Automobilové díly vyráběné litím: Výběr materiálu a procesu

Moderní automobil je sofistikovaný stroj, který se skládá z tisíců samostatných dílů, jejichž účelem je zajistit bezpečnost, výkon a spolehlivost. Odlévání je jedním z různých výrobních procesů, které se používají v automobilovém průmyslu. Odlévání je v současné době nevratný postup, při kterém se hlavní části vozidla formují tvarováním roztaveného kovu do extrémně detailních a pevných dílů. Motory, převodovky a brzdové systémy většiny vozidel patří mezi nejdůležitější systémy, které vyžadují díly vyrobené litím. Když konstruktéři a výrobci diskutují o efektivitě, trvanlivosti a hospodárnosti výroby, je odlévání automobilových dílů často v centru pozornosti.

Umění odlévání není nové, bylo vynalezeno již před tisíci lety. Jeho použití v automobilovém průmyslu však prošlo revolučním posunem, aby bylo možné využít hi-tech technologie a nejnovější slitiny, které vyhovují vysokým nárokům moderních automobilů. Díky lehkým hliníkovým blokům motorů, které jsou odolné, a odolným litinovým brzdovým komponentům se odlévání podílelo na tom, že si automobily mohly udržet vysoký standard výkonu při relativně nízkých nákladech.

V článku bude podán přehled historie automobilové odlitky díly, procesy, výhody a budoucí trendy automobilových odlitků a odhaluje důvody, proč jsou automobilové odlitky i nadále pilířem automobilového výrobního průmyslu.

Historie odlévání

V polovině 20. století pronikl do této sféry proces odlévání hliníku. Odlévání se ve vozidlech používá již od konce 19. a počátku 20. století, kdy byl poprvé vyvinut automobil, který nahradil koňský povoz. První motory vyžadovaly výkonné, ale levné díly a odlévání bylo tou správnou cestou. Jednou z prvních metod výroby bloků motorů, klikových hřídelí a skříní bylo lití železa.

S rozvojem automobilového průmyslu se rozšířily a zdokonalily techniky odlévání. Výrobci automobilů zjistili, že díky lehčím motorům a konstrukčním dílům mohou zvýšit spotřebu paliva, aniž by se snížila životnost vozidel. Odlévání se používá u různých systémů vozidel v závislosti na jejich použití a významu. V neposlední řadě mají automobilové odlitky důležitou úlohu, neboť dodávají pevnost, přesnost a hospodárnost, čímž snižují náklady, a proto jsou automobilové díly giganty automobilového průmyslu.

Co jsou automobilové odlitky?

Automobilové odlitky lze definovat jako díly vozidla, které se vyrábějí litím roztaveného kovu do formy, přičemž výsledný roztavený kov ztvrdne do požadovaného tvaru. To umožnilo výrobu robustních, pevných a složitých součástí, které se používají v automobilech, včetně bloků motorů, hlav válců, skříní převodovek, brzdových bubnů a kol.

Jsou velmi oblíbené, protože nabízí odlitky:

• Flexibilita designu - Lze zhotovit detailní geometrie.
• Síla a odolnost - Kovy jsou odolné vůči intenzivnímu namáhání a teplu.
• Efektivita nákladů - Nejlépe při hromadné výrobě.
• Všestrannost materiálu - Může být vyroben z hliníku, železa, oceli nebo hořčíku.

Vezmeme-li blok motoru, má blok různé komory a průchody chladicí kapaliny s otvory se závitem, které lze správně odlít.

Co je casting?

Odlévání je výrobní proces, při kterém se roztavený kov nalije do formy a nechá se vychladnout ve tvaru formy. Po vychladnutí se odlitek vyjme, opracuje (pokud je to nutné) a zabuduje do hotového výrobku. Jedná se o operaci, při níž je možné vyrábět pevné i geometricky složité díly.

Důvodem, proč výrobci automobilů rádi používají odlévání, je možnost vyrábět velké množství složitých dílů jednotné kvality. Správná teplota tavení by měla být dodržena také proto, aby se odstranily vady, jako je pórovitost nebo nedoplněnost.

Mluvíme nejen o konstrukčně významných částech automobilů, ale také o těch, které musí být přesné a odolné v náročných podmínkách vysokých teplot, tlaků a neustálého opotřebení.

Proces odlévání automobilových dílů

Při velkosériové výrobě se také automatizují stroje nebo vysokotlaké systémy, aby se zajistila vysoká úroveň přesnosti a konzistence.

1. Tvorba vzorů

Začíná se výrobou vzoru, napodobeniny hotového dílu. Vzory se obvykle vyrábějí ze dřeva, kovu nebo plastu. Určují také přesný tvar a velikost dutiny formy, do které se bude nalévat roztavený kov.

2. Příprava formy

K vytvoření formy se používá písek, kov nebo keramické materiály. Dvě poloviny formy vytvoří dutinu pro tvarování dílu. Dutiny mohou být vytvořeny také uvnitř formy, například vnitřní kanály v bloku motoru.

3. Tavení kovu

V peci se při řízené teplotě taví vybraný kov nebo slitina (litina, hliník nebo hořčík). Tím se dosáhne mechanických vlastností vysoce výkonných aplikací, jako jsou motory nebo převodovky.

4. Nalévání

Po roztavení se kov naplní do formy. Při vrtání, frézování a soustružení se zajistí správné rozměry a povrchová úprava.

5. Tuhnutí a chlazení

Zahřátý materiál se nechá ve formě vychladnout a ztuhnout, čímž získá tvar formy. Díl by se měl vyhnout vadám smrštění nebo prasklinám způsobeným nekontrolovanou rychlostí chlazení.

6. Odstranění plísní

Při tuhnutí se forma rozbije (u lití do písku) nebo se forma otevře (u trvalého a zápustkového lití). Surový odlitek se pak vyjme a dále zpracovává jako odlitek polotovaru.

7. Opláchnutí a čištění

Nepotřebný materiál, včetně vtoků, stojek nebo otřepů, je odstraněn. Odlitek lze otryskat nebo obrousit, aby se povrch vyčistil a usnadnilo se jeho obrábění.

8. Tepelné zpracování (je-li vyžadováno)

Odlévané díly lze tepelně upravovat, aby se zvýšila jejich pevnost, tvrdost nebo houževnatost. Odlévání do písku - Odlévání do písku je jedním z nejstarších a nejběžnějších způsobů, kdy se z pískové formy vytvaruje složitější tvar.

9. Obrábění a dokončovací práce

Přestože odléváním vznikají téměř čisté tvary, mnoho automobilových dílů je třeba opracovat, aby byly přesné. Používá se u bloku motoru, hlavy válců a rozvodového potrubí.

10. Kontrola a testování

Nakonec se provede kontrola kvality odlitku. Před montáží do vozidla se provádí nedestruktivní zkoušky (NDT), rozměrové zkoušky a kontrola materiálu, aby se zajistilo, že díl odpovídá průmyslovým normám.

Typy metod odlévání používaných v automobilech

V automobilech se používá několik způsobů lití.

• Tlakové lití - Tato technika spočívá v tom, že se roztavený kov velkým tlakem vloží do ocelové formy a vytvoří se díly s hladkým povrchem a bez rozměrových chyb. Tlakové lití se běžně používá k výrobě lehkých hliníkových a hořčíkových součástí.
• Investiční lití - Investiční lití je také známé jako lití do ztraceného vosku a může být velmi přesné u menších součástí, jako jsou ozubená kola, konzoly atd.
• Odstředivé lití - Používá se především u válcových součástí, jako jsou pouzdra a nátrubky, a výsledkem je hustý a bezvadný díl.
• Odlévání do trvalých forem - Zahrnuje opakovaně použitelné formy, které nabízejí větší přesnost než odlévání do písku, ale jsou levnější než tlakové lití.

Výrobci automobilů volí proces odlévání podle materiálu, konstrukce, požadavků na výkon a objemu výroby.

Odlévací materiály Automobil

Litina

Použití litiny je jedním z tradičních a nejčastěji používaných materiálů pro odlévání automobilů. Má dobré opotřebení, pevnost a odolává vysokým teplotám. Používá se například pro hlavy válců, skříně převodovek, kola atd.

Slitiny hliníku

Hliníkové slitiny jsou vyhledávané také v automobilovém průmyslu, protože jsou lehké a odolné proti korozi. Ocelové slitiny jsou obvykle dostatečně houževnaté a pevné, aby mohly být použity v součástech, které jsou vystaveny velkému namáhání a zátěži. Používají se u standardních převodovek, klikových hřídelí a dílů zavěšení.

Slitiny oceli

Poskytují vynikající poměr hmotnosti a síly, a proto je lze použít jako převodové skříně, volanty a podpěry přístrojové desky. Ocel je těžší než hliník, ale zůstává velmi spolehlivá v náročných podmínkách. Slitiny mědi, jako je bronz a mosaz, nejsou příliš rozšířené, ale jsou vysoce odolné proti opotřebení a korozi.

Slitiny hořčíku

Hořčíkové slitiny váží ještě méně než hliník a jsou stále oblíbenější i v moderních automobilech, kde je úspora hmotnosti hlavním hlediskem. Uplatňují se především v menších přesných výrobcích, jako jsou ložiska, pouzdra a kování, u nichž je vyžadována dlouhá životnost.

Slitiny mědi

Slitiny mědi, jako je bronz a mosaz, nejsou příliš rozšířené, ale jsou velmi odolné proti opotřebení a korozi. Většinou se používají u menších přesných výrobků, jako jsou ložiska, pouzdra a kování, kde je vyžadována dlouhá životnost.

Výrobci často zdůrazňují, že automobilové odlitky vyrobené z těchto materiálů mohou odolávat nejnáročnějším mechanickým vlivům a jsou poměrně levné.

Níže je uvedena srovnávací tabulka materiálů automobilových odlitků:

Odlévané hlavní autodíly

Odlévání je klíčovým aspektem výroby mnoha kritických automobilových dílů, které jsou kritické. Mezi nejkritičtější patří:

Bloky motorů

• Jeden z nejrozšířenějších způsobů odlévání.
• Obvykle litina nebo slitiny hliníku.
• Měly by být odolné vůči vysokým teplotám, tlaku a vibracím.

Hlavy válců

• Obvykle se vyrábějí odléváním hliníku, aby byly lehčí.
• Sací/výfukové ventily, zapalovací svíčky a kanály chladicí kapaliny.

Skříně převodovek

• Skládala se z lehkých a pevných slitin hliníku nebo hořčíku.
• Převodovky a hřídele v převodovce chraňte a chraňte.

Brzdové bubny a kotouče

• Často se vyrábí ze železa, protože je žáruvzdorné a má dlouhou životnost.
• Zásadní význam pro bezpečnost vozidla mají vysoké úrovně tření a teploty.
• Sací potrubí (IM) a výfukové potrubí (EM).
• Odlévání do písku kvůli složitosti jejich tvarů.
• Šíření proudu vzduchu nebo výfukových plynů uvnitř systému motoru.

Součásti zavěšení

• Řídicí ramena, držáky a další jsou obvykle odlévány, aby byly pevné a spolehlivé.
• Musí být vystavena neustálému tlaku na vozovku.

Kola (kola z lehkých slitin)

• Obvykle se odlévají z hliníku.
• Síla, krása a snížení celkové hmotnosti.
• Klikové a vačkové hřídele (u některých)
• Lze odlévat před obráběním.
• Přesnost a tvrdost požadavků na motory a přenos výkonu.

Všechny tyto příklady ukazují, jak automobilový průmysl závisí na automobilových dílech vyráběných odléváním, které zajišťují výkon a trvanlivost.

Životaschopnost a spolehlivost

Výrobci dávají přednost odlévání před jinými výrobními metodami z několika důvodů:

Flexibilita designu

Pomocí odlévání je možné vytvářet díly automobilu se složitými tvary a jemnými detaily. Další prvky, jako jsou tenké stěny, vnitřní dutiny a složité průchody, lze vyrobit přímo ve formě, čímž se minimalizuje dodatečné obrábění a šetří se výrobní čas.

Pevnost a odolnost

Odlitky automobilových dílů jsou výkonné a odolné. Značná houževnatost - litinové, hliníkové a ocelové materiály jsou dostatečně houževnaté, aby odolaly intenzivnímu teplu, velkému zatížení a neustálým vibracím. To je v automobilovém průmyslu vyžadováno a všechny automobilové součásti mají standardní a bezpečnou kvalitu.

Nákladová efektivita

Po vytvoření formy je možné odlévat tisíce stejných dílů za relativně nízkou cenu. Jedná se tak o jeden z nejméně nákladných způsobů výroby velkého množství automobilových dílů v jedné sérii.

Lehké možnosti

Lehké slitiny, jako je hořčík a hliník, jsou rovněž podporovány odléváním. Tyto materiály snižují celkovou hmotnost vozidel, čímž zlepšují spotřebu paliva a snižují emise bez výsledného snížení pevnosti konstrukce.

Všestrannost materiálů

Lze odlévat mnoho různých kovů. Na základě účelu dílu (vysoká pevnost, odolnost proti korozi, nízká hmotnost) mohou výrobci automobilů zvolit nejvhodnější slitinu.

Technologie Smallcasting dnes

V moderních technikách odlévání jsou výsledky v rámci šarží dílů reprodukovatelné. Výrobci se horečně snaží odstranit tato omezení použitím vynikajících technik, včetně vakuového lití a počítačových simulací.

Podle vědců z automobilového průmyslu jsou odlévané komponenty často pevnější a levnější, a proto jsou jediným schůdným řešením.

Nevýhody a problémy odlévání

Existují také problémy s odléváním, i když nejsou tak výhodné:

Vady odlitků

Vady odlitků jsou jedním z největších problémů při odlévání. Výsledná součást může být oslabena problémy, jako jsou pórovitost, trhliny, smršťovací dutiny a inkluze. Tyto vady mohou vyžadovat dodatečné testování a zajištění kvality, aby se zajistila bezpečnost součásti.

Potřeba obrábění

Navzdory téměř čistým tvarům, které vznikají při odlévání, je většinu součástí stále třeba opracovávat, aby byly přesné. Ložisková sedla, otvory pro šrouby a těsnicí oblasti by měly být dokončeny s přísnou tolerancí. Tato dodatečná opatření zvyšují čas a náklady na výrobu.

Omezení materiálu

Ne každý kov je vhodný k odlévání. Jiné slitiny se špatně odlévají, mohou praskat nebo nemají požadovanou pevnost. To omezuje výběr materiálů u některých automobilových součástí a dokonce nutí výrobce hledat jiné cesty.

Vysoká spotřeba energie

Odlévání je také proces s vysokou teplotou, při kterém se spotřebuje velké množství energie, protože se taví kovy. V porovnání s jinými výrobními procesy je tak proces odlévání energeticky náročný, což představuje problém z hlediska nákladů a životního prostředí.

Obavy o životní prostředí

Kromě spotřeby energie vznikají při odlévání také emisní odpady, jako je použitý písek, struska a emise z tavení v peci. S těmito vedlejšími produkty se vypořádávají ještě obtížněji, protože výrobci automobilů přecházejí na výrobní procesy, které jsou šetrnější k životnímu prostředí.

Technologie odlévání dnes

Technologie odlévání je navržena tak, aby splňovala požadavky elektromobilů a udržitelnosti:

• Automatizované odlévací systémy - ušetřit plýtvání a zvýšit přesnost.
• 3D tisk forem - Rychlejší vývoj prototypu.
• Vysoce výkonné slitiny - Jsou pevnější a váží méně než běžné.
• Integrace elektromobilů - Elektromobily Při výrobě podvozků elektromobilů se v současné době používají velké jednodílné hliníkové odlitky (někdy označované jako giga-odlitky).

Inovátoři poukazují na to, že díly automobilů vyráběné litím se s novou generací vozidel mění.

Technické srovnání materiálů používaných při odlévání automobilů

Spíše technická tabulka materiálů používaných při odlévání automobilů, zde je rozšířená verze s nejdůležitějšími technickými vlastnostmi, výhodami a použitím:

Je v technické/inženýrské podobě s číselnými vlastnostmi (hustota, pevnost v tahu, tepelná vodivost), výhodami a aplikacemi.

Úvahy o životním prostředí

Automobilový průmysl se začal zajímat o udržitelnost. Odlévání je energeticky náročný proces, nicméně recyklace a zdokonalené techniky tavení minimalizují jeho dopady na životní prostředí. Množství energie spotřebované na recyklaci hliníku, například recyklovaného kovu, je mnohem menší než energie spotřebovaná na výrobu nového kovu.

Cílem ekologické výroby je zajistit, aby takzvané automobilové odlitky byly nejen odolné, ale také šetrné k životnímu prostředí.

Výhled do budoucna

Budoucnost automobilového odlévání vypadá dobře. Přibývají elektromobily, což znamená, že lehké, ale výkonné díly jsou potřeba více než kdy jindy. Použití velkých hliníkový odlitek dílů je minimalizace počtu dílů při výrobě automobilových sestav a jejich rychlejší a levnější výroba.

I zde budou hnací silou růstu rozvíjející se trhy, protože k výrobě vozidel ve velkém množství jsou zapotřebí cenově dostupné a odolné výrobní techniky.

Závěr

Od zavedení automobilového průmyslu je odlévání hlavním odvětvím výroby automobilů a zůstává jím dodnes. Bez odlévaných dílů (bloky motorů, díly zavěšení atd.) by automobilový svět nemohl být tím, čím je dnes. Odlévání bude i nadále jedním z nejvýznamnějších procesů v automobilovém průmyslu díky moderním inovacím, udržitelným postupům a zapojení do výroby elektromobilů.

Závislost na automobilových dílech vyráběných odléváním může zkrátka také ukázat, že časem prověřený postup se dokáže přizpůsobit požadavkům nového století a jeho výzvám. Stejně tak síla, ekonomičnost a univerzálnost tzv. automobilových odlitků z nich činí legendu současné i budoucí dopravy.

Nejčastější dotazy

1. Co jsou lité autodíly?

Odlévané autodíly jsou prvky vytvořené nalitím tekutého kovu do formy, který ztvrdne a vytvoří požadovaný tvar. Hojně se používá k výrobě bloků motorů, hlav válců, skříní převodovek, brzdových dílů a kol.

2. Co je tedy na odlévání v automobilovém světě tak důležité?

Jedním z důvodů, proč je odlévání důležité, je to, že umožňuje vyrábět složité a odolné díly ve velkém množství za poměrně nízké náklady. Je také flexibilní z hlediska konstrukce, umožňuje použití lehkých slitin a zajišťuje rovnoměrnost výroby ve velkých množstvích.

3. Jaké jsou typické materiály automobilových odlitků?

Mezi nejoblíbenější patří litina, slitiny hliníku, slitiny oceli, slitiny hořčíku a slitiny mědi. Každý materiál se vybírá podle výkonu součásti, jako je pevnost, hmotnost nebo odolnost proti opotřebení a tepelná odolnost.

4. Jaké jsou výhody odlévání automobilových dílů?

Mezi výhody odlévání patří volnost konstrukce, nízké náklady, vysoká pevnost a odolnost, možnost použití lehkých slitin a stálá kvalita při velkosériové výrobě. Díky tomu se stalo oblíbeným způsobem výroby důležitých dílů automobilů.

5. Jaké jsou nejdůležitější problémy nebo omezení při odlévání ve voze?

Klíčovými problémy jsou vady odlitků (pórovitost nebo praskliny), dodatečné obrábění pro dosažení přesnosti, omezení materiálu, vysoká spotřeba energie a ekologické problémy způsobené emisemi a odpadními produkty.