Cum să depășiți provocările în turnarea sub presiune a aluminiului pentru vehiculele cu energie nouă?

De ce este esențială și, în același timp, dificilă turnarea sub presiune a aluminiului pentru vehiculele cu energie nouă?

Avantajele turnării sub presiune din aluminiu pentru vehiculele cu energie nouă (NEV) sunt destul de semnificative, în special în ceea ce privește reducerea greutății și posibilitatea de a recicla ulterior materialele. Atunci când autoturismele au piese mai ușoare din aluminiu, consumul lor total de energie este mai mic, ceea ce înseamnă că bateriile au o autonomie mai mare între două încărcări — un aspect esențial pentru oricine conduce zilnic vehicule electrice. Conform datelor din industrie, majoritatea autoturismelor moderne conțin de fapt aproximativ 20–30 de kilograme de piese turnate din aluminiu, reprezentând peste 70% din elementele structurale importante ale vehiculelor cu energie nouă, cum ar fi locația bateriilor și modul de comandă al motoarelor. Eliminarea greutății inutile ajută, de asemenea, producătorii să atingă obiectivele ecologice, deoarece vehiculele mai ușoare necesită, în mod natural, mai puțină energie pentru a funcționa eficient pe drum.

Creșterea producției la scară largă ridică unele probleme tehnice reale. La turnarea formelor complexe la presiune înaltă, în special a pieselor de dimensiuni mari, întâlnim frecvent probleme de porozitate. Aceasta slăbește piesele atunci când sunt supuse căldurii sau solicitărilor mecanice în timpul funcționării. În același timp, încălzirea și răcirea rapide deteriorează matricele mult mai repede decât era de așteptat. Sculele nu au o durată de viață la fel de lungă, iar costul fiecărei piese crește. Situația se agravează și mai mult pentru producătorii de vehicule cu energie nouă, care doresc ca componentele lor să aibă pereți mai subțiri și să fie mai integrate în ansamblu, doar pentru a obține fiecare bit de eficiență și economie de spațiu posibilă. Rezolvarea acestor probleme nu este doar o opțiune dorită, ci este absolut necesară dacă dorim ca vehiculele noastre să rămână structurally solide, dimensional precise și fiabile pe termen lung pe aceste platforme cu emisii reduse de carbon.

Rezolvarea porozității și a defectelor de suprafață în turnarea sub presiune a aluminiului pentru componente NEV

Turnare sub presiune cu asistență vid: reducerea porozității gazului cu până la 70%

Turnarea sub presiune cu asistență vid elimină buzunarele de aer prin crearea unor condiții de presiune negativă în momentul injectării masei în matriță, atingând presiuni în cavitate sub 50 mbar. În esență, această metodă împiedică întreruperea gazului în interiorul turnărilor din aluminiu. La fabricarea tăvilor pentru baterii destinate vehiculelor cu energie nouă și a carcaselor pentru motoare, se observă o reducere de aproximativ 70% a problemelor legate de porozitate, fără a compromite în același timp cerințele stricte privind etanșeitatea la presiune. Ceea ce face specială această metodă este capacitatea sa de a produce piese structurale supuse tratamentului termic, cu o densitate uniformă a materialului pe întreaga suprafață. Aceasta este de o importanță deosebită pentru siguranța în caz de impact, conform standardelor industriale precum ISO 6892-1 și FMVSS 301. Rapoartele de pe linia de producție indică o scădere a numărului de piese respinse în urma inspecțiilor cu raze X și o reducere a necesității de corectare a defectelor după turnare, în special la componentele delicate cu pereți subțiri. În ansamblu, randamentul de producție crește, fără nicio pierdere a performanței componentelor.

Optimizarea sistemelor de alimentare și evacuare a aerului pentru prevenirea defectelor de tip 'cold shut' în turnări structurale

Amplasarea corectă a canalelor de alimentare și proiectarea corespunzătoare a canalelor de evacuare pot preveni apariția defectelor de tip 'cold shut', deoarece mențin curgerea metalului la temperatura și viteza optime. Pentru piese cu secțiuni înguste, cum ar fi cele din componentele structurale ale cadrelor vehiculelor electrice (EV), utilizarea canalelor de alimentare tronconice este justificată, deoarece reduce pierderile de căldură. Canalele de evacuare direcționale sunt, de asemenea, esențiale, deoarece contribuie la eliminarea aerului prins înainte ca metalul să înceapă să se solidifice. Conform unor studii de modelare computerizată, atunci când suprafața canalelor de evacuare depășește cu peste 30 % suprafața canalului de alimentare, se înregistrează o reducere de aproximativ 45 % a problemelor cauzate de curgerea turbulentă. În prezent, standardele industriale includ în mod obișnuit astfel de considerente, alături de alți factori precum selecția materialelor și tehnici de pregătire a matrițelor.

• Rezervoare de depășire conice care captează materialul oxidat de la suprafață
• Canale de evacuare treptate concepute pentru a permite expansiunea gazelor
• Configurații de matrițe cu ventilare perimetrală optimizate pentru geometrii complexe, cu suprafață mare

Împreună, aceste caracteristici mențin curgerea laminară pe durata seriei de producție, prevenind solidificarea prematură la îmbinările critice și asigurând continuitatea mecanică în secțiunile care suportă sarcini.

Prelungirea duratei de viață a matrițelor și gestionarea oboselei termice în turnarea sub presiune în aluminiu, în volume mari

Oțelurile avansate pentru matrițe H13, cu învelișuri din Ni Cr Mo, cresc rezistența la oboseala termică de 2,3 ori

În lumea turnării sub presiune în masă din aluminiu, ciclarea termică rămâne principala cauză a uzurii și deteriorării matrițelor. Aplicarea unor învelișuri din nichel-crom-molibden pe oțelurile pentru scule de tip H13 formează o bună barieră termică care reduce variațiile de temperatură la suprafață cu aproximativ 40%. Aceasta contribuie la reducerea diferențelor dintre ratele de dilatare atunci când aluminiul topit, la o temperatură de aproximativ 660 de grade Celsius, intră în contact cu oțelul mai rece al matriței. Rezultatul? Apariția și propagarea unui număr mai mic de microfisuri prin material, unul dintre punctele frecvente de cedare identificate în cadrul testelor de oboseală SAE J434. Experiența practică din fabrici arată că aceste matrițe acoperite rezistă la oboseala termică de aproximativ 2,3 ori mai mult decât cele obișnuite, neacoperite. În plus, suprafața mai dură rezistă aderării și uzurării provocate de contactul repetat cu aluminiul. Combinând această tehnologie de acoperire cu canale de răcire conformale, proiectate cu grijă, producătorii pot menține stabilitatea dimensională a sculelor lor mult peste 200.000 de cicluri de producție. Acest lucru înseamnă costuri totale reduse și piese care rămân în limitele specificațiilor pentru aplicații importante în vehiculele cu energie nouă, unde consistența este cel mai important factor.

Activarea turnării sub presiune a aluminiului durabil pentru producția energetică nouă cu emisii reduse de CO₂

Sistemele integrate de topire, degazare și menținere reduc consumul de energie cu 18 % și emisiile de CO₂ cu 22 %

Când producătorii folosesc sisteme integrate de topire, degazare și menținere, reduc mișcarea materialelor între procese. Acest lucru înseamnă o pierdere mai mică de căldură, o oxidare redusă și un timp mult mai scurt petrecut de lucrători în manipularea materialelor. Integrarea tuturor etapelor de pregătire a aluminiului într-un singur proces continuu conduce la economisirea a aproximativ 18% din costurile energetice pe tonă de aliaj turnat. În același timp, emisiile de dioxid de carbon scad cu aproximativ 22% comparativ cu metodele tradiționale în loturi. Avantajul real provine din posibilitatea de a lucra cu aluminiu reciclat provenit din produsele consumatorilor. Conform studiilor efectuate de Departamentul American al Energiei, reciclarea aluminiului necesită doar 5% din energia necesară obținerii metalului nou din materii prime. Pe măsură ce companiile auto din întreaga lume își stabilesc obiective de reducere a emisiilor tot mai riguroase, în conformitate cu cadre precum SBTi, astfel de sisteme permit uzinelor să-și reducă amprenta de carbon, păstrând în același timp calitatea ridicată a turnărilor și ratele de producție. Pentru industria vehiculelor electrice, care privește în perspectivă, aceasta reprezintă o cale practică înainte, care echilibrează preocupările de mediu cu nevoile operaționale din domeniul turnării sub presiune a aluminiului.

Secțiunea FAQ

Care sunt principalele avantaje ale utilizării turnării sub presiune din aluminiu în vehiculele electrice noi (NEV)?

Turnarea sub presiune din aluminiu în vehiculele electrice noi (NEV) oferă avantaje semnificative, cum ar fi reducerea greutății, ceea ce conduce la o durată mai lungă a bateriei și la o eficiență energetică crescută.

Care sunt provocările asociate cu turnarea sub presiune din aluminiu în volume mari?

Turnarea sub presiune din aluminiu în volume mari se confruntă cu provocări precum problemele de porozitate, uzură crescută a matrițelor datorită ciclării rapide a temperaturii și asigurarea preciziei dimensionale pentru piese complexe.

Cum ajută turnarea sub presiune cu asistență vid la reducerea porozității gazului?

Turnarea sub presiune cu asistență vid reduce porozitatea gazului prin crearea unor condiții de presiune negativă în timpul formării, diminuând în mod semnificativ aerul prins în turnările din aluminiu.

De ce este o problemă oboseala termică în turnarea sub presiune din aluminiu?

Oboseala termică este o problemă deoarece schimbările frecvente de temperatură provoacă uzură a matrițelor, conducând la microfisuri și la scăderea duratei de funcționare a acestora.