Литье алюминия под давлением - распространенная технология изготовления корпусов двигателей. Она достаточно эффективна, чтобы справиться с любым уровнем сложности конструкции. Процесс начинается с нагрева алюминия до температуры плавления и помещения его в пресс-форму. Корпуса двигателей, изготовленные из алюминия, имеют меньший вес, чем в среднем, служат дольше и обладают отличной теплопроводностью.

Давайте узнаем, как процесс литья под давлением позволяет получить этот продукт из подходящих сплавов, а также о его применении и преимуществах.

Преимущества литья алюминия под давлением для корпусов двигателей

Литье алюминия под давлением для корпусов двигателей - идеальный процесс. Он придает детали реальную прочность и долговечность, чтобы противостоять сильному нагреву.

Такие сплавы, как A380, ADC12 и A356, являются лучшими материалами для изготовления корпуса двигателя. Это связано с тем, что сплав А380 обладает высокой прочностью на растяжение - 310 МПа. Это означает, что он может выдерживать большие нагрузки.

В то же время ADC12 - еще один предпочтительный вариант, поскольку он обладает теплопроводностью 96-105 Вт/м-К. Это обычно способствует отводу тепла.

В то время как A356 не только обеспечивает наилучшее качество деталей, но и может достигать удлинения до 7%. Это означает, что она лучше сопротивляется ударам. Так или иначе, удлинение зависит от условий термообработки.

Все эти особенности делают алюминиевые корпуса идеальным выбором для автомобильной, аэрокосмической и промышленной промышленности.

Показатели производительности

Легкий вес:

При работе с алюминием детали имеют небольшой вес. Например, эти детали 601ТП4Т менее тяжелые, чем чугунные. Это говорит о том, что с корпусами двигателей легко обращаться и перевозить.

Высокая точность:

Литье под давлением эффективно принимает профили изделий и не создает вариантов. Таким образом, это, по сути, хороший вариант для достижения жестких допусков до +/- 0,05 мм.

Теплопроводность:

Во время работы двигатели выделяют чрезмерное количество тепла. Именно поэтому алюминий, как правило, лучше всего подходит для изготовления корпусов двигателей, так как он хорошо теплопроводность. Он сохраняет компоненты холодными. Например, алюминиевый сплав A356 имеет теплопроводность 150 Вт/м-К.

Электропроводность:

Некоторые конструкции двигателей требуют хорошей электропроводности. Поэтому алюминий также достаточно хорош для этого свойства.

Усталостная прочность:

Однако материал корпусов двигателей должен выдерживать многократные нагрузки, не разрушаясь. Для этого подходит такой сплав, как A380, поскольку он обеспечивает необходимую прочность и служит дольше.

Анализ затрат

Общая стоимость владения:

Первоначальная стоимость оснастки для литья под давлением становится доступной благодаря тому, что она используется в долгосрочной перспективе. Кроме того, алюминий не так дорог, как сталь, а процесс литья сокращает количество отходов.

Сравнение с другими методами:

Простота процесса, включающего меньшее количество этапов, делает его менее затратным по сравнению с другими методами литья и механической обработки.

Воздействие на окружающую среду

Процесс литья под давлением превращает излишки материала в объекты повторного использования. Ведь алюминий 100% пригоден для вторичной переработки и не оказывает большого влияния на окружающую среду. Кроме того, благодаря своей легкости он потребляет меньше энергии, что позволяет экономить 25% топлива.

Конструктивные соображения для корпусов двигателей, отлитых из алюминия под давлением

FEA и моделирование

При обработке конечно-элементного анализа используется компьютерное моделирование. Это позволяет улучшить конструкцию и предупредить о предстоящих дефектах до начала производства. Например, точки напряжения, тепловые потоки и т. д. Таким образом, корпус двигателя работает эффективно.

Анализ напряжений и деформаций:

В случае с устойчивостью к нагрузкам моделирование помогает производителям выявить слабые места, даже усиленные участки, склонные к образованию трещин. Кроме того, использование сплава А380 помогает выдерживать напряжения около 150-200 МПа. Это обычно равнозначно деталям автомобильных двигателей.

Термический анализ:

Моделирование позволяет определить возможности перемещения тепла при проектировании охлаждающих конструкций. Это связано с тем, что температура корпуса двигателя не должна превышать 150°C без выделения избыточного тепла.

Устранение дефектов:

Инструменты моделирования помогают устранить вероятность возникновения дефектов, таких как воздушная пористость, примерно на 30-50%.

Проектирование систем стробирования и бегунков

Литниковые системы служат путями для расплавленного металла, направляя его в форму. Техника их размещения влияет на качество и прочность выпускаемой продукции.

Скорость потока:

Форма должна заполняться равномерно, не более чем за 2-5 секунд. Чрезмерное время увеличивает вероятность захвата воздуха. Это приводит к появлению пористости (крошечных отверстий)

Типы ворот:

• Ворота-таблички: Они имеют толщину 2-5 мм и хорошо подходят для больших и тяжелых деталей.
• Штыревые ворота: Имеют ширину 1-3 мм. Их можно использовать для изготовления тонкостенных деталей, например, крышек корпуса двигателя.
• Переливные затворы: Они могут улавливать примеси. Эти затворы также улучшают качество обработки поверхности на 20%.

Управление турбулентностью:

Правильное проектирование бегунков обеспечивает прочность и гладкость деталей. Снижает пористость до 20-30%.

Детали конструкции штампа

Форма - важный компонент литья под давлением. Она формирует расплавленный металл в конечную деталь. Методы их проектирования действительно оказывают значительное влияние на выход продукции. Например, направляющие и стержни в пресс-форме делают такие заявленные элементы, как ребра охлаждения. Но, так или иначе, добавление 3-5 слоев повышает цену на 10 15%.

Аналогичным образом, размещение выталкивающих штифтов на расстоянии 10-15 мм друг от друга предотвращает изгиб деталей в процессе работы.

Если говорить о каналах охлаждения, то их ширина должна составлять около 5-10 мм. Это связано с тем, что сокращение времени охлаждения ускоряет скорость производства.

Терморегулирование

Эффективная терморегуляция важна при литье для предотвращения перегрева. Например, использование теплоотводов и ребер в конструкции штампа создает достаточно поверхностей (50-70%), с которых может уходить избыточное тепло в деталях.

Кроме того, следует использовать каналы охлаждения с более низкой температурой (20-30°C).

Кроме того, штампы, использующие водяное охлаждение, быстро охлаждаются с 600°C до 200°C, что занимает не более 1-2 минут. Это еще больше повышает цикличность и эффективность производства.

Процесс производства корпусов электродвигателей методом литья алюминия под давлением

В таком процессе, как литьё алюминия под давлением Корпус двигателя, детали содержат прочную, заявленную отделку. Это результат использования расплавленного сплава под высоким давлением.

Литейные машины подают нагретый металл в форму с помощью поршня и гильзы. В то время как плита служит в качестве удерживающего инструмента. Его плотно фиксирует клещевой зажим.

Кроме того, производители обеспечивают необходимое давление литья с помощью аккумулятора газа/масла, что делает процесс более плавным.

Типы машин для литья под давлением

Горячие камерные машины:

Литье под давлением в горячей камере хорошо подходит для сплавов, которые не имеют высокой температуры плавления. Например, цинк или свинец. Это связано с тем, что металлы с высокой температурой плавления, такие как алюминий, могут повредить машинное оборудование.

В случае с горячим камерным процессом производители держат металл в нагретой камере. Затем они заливают его непосредственно в форму.

Машины с холодной камерой:

Эти машины идеально подходят для литья сплавов с умеренной и высокой температурой плавления. Например, алюминия, меди, титана и т.д. В ходе этой технологии производители используют отдельные камеры для расплавления выбранного сплава. Затем они переносят его в форму с помощью ковша. Машина работает при давлении впрыска 10-175 МПа. Таким образом, жидкий металл равномерно распределяется внутри форм.

Усилие зажима и время цикла:

При этом машина использует усилие смыкания 1 000-5 000 кН для плотного закрытия пресс-формы. Каждый цикл, включающий впрыск, охлаждение и выталкивание, занимает не более 30-120 секунд. Это зависит от размера и сложности детали.

Подготовка расплавленного металла

• Плавление: Этот этап заключается в нагревании алюминия в печи при температуре 680-750°C. От температуры нельзя отклоняться, чтобы избежать чрезмерного окисления и сохранить текучесть.
• Дегазация: Этот процесс важен в случае остановки расплавленного сплава для поглощения водорода из воздуха. В результате возникает пористость. Поэтому при дегазации удаляется в основном водородный газ. Таким образом, она предотвращает появление пористости и делает отливку более прочной.
• Фильтрация: В металле присутствуют примеси, такие как оксиды и неметаллические частицы. Это ослабляет отливку. Их можно удалить с помощью керамического фильтра. Удаление примесей делает металл более чистым (15-25%) и создает гладкую поверхность.

Контроль температуры матрицы

Управление температурой штампа необходимо для устранения дефектов и изготовления более качественных деталей. Например, по охлаждающим каналам внутри штампа циркулирует вода или масло. Предотвращая коробление и усадку, они равномерно охлаждают металл.

Нагревательные элементы также отвечают потребностям определенных форм в тепле. Таким образом, они стабилизируют температуру и предотвращают появление трещин.

Кроме того, системы контроля температуры поддерживают температуру матрицы на уровне 150-250°C. Они уменьшают количество холодных остановок или чрезмерной усадки.

Автоматизация в литье под давлением

Роботизированные манипуляторы:

Интеграция роботов помогает сократить общее время цикла (10-20%). Ведь они выполняют задачи от плавки до производства готовой продукции. Это означает, что вероятность ошибки меньше, а результаты - эффективнее.

Автоматизированное напыление штампов:

Чтобы равномерно распределить смазку на штампе, не обойтись без автоматики. Она опрыскивает скрытые участки и продлевает срок службы детали 15-30%.

Контроль качества и испытания корпусов двигателей из алюминиевого литья под давлением

Неразрушающий контроль (NDT)

Метод импульсного эха:

Преобразователь передает ультразвуковые волны в корпус. Эти волны отражаются от дефектов, когда не проходят сквозь них. Он фокусируется почти на всех деталях, чтобы указать на дефекты в металле.

Метод сквозной передачи:

Во время этой методики персонал работает с двумя датчиками по обе стороны отливки. Если есть дефект, волны не пройдут через него или ослабнут.

Методы проверки

Рентгеновский контроль:

В ходе этих проверок анализируются внутренние дефекты отливки, такие как пористость или усадка. Это может негативно сказаться на эксплуатационных характеристиках. Например, ультразвуковой контроль находит скрытые трещины с помощью высокочастотных звуковых волн. А контроль с помощью красителя помогает обнаружить поверхностные дефекты с помощью определенного красителя.

Статистический контроль процессов (SPC)

Присоединенные датчики автоматизации в таких машинах, как SPC, определяют давление, нагрев, скорость охлаждения и время цикла в режиме реального времени. Вы можете немедленно отрегулировать параметры для повышения производительности. Кроме того, они помогают снизить количество дефектов на 20-40% и уменьшить отходы материалов. Они обеспечивают постоянство качества каждой партии.

Металлургическая оценка

• Анализ микроструктуры: Он помогает определить фактическое формирование зерен и распределение металла для обеспечения прочности.
• Проверка на соответствие: Этот процесс гарантирует, что корпус соответствует стандартам ASTM B85 по механической прочности.

Области применения и отрасли, в которых используются корпуса двигателей, изготовленные методом литья алюминия под давлением

Автомобиль:

Алюминиевые корпуса двигателей используются в электродвигателях электромобилей (EV). Они работают эффективно и имеют меньший вес. Кроме того, улучшается терморегуляция, и батарея служит дольше.

Аэрокосмическая промышленность и беспилотники:

Корпус в двигательных установках беспилотников не подвержен воздействию экстремальных температур и вибраций. Он обеспечивает бесперебойную работу.

Промышленное оборудование:

Во многих роботизированных манипуляторах, конвейерных лентах и автоматизированных системах используется корпус двигателя. Это связано с тем, что он обеспечивает структурную целостность и рассеивает тепло для постоянной работы.

Возобновляемые источники энергии:

В различных погодных условиях эти отливки помогают поддерживать эффективность двигателей для ветряных турбин и систем слежения за солнечной энергией.

Медицинское оборудование:

Корпус двигателя становится все более востребованным в медицинском оборудовании. Это объясняется точностью конструкции, компактными размерами и долговечностью.

Заключение:

Наиболее важными качествами алюминиевого литого корпуса двигателя являются прочность, долговечность и отличный теплоотвод. Именно поэтому он является лучшим вариантом для деталей двигателя, где его легкие характеристики повышают энергоэффективность. Кроме того, совершенствование сплавов и технологий позволяет создавать более прочные, эффективные и экологичные решения.