V ý r o b a s t r u k t u r á l n í c h o d l i t k ů ze s l i t i n h l i n í ku
Manufacture of structural castings from aluminium alloys 669.715 : 621.74.043.2 : 629.113.002.2 aluminium alloys— die casting— car manufacture
The paper deals with the charac teristic of the struc tural castings produc tion. Struc tural castings are charac terized here. These are dimensionally large, highly ar ticulated castings that are especially used in the automotive industr y (shock towers, pillars, cross members, engine cradles, or inner door panels, etc). The paper present s alloys and their chemical composition. The alloy must contain a low amount of iron. A list of alloys that have been developed for the purpose of producing struc tural castings is provided. At the same time, the equipment and the size of the pressure machine are impor tant for the produc tion of struc tural castings.
prof. Ing. Iva Nová, CSc. iva.nova@tul.cz
doc. Ing. Jiří Machuta, Ph.D. jiri.machuta@tul.cz Te c hn i c k á u n i v e r zi t a v L i b e rc i, Fa ku l t a strojní, Katedra strojírenské technologie Te c hn i c a l u n i v e r s i t y of L i b e re c , Fa c u l t y of Mechanical Engineering, Department of En g in e e r in g Te c hn o l o g y
Ú vo d Výroba strukturálních dílů (odlévaných konstrukčních celků) je výroba rozměrově velkých a velmi členitých vysokotlakých odlitků používaných především při výrobě automobilů. V automobilovém průmyslu mají odlitky ze slitin hliníku a hořčíku často nahradit odlitky z litiny ve výrobě motorů a převodovek, ale je také tendence nahrazovat oceli při výrobě karoserií – to vede k aplikaci tvarově složitých tzv. strukturálních odlitků (dílů). Výroba strukturálních odlitků je po technické stránce poměrně velmi náročná metoda, která vyžaduje pro svou realizaci velké investice do strojů a pomocných zařízení. V Evropě není v současné době mnoho sléváren, které mají k dispozici dostatek finančních prostředků pro výraznější investice do této oblasti. Touto výrobou odlitků se zatím mohou zabývat pouze ekonomicky silné společnosti. Také je snaha o cenovou přístupnost odlitků. Každá automobilka využívá moderní metody takzvaného global sourcingu (globální nízké výrobní náklady). Slévárny, které mají dobře zvládnutý výrobní systém, nečelí u strukturálních dílů příliš velkému tlaku na snížení cen. Důvodem je to, že se jedná o relativně mladou a dynamicky se rozvíjející slévárenskou výrobu vysokotlakého lití. Podstatně větší konkurence, a tedy i cenový boj, se odehrávají u konvenčních dílů. Vývoj a uplatnění strukturálních odlitků vytvoří zcela nové možnosti pro rozvoj slévárenství, především vysokého, popř. i nízkotlakého lití. Světoví výrobci automobilů se čím dále více snaží nahradit díly ocelových karoserií strukturálními odlitky ze slitin hliníku vyráběnými vysokotlakým litím. Tato nová koncepce výroby karoserií vede ke snížení hmotnosti s cílem snížit spotřebu paliva automobilu. C h a ra k t e r i s t i ka s t r u k t u rá l n í c h o d l i t k ů v a u t o m o b i l ové m p r ů my s l u Strukturální díly v automobilovém průmyslu jsou velké části karoserie, které nahrazují menší dílčí sestavy jednotlivých konstrukčních prvků. Celkově sériová výroba strukturálních dílů přináší hospodárnost výroby, neboť se místo jednotlivých odlitků odlévají větší celky, což je výrobně hospodárné. Nehledě na to, že hliníkové karoserie se začaly uplatňovat nejdříve u luxusních značek automobilů a i dnes jsou jejich doménou. V návaznosti na požadavky stanovené Evropskou unií v oblasti redukce emisí, zaváděním Euro 5 a Euro 6, dnes konstruktéři automobilek musí přemýšlet o optimalizaci výkonu motoru, spotřebě pohonných hmot a také o maximálním snižování hmotnosti vozidla. Předpokládá se, že uplatnění a vývoj strukturálních dílů bude i u vozů střední i nižší výkonnostní třídy. Vývoj současných karoserií automobilů se zaměřuje na volbu co největšího podílu, tj. více než 60 % výroby dílů karoserie ze slitin hliníku především slévárenskou technologií. Komplexní vysokotlaké odlitky ze slitin hliníku nahrazují větší množství (více než 20 % v některých aplikacích) výroby dílů konvenčními technologiemi. Tyto komplexní vysokotlaké odlitky se označují jako strukturální díly, které zjednodušují montáž a vykazují vyšší tuhost. Obr. 1 představuje karoserii automobilu Audi A8 a obr. 2 strukturální odlitek z karoserie Alfa Romeo. Na obr. 3 je znázorněno použití strukturálních odlitků v karoserii nové třídy C vozů Daimler AG. Z obr. 4 je patrné řešení konstrukce hliníkové karoserie u Audi s nosným prostorovým rámem (tzv. Audi Space Frame). Ten je tvořen tvářenými hliníkovými profily a odlitky z hliníkových slitin, které jsou použity u prostorově komplexních dílů např. v uzlech konstrukce, tzv. strukturální odlitky. Na tento rám jsou poté uchyceny vnější panely
S l é vá re ns t v í . L X V . č e r v e n e c– s r p e n 2017 . 7– 8
213
STRUKTURÁLNÍ ODLITKY
Výroba strukturálních odlitků ze slitin hliníku
I. Nová – J. Machuta