Piese auto de turnare sub presiune: Ghid pentru turnarea aluminiului și tratarea termică

De ce turnarea sub presiune a aluminiului domină producția de piese auto

Turnarea sub presiune a aluminiului este procesul de producție principal pentru componentele structurale și ale sistemului de propulsie auto, deoarece produce piese de înaltă rezistență, precise dimensional, la un cost unitar redus, atunci când volumele depășesc aproximativ 10.000 de unități. O piesă auto turnată sub presiune, proiectată corespunzător, combină greutatea ușoară a aluminiului - aproximativ o treime din densitatea oțelului - cu proprietăți mecanice care, după un tratament termic corect, îndeplinesc sau depășesc cerințele carcaselor transmisiei, blocurilor motor și componentelor structurale ale șasiului.

Acest articol explică cum piese de turnare sub presiune din aluminiu sunt produse, de ce tratamentul termic este esențial pentru performanța lor și ce ar trebui să evalueze cumpărătorii și inginerii atunci când își aprovizionează piese auto turnate sub presiune pentru programele de producție.

Cum funcționează turnarea sub presiune a aluminiului

În turnarea sub presiune de înaltă presiune, aluminiul topit este injectat într-o matriță din oțel întărit la presiuni de obicei între 1.500 și 25.000 psi , umplând cavitatea în mai puțin de 100 de milisecunde. Această viteză permite pereților subțiri – până la 1,5 mm în unele aplicații auto – să fie umpluți complet înainte ca metalul să se solidifice, permițând modele ușoare care ar fi impracticabile cu turnarea cu nisip sau gravitațional.

Aliaje de aluminiu uzuale utilizate

Cele mai multe piese de turnare sub presiune auto sunt folosite Aliaj A380 sau A383 pentru componente generale structurale și de carcasă datorită fluidității și turnabilitatii lor bune, deși mai noi Silafont-36 și Aural-2 aliajele sunt din ce în ce mai specificate pentru piesele structurale ale șasiului, deoarece suportă tratamentul termic fără problemele de porozitate comune la aliajele mai vechi cu conținut ridicat de siliciu.

Aplicații tipice auto pentru piese din aluminiu turnat sub presiune

• Carcase de transmisie și motor: Geometrie internă complexă turnată într-o singură lovitură, eliminând ansamblurile din mai multe piese
• Componente structurale ale șasiului: Turnuri de șoc și subcadre, în special la vehiculele electrice care folosesc piese mari „gigacasting”.
• Carcasa motorului electric: Suprafețe de management termic de precizie pentru răcirea bateriei și a motorului
• Suporturi și suporturi: Suporturile motorului, suporturile de direcție și componentele suspensiei care necesită rezistență ridicată la oboseală
• Admisia aerului și componentele de răcire: Galeriile de admisie si carcasele pompelor beneficiaza de rezistenta la coroziune a aluminiului

De ce este important tratamentul termic pentru turnarea aluminiului

Piesele din aluminiu turnate sunt adesea sub rezistența, duritatea sau stabilitatea dimensională necesare pentru aplicațiile structurale auto. Tratamentul termic poate crește rezistența la tracțiune cu 30-50% și îmbunătățește semnificativ alungirea, făcându-l un pas critic mai degrabă decât un proces opțional de finisare pentru piesele de turnare sub presiune portante.

Tratamentul termic T5 și T6 explicat

Tratamentul T5 implică îmbătrânirea artificială direct de la temperatura de turnare și este utilizat pentru câștiguri moderate de rezistență fără tratament complet cu soluție. Tratamentul T6 - tratarea termică cu soluție urmată de îmbătrânire artificială - produce cea mai mare rezistență și este standard pentru piesele structurale, deși necesită turnare sub vid sau aliaje cu porozitate scăzută pentru a evita formarea de vezicule în timpul etapei de soluție la temperatură înaltă.

Reducerea stresului și stabilitatea dimensională

Chiar și piesele care nu necesită îmbunătățiri ale rezistenței sunt adesea supuse unei recoaceri pentru ameliorarea stresului 200-260°C pentru a reduce stresul rezidual intern de la solidificarea rapidă, care previne deformarea în timpul prelucrării ulterioare - o cerință comună pentru carcasele transmisiei cu alezaj de precizie.

Comparația tratamentului termic pentru piesele din aluminiu turnat sub presiune

Verificări de control al calității pentru piese de turnare sub presiune auto

Piesele de turnare sub presiune de calitate auto sunt supuse de obicei mai multor etape de inspecție înainte de aprobarea pentru utilizare în producție:

1. Scanare cu raze X sau CT pentru a detecta porozitatea internă, care este esențială pentru carcasele sigilate la presiune
2. Inspecție dimensională folosind CMM (mașini de măsurat coordonate) față de toleranțe de obicei în interior ±0,1 mm asupra caracteristicilor critice
3. Testarea durității după tratamentul termic pentru a confirma proprietățile mecanice țintă au fost atinse
4. Testarea scurgerilor pentru piesele fluide de etanșare, cum ar fi carcasele transmisiei și ale motorului
5. Inspecția finisajului suprafeței înainte de operațiunile de prelucrare, acoperire sau vopsire

Considerații de proiectare pentru fabricabilitate

Grosimea peretelui trebuie să rămână cât mai uniformă posibil, în general între 2 mm și 4 mm , pentru a evita contracția porozității și pentru a reduce timpul ciclului. Unghiurile de tiraj de cel puțin 1-2 grade pe suprafețele verticale sunt necesare pentru a permite ejectarea curată din matriță, iar fileurile generoase la colțurile interne reduc concentrația de tensiuni care poate duce la fisurare sub sarcinile de vibrații comune în service-ul auto.

Inginerii care lucrează cu un furnizor de turnare sub presiune ar trebui, de asemenea, să planifice operațiunile post-turnare la începutul fazei de proiectare — alocațiile de prelucrare, deformarea tratamentului termic și cerințele de tratare a suprafeței afectează toate toleranțele finale și ar trebui specificate înainte de tăierea sculelor, deoarece modificările matriței după terminarea sculelor sunt costisitoare și pot adăuga câteva săptămâni la cronologia unui program..