Postopek litja pod tlakom v avtomobilski industriji: Natančni deli pojasnjeni

POVZETEK

Postopek die casting v avtomobilski industriji je tehnika izdelave pod visokim tlakom, pri kateri se taljeni neželezni kovinski material vbrizga v ponovno uporabljeno jekleno kalup, znano kot matrica. Ta metoda je bistvena za sodobno avtomobilsko industrijo pri proizvodnji trdnih, lahkih in zapletenih komponent z visoko natančnostjo. Z uporabo zlitin, kot so aluminij, cink in magnezij, ima die casting ključno vlogo pri izboljšanju zmogljivosti vozil, povečanju gorivne učinkovitosti ter omogočanju serijske proizvodnje delov z odlično točnostjo dimenzij.

Osnove die casting postopka: Kaj je to in zakaj je pomemben v avtomobilski industriji

Die casting je postopek litja kovin, ki ga definira vbrizg taljene kovine v votlino kalupa pod visokim tlakom. Glede na Wikipedija , ta tlak lahko znaša od 10 do 175 megapaskalov (MPa), kar zagotavlja, da kovina zapolni vsako podrobnost zapletene dvodelne kalibrirane jeklene opreme. Ko se kovina ohladi in strdi, se kalibr odpre in del, ki se imenuje litje, izvrže. Ta postopek ima podobnosti s plastičnim brizganjem, vendar se uporablja za barvne kovine, zaradi česar predstavlja temelj sodobne proizvodnje.

V avtomobilski industriji pomen litja pod tlakom ne more biti preveč poudarjen. Proizvajalci so stalno pod pritiskom, da izboljšajo porabo goriva in zmanjšajo emisije, kar v veliki meri odvisno od zmanjšanja teže vozila. Litje pod tlakom ponuja učinkovito rešitev, saj omogoča proizvodnjo lahkih komponent brez izgube trdnosti ali vzdržljivosti. Kot je opozoril RapidDirect , je ta tehnika ključna alternativa za proizvodnjo kovinskih delov, ki omogoča tanjše stene in kompleksne geometrije, kar je težko doseči z drugimi metodami. To vodi k lažjim vozilom, boljši porabi goriva in izboljšanimu skupnemu učinku.

Možnost procesa za izdelavo skoraj končnih oblik delov z odlično površinsko gladkostjo in dimenzijsko natančnostjo je še ena pomembna prednost. To zmanjša potrebo po obsežnih sekundarnih obdelavah, prihrani čas in stroške v okoljih visokoserijske proizvodnje. Čeprav je litje pod tlakom idealno za izdelavo zapletenih delov, so druge visoko zmogljive metode, kot je kovanje, prav tako ključne v avtomobilski proizvodnji. Na primer, nekatere podjetja se specializirajo za delovi za utrjevalne dele v avtomobilski industriji , postopek, ki je znan po izdelavi komponent z izjemno trdnostjo, pogosto uporabljen za kritične napetostno obremenjene aplikacije, kot so dele za vzmetenje in pogonsko gredje.

Osnovne prednosti avtomobilskega litja pod tlakom vključujejo:

• Zmanjševanje mase: Uporaba kovin z nizko gostoto, kot sta aluminij in magnezij, pomaga zmanjšati skupno težo vozila, kar neposredno prispeva k boljši porabi goriva.
• Zapletenost in natančnost: Visokotlačno litje omogoča izdelavo zapletenih, tankostenskih delov z majhnimi odstopanji, kar omogoča bolj sofisticirane in kompaktne konstrukcije vozil.
• Visoka hitrost proizvodnje: Litje v kalupe je hitel proces, pri katerem avtomatizirane naprave lahko v enem samem ciklu izdelajo tisoče identičnih delov, kar ga naredi zelo učinkovitega za serijsko proizvodnjo.
• Trdnost in vzdržljivost: Liti deli v kalupih kažejo odličen razmerje med trdnostjo in težo ter dobro odpornost proti koroziji, kar zagotavlja dolgo življenjsko dobo in zanesljivost ključnih avtomobilskih komponent.

Postopni postopek litja v kalupih: Od taline kovine do končnega dela

Postopek litja avtomobilskih delov je visoko izpopolnjen, večstopenjski proces, ki iz taline kovine ustvari končni del z izjemno hitrostjo in natančnostjo. Celoten delovni tok se lahko razdeli na štiri glavne faze: priprava kalupa, polnjenje (vbrizgavanje), izmet in odstranjevanje režnjev (obrezovanje). Vsak korak je ključen za zagotavljanje, da končni del ustreza strogi kakovosti glede točnosti dimenzij in površinske obdelave.

Najprej je treba pripraviti kalup. Obe polovici kalibriranega jeklenega modela se očistita in nato namažeta s podmazovalnim sredstvom. To sredstvo ima dve funkciji: pomaga nadzorovati temperaturo kalupa in deluje kot sredstvo za olajšanje izmeta, kar zagotavlja, da se strjeni odlitek lahko brez poškodb enostavno odstrani. Ko je kalup namažan, se obe polovici trdno zapreta in sklopita pod ogromno silo, da prenesejo nadaljnje vbrizgavanje pod visokim tlakom.

Naslednja je polnilna ali vbrizgana stopnja. Taljen kovinski material, ki je bil stopljen v ločeni peči (pri postopku hladne komore) ali neposredno v sami napravi (pri postopku tople komore), se pod tlakom vtisne v votlino kalupa. Bat vbrizga kovino s hitro hitrostjo in pod visokim tlakom, kar zagotovi, da se vsak del oklepa napolni, preden se začne strjevati. Tlak se ohranja tudi med hlajenjem, da se čim bolj zmanjša krčenje in poroznost. Ko se kovina strdi, se polovici kalupa odpreta in odlitek iztisnejo izvlečne igle. Nazadnje se v fazi odstranjevanja odvečnega materiala odrežejo dodatki, kot so pretoki, litniki in lisice (tanki material, ki izteče ob ločni ploskvi kalupa). Ta odpadna surovina se običajno zbere in znova pretopi za ponovno uporabo, kar naredi postopek zelo trajnostnega.

Dva glavna načina visokotlačnega litja pod tlakom sta postopek tople komore in postopek hladne komore, ki sta primerna za različne kovine in aplikacije.

Osnovni materiali v avtomobilskih litinah: aluminij, cink in magnezij

Izbira materiala pri avtomobilski litini je ključnega pomena, saj neposredno vpliva na težo, trdnost, odpornost na korozijo in stroške končne komponente. Najpogosteje uporabljeni materiali so nemetalne zlitine aluminija, cinka in magnezija, od katerih vsaka ponuja edinstven nabor lastnosti, prilagojenih specifičnim aplikacijam.

Aluminijske zlitine so najbolj razširjeni v avtomobilski industriji, predvsem zaradi njihove odlične kombinacije lahke teže in trdnosti. Kot je podrobno opisal Fictiv , zlitine, kot je A380, cenimo zaradi dobrih mehanskih lastnosti, visoke toplotne prevodnosti in odpornosti proti koroziji, kar jih naredi idealnimi za dele, ki delujejo pod napetostjo in pri visokih temperaturah. Pogoste uporabe vključujejo motorje, ohišja menjalnikov, oljne koritnice in strukturne komponente, kot so dele podvozja. Uporaba aluminija je ključna strategija za zmanjševanje mase vozila, da se izboljša poraba goriva.

Cinkovske legire , kot so zlitine družine Zamak, so še ena priljubljena izbira. Cink cenimo zaradi izjemne tekočnosti pri litju, ki omogoča natančno polnjenje zapletenih in tankostenskih delov modela. Ponuja odlično dimenzijsko stabilnost, visoko udarno trdnost in je enostavno prevleči za dekorativne ali zaščitne površine. Glede na Bruschi , se cink pogosto uporablja za dele, ki zahtevajo visokokakovostno površinsko dokončanje in tesne tolerance, kot so ročaji vrat, ohišja ključavnice, zobniki varovalnih pasov in ohišja elektronskih senzorjev.

Magnezijski legiri so najlažje od navadnih metalov za litje na žerjavko, ki imajo superiorno razmerje trdnosti do teže. Magnezij je približno 33% lažji od aluminija in 75% lažji od jekla. To ga naredi idealen material za aplikacije, kjer je zmanjšanje teže najvišja prednostna naloga. Kot je pojasnil 3ERP , se magnezij uporablja za sestavne dele, kot so okvirji volanov, okvirji sedežev, instrumentne plošče in prenosni škatli. Njegova odlična strojna zmogljivost in odtušljivost sta tudi pomembne prednosti pri oblikovanju avtomobilov.

Primerjava zlitin za liganje s stiskanjem

• Teža: Magnezij je najlažji, sledi aluminij, cink pa je najtežji od treh.
• Trdnost: Zinkove zlitine imajo na sobni temperaturi običajno večjo trdnost pri vztrajanju, aluminijeve pa bolje pri visokih temperaturah.
• Odpornost proti koroziji: Vse trije imajo dobro odpornost na korozijo, specifične lastnosti pa so odvisne od zlitine in površinske obdelave.
• Cena: Cink in aluminij sta običajno stroškovno učinkovitejša za proizvodnjo velikih količin, magnezij pa je lahko dražji.
• Lijevni postopek: Cink in magnezij se lahko izlivajo z hitrejšim postopkom v vroči komori, medtem ko aluminij zaradi višje tališče in korozivnega učinka na jeklenih vbrizgavnih sestavin zahteva počasnejši postopek v hladni komori.

Ključne tehnike litja s stiskanjem in njihove uporabe

Medtem ko je visokozatekanje s žganjem (HPDC) najbolj pogosta metoda, je bilo razvitih več različic za zadovoljevanje specifičnih proizvodnih potreb, zlasti za kritične avtomobilske komponente, kjer je strukturna celovitost najpomembnejša. Te tehnike vključujejo lijanje pod nizkim tlakom in lijanje s vakuumom, vsako pa ponuja različne prednosti za različne aplikacije.

Vrhunsko tlačno likčenje (HPDC) ostaja standard za proizvodnjo velike večine avtomobilskih delov zaradi svoje hitrosti in sposobnosti za ustvarjanje kompleksnih komponent v obliki mreže. Uporablja se za vse, od sestavnih delov motorja in ohišja menjalnika do manjših delov, kot so senzorji in nosilci. Vendar pa je pogost izziv pri HPDC možnost, da se med hitrim vbrizgavanjem taljene kovine utegne ujeti zrak, kar lahko vodi do poroznosti v končni odlitvi. Ta porost lahko ogrozi mehanske lastnosti dela in prepreči toplotno obdelavo.

Da bi to rešili, Litenje pod vakuumsko pomočjo je zaposlen. V tem procesu se pred vbrizgavanjem kovine iz votline odstrani zrak in plini. To bistveno zmanjša poroznost, kar vodi do gostotejših, močnejših delov z izboljšano površinsko obdelavo. Ta tehnika je idealna za varnostno kritične komponente in dele, ki zahtevajo poznejše varjenje ali toplotno obdelavo, kot so konstrukcijski vozlišči, nosilci motorja in komponente vzmetenja.

Nizkotlačno litje pod tlakom (LPDC) je druga alternativa, pri kateri se taljena kovina nežno vstavlja v kalup od spodaj z uporabo nizkega tlaka (običajno 7 do 30 psi). Ta počasnejši in bolj nadzorovani napolnitev zmanjšuje turbulence in ujetje zraka, kar vodi do delov z odličnimi mehanskimi lastnostmi in majhno poroznostjo. LPDC se pogosto izbere za večje, simetrične komponente, kot so kolesa in nekateri blokovi motorja, kjer je strukturna celovitost bolj kritična kot hiter čas cikla.

Prednosti in slabosti tlačnega litja

Kot vsak proizvodni proces ima litje na žerjavici različne kompromisne možnosti, zaradi katerih je primerna za nekatere namene, za druge pa ne.

Prednosti

• Visoka hitrost proizvodnje: Postopek je visoko avtomatiziran in lahko proizvaja dele v zelo hitrem tempu, kar zniža stroške na del v velikih serijah.
• Odlična natančnost dimenzij: Izlitje s stiskanjem proizvaja dele z zelo tesnimi tolerancami, kar pogosto odpravlja potrebo po obdelavi.
• Kompleksne geometrije: S tem postopkom se ustvarijo zapletene oblike in tanke stene, ki jih je z drugimi metodami težko doseči.
• Gladka površina: Odlitki imajo naravno gladko površino, ki jo je mogoče za estetske namene enostavno prevlečeti ali končati.

Pomanjkljivosti

• Visoki začetni stroški: Orodje (brizge) in stroji, potrebni za litje v brizgu, so zelo dragi, zaradi česar so stroški za proizvodnjo majhnega obsega prohibitivni.
• Vsebnostni omejitvi: Proces je na splošno omejen na neželezne kovine z visoko tekočnostjo, kot so aluminij, cink in magnezij.
• Možnost poroznosti: V standardnem HPDC lahko ujet zrak povzroči notranje pore, ki lahko vplivajo na trdnost dela in preprečijo toplotno obdelavo.
• Dolgi čas predelave za orodje: Projektiranje in izdelava novega stekla je zapleten in časovno zapleten proces.

Končne misli o postopku likčenja v avtomobilu

Proces likčenja v avtomobilu je temeljna tehnologija, ki omogoča proizvodnjo lahkih, kompleksnih in zanesljivih sestavnih delov, ki so bistvenega pomena za sodobna vozila. Od izboljšanja porabe goriva do zmanjšanja teže in omogočanja naprednih oblikov z visoko natančnimi deli, je njegov vpliv nesporen. Proizvajalci lahko z uporabo edinstvenih lastnosti aluminijeve, cinkove in magnezijeve zlitine prilagodijo komponente, da izpolnjujejo določene cilje glede učinkovitosti, varnosti in stroškov. Ker se avtomobilska industrija še naprej razvija proti električnim in avtonomnim vozilom, bo povpraševanje po naprednih tehnikah litja na stiskanje, ki proizvajajo še večje in bolj integrirane strukturne dele, samo še naraščalo, kar bo utrdilo njeno vlogo kot kritičnega proizvodnega procesa za prihodnost.

Pogosta vprašanja

1. - Vprašanje: Kakšna je glavna razlika med litjem na stisnjen način in kovanjem?

Glavna razlika je v stanju kovine. V likovni obdelavi se kovine segrejejo, dokler ne postanejo taljene (tekoče), nato pa jih vbrizgajo v kalup, da se utrdijo. Pri kovanju se kovine segrejejo, dokler niso lahko oblikovane, vendar ostanejo v trdnem stanju. Nato jo oblikujejo z velikim pritiskom s kladivom ali s tiskanjem. Kovanje običajno proizvaja močnejše in trpežnejše dele, medtem ko je litje s stiskanjem boljše za ustvarjanje zapletenih, zapletenih oblik.

2. Vprašanje: Zakaj je pri likovanju s strojevim problem poroznosti?

Poroznost se nanaša na majhne praznine ali plinske mehurčke, ki se med trdljenjem vlitine ujamejo v metal. To je zaskrbljujoče, ker lahko oslablja sestavni del, zaradi česar se pod stresom lahko razpoke. Poroznost preprečuje tudi varno toplotno obdelavo ali varjenje delov, saj se ujet plin pri segrevanju razširi, kar lahko povzroči mehurčke na površini in notranje mikro razpoke, kar ogrozi strukturno celovitost dela.

3. Vprašanje: Ali se lahko v litju na žerjavcu uporablja jeklo ali železo?

Čeprav je tehnično mogoče, litje železnih kovin, kot sta jeklo in železo, ni pogosto. Zelo visoke temperature taljenja bi povzročile hitro degradacijo in obrabo orodij iz jekla, kar bi naredilo postopek gospodarsko neizvedljiv zaradi kratke življenjske dobe orodij. Zato se ta postopek uporablja skoraj izključno za barvne kovine z nižjimi temperaturami taljenja.