Aluminium spuitgietwerk is een veelgebruikte techniek om motorbehuizingen te maken. Het is efficiënt genoeg om elk complexiteitsniveau van het ontwerp te overtreffen. Het proces begint met het verhitten van aluminium tot het smeltpunt en plaatst het in de mal. Motorbehuizingen gemaakt van aluminium bevatten minder gewicht dan gemiddeld, gaan langer mee en hebben een uitstekende thermische geleiding.

Laten we eens ontdekken hoe het spuitgietproces dit product maakt met behulp van geschikte legeringen en de toepassingen en voordelen ervan.

Voordelen van spuitgietaluminium voor motorhuizen

Aluminium spuitgietwerk voor motorhuizen is het ideale proces. Het geeft het onderdeel namelijk de werkelijke sterkte en duurzaamheid om bestand te zijn tegen intense hitte.

Legeringen zoals A380, ADC12 en A356 zijn de beste materialen om te gebruiken in motorhuizen. Dat komt omdat legering A380 een grote treksterkte van 310 MPa heeft. Dit betekent dat het zware ladingen aankan.

Ondertussen is ADC12 een andere voorkeursoptie omdat het een warmtegeleidingsvermogen van 96-105 W/m-K heeft. Dat helpt meestal bij de warmteafvoer.

Terwijl A356 niet alleen de beste kwaliteit onderdelen biedt, maar ook een rek tot 7% kan bereiken. Dit betekent dat het beter bestand is tegen schokken. Op de een of andere manier hangt de rek af van de warmtebehandelingsomstandigheden.

Al deze eigenschappen samen maken aluminium behuizing de perfecte keuze voor auto's, luchtvaart en industriële toepassingen.

Prestatiecijfers

Lichtgewicht:

Bij het werken met aluminium hebben onderdelen een lichtgewicht eigenschap. Zo zijn deze onderdelen 60% minder zwaar dan gietijzer. Dat betekent dat het gemakkelijk is om motorhuizen te hanteren en te transporteren.

Hoge precisie:

Spuitgieten neemt efficiënt productprofielen aan en creëert geen varianten. Het is dus in principe een goede optie om nauwe toleranties tot +/- 0,05 mm te bereiken.

Warmtegeleidingsvermogen:

Motoren genereren overmatige hitte tijdens het gebruik. Daarom is aluminium over het algemeen beter voor motorbehuizingen vanwege de goede thermische geleidbaarheid. Het houdt componenten koel. Aluminiumlegering A356 heeft bijvoorbeeld een warmtegeleidingsvermogen van 150 W/m-K.

Elektrische geleidbaarheid:

Bepaalde motorontwerpen hebben een goede elektrische geleiding nodig. Aluminium is dus ook goed genoeg voor deze eigenschap.

Vermoeiingssterkte:

Het materiaal van motorbehuizingen moet echter bestand zijn tegen herhaalde belasting zonder te breken. Hiervoor is een legering zoals A380 geschikt, omdat deze de vereiste duurzaamheid biedt en langer meegaat.

Kostenanalyse

Totale gebruikskosten:

De initiële gereedschapskosten van spuitgieten worden betaalbaar vanwege het gebruik op lange termijn. Aluminium is ook niet zo duur als staal en het gietproces vermindert afval.

Vergelijking met andere methoden:

De eenvoud van het proces, met minder stappen, maakt het minder duur dan andere giet- en bewerkingsmethoden.

Milieu-impact

Het spuitgietproces zet overtollig materiaal om in hergebruikprojecten. Want aluminium is 100% recyclebaar en heeft weinig impact op het milieu. Bovendien verbruikt het lichtgewicht minder energie en bespaart het 25% brandstof.

Ontwerpoverwegingen voor motorhuizen van gietaluminium

FEA en simulatie

De verwerking van eindige-elementenanalyse maakt gebruik van computersimulaties. Het verbetert ontwerpen en waarschuwt voor aankomende defecten vóór de fabricage. Bijvoorbeeld spanningspunten, warmtestroming, enz. Zodat de motorbehuizing efficiënt werkt.

Stress/rekanalyse:

In het geval van stressbestendigheid helpen simulaties fabrikanten bij het identificeren van zwakke punten, zelfs de versterkte gebieden die gevoelig zijn voor scheuren. Bovendien kan het gebruik van een A380-legering helpen om spanningen van 150-200 MPa aan te kunnen. Dat is meestal gelijk aan onderdelen van automotoren.

Thermische analyse:

Simulaties bepalen de mogelijkheden voor warmteverplaatsing tijdens het ontwerpen van koelstructuren. De motorbehuizing moet namelijk onder de 150°C blijven zonder overmatige hitte af te geven.

Vermindering van defecten:

Simulatietools helpen de kans op defecten, zoals luchtporositeit, met ongeveer 30-50% te elimineren.

Ontwerp van gates en runnersystemen

Gatesystemen dienen als wegen voor gesmolten metaal, waardoor het naar de matrijs stroomt. Hun plaatsingstechnieken beïnvloeden de kwaliteit en sterkte van de uitvoer.

Stroomsnelheid:

De mal moet gelijkmatig worden gevuld, in niet meer dan 2 tot 5 seconden. Te veel tijd vergroot de kans op luchtinsluiting. Dat veroorzaakt porositeit (kleine gaatjes)

Poorttypes:

• Tab Gates: Ze zijn 2-5 mm dik en zeer geschikt voor grote en zware onderdelen.
• Pin Poorten: Ze zijn 1-3 mm breed. Je kunt ze gebruiken voor dunwandige onderdelen zoals deksels van motorhuizen.
• Overloopsluizen: Ze kunnen onzuiverheden opvangen. Deze poorten verbeteren ook de oppervlakteafwerking met 20%.

Turbulentiebeheersing:

Het op een goede manier ontwerpen van runners zorgt voor sterke en gladde onderdelen. Het vermindert de porositeit tot 20-30%.

Details matrijsontwerp

De mal is een belangrijk onderdeel bij het spuitgieten. Hij vormt gesmolten metaal tot het uiteindelijke onderdeel. De ontwerptechnieken hebben echt een grote invloed op de uitvoer. Dia's en kernen in de matrijs zorgen bijvoorbeeld voor duidelijke kenmerken zoals koelribben. Maar op de een of andere manier verhoogt hun toevoeging van 3 tot 5 lagen de prijzen met 10 tot 15%.

Op dezelfde manier voorkomt het plaatsen van uitwerppennen, met een tussenruimte van 10-15 mm, dat onderdelen buigen tijdens het proces.

Over koelkanalen gesproken: die moeten ongeveer 5-10 mm breed zijn. Dat komt omdat een kortere koeltijd de productiesnelheid versnelt.

Thermisch beheer

Effectief thermisch beheer is belangrijk tijdens het gieten om oververhitting tegen te gaan. Door bijvoorbeeld koellichamen en vinnen te gebruiken bij het ontwerp van de matrijs, worden er voldoende oppervlakken (50-70%) gecreëerd van waaruit de overmatige warmte in de onderdelen kan ontsnappen.

Daarnaast moeten er koelkanalen worden gebruikt met lagere temperaturen (20-30°C).

Bovendien koelen de matrijzen op basis van waterkoeling snel af van 600°C naar 200°C, in niet meer dan 1-2 minuten. Dat helpt verder bij de cycli en de productie-efficiëntie.

Productieproces van aluminium spuitgiet motorhuizen

In een proces als spuitgieten van aluminium motorbehuizing bevatten de onderdelen een sterke, verklaarde afwerking. Dat is het resultaat van het injecteren van gesmolten legeringen onder hoge druk.

Gietmachines voeren het verhitte metaal in de matrijs met behulp van een zuiger en een shotbus. De plaat werkt als een vasthoudgereedschap. De knevelklem zet hem stevig vast.

Fabrikanten geven het gieten ook de vereiste druk via een gas/olieaccumulator om het proces soepeler te laten verlopen.

Typen spuitgietmachines

Warme kamer machines:

Heetkamergieten is zeer geschikt voor legeringen die geen hoog smeltpunt hebben. Bijvoorbeeld zink of lood. Dit komt omdat metalen met een hoog smeltpunt, zoals aluminium, de apparatuur van machines kunnen beschadigen.

Bij het hete kamer proces houden de fabrikanten metaal in een verwarmde kamer. Hierin gieten ze het direct in de mal.

Koudekamermachines:

Deze machines zijn ideaal voor het gieten van legeringen met een gemiddeld tot hoger smeltpunt. Bijvoorbeeld aluminium, koper, titanium, enz. Bij deze techniek gebruiken fabrikanten aparte kamers om de geselecteerde legering te smelten. Daarna brengen ze het over in de mal met behulp van een gietpan. De machine werkt met een injectiedruk van 10-175 MPa. Zo verspreidt het vloeibare metaal zich gelijkmatig in de ruimtes.

Spankracht en cyclustijd:

De machine gebruikt echter 1000-5000 kN klemkracht om de matrijs goed te sluiten. Elke cyclus, inclusief inspuiten, koelen en uitwerpen, is compleet en neemt niet meer dan 30-120 seconden in beslag. Dat hangt af van de grootte en complexiteit van het onderdeel.

Voorbereiding gesmolten metaal

• Smelten: In deze stap wordt aluminium verhit tot 680-750°C in een oven. Van de temperatuur mag niet worden afgeweken om overmatige oxidatie te voorkomen en de vloeibaarheid te behouden.
• Ontgassen: Dit proces is belangrijk bij het stoppen van gesmolten legering om waterstof uit de lucht te absorberen. Hierdoor ontstaat porositeit. Hiervoor verwijdert ontgassen voornamelijk waterstofgas. Het voorkomt dus poreusheid en maakt het gieten sterker.
• Filteren: Er zitten onzuiverheden in metaal, zoals oxides en niet-metaaldeeltjes. Dat verzwakt het gietstuk. Dit kan worden verwijderd met een keramisch filter. Het verwijderen van onzuiverheden maakt het metaal zuiverder (15-25%) en zorgt voor een gladde afwerking.

Temperatuurregeling matrijs

Het beheer van de matrijstemperatuur is nodig om defecten te elimineren en betere onderdelen te maken. Koelkanalen in de matrijs laten bijvoorbeeld water of olie circuleren. Ze voorkomen kromtrekken en krimpen en koelen het metaal gelijkmatig.

Ook verwarmingselementen voldoen aan de behoefte van bepaalde mallen om warm te zijn. Ze stabiliseren dus de temperatuur en voorkomen scheuren.

Bovendien houden temperatuurregelsystemen de matrijstemperatuur op ongeveer 150-250 °C. Ze verminderen koude sluiting of overmatige krimp.

Automatisering in spuitgieten

Robotverwerking:

Robotintegratie helpt de totale cyclustijd te verkorten (10-20%). Omdat ze taken uitvoeren van smelten tot eindproducten. Dit betekent dat er minder kans is op fouten en dat de resultaten efficiënter zijn.

Automatisch spuitgieten:

Om smeermiddelen gelijkmatig over de matrijs te verspreiden, is automatisering handig. Het besproeit de verborgen gebieden en verlengt de levensduur van het onderdeel door 15-30%.

Kwaliteitscontrole en testen van motorhuizen van gietaluminium

Niet-destructief onderzoek (NDT)

Pulsecho methode:

Een transducer zendt ultrasone golven uit in de behuizing. Deze golven weerkaatsen van defecten wanneer ze er niet doorheen gaan. Het richt zich op onderdelen die bijna gebreken in het metaal aangeven.

Methode voor overdracht:

Tijdens deze techniek kijkt het personeel naar de twee transducers aan weerszijden van het gietstuk. Als er een defect is, zullen de golven niet doorkomen of verzwakken.

Inspectietechnieken

Röntgeninspectie:

Deze inspecties analyseren interne defecten in het gietstuk, zoals poreusheid of krimp. Die kunnen de werkelijke prestaties in gevaar brengen. Ultrasone testen bijvoorbeeld vinden verborgen scheurtjes via geluidsgolven met een hoge frequentie. Intensieve kleurstofinspecties helpen oppervlaktedefecten op te sporen met een bepaalde kleurstof.

Statistische procesbeheersing (SPC)

De aangesloten automatiseringssensoren in machines zoals SPC identificeren druk, warmte, koelsnelheden en cyclustijden in real-time. U kunt de parameters onmiddellijk aanpassen voor een betere uitvoer. Ze helpen ook bij het verminderen van defecten met 20-40% en materiaalafval. Het zorgt voor consistentie in de kwaliteit van elke batch.

Metallurgische evaluatie

• Microstructuuranalyse: Het helpt bij het herkennen van de werkelijke korrelvorming en metaalverdeling voor duurzaamheid.
• Controles op naleving: Dit proces zorgt ervoor dat de behuizing voldoet aan de ASTM B85-normen voor mechanische sterkte.

Toepassingen en industrieën die motorhuizen van gietaluminium gebruiken

Automobiel:

Aluminium motorbehuizingen worden gebruikt in motoren voor elektrische voertuigen (EV). Ze blijven efficiënt werken en bevatten minder gewicht. Ook wordt het thermisch beheer beter en gaat de batterij langer mee.

Ruimtevaart en drones:

Behuizing in aandrijfsystemen voor drones houdt extreme temperaturen en trillingen tegen. De werking verloopt soepel.

Industriële machines:

Veel robotarmen, transportbanden en geautomatiseerde systemen maken gebruik van motorbehuizingen. Dat komt omdat het structurele integriteit biedt en warmte afvoert voor constante prestaties.

Hernieuwbare energie:

Bij wisselende weersomstandigheden helpen deze gietstukken de efficiëntie van de motor voor windturbines en zonnevolgsystemen te behouden.

Medische apparatuur:

Er is steeds meer vraag naar motorbehuizingen in medische apparatuur. Dat komt door het precisieontwerp, de compacte afmetingen en de duurzaamheid.

Conclusie:

De belangrijkste kenmerken van de aluminium behuizing van spuitgietmotoren zijn de sterkte, duurzaamheid en uitstekende warmteafvoer. Daarom is het de beste optie voor motoronderdelen, waarbij het lichtgewicht de energie-efficiëntie verbetert. Bovendien zorgen verbeteringen in legeringen en technieken voor sterkere, efficiëntere en milieuvriendelijke oplossingen.