Aluminium Automobielmatrijzenafgietsel in China

Aluminium spuitgietwerk voor auto's in China is een essentieel proces geworden binnen de internationale toeleveringsketen voor de auto-industrie dat bijdraagt aan efficiëntie, duurzaamheid en innovatie in de autoproductie. Lichtgewicht en sterk, aluminium biedt een speciale balans tussen mechanische prestaties en brandstofverbruik, wat hedendaagse autofabrikanten vereisen. Door het gewicht van voertuigen te minimaliseren, hebben aluminium spuitgietonderdelen een directe impact op het verminderen van brandstofverbruik, een groter bereik van de batterij in elektrische voertuigen (EV's) en koolstofemissies. Dit maakt de technologie niet alleen belangrijk voor de fabrikanten, maar ook voor milieuregelgeving over de hele wereld.

Deze dominantie in de auto-industrie van China is een natuurlijk verlengstuk van het spuitgieten van aluminium. Als grootste producent, het land met enorme productiesnelheden, met zijn grote toeleveringsketen en de steun van de overheid via industrieel beleid, heeft China zich al gevestigd als de grootste producent en een van de grootste vernieuwers op dit gebied. De spuitgietsector van het land bedient zowel lokale autofabrikanten als buitenlandse merken en levert motorblokken en transmissiebehuizingen, maar ook hightech giga-gietstukken die worden toegepast op de carrosserie van EV's.

De ontwikkeling van lichtgewicht materialen en milieuvriendelijkere productietechnologieën is nog sneller gegaan. Deze overeenstemming tussen industriële competentie en de wereldwijde duurzaamheidsdoelstellingen zal China in de voorste gelederen houden van de aluminium spuitgiettechnologie, die de toekomst van de autotechniek is.

Wat is spuitgieten van aluminium?

Spuitgieten van aluminium is de productietechniek waarbij gesmolten aluminium onder druk in een stalen mal (matrijs) onder hoge druk wordt gespoten. Na afkoeling en stolling produceert het metaal complexe en nauwkeurige onderdelen met zeer gunstige sterkte-gewicht verhoudingen. De auto-onderdelen die vaak worden gemaakt zijn motorblokken, transmissiebehuizingen, wielen, beugels en structurele carrosseriedelen.

Waarom China leidt in Aluminium Spuitgieten?

1. Schaal van fabricage - China heeft duizenden spuitgietbedrijven, kleine leveranciers en multinationale joint venture spuitgietbedrijven.
2. Kostenvoordeel - De arbeidskosten en brede toeleveringsketen zijn concurrerend, waardoor de productie rendabel is.
3. Technologische vooruitgang - De meeste Chinese fabrikanten hebben hogedrukgietwerk (HPDC), vacuümgietwerk en halfmassief gieten omarmd in een poging om producten van betere kwaliteit en minder defecte producten te produceren.
4. Overheidsbepalingen - Het beleid dat lichtgewicht voertuigen en elektrische mobiliteit promoot, heeft de vraag naar aluminium gietstukken doen toenemen.

Het Proces van het Afgietsel van de Aluminiummatrijs

Aluminium spuitgieten is een van de meest gespecialiseerde productietechnieken waarmee complexe en nauwkeurige auto-onderdelen met geweldige mechanische eigenschappen kunnen worden gemaakt. Het omvat verschillende goed geregelde fasen en elk daarvan kan worden gezien als een stap in de richting van de kwaliteit, sterkte en duurzaamheid van een eindproduct. Hieronder volgt een bespreking van elk van de fasen:

1. Voorbereiding van de mal

De stalen mal, meestal van gehard gereedschapsstaal, wordt volledig gereinigd en gecontroleerd voordat de productie begint en moet vrij zijn van slijtage of schade. Dan wordt het losmiddel of smeermiddel aangebracht in de holte van de matrijs, wat een aantal belangrijke doelen dient. Het voorkomt dat het gesmolten aluminium aan de matrijs blijft kleven, zorgt voor een soepele uitwerping van de stukken en helpt bij het op temperatuur houden van de matrijs tijdens opeenvolgende gietcycli. Het is belangrijk om de matrijs goed voor te bereiden, omdat dit een direct verband heeft met de oppervlaktekwaliteit en de maatnauwkeurigheid van het afgewerkte onderdeel.

2. Smelten en voorbereiden van de legering

Het begint met het smelten van aluminium blokken of gerecycled schroot in een hoogtemperatuuroven die kan worden aangedreven door gas, elektriciteit of inductie. In deze fase wordt gesmolten aluminium nauwkeurig geobserveerd om een optimaal temperatuurbereik van ongeveer 660 tot 700 °C te handhaven om een vloeibare massa te verkrijgen en defecten te verminderen. Elementen zoals silicium, magnesium en koper worden gelegeerd om bepaalde eigenschappen zoals sterkte, corrosiebestendigheid of thermische geleidbaarheid te verbeteren. Het is belangrijk om de chemische samenstelling nauwkeurig te houden, omdat een kleine verandering hierin de functionaliteit van auto-elementen sterk kan beïnvloeden.

3. Spuitgieten onder hoge druk (injectie)

Nadat het gesmolten aluminium de gewenste toestand heeft bereikt, wordt het door een hogedrukgietmachine (HPDC) in de geprepareerde stalen gietvorm gegoten. De injectiedruk ligt meestal tussen 110 en 175 MPa, waardoor het vloeibare metaal zelfs de meest complexe gietholtes nauwkeurig vult. Hoge druk helpt ook bij het verminderen van porositeit en krimpfouten om onderdelen met een hoge sterkte en dichtheid te produceren. Dit wordt beschouwd als het middelpunt van het proces omdat het de kwaliteit van het gietstuk bepaalt en of er gecompliceerde vormen geproduceerd kunnen worden zonder de structurele integriteit te breken.

4. Koelen en stollen

Het gesmolten aluminium wordt dan geïnjecteerd en koelt snel af en verhardt in de stalen mal. De afkoelsnelheid wordt gedurende het hele proces gehandhaafd om ervoor te zorgen dat de kristallisatie gelijkmatig verloopt en interne spanningen of kromtrekken geminimaliseerd worden. De koeltijd varieert sterk met de dikte en de complexiteit van het te gieten onderdeel; een dunwandig onderdeel kan in enkele seconden gestold zijn, terwijl een complexer onderdeel een langere cyclus nodig heeft om te stollen. Goed georganiseerde koelcircuits (waterkanalen of oliecircuits ingebouwd in de matrijs) zijn gebruikelijk om een consistentie te garanderen tijdens de productie runs. Het is essentieel om een balans van sterkte, vervormbaarheid en maatnauwkeurigheid te bereiken door goed te stollen.

5. Uitwerping

Nadat het onderdeel is uitgehard, duwen uitwerppennen in de mal het gietstuk naar buiten. In deze stap is nauwkeurigheid vereist om te voorkomen dat gevoelige delen of dunne wanden van het onderdeel verbranden. Grootschalige autofabricage vertrouwt vaak op geautomatiseerde uitwerpsystemen, die de consistentie van cyclustijden garanderen en handmatig werk minimaliseren. Het uitwerpproces lijkt eenvoudig, maar als het verkeerd wordt toegepast, kan het oppervlaktedefecten, scheuren of uitlijnfouten veroorzaken, wat de bruikbaarheid van het eindproduct negatief beïnvloedt.

6. Afwerking

Ruw gietwerk kan na het uitwerpen grote hoeveelheden vreemd materiaal bevatten, zoals uitlopers, runners of zelfs poorten, en dit moet verwijderd worden. Bij het trimmen wordt meestal een hydraulische pers of een CNC-machine gebruikt om een nauwkeurige randlijn te verkrijgen. Andere afwerkingsprocessen zoals kogelstralen verbeteren de textuur van het oppervlak en machinale bewerking zorgt voor de hoge maattolerantie die nodig is voor motor- of transmissieonderdelen. Ze kunnen een warmtebehandeling ondergaan om de sterkte en hardheid te verhogen en coating of anodiseren kan de corrosiebestendigheid verhogen. Dit zijn de noodzakelijke secundaire processen omdat ze het ruwe gietstuk naar het volgende niveau tillen, waar het wordt omgevormd tot een functioneel en betrouwbaar auto-onderdeel.

7. Inspectie en kwaliteitscontrole

De laatste stap is de intensieve inspectie, waarbij alle gietstukken van autokwaliteit zijn. Maatcontroles worden geïnspecteerd met behulp van coördinatenmeetmachines (CMM), poreusheid en interne gebreken worden aan het licht gebracht met behulp van röntgeninspectie of niet-destructieve testmethoden (NDT) zoals ultrasone scans. De oppervlakteafwerking en mechanische sterkte worden ook getest om vast te stellen of ze voldoen aan de specificaties. Statistische procescontrole (SPC) en moderne elektronische controlesystemen kunnen ook worden geïntroduceerd in grootschalige productie om ervoor te zorgen dat de kwaliteit van duizenden materialen consistent is. Gezien het belang van deze onderdelen voor zowel de veiligheid als de prestaties van het voertuig, hebben deze onderdelen een strenge kwaliteitscontrole nodig.

Bronmateriaal voor spuitgietwerk van aluminium voor de auto-industrie

In China worden bij het spuitgieten voor auto's voornamelijk aluminiumlegeringen gebruikt die worden gekozen vanwege hun gewichtsterkte, corrosie en recyclebaarheid.

Aluminiumlegeringen

ADC12 (Al-Si-Cu legering)

• Grote auto-onderdelen worden vaak gebruikt in China vanwege hun hoge gietbaarheid en corrosiebestendigheid.
• Toepassingen: Motorblok, versnellingsbakbehuizingen, structurele onderdelen.

A380

• Goede sterkte, thermische geleidbaarheid en corrosiebestendigheid.
• Toepassingen: Transmissiebehuizingen, beugels en warmtebeheersystemen.

AlSi9Cu3

• Dunwandige componenten kunnen worden gebruikt met een hoge vloeibaarheid en drukdichtheid.
• Toepassingen: (In motoren) Motorkappen, cilinderkoppen.

AlSi10Mg

• Goede warmtebehandelde mechanische eigenschappen.
• Toepassingen: EV structurele componenten die van belang zijn voor de veiligheid.

Belangrijkste materiaaloverwegingen

1. Controle op onzuiverheid: De hoeveelheid ijzer moet klein zijn om broosheid te voorkomen.
2. Recyclebaarheid: Secundair (gerecycled) aluminium wordt breed toegepast om geld en energie te besparen.
3. Vereiste prestaties: Legeringen worden geselecteerd op basis van mechanische vereisten (treksterkte, weerstand tegen vermoeiing, thermische geleidbaarheid).
4. Compatibiliteit met oppervlaktebehandeling: Materialen moeten compatibel zijn met anodiseren, poedercoaten of galvaniseren voor corrosiebestendigheid.

Toepassingen in de automobielsector

Elektrische voertuigen

Lichtgewicht aluminium spuitgietcomponenten zijn nu van onschatbare waarde in de sector van elektrische voertuigen, waar de vermindering van het totale voertuiggewicht recht evenredig is met de energie-efficiëntie en de actieradius van het voertuig. Accubehuizingen, motorbehuizingen en grote body-in-white onderdelen worden allemaal meer en meer vervaardigd door middel van hogedrukgieten. Het gebruik van aluminium maximaliseert niet alleen de veiligheid dankzij de structurele integriteit, maar stelt autofabrikanten ook in staat om de thermische prestaties van accu's te optimaliseren, aangezien dit essentieel is voor de prestaties en de levensduur. Spuitgieten is een fundamentele technologie van de snelle verschuiving naar schone mobiliteit in heel China, waar de productie van EV's de leider is in zijn categorie wereldwijd.

Motor en transmissie

Spuitgieten van aluminium wordt vaak toegepast om behuizingen, cilinderkoppen en versnellingsbakbehuizingen te maken in traditionele voertuigen met verbrandingsmotoren (ICE). Al deze onderdelen hebben te maken met hoge temperaturen, trillingen en mechanische stress, daarom is de gewicht/sterkte verhouding van aluminium een sterk punt. Door het zwaardere gietijzer te vervangen door aluminium kunnen autofabrikanten de totale massa van het voertuig aanzienlijk verlagen zonder dat dit ten koste gaat van de levensduur. Dit zal bijdragen aan een lager brandstofverbruik en een lagere uitstoot. Chinese spuitgietbedrijven voorzien de producenten van hybride voertuigen ook van lichtere, maar krachtige motor- en transmissieonderdelen om de kloof tussen traditionele en elektrische mobiliteit te dichten.

Structurele onderdelen

Steeds vaker worden meervoudig gelaste of geboute stalen assemblages vervangen door grote spuitgegoten aluminium onderdelen. Deze verandering maakt de assemblage van een voertuig eenvoudiger, minimaliseert het aantal onderdelen en verhoogt de structurele stijfheid. De energie-absorberende eigenschappen van aluminium maken het bijzonder interessant voor crash-relevante toepassingen zoals schokdempers, subframes en dwarsbalken. Om complete achter- of voorcarrosserieën van het voertuig uit één stuk aluminium te vervaardigen, gebruiken sommige Chinese fabrikanten de gigagiettechnologie. Dit verbetert niet alleen de botsveiligheid, maar verlaagt ook de productie- en assemblagekosten en is in lijn met de wereldwijde trend om lichte, veilige en efficiënte auto's te maken.

Warmtebeheersystemen

De thermische geleidbaarheid van aluminium is beter en daarom is dit het geprefereerde materiaal voor beheersystemen in een conventioneel voertuig en een elektrisch voertuig. Radiatoren, intercoolerbehuizingen en accubehuizingen zijn afhankelijk van een aluminium spuitgieting om voldoende thermische regulatie te bieden. In het geval van EV's zijn de optimale accutemperaturen belangrijk voor de prestaties, de oplaadsnelheid en de veiligheid. Met aluminium spuitgietbehuizingen kunnen autofabrikanten een compromis bereiken tussen een lichtgewicht ontwerp en hoge thermische prestaties. Chinese fabrikanten doen ook grote investeringen in precisie spuitgietwerk om te voldoen aan de stijgende vraag naar high-end oplossingen voor thermisch beheer in de snelgroeiende EV-markt.

Uitdagingen en trends

Kwaliteitsnormen

Strenge internationale kwaliteitscertificering, zoals IATF 16949 en ISO 9001, is een vereiste voor leveranciers die willen concurreren op de wereldwijde automarkt. Deze normen zijn van toepassing op alle productieniveaus, van de inkoop van grondstoffen tot de eindinspectie, en dit maakt onderdelen betrouwbaar en uniform. In het geval van Chinese spuitgietbedrijven zijn deze normen niet alleen een voorwaarde om te kunnen exporteren naar Europa en Noord-Amerika, maar ook een manier om vertrouwen te winnen bij lokale autofabrikanten. Hoogwaardige inspectietechnologieën, statistische procescontrole en geautomatiseerde kwaliteitsbewaking worden steeds meer gebruikt om aan deze uitdagende eisen te voldoen.

Milieudruk

Het gietproces van aluminium kost veel energie, vooral bij het smelten en smelten. Omdat het milieu steeds belangrijker wordt en de overheidsvoorschriften strenger, staan fabrikanten in China onder grotere druk om groener te werken. Ze introduceren energie-efficiënte ovens, terugwinning van restwarmte en integratie van hernieuwbare energie om de koolstofuitstoot te verminderen. Bovendien heeft de druk om de doelstellingen van koolstofpiek in 2030 en koolstofneutraliteit in 2060 te halen, zoals voorgesteld in China's doelstellingen die bekend staan als de dual carbon, de snelheid verhoogd waarmee wordt geïnvesteerd in duurzame giettechnologieën. Bedrijven die zich niet aanpassen, zijn mogelijk niet concurrerend genoeg omdat autofabrikanten wereldwijd meer aandacht besteden aan een milieuvriendelijke toeleveringsketen.

Innovatie Aandrijving

Met de introductie van Tesla Giga Casting heeft de spuitgietindustrie voor auto's een nieuwe definitie gekregen, omdat hiermee is bewezen dat een auto in één groot blok kan worden gegoten en dat een compleet voertuig kan worden geproduceerd. De innovatie verlaagt het aantal onderdelen, de assemblagekosten en de productiekosten en verbetert de stijfheid van de voertuigen. Chinese bedrijven blijven niet achter en investeren in ultragrote hogedrukgietapparatuur met een sluitkracht van meer dan 10.000 ton. Bedrijven als LK Group en Yizumi ontwerpen en verkopen momenteel deze machines, die China aan de top plaatsen van de wereldwijde concurrentie op het gebied van megagieten. Deze tendens is een overgang tussen traditioneel componenten gieten en massaproductie-innovatie op structureel niveau.

Duurzaamheid

Een van de belangrijkste trends in het spuitgieten van aluminium is duurzaamheid. Het recyclen van aluminium is economisch aantrekkelijk en verbruikt ook minder energie, tot 95% van de primaire aluminiumproductie. De recyclingcapaciteiten van Chinese fabrikanten nemen ook snel toe om een constante aanvoer van secundair aluminium te hebben voor gebruik in spuitgietwerk. Autofabrikanten werken ook meer samen met leveranciers van gietstukken om een gesloten kringloop te bereiken, waarbij het productieschroot wordt ingezameld en opnieuw in gebruik wordt genomen. Deze overstap naar een circulaire economie verlaagt niet alleen de kosten, maar helpt bedrijven ook hun koolstofvoetafdruk te verkleinen en voldoet niet alleen aan hun wettelijke vereisten, maar ook aan de vraag van klanten naar een milieuvriendelijkere auto.

Marktomvang en groei

China is goed voor meer dan 50 procent van alle aluminium spuitgietproducten ter wereld en is daarmee de grootste producerende regionale grootmacht. De industrie voorspelt dat de Chinese markt voor spuitgietaluminium 25 miljard USD zal bereiken en tegen 2030 met 7-9 procent per jaar zal groeien. De toenemende productie van elektrische voertuigen, de toenemende behoefte aan lichtgewicht auto-oplossingen om te voldoen aan brandstof- en emissieregelgeving en de toename van het aantal Chinese autofabrikanten wereldwijd zijn de drijvende krachten achter deze groei.

Belangrijkste productieregio's in China

Sommige provincies domineren het spuitgieten van aluminium voor de auto-industrie. De provincie Guangdong heeft zich ontpopt als een zeer groot centrum voor spuitgietwerk voor de auto-industrie en elektronica met een sterk exportnetwerk. De provincie Zhejiang heeft naam gemaakt op het gebied van precisiegietwerk en heeft nauwe banden met buitenlandse autofabrikanten. Shandong en Jiangsu hebben ondertussen concentraties van grote eenheden van gieterijen met hoge capaciteit die niet alleen lokale fabrikanten bedienen maar ook de buitenlandse markten, wat nog sterker wordt omdat China de grootste producent van spuitgietwerk ter wereld is.

Technologische innovaties

Chinese spuitgietbedrijven passen nieuwe technologie toe in een poging om concurrerend te blijven:

• Giga Gieten: In navolging van Tesla maken sommige bedrijven zoals LK Group en Yizumi spuitgieteenheden van meer dan 10.000 ton voor grote body-in-white (BIW) onderdelen.
• Vaccum Spuitgieten: De poriën in de aluminium stukken worden geminimaliseerd en de metalen worden vervolgens gebruikt in veiligheidsgerelateerde onderdelen van de auto.
• Automatisering en robotica: Robotarmen die worden gebruikt om te spuiten, af te zuigen en te trimmen om de regelmatigheid en optimalisatie te verbeteren.
• Simulatiesoftware: Dit is de geavanceerde matrijsstroomanalyse die helpt om defecten te minimaliseren voor de productie.

Rol in de productie van elektrische voertuigen

De markt voor elektrische auto's is in China een primaire groeisector in de aluminium spuitgietindustrie. Gegoten aluminium wordt vaak gebruikt in batterijbehuizingen, motorbehuizingen en chassis, en het verbetert de thermische prestaties, sterkte en efficiëntie. Aluminium maakt een lange actieradius mogelijk en verlaagt de kosten door het gewicht en het aantal onderdelen van een voertuig te verminderen. Aangezien China meer dan 60 procent van alle EV's ter wereld produceert, groeit de vraag nog steeds.

Duurzaamheid/ Recycling

Het meeste spuitgieten van aluminium in China is duurzamer geworden, waarbij gerecycled aluminium een centrale rol speelt. Het verbruikt slechts een kwart van de energie die nodig is voor primair smelten en verlaagt de kosten en uitstoot. Smelterijen worden steeds meer partners van autofabrikanten om modellen voor de circulaire economie mogelijk te maken. Volgens de principes van de Chinese doelstellingen van de koolstofdual bieden recycling en schonere processen voordelen op lange termijn voor fabrikanten die hun concurrentievermogen en internationaal vertrouwen willen vergroten.

Concurrentielandschap

De aluminium spuitgietindustrie in China is behoorlijk concurrerend en er zijn grote spelers actief in deze sector, die zowel de binnenlandse als de internationale markt bevoorraden. Ningbo Tuopu Group is gespecialiseerd in het leveren van structurele onderdelen aan internationale autofabrikanten en Dynacast heeft precisiefabrieken in China. Guangdong Hongtu Technology is gespecialiseerd in onderdelen voor EV-batterijen, terwijl Wencan Group zich specialiseert in lichtgewicht onderdelen voor Europese auto's. De bedrijven onderstrepen het toenemende leiderschap van China op het gebied van geavanceerd spuitgieten.

Toekomstperspectief

Technologie en internationale veranderingen in de auto-industrie zullen een sterk verband hebben met de toekomst van aluminium spuitgietwerk voor auto's in China. Een van de grootste veranderingen is de toepassing van kunstmatige intelligentie (AI) en slimme fabricage in gietprocessen. Door middel van AI-gebaseerd voorspellend onderhoud, detectie van defecten en real-time monitoring zullen fabrikanten in staat zijn om stilstand te minimaliseren, de kwaliteit te verbeteren en de efficiëntie te maximaliseren, waardoor de productie voorspelbaarder en kostenefficiënter wordt.

De andere trend is de groei van Chinese spuitgietbedrijven in internationale toeleveringsnetwerken. Er is een trend waarbij veel bedrijven de binnenlandse markt verlaten om Tier 1-leveranciers te worden van grote OEM's (Original Equipment Manufacturers) in Europa en Noord-Amerika. Dit wijst op de toenemende technische bekwaamheid van de Chinese leveranciers en de toenemende afhankelijkheid van de wereldwijde autoconstructeurs van de competitieve Chinese productiecapaciteit.

De industrie neemt ook een nieuwe vorm aan door de overstap naar megagieten. In navolging van het concept van gigagieten, ontwikkeld door Tesla, investeren de Chinese fabrikanten in ultragrote hogedrukgietmachines die onderdelen van voertuigbodems uit één stuk kunnen gieten. De innovatie heeft geleid tot een vermindering van de complexiteit van de assemblage, een toename van de structurele integriteit en lage productiekosten, waardoor het zeer wenselijk is in toekomstige voertuigplatformen, met name elektrische voertuigen.

Ten slotte wordt leiderschap op het gebied van duurzaamheid een marker voor concurrentievermogen op de lange termijn. De bedrijven die recyclagetechnologieën toepassen, secundair aluminium gebruiken en investeren in emissiearme smeltmethoden, zullen daar economisch en ecologisch van profiteren. Nu China op weg is naar koolstofneutraliteit, zullen spuitgietbedrijven die aan de agenda voldoen in een betere positie verkeren om aan de regelgeving te voldoen, aan de internationale marktvraag te voldoen en de industrie naar een groene toekomst te leiden.

Conclusie

De aluminium spuitgietindustrie voor auto's in China bevindt zich in een fase van sterke groei, beïnvloed door de wereldwijde vraag naar een lichtgewicht, efficiënt en milieuvriendelijk transportmiddel. Nu autofabrikanten overgaan op de productie van elektrische voertuigen, neemt ook de vraag naar op aluminium gebaseerde producten of accubehuizingen, motorbehuizingen en structurele onderdelen toe. Deze trend onderstreept het belang van spuitgiettechnologie bij het minimaliseren van het gewicht van het voertuig, het verbeteren van de efficiëntie en het voldoen aan strenge milieuregels. Chinese fabrikanten investeren ook in moderne processen, waaronder hogedrukgieten, vacuümgieten en gigagieten, om internationaal concurrerend te blijven. Tegelijkertijd maakt een geleidelijke overgang naar gerecycled aluminium en groene productie de industrie consistent met de nationale niveaus van koolstofvermindering. China consolideert zijn rol als grootste autofabrikant ter wereld en als technologieleider op het gebied van alumnium spuitgieten.