Процес на прецизно леене под налягане в автомобилната промишленост: Обяснени прецизни части

Накратко

Процесът на леене под налягане в автомобилната промишленост е производствена техника с високо налягане, при която разтопен неметален материал се впръсква в многократно използваема стоманена форма, известна като матрица. Този метод е от съществено значение за съвременната автомобилна индустрия при производството на здрави, леки и сложни компоненти с висока прецизност. Като използва сплави като алуминий, цинк и магнезий, леенето под налягане има решаваща роля за подобряване на работните характеристики на превозните средства, повишаване на горивната икономичност и осъществяване на масово производство на части с отлична размерна точност.

Основите на леенето под налягане: какво е то и защо е важно за автомобилната промишленост

Леенето под налягане е процес на метално леене, при който се задава принудително вкарване на разтопен метал в кухина на форма под високо налягане. Според Уикипедия , този натиск може да варира от 10 до 175 мегапаскала (MPa), осигурявайки пълване на всеки детайл на сложната двучастна форма от закалена стомана. След като метала се охлади и затвърдее, формата се отваря и детайлът, известен като отливка, се изхвърля. Този процес има прилики с прецизното леене на пластмаси, но се използва за цветни метали, което го превръща в основен елемент на съвременното производство.

В автомобилната индустрия значението на прецизното леене не може да бъде надценено. Производителите са под постоянно налягане да подобряват разхода на гориво и да намалят емисиите, което в голяма степен зависи от намаляването на теглото на превозните средства. Прецизното леене осигурява ефективно решение, като позволява производството на леки компоненти без компрометиране на якостта или издръжливостта. Както отбелязва RapidDirect , тази техника е ключова алтернатива за производството на метални изделия, която позволява по-тънки стени и сложни геометрии, трудно постижими с други методи. Това води до по-леки превозни средства, по-добро разходване на гориво и подобрена обща производителност.

Възможността на процеса да произвежда детайли, близки до крайната форма, с отлична повърхност и постоянни размери, е още едно голямо предимство. Това намалява нуждата от обширни вторични механични обработки, спестявайки време и разходи в среди с висок обем производство. Въпреки че леенето под налягане е идеално за създаване на сложни части, други високоефективни методи като коването също са от съществено значение в автомобилното производство. Например, някои компании се специализират в автомобилни ковани части , процес, известен с произвеждането на компоненти с изключителна якост, често използван за критични приложения с високо натоварване, като компоненти за висулка и задвижващи системи.

Основните предимства на автомобилното леене под налягане включват:

• Лекота: Използването на леки метали с ниска плътност, като алуминий и магнезий, помага за намаляване на общото тегло на превозното средство, което директно допринася за по-добра икономия на гориво.
• Сложност и прецизност: Високото налягане при инжектиране позволява изработката на сложни, тънкостенни части с висока точност, което осигурява по-съвършени и компактни конструкции на превозни средства.
• Висока скорост на производство: Пресоването под налягане е бърз процес, при който автоматизирани машини могат да произвеждат хиляди идентични части за един сеанс, което го прави изключително икономически изгоден за масово производство.
• Прочност и издръжливост: Детайлите, получени чрез пресоване под налягане, притежават отличен съотношение между якост и тегло и добра устойчивост към корозия, осигурявайки дълготраен и надежден срок на служба за ключови автомобилни компоненти.

Поетапният процес на пресоване под налягане: От разтопения метал до готовата детайл

Процесът на леене под налягане в автомобилната промишленост е високо прецизен, многоетапен процес, при който разтопеният метал се превръща в готов компонент с изключителна скорост и точност. Целият работен поток може да се раздели на четири основни етапа: подготовката на формата, пълнене (инжектиране), избутване и отстраняване на излишъка (рязане). Всеки етап е от решаващо значение за осигуряване на окончателната детайл да отговаря на строгите изисквания за размерна точност и качеството на повърхността.

Първо, трябва да се подготви формата. Двете половини на закалената стоманена форма се почистват и след това се напръскват със смазка. Тази смазка има две функции: помага за контролиране на температурата на формата и действа като средство за отделяне, осигурявайки лесното премахване на затворената отливка без повреди. След напръскване двете половини на формата се затварят плътно и се затегват с голяма сила, за да издържат последващото впръскване под високо налягане.

Следващият етап е пълненето или инжектирането. Разтопеният метал, който е бил стопен в отделна пещ (при процеса със студена камера) или в самата машина (при процеса с гореща камера), се принудително вкарва в формовата кухина. Буталото впръсква метала с висока скорост и под налягане, осигурявайки пълно запълване на всички дупки в матрицата, преди да започне затвърдяването. Налягането се поддържа по време на охлаждането, за да се минимизира свиването и порестостта. След като метала се затвърди, двете половини на матрицата се отварят и отливката се избутва чрез изхвърлящи щифтове. Накрая, при етапа на разчистване, излишният материал, като например канали за леене, литникови системи и обло (тънък материал, изтекъл по линията на разделяне на матрицата), се премахва чрез рязане. Този отпадъчен материал обикновено се събира и преоттапя за повторна употреба, което прави процеса изключително устойчив.

Двете основни метода на леене под високо налягане са процесите с гореща камера и със студена камера, които са подходящи за различни метали и приложения.

Основни материали при прецизното леене в автомобилната промишленост: алуминий, цинк и магнезий

Изборът на материал при прецизното леене в автомобилната промишленост е от решаващо значение, тъй като директно влияе на теглото, здравината, устойчивостта срещу корозия и цената на крайния компонент. Най-често използваните материали са нежелязни сплави на алуминий, цинк и магнезий, като всяка от тях притежава уникабен набор от свойства, адаптирани към конкретни приложения.

Алуминиеви сплавове са най-разпространени в автомобилната промишленост, предимно поради отлично балансираното им съчетание от лекота и якост. Както е посочено в Fictiv , сплавите като A380 са ценени за добрите си механични свойства, висока топлопроводност и устойчивост на корозия, което ги прави идеални за части, които работят под напрежение и при високи температури. Общите приложения включват двигателни блокове, кутии за скоростни кутии, маслото и структурните компоненти като части за шаси. Използването на алуминий е ключова стратегия за облекчаване на теглото на превозни средства с цел подобряване на икономията на гориво.

Цинкови сплавове , като тези от семейството на Замак, са друг популярен избор. Цинкът е ценен за изключителната си лепенка, която му позволява да запълва сложни и тънкостенни части на формата с висока точност. Той предлага отлична стабилност на размерите, висока устойчивост при удари и лесно се покрива за декоративни или защитни доходи. Според Бруши , цинкът често се използва за части, изискващи висококачествено покритие на повърхността и тесни толеранции, като дръжки на врати, корпуси за ключалки, редуктори за ретрактори на предпазни колани и корпуси за електронни сензори.

Магниеви сплавове са най-леките от обичайните метали за литие на изкуство, предлагащи по-добро съотношение на якост към тегло. Магнезият е с около 33% по-лек от алуминия и с 75% по-лек от стоманата. Това го прави идеален материал за приложения, където намаляването на теглото е най-висок приоритет. Както обяснява 3ЕПР , магнезият се използва за компоненти като рамки на волана, рамки на седалките, инструментални панели и кашони за прехвърляне. Неговата отлична обработваемост и амортизационна способност също са значителни предимства в автомобилното проектиране.

Сравнение на съединенията за клавиатура

• Тегло: Магнезият е най-лекият, следван от алуминия, а цинкът е най-тежък от трите.
• Сила: Зинковите сплави обикновено имат по-висока здравина при стайна температура, но алуминиевите сплави запазват силата си по-добре при повишени температури.
• Устойчивост на корозия: Всички три предлагат добра корозионна устойчивост, с специфични характеристики в зависимост от сплава и повърхностната обработка.
• Цена: Цинкът и алуминият обикновено са по-рентабилни за производство на големи обеми, докато магнезият може да бъде по-скъп.
• Лиячна процес: Цинкът и магнезият могат да бъдат отливени с помощта на по-бързия процес на гореща камера, докато алуминият изисква по-бавен процес на студена камера поради по-високата си точка на топене и корозивен ефект върху компонентите за инжектиране на стомана.

Основни техники за лиене на изкуствени изделия и техните приложения

Докато високотисковото литие на изгаряне (HPDC) е най-разпространеният метод, са разработени няколко варианта, за да се отговорят на специфичните производствени нужди, особено за критични автомобилни компоненти, където структурната целост е от първостепенно значение. Тези техники включват изпускане на изгаряне под ниско налягане и изгаряне на изгаряне с вакуум, като всяка от тях предлага различни предимства за различни приложения.

Изливът под високо налягане (HPDC) остава стандарт за производството на по-голямата част от автомобилните части поради скоростта и способността му да създава сложни, в форма на мрежа компоненти. Използва се за всичко от компоненти на двигателя и корпуси на трансмисията до по-малки части като сензорни корпуси и скоби. Въпреки това, често срещано предизвикателство при HPDC е потенциалът за заграбване на въздух по време на бързото впръскване на разтопен метал, което може да доведе до порозност при окончателното отливане. Тази порозност може да компрометира механичните свойства на детайла и да предотврати термичната обработка.

За да се справим с това, Отливане под вакуум е нает. При този процес се използва вакуум, за да се премахнат въздух и газове от кухината на изкопаемата материя, преди да се впръсква метала. Това значително намалява пористостта, което води до по-плътни, по-силни части с подобрена повърхностна обработка. Тази техника е идеална за критични за безопасността компоненти и части, които изискват последващо заваряване или топлообработка, като структурни възли, монтажи на двигателя и компоненти на окачването.

Нисконапрежно прецизно леене (LPDC) е друга алтернатива, при която разтопен метал е внимателно въведен в формата отдолу с помощта на ниско налягане (обикновено от 7 до 30 psi). Това по-бавно, по-контролирано пълнене свежда до минимум турбуленцията и уловката на въздуха, което води до части с отлични механични свойства и ниска порозност. LPDC често се избира за по-големи, симетрични компоненти като колела и някои двигателни блокове, където структурната цялост е по-критична от бързото време на цикъла.

Предимства и недостатъци на прецизното леене под налягане

Както всеки производствен процес, лиенето на изкуствени изделия има определен набор от компромиси, които го правят подходящ за някои приложения, но не и за други.

Предимства

• Висока скорост на производство: Процесът е силно автоматизиран и може да произвежда части с много бърза скорост, което намалява цената на част в големи количества.
• Отлична точност на измеренията: Изливът на изкуствени изделия произвежда части с много тесни толеранции, често елиминирайки необходимостта от последващо обработка.
• Сложни геометрии: Процесът позволява създаването на сложни форми и тънки стени, които са трудни за постигане с други методи.
• Гладка повърхностна обработка: Изливанията имат естествено гладка повърхност, която може лесно да бъде покрита или довършена за естетически цели.

Недостатъци

• Високи първоначални разходи: Орудието и машините, необходими за лиенето на матрица, са много скъпи, което ги прави недороги за производство с малък обем.
• Материални ограничения: Процесът обикновено се ограничава до цветни метали с висока течност, като алуминий, цинк и магнезий.
• Потенциал за поривност: При стандартен HPDC, задържаният въздух може да причини вътрешни пори, които могат да повлияят на здравината на детайла и да предотвратят топлинната обработка.
• Дълги срокове за обработка на инструментите: Проектирането и производството на нов тип матрица е сложен и отнема време.

Заключителни мисли за процеса на изливане на машините

Процесът на изпускане на изгаряния за автомобили е основна технология, която позволява производството на леки, сложни и надеждни компоненти, необходими за съвременните превозни средства. От подобряване на горивната ефективност чрез намаляване на теглото до създаване на сложни конструкции с високоточни части, въздействието му е неоспоримо. Чрез използването на уникалните свойства на алуминиевите, цинковите и магнезиевите сплави производителите могат да персонализират компонентите, за да постигнат специфични цели за производителност, безопасност и разходи. Тъй като автомобилната индустрия продължава да се развива към електрически и автономни превозни средства, търсенето на усъвършенствани техники за лиене на изгаряне, които произвеждат още по-големи и по-интегрирани структурни части, ще продължи да расте, утвърждавайки роля

Често задавани въпроси

1. да се съобрази с Каква е основната разлика между лиенето на матрица и коването?

Основната разлика се крие в състоянието на метала. При прецисното леене металът се нагрява, докато стане разтопен (течен), след което се инжектира в форма, където затвърдява. При коването металът се нагрява до пластично състояние, но остава в твърдо състояние и след това се оформя чрез прилагане на огромно налягане с чук или преса. Коването обикновено произвежда по-здрави и по-издръжливи части, докато прецизното леене е по-подходящо за създаване на сложни и детайни форми.

2. Защо порьозността е проблем при прецизното леене?

Порьозността се отнася до микроскопични празноти или мехурчета газ, уловени в леения метал при затвърдяването му. Тя е проблем, защото може да отслаби компонента, правейки го податлив на пукане под натоварване. Порьозността също попречва на частите да бъдат безопасно термично обработвани или заварявани, тъй като уловеният газ се разширява при нагряване, което може да причини мехури на повърхността и вътрешни микропукалания, засягайки структурната цялост на детайла.

3. Могат ли стомана или желязо да се използват при прецизното леене?

Въпреки че технически е възможно, леенето под налягане на черни метали като стомана и желязо е много необичайно. Изключително високите им температури на топене биха довели до бързо разграждане и износване на стоманените форми, което би направило процеса икономически неизгоден поради краткия живот на инструментите. Затова процесът се използва почти изключително за цветни метали с по-ниски температури на топене.