Aké kovy sú najlepšie pre tlakové liatie častí motorov a prečo

Zliatiny hliníka sú dominantným kovom používaným pri tlakovom odlievaní častí motorov, pričom zliatiny zinku a horčíka plnia špecifické sekundárne úlohy. Spomedzi druhov hliníka predstavujú A380 a ADC12 veľkú väčšinu dnes vyrábaných krytov motorov, koncových štítov a rámov statorov, pretože kombinujú nízku hustotu, silnú tepelnú vodivosť a spoľahlivú zlievateľnosť pri veľkých objemoch výroby. Zliatiny zinku, ako sú Zamak 3 a Zamak 5, sa vyberajú, keď súčiastka vyžaduje prísnejšie rozmerové tolerancie alebo dekoratívnu povrchovú úpravu, zatiaľ čo horčík sa objavuje v aplikáciách, kde je hlavnou prioritou zníženie hmotnosti. Nižšie uvedené časti rozoberajú, prečo je každý kov vybraný, ako sa porovnávajú ich vlastnosti a čo to znamená pre získanie výrobcu dielov motora pod tlakom.

Prečo hliník dominuje časti motora tlakové liatie

Kryty elektromotorov, koncové štíty a rámy statorov majú tri požiadavky: musia účinne odvádzať teplo, odolávať dlhodobej korózii a zostať dostatočne ľahké, aby neznižovali celkovú účinnosť systému. Hliník uspokojí všetky tri naraz. Jeho tepelná vodivosť umožňuje prenos tepla generovaného vinutím motora smerom von cez stenu krytu a nie hromadenie vo vnútri jednotky, čo priamo ovplyvňuje životnosť motora a konzistentnosť výkonu. Jeho prirodzená oxidová vrstva tiež chráni diely pred koróziou vo vonkajšom, automobilovom a priemyselnom prostredí bez toho, aby v mnohých prípadoch vyžadovala drahé pokovovanie.

Hustota je ďalším rozhodujúcim faktorom. Hliník váži pri rovnakom objeme zhruba jednu tretinu ako oceľ, čo má obrovský význam pri súčiastkach automobilových motorov a nových energetických súčiastkach, kde každý ušetrený kilogram zlepšuje dojazd alebo užitočné zaťaženie. To je tiež dôvod, prečo sa tlakové liatie hliníka stalo predvoleným procesom formovania krytov motorov, rámov statorov, krytov prevodoviek a telies čerpadiel v sektoroch automobilového priemyslu a priemyselných zariadení.

A380 verzus ADC12: dve ťažné zliatiny

V rámci tlakového odlievania hliníka pokrývajú väčšinu výroby motorových dielov dve rodiny zliatin: A380 (norma pre Severnú Ameriku a Európu) a ADC12 (norma pre japonský a čínsky priemysel, chemicky veľmi blízka norme A383). Obidva patria do rodiny kremíka a medi a hliníka a rozdiely medzi nimi sú malé, ale významné pre výrobné výsledky.

A380 zvyčajne obsahuje približne 7,5 až 9,5 percent kremíka a 3 až 4 percentá medi, čo mu dáva solídnu rovnováhu medzi pevnosťou, opracovateľnosťou a cenou. ADC12 má mierne vyšší obsah kremíka, čo zlepšuje tekutosť počas fázy vysokotlakového vstrekovania. Táto extra tekutosť umožňuje roztavenému kovu vyplniť tenšie steny a ostrejšie rohy skôr, ako stuhne, čo je presne geometria, ktorá sa nachádza v kompaktných koncových štítoch motora a krytoch statorov s chladiacimi rebrami.

V praxi výber medzi týmito dvoma často závisí od toho, kde sa diel vyrába a akú hrúbku steny vyžaduje dizajn. Zariadenie prevádzkujúce hongkongský Lijin alebo podobné automatické tlakové odlievacie stroje s viacerými tonážami, od 200 T do 1 600 T, môže zvyčajne použiť obe zliatiny v závislosti od regionálneho štandardu zákazníka a zložitosti geometrie časti motora.

Keď materiály formy na odlievanie zinku majú väčší zmysel

Zliatiny zinku, najčastejšie Zamak 3 a Zamak 5, nie sú predvolené pre veľké skrine motora, ale zohrávajú dôležitú úlohu v menších komponentoch motora, ako sú koncové uzávery, vnútorné konzoly, prvky prevodovky a ozdobné kryty. Zamak 3 obsahuje približne 96 percent zinku s približne 4 percentami hliníka a stopovými množstvami horčíka a medi. Topí sa pri pomerne nízkych 385 stupňoch Celzia, čo znižuje opotrebovanie formy a spotrebu energie počas výroby.

Dôvod, prečo dizajnéri siahajú po materiáloch na odlievanie zinku pred hliníkom v špecifických častiach motora, spočívajú v dvoch faktoroch: rozmerovej presnosti a povrchovej úprave. Zliatiny zinku sa počas tuhnutia zmršťujú menej ako hliník, čo uľahčuje ich držanie v prísnych toleranciách na malých, zložitých súčiastkach. Pohotovejšie prijímajú aj chrómovanie, lakovanie a práškové lakovanie, čo je dôležité pri viditeľných koncovkách motorov alebo krytoch, ktoré potrebujú skôr dekoratívny než čisto funkčný povrch.

Zamak 5 pridáva zhruba 1 percento medi v porovnaní so Zamak 3, čo zvyšuje tvrdosť a odolnosť proti opotrebeniu. Vďaka tomu je lepším kandidátom pre malé časti motora susediace s ozubeným kolesom, ktoré zažívajú opakovaný mechanický kontakt, zatiaľ čo Zamak 3 zostáva ekonomickejšou voľbou pre držiaky a kryty bez veľkého mechanického zaťaženia.

Kde sa zmestí horčík a iné kovy

Odlievanie horčíka pod tlakom sa v motorových častiach objavuje menej často ako hliník alebo zinok, ale je to najľahší praktický konštrukčný kov používaný pri tlakovom odlievaní s hmotnosťou približne o jednu tretinu nižšou ako hliník pri ekvivalentnom objeme. Vyberá sa hlavne pre nové energetické diely automobilov a motocyklové komponenty, kde sa úspora hmotnosti premieta priamo do lepšej účinnosti alebo dojazdu. Kompromisom je, že horčík si vyžaduje starostlivejšiu manipuláciu počas tavenia a odlievania kvôli svojej reaktivite a vo všeobecnosti stojí viac na kilogram ako hliník, takže sa zvyčajne objavuje len tam, kde zníženie hmotnosti prevažuje nad nákladmi.

Niektoré časti motora, najmä tie, ktoré tiež fungujú ako ventily, piesty alebo telesá čerpadiel v zostave motora, môžu používať oceľové vložky alebo súčasti oceľovej formy na tlakové liatie kombinované s hliníkovými telesami. Tento hybridný prístup umožňuje výrobcovi spojiť pevnosť ocele v kontaktných bodoch s vysokým opotrebovaním s nízkou hmotnosťou hliníka vo zvyšku dielu.

Ako kvalita surovín ovplyvňuje výkon častí motora

Výber správnej rodiny zliatin je len prvým krokom. Samotná čistota hliníkového ingotu má priamy vplyv na výsledný diel. Vysoký obsah ťažkých kovov alebo nečistoty v surovom hliníku môžu spôsobiť pórovitosť, troskové inklúzie, studené uzávery a povrchové chyby počas procesu tlakového liatia. Výrobca tlakového liatia, ktorý triedi vstupné ingoty na zloženie pred roztavením, je oveľa menej pravdepodobné, že bude vyrábať časti motora s vnútornými dutinami, ktoré ohrozujú mechanickú pevnosť a schopnosť časti utesniť proti vniknutiu prachu alebo vlhkosti, čo je dôležité pre kryty motora vystavené vonkajším podmienkam alebo podmienkam pod kapotou.

Kontrola procesu je dôležitá rovnako ako výber materiálu. Tri premenné určujú najmä to, či tlakovo odliaty diel motora spĺňa rozmerové a konštrukčné špecifikácie:

Výrobcovia, ktorí počas fázy návrhu kombinujú simulačný softvér CAD, CAM a CAE, môžu predpovedať, ako sa bude daná zliatina správať vo vnútri špecifickej dutiny formy predtým, ako sa naleje akýkoľvek kov, čo znižuje nákladné prestavby po vyrezaní nástrojov.

Výber medzi hliníkovým liatím a zinkovým liatím pre časť motora

Pri rozhodovaní o zdrojoch praktickou otázkou zvyčajne nie je, ktorý kov je technicky lepší, ale ktorý kov vyhovuje požiadavkám na zaťaženie, veľkosť a povrchovú úpravu konkrétnej časti. Všeobecne možno povedať, že väčšie konštrukčné komponenty, ako sú kryty motorov, rámy statorov a koncové štíty, takmer vždy vyžadujú tlakové liatie hliníka z dôvodu jeho výhodnej hmotnosti a tepelného výkonu. Menšie komponenty, ako sú koncové uzávery, vnútorné prevody alebo dekoratívne kryty, častejšie vyhovujú výrobe foriem na odlievanie zinku kvôli prísnejším dosiahnuteľným toleranciám a flexibilite dokončovania.

Výrobca tlakového liatia, ktorý má skúsenosti s výrobou automobilových dielov aj sériovej výroby motorov, s radom zariadení na výrobu rôznych tonáží a typov zliatin, má vo všeobecnosti lepšiu pozíciu na to, aby odporučil správny materiál pre konkrétnu súčiastku, namiesto toho, aby sa priklonil k ľubovoľnej zliatine, ktorá sa dá najľahšie prevádzkovať. Preskúmanie existujúceho portfólia motorových dielov dodávateľa, ako sú koncové štíty synchrónnych motorov alebo telesá statorov, ktoré sa už vyrábajú, je praktickým spôsobom, ako potvrdiť, že má praktické skúsenosti s kombináciou zliatiny a tolerancie, ktorú daný projekt vyžaduje.