Hoe uitdagingen in aluminium spuitgieten voor nieuwe energie te overwinnen?

Waarom aluminium spuitgieten essentieel én uitdagend is voor nieuwe-energievoertuigen

De voordelen van aluminium spuitgieten voor nieuwe energievoertuigen (NEV's) zijn behoorlijk aanzienlijk, met name wat betreft gewichtsvermindering en de mogelijkheid om materialen later te recyclen. Wanneer auto's lichtere aluminium onderdelen hebben, verbruiken ze over het algemeen minder energie, wat betekent dat accu's langer meegaan tussen oplaadbeurten door — een aspect dat voor dagelijks gebruik van elektrische voertuigen erg belangrijk is. Volgens cijfers uit de industrie bevatten de meeste moderne auto's ongeveer 20 tot 30 kilogram aan aluminium gietstukken, wat meer dan 70 procent uitmaakt van de belangrijke structurele elementen in NEV's, zoals de plaats waar de accu's zijn geïnstalleerd en de manier waarop de motoren worden aangestuurd. Het wegwerken van overbodig gewicht helpt fabrikanten ook bij het behalen van hun duurzaamheidsdoelstellingen, aangezien lichtere voertuigen van nature minder energie nodig hebben om efficiënt op de weg te opereren.

Het opschalen van de productie brengt echte technische problemen met zich mee. Bij het spuitgieten van complexe vormen onder hoge druk, met name grote-onderdelen, ontstaan er vaak porositeitsproblemen. Dit verzwakt de onderdelen wanneer ze tijdens bedrijf worden blootgesteld aan warmte of mechanische belasting. Tegelijkertijd leidt al die snelle verwarming en koeling tot een veel snellere slijtage van de matrijzen dan verwacht. De gereedschappen hebben een kortere levensduur en elke afzonderlijke component wordt duurder. Het wordt nog erger voor fabrikanten van nieuwe-energievoertuigen (NEV), die hun componenten willen voorzien van dunner wanddiktes en een grotere integratie om elk beetje efficiëntie en ruimtebesparing te realiseren die mogelijk is. Het oplossen van deze problemen is niet alleen wenselijk, maar absoluut noodzakelijk als we onze voertuigen structureel stevig, dimensioneel nauwkeurig en betrouwbaar willen houden op de lange termijn op deze lage-koolstofplatforms.

Oplossing van porositeit en oppervlaktegebreken bij aluminium spuitgieten voor NEV-componenten

Vacuümgeassisteerde aluminium spuitgieten: Vermindering van gasporositeit met tot wel 70%

Bij vacuümgeassisteerd spuitgieten worden luchtbellen verwijderd door bij het inspuiten van het smeltmetaal een onderdruk te creëren, waardoor de druk in de matrijs onder de 50 mbar daalt. In feite voorkomt dit dat gas wordt opgesloten in aluminium gietstukken. Bij het vervaardigen van batterijbakken voor nieuwe-energievoertuigen en motorhuisdelen zien we ongeveer 70 procent minder problemen met betrekking tot porositeit, terwijl tegelijkertijd nog steeds aan strenge eisen voor drukdichtheid wordt voldaan. Wat deze methode bijzonder maakt, is dat ermee structurele onderdelen kunnen worden geproduceerd die geschikt zijn voor warmtebehandeling en een consistente materiaaldichtheid over de gehele lengte vertonen. Dit is van groot belang voor botsveiligheid volgens branchestandaarden zoals ISO 6892-1 en FMVSS 301. Rapportages van de productielijn tonen lagere uitsluitingspercentages bij röntgencontrole en minder behoefte aan nabetwerking van gebreken na het gieten, vooral bij die lastige dunwandige componenten. De algehele opbrengst stijgt zonder enig verlies aan componentprestaties.

Optimalisatie van gietkanalen en ontluchtingsystemen om koudesluiting te voorkomen bij structurele gietstukken

Een juiste plaatsing van de gietkanalen en goed ontworpen ontluchtingsopeningen kunnen koudesluiting voorkomen, omdat ze de metaalstroming op de juiste temperatuur en snelheid handhaven. Voor onderdelen met smalle doorsneden, zoals die voorkomen in frame-onderdelen voor elektrische voertuigen (EV), is het gebruik van taps toelopende gietkanalen zinvol, aangezien deze warmteverlies verminderen. Richtingspecifieke ontluchtingsopeningen zijn eveneens belangrijk, omdat ze opgesloten lucht verwijderen voordat het metaal begint te stollen. Volgens sommige computergestuurde modelleringsonderzoeken leidt een ontluchtingsoppervlakte die groter is dan 30% van de gietkanaaloppervlakte tot een daling van ongeveer 45% in problemen veroorzaakt door turbulente stroming. De huidige industrienormen omvatten doorgaans dit soort overwegingen, naast andere factoren zoals materiaalkeuze en mallenbereidingsmethoden.

• Conische overloopputten die geoxideerd oppervlaktemateriaal opvangen
• Trapvormige ontluchtingskanalen die zijn ontworpen om uitbreiding van gas op te vangen
• Matrijsindelingen met omtrekventilatie geoptimaliseerd voor complexe geometrieën met een groot oppervlak

Samen zorgen deze kenmerken voor een laminaire stroming gedurende productieruns, waardoor vroegtijdige stolling aan kritieke verbindingen wordt voorkomen en mechanische continuïteit in belaste secties wordt gewaarborgd.

Verlenging van de levensduur van de matrijs en beheer van thermische vermoeiing bij aluminiumspuitgieten in grote volumes

Geavanceerde H13-gereedschapsstaalsoorten met Ni-Cr-Mo-coatings verhogen de weerstand tegen thermische vermoeiing 2,3 keer

In de wereld van aluminium spuitgieten in grote volumes blijft thermische cyclering de belangrijkste oorzaak van slijtage en versleten mallen. Het aanbrengen van nikkel-chroom-molybdeen-coatings op H13-gereedschapsstaal vormt een goede thermische barrière die temperatuurschommelingen aan het oppervlak met ongeveer 40% vermindert. Dit helpt de verschillen in uitzettingscoëfficiënten te verminderen wanneer heet aluminium (ongeveer 660 graden Celsius) in contact komt met koelere malmstaal. Het resultaat? Minder microscheurtjes die ontstaan en zich door het materiaal verspreiden, wat één van de veelvoorkomende fouten is die worden geconstateerd tijdens SAE J434-gebrekstests. Praktijkervaring uit fabrieken laat zien dat deze gecoate mallen ongeveer 2,3 keer langer standhouden tegen thermische vermoeiing dan gewone, niet-gecoate mallen. Bovendien weerstaat het hardere oppervlak aanslag en slijtage door het voortdurende contact met aluminium. Door deze coatingtechnologie te combineren met zorgvuldig ontworpen conformele koelkanalen kunnen fabrikanten hun gereedschap dimensioneel stabiel houden tot ver na 200.000 productiecyclus. Dit betekent lagere totale kosten en onderdelen die binnen de specificaties blijven voor belangrijke toepassingen in nieuwe-energievoertuigen, waar consistentie het meest telt.

Duurzame aluminium spuitgieten mogelijk maken voor de productie van nieuwe energie met lage CO2-uitstoot

Geïntegreerde smelt-, ontgassings- en houdsystemen verminderen het energieverbruik met 18% en de CO2-uitstoot met 22%

Wanneer fabrikanten geïntegreerde smelt-, ontgassings- en houdsystemen gebruiken, verminderen ze het transport van materialen tussen processen. Dit betekent minder warmteverlies, verminderde oxidatie en een aanzienlijk lagere handmatige materiaalbehandeling door werknemers. Het integreren van alle aluminiumvoorbereidingsstappen in één continu proces leidt tot een besparing van ongeveer 18% op de energiekosten per ton gegoten legering. Tegelijkertijd daalt de uitstoot van koolstofdioxide met ongeveer 22% ten opzichte van ouderwetse batchprocessen. Het echte voordeel ligt in de mogelijkheid om gerecycled aluminium uit consumentenproducten te verwerken. Volgens onderzoek van het Amerikaanse ministerie van Energie vereist het recyclen van aluminium slechts 5% van de energie die nodig is om nieuw metaal uit grondstoffen te produceren. Aangezien autofabrikanten wereldwijd strengere emissiedoelstellingen vaststellen op basis van kaders zoals SBTi, stellen dergelijke systemen fabrieken in staat hun koolstofvoetafdruk te verkleinen, zonder dat de kwaliteit van de gietstukken of de productiesnelheid wordt aangetast. Voor de elektrische-voertuigindustrie die vooruitkijkt, vormt dit een praktische weg naar voren die milieubelangen in evenwicht brengt met operationele behoeften bij aluminium spuitgieten.

FAQ Sectie

Wat zijn de belangrijkste voordelen van het gebruik van aluminium spuitgieten in NEV's?

Aluminium spuitgieten in NEV's biedt aanzienlijke voordelen, zoals gewichtsvermindering, wat leidt tot een langere batterijlevensduur en een hogere energie-efficiëntie.

Welke uitdagingen zijn verbonden aan aluminium spuitgieten in grote volumes?

Aluminium spuitgieten in grote volumes kent uitdagingen zoals porositeit, verhoogde matrijsversleten door snelle temperatuurwisselingen en het waarborgen van dimensionale nauwkeurigheid bij complexe onderdelen.

Hoe helpt vacuümgeassisteerd spuitgieten bij het verminderen van gasporositeit?

Vacuümgeassisteerd spuitgieten vermindert gasporositeit door tijdens het gietproces een onderdruk te creëren, waardoor de hoeveelheid opgesloten lucht in aluminiumgietstukken aanzienlijk afneemt.

Waarom is thermische vermoeidheid een zorg bij aluminium spuitgieten?

Thermische vermoeidheid is een zorg omdat frequente temperatuurwisselingen matrijsversleten veroorzaken, wat leidt tot microscheurtjes en een verkorte operationele levensduur van de matrijzen.