Turnarea sub presiune a aluminiului este o tehnică comună de fabricare a carcasei motorului. Este suficient de eficientă pentru a învinge orice nivel de complexitate a designului. Procesul începe prin încălzirea aluminiului până la punctul său de topire și introducerea acestuia în matriță. Carcasele motoarelor realizate din aluminiu conțin mai puțină greutate decât media, durează mai mult și au o conductivitate termică excelentă.

Să descoperim cum procesul de turnare sub presiune realizează acest produs folosind aliaje adecvate, precum și aplicațiile și beneficiile sale.

Beneficiile turnării sub presiune a aluminiului pentru carcasele motoarelor

Turnarea sub presiune a aluminiului pentru carcasele motoarelor este procesul ideal. Acest lucru se datorează faptului că oferă piesei rezistența și durabilitatea reale pentru a rezista la căldură intensă.

Aliaje precum A380, ADC12 și A356 sunt cele mai bune materiale de utilizat în carcasa motorului. Acest lucru se datorează faptului că există o rezistență mare la tracțiune de 310 MPa în aliajul A380. Acest lucru înseamnă că poate suporta sarcini grele.

Între timp, ADC12 este o altă opțiune preferată doar pentru că conține o conductivitate termică de 96-105 W/m-K. Aceasta ajută de obicei la disiparea căldurii.

În timp ce A356 oferă nu numai piese de cea mai bună calitate, dar poate atinge o alungire de până la 7%. Acest lucru înseamnă că poate rezista mai bine la impact. Cumva, alungirea depinde de condițiile de tratare termică.

Toate aceste caracteristici împreună fac din carcasele din aluminiu alegerea perfectă pentru aplicații auto, aerospațiale și industriale.

Metrici de performanță

Ușoare:

Atunci când lucrați cu aluminiu, există o caracteristică ușoară în piese. De exemplu, aceste piese sunt 60% mai puțin grele decât fonta. Acest lucru arată că este ușor să manipulați carcasele motorului și să le transportați.

Precizie ridicată:

Turnarea sub presiune preia eficient profilurile produselor și nu creează variante. Prin urmare, este practic o opțiune bună pentru a obține toleranțe strânse de până la +/- 0,05 mm.

Conductivitate termică:

Motoarele generează căldură excesivă în timpul funcționării. Acesta este motivul pentru care aluminiul funcționează în general mai bine în carcasele motoarelor datorită bunei sale conductivitate termică. Menține componentele reci. De exemplu, aliajul de aluminiu A356 are o conductivitate termică de 150 W/m-K.

Conductivitate electrică:

Anumite modele de motoare necesită o bună conductivitate electrică. Prin urmare, aluminiul este, de asemenea, suficient de bun pentru această proprietate.

Rezistența la oboseală:

Cu toate acestea, materialul carcasei motorului trebuie să suporte solicitări repetate fără a se rupe. Pentru aceasta, un aliaj precum A380 este potrivit, deoarece oferă durabilitatea necesară și rezistă mai mult.

Analiza costurilor

Costul total al proprietății:

Costul inițial al sculelor de turnare sub presiune devine accesibil datorită utilizării sale pe termen lung. De asemenea, aluminiul nu este la fel de costisitor ca oțelul, iar procesul de turnare reduce deșeurile.

Comparație cu alte metode:

Simplitatea procesului, incluzând mai puține etape, îl face mai puțin costisitor decât alte metode de turnare și prelucrare.

Impactul asupra mediului

Procesul de turnare sub presiune transformă materialul excesiv în proiecte de reutilizare. Deoarece aluminiul este 100% reciclabil și nu are un impact prea mare asupra mediului. În plus, caracteristica sa ușoară utilizează mai puțină energie, economisind alternativ 25% consumul de combustibil.

Considerații de proiectare pentru carcasele motoarelor din aluminiu turnat sub presiune

FEA și simulare

Procesarea analizei elementelor finite utilizează simulări pe calculator. Aceasta îmbunătățește proiectele și avertizează cu privire la defectele viitoare înainte de fabricație. De exemplu, punctele de tensiune, fluxul de căldură etc. Astfel încât carcasa motorului să funcționeze eficient.

Analiza tensiunilor/deformărilor:

În cazul rezistenței la stres, simulările ajută producătorii să identifice punctele slabe, chiar și zonele ranforsate predispuse la fisuri. În plus, utilizarea aliajului A380 poate ajuta la gestionarea tensiunilor de aproximativ 150-200 MPa. Aceasta este, de obicei, egală cu cea a pieselor de motoare auto.

Analiză termică:

Simulările dau seama de capacitățile de deplasare a căldurii în timpul proiectării structurilor de răcire. Acest lucru se datorează faptului că carcasa motorului trebuie să rămână sub 150°C fără a elibera căldură excesivă.

Reducerea defectelor:

Instrumentele de simulare ajută la eliminarea șanselor de defecte, cum ar fi porozitatea aerului, cu aproximativ 30-50%.

Proiectarea sistemului Gating și Runner

Sistemele de trecere servesc drept căi pentru metalul topit, curgându-l spre matriță. Tehnicile de amplasare a acestora afectează calitatea și rezistența ieșirilor.

Viteza de curgere:

Mucegaiul trebuie umplut uniform, fără a dura mai mult de 2 până la 5 secunde. Timpul excesiv crește șansele de captare a aerului. Acest lucru cauzează porozitate (găuri mici)

Tipuri de porți:

• Tab Gates: Acestea au o grosime de 2-5 mm și sunt potrivite pentru piese mari și grele.
• Porți cu știfturi: Au lățimea de 1-3 mm. Le puteți utiliza pentru piese cu pereți subțiri, cum ar fi capacele carcasei motorului.
• Porți de revărsare: Acestea pot capta impuritățile. Aceste porți îmbunătățesc, de asemenea, finisajul suprafeței prin 20%.

Controlul turbulențelor:

Proiectarea corectă a patinelor oferă piese puternice și netede. Aceasta reduce porozitatea până la 20-30%.

Detalii privind designul matriței

Matrița este o componentă importantă în turnarea sub presiune. Aceasta modelează metalul topit în piesa finală. Tehnicile lor de proiectare au într-adevăr un impact semnificativ asupra producției. De exemplu, glisierele și miezurile din matriță fac caracteristici declarate, cum ar fi aripioarele de răcire. Dar cumva, adăugarea lor de 3 până la 5 straturi crește prețurile cu 10 până la 15%.

În mod similar, plasarea știfturilor de ejecție, la o distanță de 10-15 mm, împiedică îndoirea pieselor în timpul procesului.

Vorbind despre canalele de răcire, acestea trebuie să aibă o lățime de aproximativ 5-10 mm. Acest lucru se datorează faptului că o reducere a timpului de răcire accelerează viteza de producție.

Managementul termic

Gestionarea termică eficientă este importantă în timpul turnării pentru a opri supraîncălzirea. De exemplu, utilizarea radiatoarelor și aripioarelor în proiectarea matrițelor creează suficiente suprafețe (50-70%) de unde se poate evacua căldura excesivă din piese.

În plus, trebuie utilizate canale de răcire care au temperaturi mai scăzute (20-30°C).

În plus, matrițele care se bazează pe răcirea cu apă se răcesc rapid de la 600°C la 200°C, în cel mult 1-2 minute. Acest lucru ajută și mai mult la ciclism și la eficiența producției.

Procesul de fabricație al carcasei motorului din aluminiu turnat sub presiune

Într-un proces precum aluminiu turnat sub presiune carcasa motorului, piesele conțin finisaje puternice, declarate. Acesta este rezultatul utilizării injecției de aliaj topit de înaltă presiune.

Mașinile de turnare introduc metalul încălzit în matriță cu ajutorul unui piston și al unui manșon de injecție. În timp ce platanul funcționează ca instrument de fixare. Clema basculantă îl fixează strâns.

De asemenea, producătorii asigură presiunea necesară turnării prin intermediul unui acumulator de gaz/ulei pentru a face procesul mai ușor.

Tipuri de mașini de turnare sub presiune

Mașini cu cameră fierbinte:

Turnarea sub presiune cu cameră fierbinte este potrivită pentru aliajele care nu au puncte de topire ridicate. De exemplu, zinc sau plumb. Acest lucru se datorează faptului că metalele cu punct de topire ridicat, cum ar fi aluminiul, pot deteriora echipamentele mașinilor.

În cazul procesului cu cameră fierbinte, producătorii păstrează metalul într-o cameră încălzită. În care îl toarnă direct în matriță.

Mașini cu cameră rece:

Aceste mașini sunt ideale pentru turnarea aliajelor cu punct de topire moderat până la ridicat. De exemplu, aluminiu, cupru, titan etc. În timpul acestei tehnici, producătorii folosesc camere separate pentru a topi aliajul selectat. Apoi îl transferă în matriță cu ajutorul unei căldări. Mașina funcționează la o presiune de injecție de 10-175 MPa. Astfel încât metalul lichid să se răspândească uniform în interiorul zonelor.

Forța de strângere și durata ciclului:

Cu toate acestea, mașina utilizează o forță de strângere de 1.000-5.000 kN pentru a închide bine matrița. Fiecare ciclu, inclusiv injecția, răcirea și ejecția, este complet, nu durează mai mult de 30-120 de secunde. Aceasta depinde de dimensiunea și complexitatea piesei.

Pregătirea metalului topit

• Topirea: Această etapă constă în încălzirea aluminiului la 680-750°C într-un cuptor. Temperatura nu trebuie să fie deviată pentru a evita oxidarea excesivă și a menține fluiditatea.
• Degazare: Acest proces este important în cazul opririi aliajului topit pentru a absorbi hidrogen din aer. Ca urmare, apare porozitatea. Pentru aceasta, degazarea elimină în principal hidrogenul gazos. Prin urmare, previne porozitatea și face ca turnarea să fie mai puternică.
• Filtrare: Există impurități în metal, cum ar fi oxizi și particule nemetalice. Acest lucru slăbește turnarea. Acestea pot fi îndepărtate cu ajutorul unui filtru ceramic. Îndepărtarea impurităților face metalul mai pur (15-25%) și creează un finisaj neted.

Controlul temperaturii matriței

Gestionarea temperaturii matriței este necesară pentru a elimina defectele și a produce piese mai bune. De exemplu, canalele de răcire din interiorul matriței pun în circulație apă sau ulei. Împiedicând deformarea și contracția, acestea răcesc uniform metalul.

În mod similar, elementele de încălzire îndeplinesc necesitățile anumitor matrițe de a fi calde. Astfel, ele stabilizează temperatura și evită fisurile.

De asemenea, sistemele de control al temperaturii mențin temperatura matriței la aproximativ 150-250°C. Acestea reduc opririle la rece sau contracția excesivă.

Automatizare în turnarea sub presiune

Manipulare robotizată:

Integrarea roboților contribuie la reducerea duratei totale a ciclului (10-20%). Deoarece se ocupă de sarcini începând de la topire până la produsele finale. Aceasta înseamnă că există mai puține șanse de eroare, iar rezultatele sunt mai eficiente.

Pulverizarea automată a matrițelor:

Pentru răspândirea uniformă a lubrifianților pe matriță, automatizarea este utilă. Aceasta pulverizează zonele ascunse și prelungește durata de viață a piesei de 15-30%.

Controlul calității și testarea carcasei motorului din aluminiu turnat sub presiune

Testarea nedistructivă (NDT)

Metoda pulsului ecou:

Un traductor transmite unde ultrasonice în carcasă. Aceste unde se reflectă din defecte atunci când nu trec prin ele. Se concentrează pe piese aproape pentru a indica defectele din metal.

Prin metoda de transmisie:

În timpul acestei tehnici, personalul de la cele două transductoare de pe ambele părți ale piesei turnate. Dacă există un defect, undele nu vor trece sau vor slăbi.

Tehnici de inspecție

Inspecție cu raze X:

Aceste inspecții analizează defectele interne de turnare, cum ar fi porozitatea sau contracția. Acestea ar putea compromite performanțele reale. De exemplu, testarea cu ultrasunete găsește fisuri ascunse prin intermediul undelor sonore de înaltă frecvență. Între timp, inspecția prin penetrare a colorantului ajută la localizarea defectelor de suprafață cu ajutorul unui anumit colorant.

Controlul statistic al proceselor (SPC)

Senzorii de automatizare conectați la mașini precum SPC identifică presiunea, căldura, ratele de răcire și durata ciclului în timp real. Puteți ajusta imediat parametrii pentru o producție mai bună. De asemenea, acestea ajută la reducerea defectelor prin 20-40% și a deșeurilor de materiale. Oferă consecvență în ceea ce privește calitatea fiecărui lot.

Evaluare metalurgică

• Analiza microstructurii: Aceasta ajută la recunoașterea formării reale a granulelor și a distribuției metalelor pentru durabilitate.
• Verificări de conformitate: Acest proces asigură că carcasa îndeplinește standardele ASTM B85 pentru rezistență mecanică.

Aplicații și industrii care utilizează carcase de motor din aluminiu turnat sub presiune

Automobile:

Carcasele motoarelor din aluminiu sunt utilizate în motoarele vehiculelor electrice (EV). Acestea continuă să funcționeze eficient, conținând mai puțină greutate. De asemenea, gestionarea termică devine mai bună, iar bateria durează mai mult.

Industria aerospațială și dronele:

Carcasa din sistemele de propulsie ale dronelor oprește impactul temperaturilor și vibrațiilor extreme. Funcționează fără probleme.

Utilaje industriale:

Multe brațe robotizate, benzi transportoare și sisteme automatizate utilizează carcase de motor. Acest lucru se datorează faptului că oferă integritate structurală și disipă căldura pentru o performanță constantă.

Energie regenerabilă:

În condiții meteorologice variate, aceste piese turnate ajută la menținerea eficienței motorului pentru turbinele eoliene și sistemele de urmărire solară.

Echipament medical:

Carcasa motorului este din ce în ce mai solicitată în echipamentele medicale. Acest lucru se datorează designului său precis, dimensiunilor compacte și durabilității.

Concluzie:

Cele mai importante lucruri despre carcasa motorului din aluminiu turnat sub presiune sunt rezistența, durabilitatea și disiparea excelentă a căldurii. Acesta este motivul pentru care este cea mai bună opțiune pentru piesele de motor, unde caracteristica sa ușoară îmbunătățește eficiența energetică. În plus, îmbunătățirile aduse aliajelor și tehnicilor îl duc spre soluții mai puternice, mai eficiente și ecologice.