Piese de automobile realizate prin turnare: Selectarea materialelor și a proceselor

Automobilul modern este o mașină sofisticată, alcătuită din mii de piese separate, cu scopul lor propriu de a oferi siguranță, performanță și fiabilitate. Turnarea este unul dintre diferitele procese de fabricație care sunt utilizate în industria automobilelor. Turnarea este acum o procedură ireversibilă prin care piesele principale ale unui vehicul sunt formate prin modelarea metalului topit în piese extrem de detaliate și rezistente. Motoarele, transmisiile și sistemele de frânare ale majorității vehiculelor sunt printre cele mai importante sisteme care necesită piese realizate prin turnare. Într-adevăr, atunci când proiectanții și constructorii discută despre eficiența, durabilitatea și rentabilitatea producției, piesele auto turnate se află adesea în centrul dezbaterii.

Arta turnării nu este nouă; a fost inventată cu mii de ani în urmă. Cu toate acestea, aplicarea sa în industria automobilelor a suferit o schimbare revoluționară pentru a valorifica tehnologiile de înaltă tehnologie și cele mai recente aliaje care se pot potrivi cerințelor ridicate ale automobilelor moderne. Turnarea a fost esențială pentru a permite automobilelor să mențină standarde de înaltă performanță la un cost relativ scăzut, prin blocuri motor ușoare din aluminiu care sunt rezistente și componente de frână rezistente din fontă.

Articolul va trece în revistă istoria turnare auto piesele, procesele, avantajele și tendințele viitoare ale pieselor turnate pentru automobile și dezvăluie motivele pentru care piesele turnate pentru automobile continuă să fie un pilon în industria constructoare de automobile.

Istoria turnării

De fapt, procesul de turnare a aluminiului a fost cel care a pătruns în sferă la mijlocul secolului al XX-lea. Turnarea a fost utilizată în vehicule încă de la sfârșitul secolului al XIX-lea și începutul secolului al XX-lea, când automobilul a fost dezvoltat pentru a înlocui trăsura trasă de cai. Motoarele timpurii necesitau piese puternice, dar necostisitoare, iar turnarea a fost soluția potrivită. Una dintre primele metode de fabricare a blocurilor de motor, a arborelui cotit și a carcasei a fost turnarea fierului.

Odată cu dezvoltarea industriei automobilelor, tehnicile de turnare au crescut și au devenit avansate. Producătorii de automobile au aflat că pot crește eficiența consumului de combustibil fără a reduce durata de viață a vehiculelor datorită motoarelor și pieselor structurale mai ușoare. Turnarea se aplică la diferite sisteme ale vehiculelor în funcție de aplicarea și importanța acestora. În cele din urmă, piesele turnate pentru automobile au rolul important de a oferi rezistență, precizie și rentabilitate pentru a reduce costurile, motiv pentru care piesele pentru automobile sunt giganții industriei auto.

Ce sunt piesele turnate pentru automobile?

Piesele turnate pentru automobile pot fi definite ca părți ale unui vehicul care sunt produse prin turnarea metalului topit într-o matriță, iar metalul topit rezultat se întărește într-o formă dorită. Acest lucru a permis fabricarea de componente robuste, rezistente și complicate care sunt utilizate în automobile, inclusiv blocuri motor, capete de cilindri, carcase de transmisie, tamburi de frână și roți.

Ele sunt foarte populare de la ofertele de turnare:

• Flexibilitate de proiectare - Pot fi realizate geometrii detaliate.
• Putere și reziliență - Metalele sunt rezistente la tensiuni și căldură intense.
• Eficiența costurilor - Cel mai bine cu producția în masă.
• Versatilitatea materialului - Acesta poate fi fabricat din aluminiu, fier, oțel sau magneziu.

În cazul unui bloc motor, blocul are diverse camere și pasaje pentru lichidul de răcire cu deschideri filetate care pot fi turnate corect.

Ce este turnarea?

Procesul de turnare este un tip de producție în care metalul topit este turnat într-o matriță și lăsat să se răcească în forma matriței. După răcire, piesa turnată este îndepărtată, prelucrată (acolo unde este necesar) și montată în produsul finit. Este o operațiune prin care se pot produce atât piese rezistente, cât și piese complexe din punct de vedere geometric.

Motivul pentru care producătorilor de automobile le place să utilizeze turnarea este că pot produce cantități mari de piese complicate de calitate uniformă. De asemenea, trebuie menținută temperatura de topire adecvată pentru a elimina defectele precum porozitatea sau umplerea insuficientă

Discutăm nu numai despre piesele cu importanță structurală ale automobilelor, ci și despre cele care trebuie să fie precise și durabile în condiții severe de temperaturi ridicate, presiuni și uzură constantă.

Procesul de turnare a pieselor pentru automobile

Producția de volum mare automatizează, de asemenea, mașinile sau sistemele de înaltă presiune pentru a asigura un nivel ridicat de precizie și consecvență.

1. Realizarea modelului

Aceasta începe cu producerea unui model, o imitație a piesei finite. Modelele tind să fie realizate din lemn, metal sau plastic. Ele determină, de asemenea, forma și dimensiunea exacte ale cavității matriței în care va fi turnat metalul topit.

2. Pregătirea formei

Nisipul, metalul sau materialele ceramice sunt utilizate pentru a forma o matriță. Cele două jumătăți ale matriței formează cavitatea pentru a modela piesa. Golurile pot fi, de asemenea, introduse în interiorul matriței, cum ar fi pasajele interne din cadrul unui bloc motor.

3. Topirea metalului

Într-un cuptor, o temperatură controlată este utilizată pentru a topi metalul sau aliajul selectat (fontă, aluminiu sau magneziu). Acest lucru are rolul de a aduce proprietăți mecanice aplicațiilor de înaltă performanță, cum ar fi motoarele sau cutiile de viteze.

4. Turnarea

Atunci când metalul este topit, acesta este introdus în matriță. Dimensiunile și finisajele corespunzătoare sunt asigurate în timpul găuririi, frezării și strunjirii.

5. Solidificarea și răcirea

Materialul încălzit este lăsat să se răcească și să se întărească în interiorul matriței, luând forma matriței. Piesa trebuie să evite un defect de contracție sau o fisură din cauza ratelor de răcire necontrolate.

6. Îndepărtarea mucegaiului

La solidificare, matrița este spartă (în cazul turnării în nisip) sau matrița este deschisă (în cazul turnării permanente și sub presiune). O piesă turnată brută este apoi îndepărtată și prelucrată ulterior ca piesă brută de turnare.

7. Fettling și curățare

Materialul nefolositor, inclusiv matrițele, ramificațiile sau strălucirea, este eliminat. Turnarea poate fi sablată sau șlefuită pentru a curăța suprafața și a o face ușor de prelucrat.

8. Tratament termic (dacă este necesar)

Piesele turnate pot fi tratate termic pentru a le spori rezistența, duritatea sau tenacitatea. Turnarea în nisip - Turnarea în nisip este una dintre cele mai vechi și mai comune modalități prin care o matriță de nisip este turnată într-o formă mai complicată.

9. Prelucrare și finisare

În ciuda faptului că turnarea generează forme aproape nete, o mulțime de piese auto trebuie prelucrate pentru a fi precise. Se utilizează pentru blocul motor, capul cilindrului și colectorul.

10. Inspecție și testare

În cele din urmă, se fac verificări ale calității piesei turnate. Testele nedistructive (NDT), testele dimensionale și inspecția materialelor sunt efectuate pentru a se asigura că piesa corespunde standardelor industriale înainte de asamblarea într-un vehicul.

Tipuri de metode de turnare utilizate în industria automobilelor

Există mai multe metode de turnare care sunt utilizate în automobile.

• Die Casting - Această tehnică implică supunerea metalului topit la o matriță de oțel cu o presiune mare pentru a crea piese cu un finisaj neted și fără erori dimensionale. Turnarea sub presiune este utilizată în mod obișnuit pentru a realiza componente ușoare din aluminiu și magneziu.
• Turnare de investiții - Turnarea de investiții este, de asemenea, cunoscută sub denumirea de turnare în ceară pierdută și poate fi extrem de precisă în cazul componentelor mai mici, cum ar fi angrenajele, suporturile etc.
• Turnare centrifugală - Aceasta se aplică în principal componentelor cilindrice, cum ar fi bucșele și manșoanele, iar rezultatul este o piesă densă și fără defecte.
• Turnarea permanentă a matrițelor - Include matrițe reutilizabile care oferă o precizie mai bună decât turnarea în nisip, dar sunt mai puțin costisitoare decât turnarea sub presiune.

Constructorii de automobile aleg procesul de turnare în funcție de material, design, cerințe de performanță și volumul de producție.

Materiale de turnare Automobile

Fontă

Utilizarea fontei este unul dintre cele mai tradiționale și mai frecvente materiale de turnare pentru automobile. Aceasta are calități bune de uzură, rezistență și poate rezista la temperaturi ridicate. Utilizările includ capete de cilindri, carcase de cutii de viteze și roți etc.

Aliaje de aluminiu

Aliajele de aluminiu sunt, de asemenea, căutate în industria automobilelor, deoarece sunt ușoare și rezistente la coroziune. Aliajele de oțel sunt, în mod normal, suficient de rezistente și puternice pentru a fi utilizate în componente care sunt supuse unui stres și unei sarcini mari. Acesta este utilizat la angrenaje standard, arbori cotiți și piese de suspensie.

Aliaje de oțel

Acestea oferă un raport excelent greutate-forță și, prin urmare, pot fi utilizate ca cutii de transmisie, volane și suporturi pentru tabloul de bord. Oțelul este mai greu decât aluminiul, dar rămâne foarte fiabil în condiții dificile. Aliajele de cupru precum bronzul și alama nu sunt utilizate pe scară largă, dar sunt foarte rezistente la uzură și coroziune.

Aliaje de magneziu

Aliajele de magneziu cântăresc chiar mai puțin decât aluminiul și devin, de asemenea, din ce în ce mai populare în automobilele moderne, unde reducerea greutății este o preocupare majoră. Acestea sunt aplicate în principal în produse de precizie mai mici, cum ar fi rulmenți, bucșe și fitinguri, pentru care este necesară o durată lungă de viață.

Aliaje de cupru

Aliajele de cupru precum bronzul și alama nu sunt utilizate pe scară largă, dar sunt foarte rezistente la uzură și coroziune. Ele sunt utilizate în special pentru produse de precizie mai mici, cum ar fi rulmenți, bucșe și fitinguri, unde este necesară o durată lungă de viață.

Producătorii subliniază frecvent faptul că componentele de turnare pentru automobile fabricate cu ajutorul acestor materiale pot rezista la cei mai duri factori mecanici și sunt destul de ieftine.

Următorul este un tabel comparativ al materialelor pentru piesele turnate pentru automobile:

Cast Major Auto Parts

Turnarea este un aspect crucial al fabricării a numeroase piese auto critice care sunt critice. Unele dintre cele mai critice sunt:

Blocuri motor

• Una dintre cele mai răspândite utilizări de turnare.
• De obicei, fontă sau aliaje de aluminiu.
• Trebuie să poată rezista la căldură ridicată, presiune și vibrații.

Capete de cilindru

• În mod normal, sunt realizate prin turnare de aluminiu pentru a le face mai ușoare.
• Cuprinde supapele de admisie/evacuare, bujiile și pasajele lichidului de răcire.

Carcase de transmisie

• Se compunea din aliaje ușoare și rezistente de aluminiu sau magneziu.
• Protejați și protejați angrenajele și arborii din transmisie.

Tamburi și discuri de frână

• Frecvent realizate din fier, deoarece este rezistent la căldură și de lungă durată.
• De o importanță capitală pentru siguranța vehiculului sunt nivelurile ridicate de frecare și temperaturile.
• Colector de admisie (IM) și colector de evacuare (EM).
• Turnate în nisip din cauza complexității formelor lor.
• Răspândirea fluxului de aer sau a gazelor de evacuare în interiorul sistemului motorului.

Componente de suspensie

• Brațele de control, suporturile, printre altele, sunt în mod normal turnate, astfel încât să poată fi atât puternice, cât și fiabile.
• Trebuie să fie supus unor presiuni rutiere constante.

Jante (jante aliaj)

• De obicei turnate în aluminiu.
• Rezistență, frumusețe și o scădere a greutății totale.
• Arbori cotiți și arbori cu came (la unele dintre acestea)
• Poate fi turnat înainte de a fi prelucrat.
• Precizia și duritatea cererii privind motoarele și transmisia de putere.

Toate aceste ilustrații arată modul în care industria auto depinde de piesele de automobile fabricate prin turnare pentru a oferi performanță și durabilitate.

Viabilitate și fiabilitate

Producătorii preferă turnarea, mai degrabă decât alte metode de fabricație, din mai multe motive:

Flexibilitate de proiectare

Prin turnare, este posibil să se creeze piese de automobil cu forme complexe și detalii fine. Alte caracteristici, cum ar fi pereții subțiri, cavitățile interne și pasajele complexe, pot fi realizate direct în matriță, minimizând prelucrările suplimentare și economisind timpul de producție.

Rezistență și durabilitate

Piesele turnate pentru automobile sunt puternice și durabile. Rezistență considerabilă - materialele din fontă, aluminiu și oțel sunt suficient de rezistente pentru a suporta căldură intensă, sarcini grele și vibrații constante. Acest lucru este necesar în industria automobilelor, iar toate componentele automobilelor sunt de calitate standard și sigură.

Cost-eficacitate

După crearea unei matrițe, se pot turna mii de piese identice la un cost relativ scăzut. Aceasta este una dintre cele mai puțin costisitoare modalități de a produce cantități mari de piese auto într-un lot.

Opțiuni ușoare

Aliajele ușoare precum magneziul și aluminiul sunt, de asemenea, susținute prin turnare. Materialele reduc greutatea totală a vehiculelor, îmbunătățind eficiența consumului de combustibil și reducând emisiile, fără a duce la reducerea rezistenței structurale.

Versatilitate în materiale

Multe metale diferite pot fi turnate. În funcție de scopul piesei (rezistență ridicată, rezistență la coroziune, greutate redusă), producătorii de automobile pot alege cel mai potrivit aliaj.

Tehnologia Smallcasting astăzi

În tehnicile moderne de turnare, rezultatele sunt reproductibile în cadrul loturilor de piese. Producătorii încearcă frenetic să elimine aceste constrângeri prin aplicarea unor tehnici superioare, inclusiv turnarea în vid și simulările pe calculator.

Potrivit oamenilor de știință din domeniul automobilelor, componentele turnate pentru automobile sunt adesea mai puternice și mai puțin costisitoare și, prin urmare, acestea reprezintă singura soluție viabilă.

Dezavantaje și probleme ale turnării

Există, de asemenea, probleme cu turnarea, deși acestea nu sunt atât de avantajoase:

Defecte în piesele turnate

Defectele de turnare sunt una dintre cele mai mari probleme ale turnării. Componenta finală poate fi slăbită de probleme precum porozitatea, fisurile, cavitățile de contracție și incluziunile. Aceste defecte pot necesita teste suplimentare și asigurarea calității pentru a garanta că componenta este sigură.

Nevoia de prelucrare

În ciuda formelor aproape nete produse prin turnare, majoritatea componentelor trebuie să fie prelucrate pentru a deveni precise. Scaunele rulmenților, orificiile șuruburilor și zonele de etanșare trebuie finisate cu o toleranță strânsă. Această măsură suplimentară adaugă timp și costuri la producție.

Limitări materiale

Nu orice metal este potrivit pentru turnare. Alte aliaje sunt greu de turnat, sunt susceptibile de a se fisura sau nu oferă rezistența dorită. Acest lucru limitează selecția de materiale pentru unele componente auto și chiar obligă producătorii să caute alte modalități.

Consum ridicat de energie

Turnarea este, de asemenea, un proces la temperaturi ridicate care consumă multă energie pe măsură ce topește metalele. Acest lucru face ca procesul de turnare să fie energo-intensiv în comparație cu alte procese de producție, ceea ce reprezintă o problemă de cost și de mediu.

Preocupări legate de mediu

Pe lângă consumul de energie, turnarea produce și deșeuri de emisii, cum ar fi nisipul folosit, zgura și emisiile de topire a cuptorului. Este și mai dificil să se ocupe de aceste subproduse, deoarece producătorii de automobile se orientează către procese de fabricație mai ecologice.

Tehnologia de turnare astăzi

Tehnologia de turnare este concepută pentru a îndeplini cerințele mașinilor electrice și ale sustenabilității:

• Sisteme automatizate de turnare - reducerea risipei și creșterea preciziei.
• Imprimare 3D Mold - Dezvoltarea mai rapidă a prototipurilor.
• Aliaje de înaltă performanță - Mai puternice și cântăresc mai puțin decât cele obișnuite.
• Integrarea vehiculelor electrice - Vehicule electrice În prezent, în producția șasiului vehiculelor electrice se utilizează piese turnate mari din aluminiu dintr-o singură bucată (denumite ocazional "giga-castings").

Inovatorii subliniază faptul că piesele de automobile produse prin turnare se schimbă odată cu noua generație de vehicule.

Compararea tehnică a materialelor utilizate în turnarea automobilelor

Un tabel destul de tehnic al materialelor utilizate în turnarea automobilelor, aici este o versiune extinsă cu cele mai importante proprietăți tehnice, beneficii și utilizare:

Acesta este în formă tehnică/inginerească, cu proprietăți numerice (densitate, rezistență la tracțiune, conductivitate termică), avantaje și aplicații.

Considerații de mediu

Industria auto a dezvoltat un interes pentru durabilitate. Turnarea este un proces care consumă energie; cu toate acestea, reciclarea și tehnicile îmbunătățite de topire minimizează efectele sale asupra mediului. Cantitatea de energie utilizată pentru reciclarea aluminiului, cum ar fi metalul reciclat, este mult mai mică decât cea utilizată pentru a produce metal nou.

Scopul producției ecologice este de a se asigura că așa-numitele piese turnate pentru automobile devin nu numai durabile, ci și ecologice.

Perspective de viitor

Viitorul turnării auto arată bine. Urmează apariția vehiculelor electrice, ceea ce înseamnă că piesele ușoare, dar puternice, sunt necesare mai mult ca niciodată. Utilizarea de piese mari aluminiu turnat este minimizarea numărului de piese implicate în fabricarea ansamblurilor auto și producerea acestora mai rapid și cu costuri mai mici.

Și aici, creșterea va fi determinată de piețele emergente, deoarece sunt necesare tehnici de fabricație accesibile și durabile pentru a produce vehicule în număr mare.

Concluzie

Încă de la apariția industriei automobilelor, turnarea a fost principala industrie de producție a automobilelor și așa rămâne și astăzi. Lumea automobilelor nu ar fi putut fi ceea ce este astăzi fără piese turnate (blocuri motor, piese de suspensie etc.). Turnarea va continua să fie unul dintre cele mai importante procese din industria automobilelor cu inovații moderne, practici durabile și includerea în producția de vehicule electrice.

Pe scurt, dependența de piesele auto produse prin turnare poate demonstra, de asemenea, că o procedură dovedită în timp este capabilă să se adapteze la cerințele noului secol și la provocările acestuia. De asemenea, puterea, caracterul economic și versatilitatea așa-numitelor piese turnate pentru automobile fac din acestea o legendă a transportului actual și viitor.

Întrebări frecvente

1. Ce sunt piesele auto turnate?

Piesele auto turnate sunt elemente create prin turnarea metalului lichid într-o matriță, iar acesta se întărește pentru a forma forma dorită. Aceasta este utilizată pe scară largă pentru a produce blocuri motor, capete de cilindri, carcase de transmisie, piese de frână și roți.

2. Așadar, ce este atât de important în ceea ce privește turnarea în lumea automobilelor?

Unul dintre motivele pentru care turnarea este importantă este că permite producerea de piese complexe și durabile în cantități mari, la un cost relativ scăzut. De asemenea, este flexibilă în proiectare, permite utilizarea aliajelor ușoare și asigură uniformitate în cantități mari de producție.

3. Care sunt materialele tipice ale pieselor turnate pentru automobile?

Cele mai populare sunt fonta, aliajele de aluminiu, aliajele de oțel, aliajele de magneziu și aliajele de cupru. Fiecare material va fi selectat în funcție de performanța componentei, cum ar fi rezistența, greutatea sau uzura și rezistența la căldură.

4. Care sunt avantajele turnării pieselor auto?

Avantajele turnării includ libertatea de proiectare, costuri reduse, rezistență și durabilitate ridicate, se pot utiliza aliaje ușoare și o calitate constantă în cazul producției în volume mari. Acest lucru a transformat-o într-o modalitate preferată de producere a pieselor importante ale automobilelor.

5. Care sunt cele mai importante probleme sau limitări ale turnării în mașină?

Defectele de turnare (porozitate sau fisuri), prelucrarea suplimentară pentru obținerea preciziei, limitarea materialului, consumul ridicat de energie și problemele de mediu cauzate de emisii și produse reziduale sunt principalele provocări.