Jak pokonać wyzwania związane z odlewaniem ciśnieniowym aluminium w sektorze nowej energii?

Dlaczego odlewanie ciśnieniowe aluminium jest kluczowe i jednoczesnie wyzwaniem dla pojazdów z napędem alternatywnym

Korzyści płynące z odlewania pod ciśnieniem aluminium dla pojazdów energetyki nowej (NEV) są dość znaczne, szczególnie jeśli chodzi o redukcję masy oraz możliwość późniejszego przetworzenia materiałów. Gdy samochody wyposażone są w lżejsze elementy aluminiowe, zużywają one ogólnie mniej energii, co oznacza dłuższy czas pracy akumulatorów pomiędzy ładowaniami — czynnik ten ma szczególne znaczenie dla każdego użytkownika pojazdów elektrycznych w codziennym użytkowaniu. Zgodnie z danymi branżowymi większość współczesnych samochodów zawiera rzeczywiście około 20–30 kg odlewów aluminiowych, które stanowią ponad 70 procent ważnych elementów konstrukcyjnych w NEV, takich jak miejsca montażu akumulatorów czy systemy sterowania silnikami. Eliminacja nadmiarowej masy pomaga również producentom osiągać cele środowiskowe, ponieważ lżejsze pojazdy z natury wymagają mniejszej ilości energii do efektywnego poruszania się po drogach.

Skalowanie produkcji wiąże się z poważnymi problemami technicznymi. Przy odlewaniu złożonych kształtów pod wysokim ciśnieniem, zwłaszcza dużych elementów, często występują problemy z porowatością. Oznacza to osłabienie elementów pod wpływem temperatury lub naprężeń mechanicznych podczas eksploatacji. Jednocześnie intensywne nagrzewanie i chłodzenie znacznie przyspieszają zużycie matryc w porównaniu do oczekiwań. Narzędzia mają krótszy czas życia, a koszt każdego elementu wzrasta. Sytuacja staje się jeszcze trudniejsza dla producentów pojazdów energii nowej (NEV), którzy chcą, aby ich komponenty miały cieńsze ścianki oraz większy stopień integracji, by wykorzystać każdą możliwą możliwość zwiększenia efektywności i oszczędności miejsca. Rozwiązanie tych problemów nie jest jedynie pożądane – jest absolutnie konieczne, jeśli chcemy zapewnić naszym pojazdom trwałość konstrukcyjną, dokładność wymiarową oraz niezawodność w długoterminowej eksploatacji na tych niskoemisyjnych platformach.

Rozwiązywanie problemów porowatości i wad powierzchniowych w odlewaniu ciśnieniowym aluminium dla komponentów pojazdów energii nowej (NEV)

Odlewanie ciśnieniowe aluminium z zastosowaniem próżni: redukcja porowatości gazowej o do 70%

Odlewanie ciśnieniowe z zastosowaniem próżni eliminuje pęcherzyki powietrza poprzez stworzenie warunków ciśnienia ujemnego podczas wtrysku masy odlewniczej do formy, co pozwala osiągnąć ciśnienie w jamie formy poniżej 50 mbar. Dzięki temu zapobiega się utrapianiu gazów wewnątrz odlewów aluminiowych. Przy produkcji tack akumulatorowych dla pojazdów energii nowej oraz obudów silników uzyskuje się około 70-procentową redukcję wad związanych z porowatością, przy jednoczesnym spełnieniu surowych wymagań dotyczących szczelności pod ciśnieniem. Ta metoda wyróżnia się możliwością wytwarzania elementów konstrukcyjnych poddawanych obróbce cieplnej oraz zapewnieniem jednolitej gęstości materiału na całej objętości odlewu. Ma to szczególne znaczenie dla bezpieczeństwa w przypadku zderzenia zgodnie ze standardami branżowymi takimi jak ISO 6892-1 i FMVSS 301. Raporty z linii produkcyjnej wskazują na niższy odsetek odrzucanych odlewów w badaniach rentgenowskich oraz mniejszą potrzebę korekcji wad po procesie odlewania, szczególnie w przypadku trudnych w wykonaniu cienkościennych komponentów. Ogólna wydajność produkcji wzrasta bez pogorszenia właściwości końcowych elementów.

Optymalizacja systemów wlewków i odpowietrzników w celu zapobiegania zimnym złączeniom w odlewach konstrukcyjnych

Poprawne rozmieszczenie wlewków oraz dobrze zaprojektowane odpowietrzniki mogą zapobiegać powstawaniu zimnych złączeń, ponieważ zapewniają przepływ metalu w odpowiedniej temperaturze i z odpowiednią prędkością. W przypadku elementów o wąskich przekrojach, takich jak te występujące w komponentach ramy pojazdów elektrycznych (EV), stosowanie wlewków stożkowych jest uzasadnione, ponieważ zmniejszają one utratę ciepła. Istotne są również odpowietrzniki kierunkowe, które wspomagają usuwanie powietrza uwięzionego przed rozpoczęciem krzepnięcia metalu. Zgodnie z niektórymi badaniami opartymi na modelowaniu komputerowym, gdy powierzchnia odpowietrzników przekracza 30% powierzchni wlewka, obserwuje się około 45-procentowy spadek problemów związanych z przepływem turbulentnym. Obecne standardy branżowe zwykle obejmują tego typu rozważania w połączeniu z innymi czynnikami, takimi jak dobór materiału czy metody przygotowania formy.

• Kołnierze przelewowe stożkowe pozwalające na przechwytywanie utlenionej warstwy powierzchniowej
• Stopniowane kanały odpowietrzające zaprojektowane tak, aby uwzględnić rozszerzanie się gazów
• Układy matryc wentylowanych obwodowo zoptymalizowane pod kątem złożonych geometrii o dużej powierzchni

Wspólnie te cechy zapewniają przepływ laminarny w trakcie serii produkcyjnych, zapobiegając przedwczesnemu zastyganiu w kluczowych połączeniach oraz gwarantując ciągłość mechaniczną w elementach nośnych.

Wydłużanie trwałości matryc i kontrola zmęczenia termicznego przy masowym odlewaniu ciśnieniowym aluminium

Zaawansowane stali narzędziowe H13 z powłokami Ni-Cr-Mo zwiększają odporność na zmęczenie termiczne 2,3-krotnie

W świecie masowego odlewnictwa ciśnieniowego z aluminium cyklowanie termiczne nadal jest główną przyczyną zużycia i uszkodzeń matryc. Nanoszenie powłok niklu, chromu i molibdenu na stal narzędziową H13 tworzy skuteczną barierę termiczną, która zmniejsza wahania temperatury na powierzchni o około 40%. Dzięki temu zmniejszane są różnice w współczynnikach rozszerzalności, gdy gorące aluminium o temperaturze ok. 660 °C styka się z chłodniejszą stalą matrycową. Jaki jest efekt? Mniej mikropęknięć powstaje i rozprzestrzenia się w materiale – jest to jeden z najczęstszych punktów awarii stwierdzanych podczas badań zmęczeniowych zgodnie ze standardem SAE J434. Doświadczenia z rzeczywistych warunków produkcyjnych w fabrykach pokazują, że matryce z takimi powłokami wytrzymują przeciętnie około 2,3 raza dłużej niż zwykłe, niepokryte matryce pod wpływem zmęczenia termicznego. Ponadto twardsza powierzchnia lepiej odpiera przywieranie i ścieranie spowodowane kontaktem z aluminium. Połączenie tej technologii powłokowej z precyzyjnie zaprojektowanymi kanałami chłodzenia konformalnego pozwala producentom utrzymywać wymiarową stabilność swoich narzędzi znacznie ponad 200 tysięcy cykli produkcyjnych. Oznacza to niższe ogólne koszty oraz części pozostające zgodne z tolerancjami w kluczowych zastosowaniach w pojazdach nowej energii, gdzie najważniejsza jest stałość jakości.

Wspieranie zrównoważonego odlewnictwa aluminium metodą wtryskową dla produkcji nowej energii o niskim poziomie emisji CO2

Zintegrowane systemy topienia, odgazowywania i utrzymywania temperatury pozwalają zmniejszyć zużycie energii o 18% oraz emisję CO2 o 22%

Gdy producenci stosują zintegrowane systemy topienia, odgazowywania i utrzymywania stopu, zmniejszają liczbę przemieszczeń materiałów między poszczególnymi etapami procesu. Oznacza to mniejszą utratę ciepła, ograniczenie utleniania oraz znaczne skrócenie czasu obsługi materiałów przez pracowników. Zbieranie wszystkich etapów przygotowania aluminium w jeden ciągły proces pozwala zaoszczędzić około 18% kosztów energii na tonę wytwarzanego stopu odlewniczego. Jednocześnie emisja dwutlenku węgla spada o ok. 22% w porównaniu do tradycyjnych metod partiiowych. Prawdziową zaletą jest możliwość wykorzystania aluminium pochodzącego z produktów konsumenckich, poddanego recyklingowi. Zgodnie z badaniami Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych, przetworzenie aluminium metodą recyklingu wymaga jedynie 5% energii potrzebnej do jego wytwarzania z surowców pierwotnych. W miarę jak firmy motocyklowe na całym świecie ustanawiają coraz bardziej rygorystyczne cele dotyczące emisji zgodnie z ramowymi standardami takimi jak SBTi, tego typu systemy pozwalają zakładom przemysłowym redukować swój ślad węglowy, zachowując przy tym wysoką jakość odlewów oraz żądane tempo produkcji. Dla branży pojazdów elektrycznych (EV) patrzącej w przyszłość stanowi to praktyczną ścieżkę rozwoju, która równoważy wymagania środowiskowe z operacyjnymi potrzebami w zakresie odlewania pod ciśnieniem aluminium.

Sekcja FAQ

Jakie są główne korzyści wynikające z zastosowania odlewania pod ciśnieniem aluminium w pojazdach elektrycznych (NEV)?

Odlewanie pod ciśnieniem aluminium w pojazdach elektrycznych (NEV) oferuje istotne korzyści, takie jak redukcja masy, co przekłada się na dłuższy czas pracy akumulatora oraz zwiększoną wydajność energetyczną.

Z jakimi wyzwaniami wiąże się masowe odlewanie pod ciśnieniem aluminium?

Masowe odlewanie pod ciśnieniem aluminium wiąże się z wyzwaniami takimi jak występowanie porowatości, zwiększony zużycie matryc spowodowane szybkimi cyklami zmian temperatury oraz zapewnienie dokładności wymiarowej w złożonych elementach.

W jaki sposób odlewanie pod ciśnieniem z wspomaganiem próżniowym pomaga zmniejszyć porowatość gazową?

Odlewanie pod ciśnieniem z wspomaganiem próżniowym pomaga zmniejszyć porowatość gazową poprzez stworzenie warunków podciśnienia podczas formowania, co znacznie ogranicza ilość powietrza uwięzionego w odlewach aluminiowych.

Dlaczego zmęczenie cieplne stanowi problem w odlewaniu pod ciśnieniem aluminium?

Zmęczenie cieplne stanowi problem, ponieważ częste zmiany temperatury powodują zużycie matryc, prowadząc do powstawania mikropęknięć oraz skracających okres użytkowania matryc.