntvény: A Complete Guide

Autóipari alumínium Die Casting

Az autógyártás számára a hatékonyság, a teljesítmény és a súly javítása ma már nem választási lehetőség, hanem alapvető szükséglet. A legtöbb ilyen eredményt az alumínium öntvény teszi lehetővé. Különösen az autóipari alumínium öntvények ma már létfontosságúak a szedánoktól a nehéz teherautókig mindenhez szükséges erős és könnyű alkatrészek előállításához. Mivel mind az elektromos, mind az üzemanyag-hatékonyság nagy szerepet játszik az autók készítésében, a mérnököknek és a gyártóknak nagyobb figyelmet kell fordítaniuk az autóipari öntvényekre.

Mi az autóipari alumínium öntvény?

A oldalon. alumínium öntvény, az olvadt alumíniumot nagy nyomás alatt egy acélformába nyomják. Miután az alumínium megszilárdul, olyan alkatrészt kínál, amely azonos pontossággal rendelkezik, és szükség esetén megismételhető. Bár a gyártóüzemek mindenhol alkalmazzák a minőségellenőrzést, az autóiparban való alkalmazása kiemelkedik.

Az autóipari öntvényeknek köszönhetően a gyártók olyan alkatrészeket tudnak létrehozni, amelyek egyszerre rugalmasak és sokkal könnyebbek, mint a hasonló acélból készültek. Ez kulcsfontosságú a járművek üzemanyag-fogyasztásának javításához és a károsanyag-kibocsátás csökkentéséhez.

Az autóipari öntvények felhasználása

Manapság számos járműalkatrész előállítása függ az alumínium öntvényektől. Ez magában foglalja legalább a következőket:

Az autóipari öntött alkatrészek azért egyedülállóak, mert nagyobb pontossággal készíthetők és könnyen megismételhetők. Jelentős előnyt jelent a vékonyfalú, részletes kialakítású, nagyon kevés megmunkálást igénylő szerkezetek gyártásának képessége.

A keretrendszer stabilitása és működése

Critical vehicle components are usually chosen as “automotive castings” simply for their structural integrity. These parts give many benefits, such as being strong mechanically, conducting heat well, and not corroding — qualities needed in all parts of a car engine. High-pressure die casting makes sure that parts will not break under the pressure of normal operations.

With advanced simulation tools, engineers are able to craft “die casting automotive parts” that improve how materials travel, are cooled, and solidify. Because of this control, parts have reduced defects, less porosity, and improved resistance to stress.

Miért alumínium?

Az alumíniumot azért használják, mert több fontos célt szolgál. Az acélnál egyharmaddal könnyebb alumínium közvetlenül javítja az üzemanyag-hatékonyságot, és kevesebb károsanyag-kibocsátást eredményez. A súlycsökkentés mellett az alumínium ellenáll a nagy melegnek és a korróziónak is, így megfelelő választás az ilyen környezetben használt alkatrészekhez.

A leggyakrabban az A360, A380 és ADC12 alumíniumötvözeteket használják az autóipari öntvényekben. Kémiájuknak köszönhetően ezek az ötvözetek erősek, sima levegőn rugalmasak, és könnyen önthetők a formákba. Az alumínium sima megmunkálása miatt a megmunkálás után következő feladatok kevésbé költségesek.

Hogyan működik a gyártás

Az Ön autóipari alumínium öntési munkafolyamata a következő lépésekből áll:

  1. A szerszámok tervezése megrendelésre történik, az alkatrész geometriáját és felhasználását követve.
  2. Az alumíniumot felmelegítik és 10 000 és 30 000 psi közötti nyomáson egy szerszámba helyezik.
  3. Miután minden egyes alkatrész elkészült, lehűl és megszilárdul a szerszámban, mielőtt kiengednék.
  4. Ebben a fázisban a felesleges anyagot (az úgynevezett flash-t) eltávolítják, és az alkatrészt megmunkálhatják vagy újra bevonhatják.

Az automatizálás és a robotika fejlesztésének köszönhetően az autóipari öntvények nagy volumenű gyártásához ma már kevesebb munkás szükséges, és a minőséget az egész ellátási láncban biztosítják.

Műszaki rendszerek tervezése és folyamatfejlesztés 

Az autóiparban az alumíniumöntvény alkatrészek teljesítményét, tartósságát és a formatervezésükhöz való illeszkedését nagyban befolyásolja, hogy mennyire jól irányítják a folyamatot. Az autóipari alumínium öntvények gyártása során minden ellenőrzési és cselekvési pontot gondosan meg kell tervezni és ellenőrizni kell, hogy a termékek mindenhol megfeleljenek az autógyártók szigorú szabályainak.

1. Befecskendezési nyomás

A nagynyomású öntési folyamatokban a nyomást 100 MPa és 200 MPa (14 500 és 29 000 psi) között tartják. A nagyméretű alkatrészek, például a sebességváltóházak vagy az akkumulátortálcák nyomása akár 250 MPa is lehet. A felmérés megköveteli, hogy a nyomás ezeken a szinteken növekedjen.

Az optimális nyomást az alkatrész részletei, a szerszámkészlet és a vastagság alapján állapítják meg, így 1,5 mm-től 4 mm-ig terjedő falvastagságú autóipari alkalmazások is lehetségesek.

2. Az olvadék hőmérsékletének és a teljes fűtési folyamatnak a szabályozása

Az alumíniumötvözetek, például az A380, A36,0 és ADC1 öntése általában 660 °C és 710 °C közötti hőmérsékleten történik. Az ellenőrzésnek pontosnak kell lennie, mert ellenkező esetben bármilyen hiba, beleértve a fent említetteket is, előfordulhat.

Az öntőforma hőmérséklete szintén nagyon fontos, és általában 180°C és 250°C között van, olajjal vagy vízzel működő rendszerek használatával. A szerszám hőmérsékletének állandó szinten tartása megakadályozza a szerszám kopását, és biztosítja, hogy az összetett formájú alkatrészek mindegyike ugyanolyan legyen.

3. Ciklusidő

A ciklusidő fontos szerepet játszik mind a termelékenység, mind a költségek szempontjából a nagy volumenű autóipari alumínium öntvények esetében. A legtöbb projektet átlagosan a következő ciklusidővel fejezik be:

Ez a ciklus a következőképpen működik:

A szimulációs szoftverek használata fontos a ciklusidő felgyorsításához, a gyártási minőség megőrzése mellett.

4. Élet és rendszeres gondozás

Az alkatrész összetettségétől, a szerszámban lévő extrém hőtől és a felhasznált szerszámacél típusától függően az autóipari motorokban használt szerszámok általában 100 000-200 000 lövésig működnek, mielőtt kicserélnék őket. A gép 10 000-20 000 lövésenként gyakran igényel karbantartást, hogy elkerülje a következő okokból bekövetkező meghibásodásokat:

Az olyan diffúziós módszereket, mint a PVD (Physical Vapor Deposition) vagy a nitridálás, rendszeresen alkalmazzák a szerszámok hosszabb élettartamának meghosszabbítására.

5. Hőmérséklet-szabályozás

A ciklusidő csökkentése és az alkatrészek lehűlésének ellenőrzése a legjobban az öntési folyamat során történő hatékony hűtés biztosításával érhető el. A legtöbb mai szerszám a következőket tartalmazza:

A fejlett rendszerek a hurok lezárásával és a víz- vagy olajellátás működés közbeni ismételt szabályozásával közel azonos hőmérsékleten tartják az egyes szerszámrészek hőmérsékletét.

6. Az alkatrészek méretezése és mérlegelése

Az autóiparban sokféle kis- és nagyméretű öntött alkatrész létezik. Ilyenek például a következők:

Rész Hozzávetőleges méret Súly Falvastagság
Sebességváltó ház 500 x 400 x 300 mm 8-12 kg 3-5 mm
Motortartó 250 x 180 x 90 mm 1-2 kg 3 mm
Akkumulátor-tálca (EV) 1,200 x 1,000 x 100 mm 15-25 kg 2,5-4 mm
Konzol vagy összekötőkar 150 x 80 x 50 mm 0,3-0,6 kg 2 mm

Ezeknél az alkatrészeknél különösen fontos a gyárthatósági tervezés (DFM), mivel a vékonyfalú öntvények más módszerekkel általában trükkösek, de a nagynyomású öntéssel egyszerűek.

7. Mérettűrések

A nagy pontosságú alkatrészek a nyomásos öntéssel lehetségesek. Az alumínium öntvényeknél általában +/- 0,1 mm és +/- 2,5 mm közötti tűréshatárokat lehet elérni.

A CNC megmunkálás vagy a dörzsölés kihagyható, kivéve, ha az illeszkedő felület fogaskerék, csapágyház vagy kritikus tömítési terület.

8. Célja továbbá a porozitásszabályozó és vákuumrendszerek kezelése.

Az öntvényeknél a porozitás gyakran komoly problémát jelent. Emiatt a legtöbb autóipari gyártócellában ma már alapfelszereltségnek számítanak a vákuummal segített öntőgépek, amelyek a folyékony fém hozzáadása előtt kiürítik a levegőt a szerszám üregéből. A legtöbb vákuumrendszer 30 és 80 mbar között van beállítva.

A szerkezetkritikus alkatrészeknél a porózus hibák szinte teljesen kiküszöbölhetők a présöntési és a reoöntési eljárások alkalmazásával.

9. Ötvözet kiválasztása

Az autóipari szerszámöntésben alkalmazott összes ötvözet különböző szerepet tölt be.

A mikroszerkezetet szándékosan megváltoztatják TiB₂ hozzáadásával és módosított eutektikus szilíciumfázisok alkalmazásával, amelyek mindkettő növeli a képlékenységet.

Fejlett technológia a folyamatintegrációhoz

A mai öntödék az alumíniumöntést olyan technológiákkal kötik össze, mint a szerszámon belüli érzékelők, a zárt hurok és a digitális ikrek. Ezek a rendszerek lehetővé teszik, hogy valós időben javítsa vagy növelje kampányait.

Such fine control enables processes to repeat easily and results in less scrap for automotive programs that need millions of “die-casting automotive parts” every year.

Az alumínium ötvözetek tulajdonságai és edzési folyamatai

Az alumíniumötvözetek metallurgiájának ismerete szükséges a jó eredmények biztosításához a fröccsöntéssel. Amikor az alumíniumot nagynyomású fröccsöntésnek és gyors lehűlésnek vetik alá, olyan gyorsan megfagy, hogy a megszilárdulás nincs egyensúlyban, ami alakítja a fém mikroszerkezetét, tulajdonságait és hibáit.

A megszilárdulás során használt fontos mutatók.

Gyakori problémák és megoldásaik

Az alumínium nyomásos öntése azonban még mindig kis számú hibát okoz. A hibák fő okainak feltárása és a megfelelő megoldások kiválasztása teszi az autóipari minőségbiztosítást hatékonnyá.

Hiba Ok Enyhítés
Gáz porozitás Megszorult levegő, nem megfelelő szellőzés Használjon vákuumöntést, optimalizálja a szellőzők kialakítását
Hideg zárások Alacsony olvadék- vagy szerszámhőmérséklet, gyenge áramlás Emeljük a hőmérsékletet, tervezzük át a kapu helyét.
Zsugorodási porozitás Egyenetlen megszilárdulás, vastag szelvények Hűtőcsatornák módosítása, adagolók hozzáadása
Flash Túlzott nyomás vagy kopott szerszám A szerszám karbantartása, a szorítás optimalizálása
Die forrasztás Az ötvözet tapadása a szerszámhoz Használjon megfelelő bevonatot és szabályozza a hőmérsékletet
Tartalmak Oxidszennyezés, szennyezett olvadék Gázmentesítés (Ar-buborékosítás), szűrés használata

A CpK-tanulmányokat és a Pareto-diagramokat rendszeresen használják a hibák előfordulási helyének megállapítására és a kijavításukhoz szükséges intézkedések rangsorolására.

Szimuláció és a szerszámtervezés felülvizsgálata

Jelenleg a korszerű öntési folyamatok a CAE (Computer-Aided Engineering) eszközökre épülnek. A mérnökök a terveket digitálisan tesztelik a szoftver segítségével, mielőtt bármilyen alkatrészt elkészítenének.

A jól ismert szoftverplatformokat sok fejlesztő használja.

Szimulációs modell:

A virtuális iterációval a szerszámtervezők anélkül észlelik és oldják meg a problémákat, hogy a szerszámokat el kellene készíteniük, ami segít időt és pénzt megtakarítani mind a prototípusok, mind a gyártás során.

A felületi tervezés területe, majd az utófeldolgozás

Bár az öntéssel kiváló alak és megjelenés érhető el (Ra ~1,6-3,2 µm), sokszor további felületkezelést kell alkalmazni, akár felhasználási, akár megjelenési okokból.

Gyakori utómunkálatok:

Az összeszerelés és az illesztés során figyelembe veendő dolgok

Az öntött alumínium alkatrészek gyakran érintkeznek más fémekkel, műanyagokkal vagy különböző elektronikus szerelvényekkel. A mérnöki csapatoknak tartalmazniuk kell:

Ezenkívül az EV akkumulátorok és motorházak EMI-árnyékolása közvetlenül galvanizálással vagy bevonattal is elvégezhető.

Üzemen belüli öntőcellák és automatizálás

Az autóipari öntödék automatizált öntőcellákkal rendelkeznek, amelyek nagy sebességű és szabályozott műveleteket is végeznek.

Minden cellát úgy terveztek, hogy kövesse a taktidőt és az OEE-t, és az alkatrészek méretétől függően átlagosan 250-500 alkatrészt gyárt óránként.

A lézeres profilométereket, örvényáramú szondákat és látókamerákat inline módon használják annak ellenőrzésére, hogy csak a megfelelő alkatrészek kerüljenek a továbbfeldolgozó műveletekhez.

Szabványok és tanúsítványok ipar

A nemzetközi szabványoknak való megfelelés révén az öntött autóipari alkatrészek garantáltan megfelelnek mind a teljesítmény-, mind a biztonsági követelményeknek. Gyakran említik ezeket a megállapításokat:

A fékrendszer rögzítése és a felfüggesztési csomópontok olyan biztonságkritikus alkatrészek, hogy CT-szkennelést és teljes nyomon követhetőséget kell alkalmazni.

Hogyan támogatja az iparágat az autóipari alumíniumöntés?

1. Súlycsökkentés

The less weight your vehicle carries, the more efficient its fuel and the lower its carbon output. With aluminum parts made through “automotive die casting”, the vehicle ends up weighing less, but is no less strong or useful.

2. Maximális termelési hatékonyság

Az alkatrészek tömeggyártása legjobban a nyomásos öntéssel valósítható meg. Ha a szerszámok elkészülnek, az előállított alkatrészek száma százezres nagyságrendű lehet, és csak nagyon kis változtatásokat kell végrehajtani. Ezért az autóipari alkatrészek esetében a szerszámöntés alkalmazása költséghatékony megoldás a nagyüzemi autógyártás számára.

3. Méretpontosság

Az alumínium öntvényből készült termékek magas szintű pontossággal készülnek, így az öntés után már csak keveset kell megmunkálni. Következésképpen a gyártósor termelékenysége nő, a gyártási költség pedig csökken.

4. Tervezési rugalmasság

A mai CAD- és szimulációs szoftverek segítségével a tervezők olyan összetett alkatrészeket hozhatnak létre, amelyek felhasználhatók és gyárthatók. Ez a nagyfokú tervezési rugalmasság azt jelenti, hogy a mérnökök több alkatrészt egyesíthetnek egyetlen öntvénybe, csökkentve annak súlyát és az összeszereléshez szükséges időt.

Környezetvédelem és újrahasznosítás

Auto manufacturers are putting more focus on sustainability today. Here, aluminum shows strong performance too. About 90% of the aluminum that is die-cast can be recycled. Scrap from the creation of “automotive castings” can be melted once more and still work as well as it did the first time.

Az autóipari alkatrészek újrahasznosított alumíniummal történő öntése nagymértékben csökkenti az iparág környezeti terhelését, mivel az elsődleges alumínium előállításához felhasznált energiának csak 5%-je szükséges.

Az ágazat problémái

Mégis, van néhány probléma, ami a autóipari alumínium öntvény. A kopás, a porozitás és a termikus fáradás olyan szokásos problémák, amelyek csökkenthetik az alkatrészek minőségét és a szerszámok élettartamát. Az új tanulmányok és fejlesztések a vákuumnyomásos öntés, a présöntés és a jobb szerszámbevonatok terén mégis rendszeresen segítenek megoldani ezeket a nehézségeket.

Az autóipari öntvényipar növekedésre számíthat, főként azért, mert az EV-gyártók az akkumulátorok, motorok és alvázrészek esetében az öntött alumíniumra támaszkodnak. A Tesla és más vállalatok bebizonyították, hogy a gigaöntéssel egyetlen öntőgéppel nagyméretű járműalkatrészeket lehet előállítani, ami csökkenti a szükséges alkatrészek számát és felgyorsítja az összeszerelést.

Az autóipar növekedése az öntvények eredményeire támaszkodik, amelyek a mechanikai minőség és a könnyű súly előnyeinek egyesítésével innovációt kínálnak.

Következtetés

Napjainkban az autógyártók folyamatosan keresik a módját annak, hogy növeljék járműveik teljesítményét, pénzt takarítsanak meg és óvják a környezetet. Az autóipari alumínium öntvény az erősebb és könnyebb alkatrészek nagy sorozatban történő gyártásának kedvelt módszere. Az autóipari öntvények segítségével az autógyártók jobb üzemanyag-fogyasztást és jobb kezelhetőséget érhetnek el, és egyszerűsíthetik gyártási folyamatukat. Az autóipari alkatrészek nyomásos öntését nem hóbortként, hanem a mai járművek előállításának kulcsfontosságú változásaként alkalmazzák stratégiailag. Az autóipari öntvények minden egyes nagynyomású befecskendezéssel megváltoztatják a mobilitás irányát, a hajtáslánc és a futómű alkatrészeitől kezdve.

GYIK

1. Mi a szokásos hőmérséklet, amelyen az alumínium öntvény az autóiparban általában működik?

Az alumíniumötvözetek öntési hőmérséklete 660 °C és 710 °C között mozog, típusuktól függően. A méretstabilitás és az optimális megszilárdulás megköveteli a szerszám hőmérsékletének 180°C és 250°C körüli szabályozását.

2. Milyen hibák fordulnak elő az autóipari öntött alkatrészeknél, és hogyan kezelik ezeket?

A hibák szokásos példái a gázporozitás, a hidegzáródás és a zsugorodási üregek. E problémák némelyikét vákuummal segített öntéssel, a kapuk gondos tervezésével, pontos hőmérséklet-szabályozással és szimulációs programokkal lehet kezelni a szerszámkészítés során.

3. Milyen közel kerülnek a pontos méretekhez az alumíniumöntvény alkatrészek?

A nagynyomású öntés 25 mm-nél kisebb méreteknél ±0,1 mm, nagyobbaknál ±0,2 mm tűréshatárt eredményez. Az autóipari szerelvényeknél mind a síkosságot, mind a koncentricitást nagyon szorosan kell kezelni.

4. Használhatók-e alumínium öntött alkatrészek az elektromos járművek (EV) tervezésénél?

Igen. Könnyűsége, hővezető képessége és újrahasznosíthatósága miatt az alumínium öntvényt megtaláljuk az elektromos autókban akkumulátorházként, motorházként és inverterházként.

5. Mely ötvözeteket használják leggyakrabban az autóipari öntött alkatrészek gyártásakor?

Az A380, az ADC12 és az AlSi10Mg népszerű ötvözetek. Mivel jól önthetőek, jó a szilárdság-súly arányuk és ellenállnak a korróziónak, tökéletesek a nagy teljesítményű autóalkatrészekhez.

Kilépés a mobil verzióból