Как преодолеть вызовы при литье под давлением алюминия для новых источников энергии?

Почему литьё под давлением алюминия критически важно и одновременно сложно для транспортных средств на новых источниках энергии

Преимущества литья под давлением алюминия для транспортных средств на новой энергии (NEV) весьма существенны, особенно с точки зрения снижения массы и возможности последующей переработки материалов. Когда в автомобилях используются более лёгкие алюминиевые детали, их общее энергопотребление уменьшается, а это означает, что аккумуляторы дольше сохраняют заряд между подзарядками — фактор, имеющий большое значение для ежедневной эксплуатации электромобилей. Согласно отраслевым данным, в большинстве современных автомобилей содержится от 20 до 30 килограммов алюминиевых литых деталей, при этом на них приходится свыше 70 % важнейших конструктивных элементов в NEV — например, мест размещения аккумуляторов и узлов управления двигателями. Снижение избыточной массы также помогает производителям достигать экологических целей, поскольку более лёгкие транспортные средства по своей природе требуют меньше энергии для эффективного передвижения по дорогам.

Масштабирование производства порождает ряд серьёзных технических проблем. При литье сложных форм под высоким давлением, особенно крупногабаритных деталей, часто возникают проблемы с пористостью. Это ослабляет детали при воздействии тепла или механических нагрузок в процессе эксплуатации. Одновременно интенсивный цикл быстрого нагрева и охлаждения приводит к ускоренному износу литейных форм по сравнению с расчётными сроками службы. Инструменты служат меньше, а себестоимость каждой детали возрастает. Положение ещё более усугубляется для производителей новых энергетических транспортных средств (NEV), которым требуется, чтобы их компоненты имели более тонкие стенки и были в большей степени интегрированы — с целью максимально повысить эффективность и сэкономить пространство. Устранение этих проблем — не просто желательная мера, а абсолютная необходимость, если мы хотим обеспечить конструктивную надёжность, геометрическую точность и долгосрочную эксплуатационную надёжность наших транспортных средств на низкоуглеродных платформах.

Устранение пористости и поверхностных дефектов при литье алюминиевых деталей под давлением для компонентов NEV

Литье под давлением алюминия с вакуумной поддержкой: снижение газовой пористости до 70 %

Литье под давлением с вакуумной поддержкой устраняет воздушные карманы за счёт создания условий отрицательного давления при впрыске расплава в форму, обеспечивая давление в полости ниже 50 мбар. По сути, это предотвращает попадание газов внутрь алюминиевых отливок. При производстве лотков для аккумуляторных батарей новых энергетических транспортных средств и корпусов электродвигателей наблюдается снижение дефектов, связанных с пористостью, примерно на 70 %, при этом сохраняются строгие требования к герметичности под давлением. Особенность данного метода заключается в возможности изготовления несущих деталей, подлежащих термообработке, с однородной плотностью материала по всему объёму. Это имеет решающее значение для обеспечения безопасности при аварийных столкновениях в соответствии с отраслевыми стандартами, такими как ISO 6892-1 и FMVSS 301. Отчёты с производственных участков показывают снижение количества отбраковки изделий при рентгеновском контроле, а также сокращение потребности в последующем устранении дефектов после литья — особенно в сложных тонкостенных компонентах. В целом выход годных изделий повышается без потери эксплуатационных характеристик деталей.

Оптимизация систем литниковых каналов и вентиляции для предотвращения холодных спаев в конструкционных отливках

Правильное расположение литниковых каналов и грамотно спроектированные вентиляционные каналы позволяют предотвратить образование холодных спаев, поскольку они обеспечивают непрерывный металлопоток при оптимальной температуре и скорости. Для деталей с узкими сечениями, таких как элементы рамы электромобилей (EV), целесообразно использовать конические литниковые каналы, поскольку они снижают потери тепла. Направленные вентиляционные каналы также играют важную роль: они способствуют удалению захваченного воздуха до начала затвердевания металла. Согласно некоторым исследованиям, выполненным с помощью компьютерного моделирования, увеличение площади вентиляционных каналов свыше 30 % от площади литникового канала приводит к снижению проблем, вызванных турбулентным течением, примерно на 45 %. Современные отраслевые стандарты, как правило, включают подобные соображения наряду с другими факторами, такими как выбор материала и методы подготовки формы.

• Конические переливные прибыли, предназначенные для сбора окисленного поверхностного слоя металла
• Ступенчатые вентиляционные каналы, рассчитанные на расширение газов
• Конфигурации штампов с периметральной вентиляцией, оптимизированные для сложных геометрий с большой площадью поверхности

В совокупности эти особенности обеспечивают ламинарный поток на протяжении всего производственного цикла, предотвращая преждевременную кристаллизацию в критических соединениях и гарантируя механическую целостность несущих участков.

Увеличение срока службы штампов и управление термической усталостью при высокопроизводительном литье алюминиевых сплавов под давлением

Современные инструментальные стали марки H13 с покрытиями из никеля, хрома и молибдена повышают стойкость к термической усталости в 2,3 раза

В мире высокопроизводительного литья под давлением алюминия термическое циклирование по-прежнему остаётся основной причиной износа и повреждения пресс-форм. Нанесение покрытий на основе никеля, хрома и молибдена на инструментальную сталь марки H13 создаёт эффективный тепловой барьер, снижающий перепады температуры на поверхности примерно на 40 %. Это способствует уменьшению разницы в коэффициентах теплового расширения при контакте расплавленного алюминия (около 660 °C) с более холодной сталью пресс-формы. Результат? Снижение числа микротрещин, возникающих и распространяющихся по материалу — одна из наиболее распространённых причин отказа, выявляемых при проведении испытаний на усталость по стандарту SAE J434. Практический производственный опыт показывает, что срок службы таких покрытых пресс-форм при термической усталости примерно в 2,3 раза превышает срок службы обычных непокрытых пресс-форм. Кроме того, более твёрдая поверхность лучше сопротивляется прилипанию и абразивному износу при многократном контакте с алюминием. При комбинировании этой технологии нанесения покрытий с тщательно спроектированными конформными каналами охлаждения производители могут обеспечить размерную стабильность оснастки на протяжении более чем 200 тысяч циклов производства. Это означает снижение совокупных затрат и получение деталей, параметры которых остаются в пределах заданных допусков — особенно важно для критически значимых применений в новых энергетических транспортных средствах, где главным требованием является стабильность и воспроизводимость характеристик.

Обеспечение устойчивого литья алюминиевых сплавов под давлением для производства новых энергетических установок с низким уровнем выбросов CO₂

Комплексные системы плавки, дегазации и выдержки снижают потребление энергии на 18 % и выбросы CO₂ — на 22 %

Когда производители используют интегрированные системы плавки, дегазации и выдержки, они сокращают перемещение материалов между отдельными технологическими операциями. Это означает меньшие потери тепла, снижение степени окисления и значительно меньшие затраты рабочего времени на обращение с материалами. Объединение всех этапов подготовки алюминия в один непрерывный процесс позволяет сэкономить около 18 % энергозатрат на тонну литого сплава. Одновременно выбросы диоксида углерода сокращаются примерно на 22 % по сравнению с устаревшими периодическими методами. Реальное преимущество заключается в возможности использования вторичного алюминия, полученного из потребительских товаров. Согласно исследованиям Министерства энергетики США, переработка алюминия требует лишь 5 % энергии, необходимой для производства нового металла из первичного сырья. По мере того как автопроизводители по всему миру устанавливают более строгие цели по сокращению выбросов в соответствии с такими инициативами, как SBTi, подобные системы позволяют заводам сократить свой углеродный след, сохраняя при этом высокое качество литья и стабильные темпы производства. Для отрасли электромобилей, ориентированной на будущее, это представляет собой практичный путь вперёд, обеспечивающий баланс между экологическими требованиями и операционными задачами в области литья алюминиевых сплавов под давлением.

Раздел часто задаваемых вопросов

Каковы основные преимущества использования литья под давлением из алюминия в электромобилях (NEV)?

Литье под давлением из алюминия в электромобилях (NEV) обеспечивает значительные преимущества, такие как снижение массы, что приводит к увеличению срока службы аккумуляторов и повышению энергоэффективности.

С какими трудностями связано литьё под давлением из алюминия в больших объёмах?

Литьё под давлением из алюминия в больших объёмах сталкивается с такими трудностями, как пористость отливок, повышенный износ пресс-формы вследствие быстрой циклической смены температур и обеспечение размерной точности сложных деталей.

Как вакуум-ассистированное литьё под давлением помогает снизить газовую пористость?

Вакуум-ассистированное литьё под давлением снижает газовую пористость за счёт создания условий разрежения в процессе формования, что значительно уменьшает количество уловленного воздуха в алюминиевых отливках.

Почему термическая усталость является проблемой при литье под давлением из алюминия?

Термическая усталость представляет собой проблему, поскольку частые изменения температуры вызывают износ пресс-формы, приводящий к образованию микротрещин и сокращению срока службы пресс-форм.