TRUMPAI

Struktūrinis liejimas, ypač naudojant taip vadinamą mega liejimo procesą, keičia automobilių gamybą, leisdamas didelėms, sudėtingoms transporto priemonės baltąjį korpusą (BIW) gaminti kaip vieną detalę. Ši inovacija radikaliai sumažina detalių skaičių, todėl supaprastinamos surinkimo linijos, mažinamos gamybos išlaidos ir gerinama transporto priemonės konstrukcinė standumas. Sujungdami daugybę mažesnių komponentų, automobilių gamintojai gali greičiau kurti lengvesnes, tvirtesnes ir tvariau besivystančias transporto priemones nei anksčiau.

Paradigmos pasikeitimas automobilių gamyboje: nuo išspaudytų surinkimų prie mega liejimų

Jau dešimtmečius automobilio pagrindas, jo baltasis korpusas (BIW), buvo sudėtingas galvosūkis, surinktas iš šimtų atskirų išspaudintų metalinių detalių. BIW yra automobilio pagrindinė konstrukcija prieš pridedant judančias dalis, tokias kaip durelės, variklis ar apdaila. Šis tradicinis metodas apima sudėtingas tiekimo grandines, išplėstas robotizuotas surinkimo linijas ir didžiulius įrenginių gamybos kiekvienai mažai daliai investicijas. Tačiau pramonė patiria esminį poslinkį, kuris vyksta nuo šio dalinio požiūrio link sujungto ir žymiai efektyvesnio metodo: struktūrinio presavimo liejimo, dažnai vadinamo mega liejimu arba giga liejimu.

Šis transformacinis procesas keičia daugybę išspaudžiamų detalių viena didelės apimties ir sudėtinga aliuminio liejiniu. Šio požiūrio strateginė nauda yra didžiulė. Automobilių gamintojai gali pašalinti visus logistikos, suvirinimo ir surinkimo etapus, dėl ko gamybos procesas tampa efektyvesnis. Puikus šios raidos pavyzdys – „Volvo Cars“ strateginis pereinamasis prie mega liejimo būsimų automobilių konstrukcijose. Kaip detaliai aprašyta „ ESI Group “ atvejo tyrimo, „Volvo“ sėkmingai pakeitė užpakalinę kėbulo dalį, kuri buvo sudaryta iš maždaug 100 atskirų dalių, viena mega liejimo detalė. Tam įmonė surinkimo gamyklose įrengė milžiniškus 8400 tonų formavimo liejimo įrenginius, vadinamus Giga Presses, siekdama supaprastinti gamybą.

Tai nėra izoliuotas reiškinys. Kiti pirmaujantys automobilių gamintojai jau priėmė šią technologiją svarbiems konstrukciniams komponentams. Pavyzdžiui, „Audi A8 Space Frame“ naudoja didelį presuotą galinį šoninį elementą – svarbų sujungimo elementą, kuris suteikia stiprumą ir standumą. Pagal GF Casting Solutions , vienas šis detalės keičia daugybę komponentų, kurie kitaip sudarytų sudėtingą surinkimą, sumažindamas tiek automobilio svorį, tiek surinkimo laiką. Pereinant prie mega liejimo, aiškiai vyksta paradigmos pasikeitimas, kurį skatina siekis efektyvumo, našumo ir darnumo šiuolaikinėje automobilių gamyboje.

Šių dviejų gamybos filosofijų skirtumai yra ryškūs. Nors tradicinė presavimas siūlo lankstumą nedideliams dizaino pokyčiams, jo sudėtingumas mastelio atžvilgiu sukelia reikšmingus iššūkius kainoje, laike ir kokybės kontroliavime. Priešingai, mega liejimas reikalauja didesnių išlaidų įrankiams ir dizainui iš pradžių, tačiau masinėje gamyboje užtikrina eksponentines sutaupymo ir našumo naudas. Žemiau pateikta lentelė iliustruoja pagrindinius skirtumus.

Pagrindinės technologijos ir procesai šiuolaikiniame struktūriniame liejime

Didelio masto ir tikslumo pasiekimas mega liejimui priklauso nuo pažangių technologijų rinkinio, pradedant milžiniška įranga ir baigiant specializuota medžiagų mokslu. Šis procesas yra žymiai sudėtingesnis nei tradicinis liejimas, reikalaudamas didelės slėgio jėgos, vakuumo sąlygų ir kruopščios proceso kontrolės, kad būtų galima sukurti didelius komponentus, atitinkančius griežtus automobilių saugos ir našumo standartus. Būtent šios inovacijos leidžia automobilių gamintojams vienu metu nulieti visą transporto priemonės pagrindą.

Šios technologijos pagrindą sudaro didelės formavimo mašinos ir specifiniai liejimo procesai. Įmonės, tokios kaip Bühler sukūrė tokias sprendimo serijas kaip Carat, kurios gali generuoti užrakinimo jėgas iki 84 000 kilonjūtonų (kN) arba daugiau. Ši milžiniška jėga būtina didžiuliams formoms laikyti suspaustoms, kai po aukštu slėgiu įpurškiamas lydytas aliuminis, užtikrinant tikslų matmenų tikslumą labai dideliems detalių elementams. Be to, pats liejimo procesas yra labai specializuotas. Kaip paaiškino Magna International , vienas pagrindinių metodų yra aukšto slėgio vakuumo liejimas, kuris pašalina orą iš formos ertmės dar neįpurškus metalo. Tai neleidžia atsirasti poroms ir leidžia lydiniui užpildyti kiekvieną sudėtingos formos detalę, rezultatu gaunant tvirtesnę ir patikimesnę galutinę dalį.

Medžiagų mokslas taip pat vaidina itin svarbų vaidmenį. Naudojami aliuminio lydiniai nėra standartiniai; tai pažangūs formulavimai, sukurti siekiant didelės stiprybės, plastiškumo ir puikios energijos sugerimo galimybės susidūrimo metu. „Audi A8“ užpakaliniam šoniniam elementui buvo sukurtas specialus lydinys Castasil-37 (AlSi9MnMoZr), atitinkantis aukštus mechaninius reikalavimus. Tačiau yra kompromisų. Pavyzdžiui, A360 aliuminis žinomas dėl išskirtinės stiprybės aukštoje temperatūroje, tačiau jį lieti sunkiau. Tinkamo lydinio pasirinkimas – tai kruopštus balansas tarp našumo reikalavimų, liejimo lengvumo ir kainos.

Nors didelio masto struktūrinis liejimas yra revoliucingas sprendimas BIW taikymams, kiti gamybos procesai, tokie kaip tikslus kovavimas, išlieka būtini kitiems automobilių komponentams. Detalėms, kurios reikalauja didžiausios nuovargio atsparumo ir stiprybės, pvz., variklio ir pakabos sistemose, dažnai pranašesnis yra pažangus karštas kovavimas. Pramonės specialistai tokie kaip Shaoyi (Ningbo) Metal Technology teikia šiuos IATF16949 sertifikuotus automobilių kovinius dalinius, parodantys, kaip skirtingos pažangios gamybos technologijos viena kitą papildo kuriant modernų transporto priemonę.

Struktūrinio formavimo liejimu sėkminga įgyvendinimas neįmanomas be skaitmeninės bazės. Formos įrankių milžiniška kaina – dažnai viršijanti vieną milijoną eurų – daro fizinį bandomąjį ir klaidų metodą neįmanomą. Todėl prognozuojamoji simuliacija yra būtinas, neatmestinas žingsnis. Pažangios programinės įrangos, tokios kaip ESI Group ProCAST, pagalba inžinieriai gali virtualiai modeliuoti visą procesą, nuo formos įkaitinimo ir lydinčio metalo tekėjimo iki sukietėjimo ir galimo detalės iškraipymo. Šis virtualus prototipavimas sumažina riziką, optimizuoja dizainą dėl gamybos patogumo ir užtikrina, kad galutinė detalė veiktų kaip tikėtasi.

Formavimo liejimu kūno viduje struktūrų strateginiai pranašumai

Automobilių pramonės sparčią struktūrinio liejimo naudojimą lemia įtikinamas strateginių pranašumų rinkinys, kuris veikia viską – nuo gamyklos aikštelės iki automobilio našumo kelyje. Šie pranašumai eina toliau nei tiesiog detalių skaičiaus mažinimas; jie sukuria kaskadinį efektyvumo, sąnaudų taupymo ir inžinerinės inovacijos poveikį, suteikiant automobilių gamintojams reikšmingą konkurencinį pranašumą. Iš esmės pergalvodami automobilio korpuso konstrukciją, gamintojai atveria naujas galimybes dizaine ir gamyboje.

Didžiausias iš karto pastebimas pranašumas – gamybos proceso esminis supaprastinimas. Sujungus beveik 100 detalių į vieną komponentą, kaip Volvo pavyzdyje, automobilių gamintojai gali labai sumažinti savo surinkimo cechų sudėtingumą. Tai pasireiškia konkrečiais operaciniais rezultatais. Pagal pramonės lyderį Bühler, toks požiūris gali pašalinti poreikį iki 300 robotų surinkimo linijoje ir sumažinti reikalingą gamyklų plotą 30 %. Tai ne tik sumažina kapitalines išlaidas, bet ir mažina nuolatinę energijos sąnaudą bei techninio aptarnavimo išlaidas, prisidedant prie tvaresnės gamybos aplinkos.

Iš automobilio našumo perspektyvos, struktūriniai liejiniai siūlo pranašesnes charakteristikas. Vienos detalės konstrukcija pašalina šimtų suvirinimų ir sujungimų nenuoseklumus bei galimus gedimo taškus, sukurdama standesnį ir tvirtesnį šasi. Tai padidina automobilio valdymą, saugą ir ilgaamžiškumą. Be to, iš pažangių aliuminio lydinių pagaminti liejiniai užtikrina puikų svorio ir energijos sugeriamosios galios santykį, kas yra svarbu atsižvelgiant į šiuolaikinius susidūrimų saugos standartus. Kita svarbi nauda – bendras automobilio svorio sumažėjimas, ypač svarbu elektriniams automobiliams (EV), kai kiekvienas sutaupytas kilogramas gali padidinti baterijos veikimo nuotolį ir pagerinti efektyvumą.

Galiausiai šie inžineriniai ir gamybos pranašumai pasireiškia reikšmingais finansiniais ir strateginiais laimėjimais. Pagrindinių pranašumų santrauka apima:

• Detalių konsolidacija: Pakeičiant dešimtis ar net šimtus mažesnių štampuotų detalių vienu integruotu liejiniu.
• Gamybos supaprastinimas: Sumažinant surinkimo žingsnių, suvirinimo robotų ir logistikos sudėtingumą, dėl ko padidėja automobilių gamybos greitis.
• Išlaidų mažinimas: Mažinant įrankių, surinkimo darbo jėgos, tiekimo grandinės valdymo ir gamyklos plotų sąnaudas.
• Geroves konstrukciniai rodikliai: Pasiekiant didesnį sukimo standumą ir matmeninį tikslumą, užtikrinant geresnę transporto priemonės dinamiką ir saugumą.
• Svorio taupymas: Naudojant lengvuosius aliuminio lydinius, siekiant sumažinti bendrą transporto priemonės masę, kas yra svarbu elektromobilių (EV) nuvaziuojamam atstumui ir efektyvumui gerinti.
• Tvarumo nauda: Mažinant energijos suvartojimą kėbulo skyriuje ir palengvinant vienalyčių detalių perdirbimą po transporto priemonės eksploatacijos laikotarpio pabaigos.

Sunkumų įveikimas ir kėbulo konstrukcijos ateitis

Nepaisant didelio potencialo, struktūrinio liejimo diegimo kelias nėra laisvas nuo didelių iššūkių. Milžiniško masto ir sudėtingumo mega liejimų gamyba sukelia inžinerines kliūtis, kurios reikalauja naujo tikslumo, planavimo ir investicijų lygio. Tai nėra paprasti esamų procesų patobulinimai, bet esminis transporto priemonių konstrukcijos ir gamybos pertvarkymas. Sėkmingai įveikus šias sudėtingas problemas, atsiveria technologijos visiškų pranašumų realizavimo galimybė.

Pagrindinė problema yra pradinėje projektavimo ir patvirtinimo fazėje. Kadangi vieno mega liejimo formos gamyba kainuoja daugiau nei 1 mln. EUR, klaidų beveik neįmanoma sau leisti. Projektas turi būti tobulinamas skaitmeninėje erdvėje gerokai anksčiau, nei bus pjaunamas bet koks metalas. Dėl to pažangios simuliacijos tampa būtina priemone. Inžinieriai turi virtualiai numatyti ir sumažinti galimus rizikos veiksnius, tokius kaip nelygus formos šildymas, turbulentiškas metalo tekėjimas užpildant formą bei detalės iškraipymas po atšalimo. Toks priklausomumas nuo virtualaus prototipavimo reiškia didžiulį poslinkį, reikalaujantį naujų įgūdžių ir gilaus pasitikėjimo simuliacinės programinės įrangos tikslumu, siekiant sumažinti didžiulių kapitalo investicijų riziką.

Kitas svarbus sunkumas – užtikrinti nuolatinę kokybę ir mechanines savybes masinės gamybos metu. Išlaikyti siaurus matmenų tarpus per labai didelę ir sudėtingą detalę, liejant po liejimo, yra didelis techninis pasiekimas. Proceso parametrų tobulinimas – nuo lydinio temperatūros iki injekcijos greičio ir aušinimo spartos – yra būtinas defektų išvengimui ir užtikrinant, kad kiekviena detalė atitiktų reikalaujamus stiprumo ir ilgaamžiškumo standartus. Tam reikalingas gilus proceso valdymo, jutiklių technologijos ir kokybės užtikrinimo integravimas visame gamybos cikle.

Korpuso konstrukcijos dizaino ateitis neišskiriamai susijusi su šių skaitmeninių įrankių vystymusi. Kita perspektyva – tai vientiso skaitmeninio ryšio sukūrimas, kuris sujungtų pradinius liejimo modeliavimą su galutinio transporto priemonės našumo modeliavimu. Tai reiškia, kad duomenys apie atlieto komponento „realiai pagamintas“ savybes – įskaitant likutines įtempių būklę ar mikroskopines variacijas – gali būti tiesiogiai perduodami į susidūrimo, nuovargio bei triukšmo, vibracijos ir kietumo (NVH) modelius. Šis visapusiškas, virtualizuotas darbo procesas leis inžinieriams optimizuoti transporto priemonių konstrukciją beprecedentiniu tikslumu, užtikrinant, kad teoriniai didžiojo liejimo pranašumai būtų visiškai pasiekti saugiausiose ir efektyviausiose keliuose važiuojančiose transporto priemonėse.

Dažniausiai užduodami klausimai

1. Kas yra BIW korpusas baltai?

Korpusas be detales (angl. BIW) – tai automobilių gamybos etapas, kai automobilio korpuso rėmas ir lakštų metalo detalės jau surinkti, bet dar nėra pridėti judantys komponentai (durelės, variklio dangtis, bagažinės dangtis), apdaila, šasi detalių ir variklio sistemos. Tai reiškia automobilio pagrindinį konstrukcinį korpusą, kuris sudaro pagrindą visoms kitoms sistemoms.

2. Kas yra struktūrinis liejimas?

Struktūrinis liejimas – tai gamybos procesas, naudojamas gaminti didelės apimties, sudėtingas ir apkrovą nešančias dalis, į formas aukštu slėgiu įpurškiant įlydį, dažniausiai aliuminio lydalį. Automobilių pramonėje jis naudojamas gaminti svarbias BIW ir šasi dalis, reikalaujančias didelės stiprybės, standumo ir matmenų tikslumo, dažnai pakeičiant daugelį mažesnių detalių rinkinius.

3. Koks stipriausias aliuminis štampavimo liejimui?

„Stipriausias“ aliuminio lydinys dažnai priklauso nuo konkretaus taikymo reikalavimų, tokių kaip atsparumas aukštai temperatūrai, plastiškumas ir korozijos atsparumas. Lydiniai, pvz., A360, išsiskiria puikiu stiprumu, ypač aukštesnėse temperatūrose, ir geru korozijos atsparumu. Tačiau šie stiprūs lydiniai gali būti sudėtingesni liejimui, todėl inžinieriams tenka ieškoti kompromiso tarp medžiagos našumo ir gamybos technologiškumo.