Aluminiumgjutning är en vanlig teknik för att tillverka motorhus. Det är tillräckligt effektivt för att slå alla designkomplexitetsnivåer. Processen börjar med att värma aluminium till sin smältpunkt och sätta in den i formen. Motorhus tillverkade av aluminium innehåller mindre vikt än genomsnittet, håller längre och har utmärkt värmeledningsförmåga.

Låt oss ta reda på hur pressgjutningsprocessen tillverkar denna produkt med hjälp av lämpliga legeringar samt dess tillämpningar och fördelar.

Fördelar med gjutning av aluminium för motorhus

Aluminiumgjutning för motorhus är den perfekta processen. Detta beror på att det ger delen den faktiska styrkan och hållbarheten för att stå upp mot intensiv värme.

Legeringar som A380, ADC12 och A356 är de bästa materialen att använda i motorhus. Det beror på att legeringen A380 har en hög draghållfasthet på 310 MPa. Detta innebär att den kan hantera tunga belastningar.

Under tiden är ADC12 ett annat föredraget alternativ bara för att det innehåller 96-105 W / m-K värmeledningsförmåga. Det hjälper vanligtvis till med värmeavledning.

Medan A356 inte bara erbjuder delar av bästa kvalitet utan även kan uppnå en töjning på upp till 7%. Detta innebär att den kan motstå påverkan bättre. På något sätt beror töjningen på värmebehandlingsförhållandena.

Alla dessa egenskaper tillsammans gör aluminiumhöljen till det perfekta valet för applikationer inom fordons-, flyg- och industriindustrin.

Prestationsmått

Lättviktare:

När man arbetar med aluminium finns det en lättviktsfunktion i delar. Till exempel är dessa delar 60% mindre tunga än gjutjärn. Det visar att det är lätt att hantera motorhus och transportera.

Hög precision:

Pressgjutning tar sig an produktprofiler på ett effektivt sätt och skapar inte varianter. Så det är i princip ett bra alternativ för att uppnå snäva toleranser så mycket som +/- 0,05 mm.

Termisk konduktivitet:

Motorer genererar överdriven värme under drift. Det är därför aluminium generellt fungerar bättre i motorhus på grund av dess goda värmeledningsförmåga. Det håller komponenterna svala. Aluminiumlegeringen A356 har t.ex. en värmeledningsförmåga på 150 W/m-K.

Elektrisk konduktivitet:

Vissa motorkonstruktioner kräver god elektrisk ledningsförmåga. Så aluminium är också tillräckligt bra för denna egenskap.

Utmattningshållfasthet:

Materialet i motorhusen måste dock klara upprepade påfrestningar utan att gå sönder. För detta är en legering som A380 lämplig eftersom den ger den nödvändiga hållbarheten och håller längre.

Kostnadsanalys

Total ägandekostnad:

Den initiala verktygskostnaden för pressgjutning blir överkomlig på grund av vad den långsiktiga användningen gör. Aluminium är inte heller lika dyrt som stål, och gjutningsprocessen minskar avfallet.

Jämförelse med andra metoder:

Processens enkelhet, med färre steg, gör den billigare än andra metoder för gjutning och maskinbearbetning.

Miljöpåverkan

Gjutningsprocessen förvandlar överflödigt material till återanvändningsprojekt. Eftersom aluminium är 100% återvinningsbart och inte påverkar miljön mycket. Dessutom använder dess lättviktsfunktion mindre energi, vilket alternativt sparar 25% bränsleanvändning.

Konstruktionsöverväganden för motorhus av aluminiumgjutgods

FEA och simulering

Vid finita element-analys används datorsimuleringar. Det förbättrar konstruktioner och varnar för kommande defekter före tillverkning. Till exempel spänningspunkter, värmeflöde etc. Så att motorhuset fungerar effektivt.

Analys av spänning/töjning:

När det gäller spänningsresistens hjälper simuleringar tillverkarna att identifiera svaga punkter, även de förstärkta områden som är benägna att spricka. Dessutom kan A380-legeringen hjälpa till att hantera påfrestningar på 150-200 MPa. Det är vanligtvis lika med bilmotordelar.

Termisk analys:

Simuleringar räknar ut värmerörelsens kapacitet vid utformningen av kylstrukturer. Detta beror på att motorhuset måste hålla sig under 150°C utan att släppa ut för mycket värme.

Minskning av defekter:

Simuleringsverktyg hjälper till att eliminera risken för defekter, till exempel luftporositet, med cirka 30-50%.

Design av Gating- och Runner-system

Gatesystem fungerar som vägar för smält metall och leder den mot gjutformen. Deras placeringsteknik påverkar kvaliteten och styrkan på utmatningen.

Flödeshastighet:

Formen måste fyllas jämnt och det får inte ta mer än 2 till 5 sekunder. För lång tid ökar risken för att luft fastnar. Det orsakar porositet (små hål)

Typer av grindar:

• Flikportar: De är 2-5 mm tjocka och lämpar sig väl för stora och tunga detaljer.
• Stiftgrindar: De är 1-3 mm breda. Du kan använda dem för tunnväggiga delar som motorhuslock.
• Överströmningsgrindar: De kan fånga upp orenheter. Dessa grindar förbättrar också ytfinheten med 20%.

Turbulensreglering:

Genom att utforma löparna på ett bra sätt får man starka och släta delar. Det minskar porositeten upp till 20-30%.

Detaljer om verktygskonstruktion

Formen är en viktig komponent vid pressgjutning. Den formar smält metall till den slutliga delen. Deras designtekniker har verkligen en betydande inverkan på produktionen. Till exempel gör glider och kärnor i formen uttalade funktioner som kylflänsar. Men på något sätt höjer deras 3 till 5-skikts tillägg priserna med 10 till 15%.

På samma sätt förhindrar placering av utstötningsstift, med 10-15 mm mellanrum, att delar böjs under processen.

På tal om kylkanaler, de måste vara cirka 5-10 mm breda. Det beror på att en minskning av kyltiden ökar produktionshastigheten.

Termisk hantering

Effektiv värmehantering är viktig under gjutningen för att förhindra överhettning. Genom att till exempel använda kylflänsar och fenor i formkonstruktionen skapas tillräckligt många ytor (50-70%) där den överdrivna värmen i delarna kan ta sig ut.

Dessutom bör man använda kylkanaler som har lägre temperaturer (20-30°C).

Dessutom kyls matriserna som är baserade på vattenkylning snabbt från 600°C till 200°C, vilket inte tar mer än 1-2 minuter. Det bidrar ytterligare till cykel- och produktionseffektiviteten.

Tillverkningsprocess för motorhus av gjutgods i aluminium

I en process som pressgjutning av aluminium motorhuset har delarna en stark och tydlig ytbehandling. Det är resultatet av att använda högtrycksinsprutning av smält legering.

Gjutmaskiner matar in den uppvärmda metallen i formen med hjälp av en kolv och en gjuthylsa. Plattan fungerar som hållverktyg. Knippspännaren håller fast den ordentligt.

Tillverkarna ger också gjutningen det nödvändiga trycket via en gas/oljeackumulator för att göra processen smidigare.

Typer av pressgjutningsmaskiner

Maskiner med varmkammare:

Varmkammargjutning lämpar sig väl för legeringar som inte har höga smältpunkter. Till exempel zink eller bly. Detta beror på att metaller med hög smältpunkt som aluminium kan skada maskinernas utrustning.

När det gäller varmkammarprocessen håller tillverkarna metall i en uppvärmd kammare. Där häller de den direkt i formen.

Maskiner med kall kammare:

Dessa maskiner är idealiska för gjutning av legeringar med måttlig till hög smältpunkt. Till exempel aluminium, koppar, titan etc. Under denna teknik använder tillverkarna separata kammare för att smälta vald legering. Sedan överför de den till formen med hjälp av en skänk. Maskinen arbetar med 10-175 MPa insprutningstryck. Så att den flytande metallen sprider sig jämnt inuti områdena.

Spännkraft och cykeltid:

Maskinen använder dock en klämkraft på 1.000-5.000 kN för att stänga formen tätt. Varje cykel, inklusive injektion, kylning och utstötning, är komplett och tar inte mer än 30-120 sekunder. Det beror på detaljens storlek och komplexitet.

Förberedelse av smält metall

• Smältning: Detta steg handlar om att värma aluminium till 680-750°C i en ugn. Temperaturen får inte avvikas från för att undvika överdriven oxidation och bibehålla flytbarheten.
• Avgasning: Denna process är viktig om man stoppar smält legering för att absorbera väte från luften. Porositeten uppstår som ett resultat. För detta avlägsnar avgasning främst vätgas. Det förhindrar därför porositet och gör gjutningen starkare.
• Filtrering: Det finns orenheter i metall, som oxider och icke-metalliska partiklar. Det försvagar gjutningen. Detta kan avlägsnas med hjälp av ett keramiskt filter. Avlägsnande av föroreningar gör metallen renare (15-25%) och skapar en jämn yta.

Temperaturreglering av munstycken

Temperaturstyrning av pressverktyg är nödvändigt för att eliminera defekter och tillverka bättre detaljer. Exempelvis cirkulerar vatten eller olja i kylkanalerna inuti verktyget. De förhindrar skevhet och krympning och kyler metallen jämnt.

På samma sätt uppfyller värmeelement vissa formars behov av att vara varma. På så sätt stabiliserar de temperaturen och undviker sprickor.

Temperaturkontrollsystem håller också verktygstemperaturen på cirka 150-250°C. De minskar kallstopp eller överdriven krympning.

Automation vid pressgjutning

Robothantering:

Integration av robotar bidrar till att minska den totala cykeltiden (10-20%). Eftersom de hanterar uppgifter från smältning till slutprodukter. Det innebär att risken för fel minskar och att resultaten blir mer effektiva.

Automatiserad formsprutning:

För att jämnt fördela smörjmedel på verktyget är automatisering till stor hjälp. Den sprutar på de dolda områdena och förlänger livslängden på 15-30%.

Kvalitetskontroll och provning av motorhus i gjutgods av aluminium

Icke-förstörande provning (NDT)

Pulse Echo Method:

En transducer sänder ultraljudsvågor in i höljet. Dessa vågor reflekteras från defekter när de inte passerar genom dem. Den fokuserar på delar nästan för att indikera brister i metallen.

Genom överföringsmetod:

Under denna teknik arbetar personalen vid de två givarna på båda sidor av gjutningen. Om det finns en defekt kommer vågorna inte att passera igenom eller försvagas.

Inspektionstekniker

Röntgeninspektion:

Dessa inspektioner analyserar interna gjutdefekter, som porositet eller krympning. Det kan äventyra den faktiska prestandan. Till exempel hittar ultraljudstestning dolda sprickor via högfrekventa ljudvågor. Samtidigt hjälper färgpenetrantinspektion till att lokalisera ytdefekter med ett visst färgämne.

Statistisk processtyrning (SPC)

De anslutna automationssensorerna i maskiner som SPC identifierar tryck, värme, kylhastigheter och cykeltider i realtid. Du kan omedelbart justera parametrarna för bättre resultat. De hjälper också till att minska defekter med 20-40% och materialavfall. Det ger en konsekvent kvalitet för varje batch.

Metallurgisk utvärdering

• Analys av mikrostruktur: Det hjälper till att känna igen den faktiska kornbildningen och metallfördelningen för hållbarhet.
• Kontroll av överensstämmelse: Denna process säkerställer att höljet uppfyller ASTM B85-standarderna för mekanisk hållfasthet.

Tillämpningar och branscher som använder motorhus i gjutgods av aluminium

Fordon:

Motorhus i aluminium används i motorer för elfordon (EV). De fortsätter att arbeta effektivt och väger mindre. Dessutom blir värmehanteringen bättre och batteriet håller längre.

Flyg- och rymdindustrin samt drönare:

Höljet i drönarnas framdrivningssystem stoppar extrema temperaturer och vibrationer. Det gör att driften fungerar smidigt.

Industriella maskiner:

Många robotarmar, transportband och automatiserade system använder motorhus. Det beror på att det ger strukturell integritet och avleder värme för konstant prestanda.

Förnyelsebar energi:

Under varierande väderförhållanden bidrar dessa gjutgods till att upprätthålla motorernas effektivitet för vindkraftverk och solföljningssystem.

Medicinsk utrustning:

Motorhuset blir alltmer efterfrågat i medicinsk utrustning. Det beror på dess precisionsdesign, kompakta storlek och hållbarhet.

Slutsats:

De viktigaste sakerna med motorhus i gjuten aluminium är dess styrka, hållbarhet och utmärkta värmeavledning. Det är därför det är det bästa alternativet för motordelar, där dess lättviktsegenskaper förbättrar energieffektiviteten. Dessutom leder förbättringar av legeringar och tekniker till starkare, effektivare och miljövänliga lösningar.