Aluminiu armat cu dispersie, oțel laminat la cald de înaltă rezistență, materiale plastice performante,
Mai multe beneficii pentru utilizatori și costuri mai mici - acestea sunt obiectivele fiecărei dezvoltări de produse. Una dintre modalitățile de a realiza acest lucru este reducerea greutății componentelor. Cel mai simplu mod, reducând cantitatea de materiale primare utilizate, principalul avantaj este evident: costurile materialului scad liniar odată cu reducerea greutății. În plus, există efecte precum costuri mai mici de transport, manipulare mai ușoară sau acceptare sporită a clienților. În schimb, se poate aștepta la cheltuieli sporite în construcții, producție și, eventual, asigurarea calității.
Dacă o construcție existentă nu poate fi pur și simplu „subțiată” prin schimbarea geometriei, specialiștii în materiale sunt solicitați. În cele din urmă, în multe aplicații este în mare măsură irelevant ce material este utilizat - rezultatul sub forma îndeplinirii cerințelor și a costurilor este decisiv. Procesoarele de aluminiu, reprezentanții industriei materialelor plastice și procesoarele din oțelul clasic nu concurează pentru o soluție mai bună. În cele din urmă, sunt implicate și grupele de materiale magneziu, ceramică și materiale speciale pentru inginerie, așa cum se poate observa în mod clar în zona de subcontractare a Hanovrei Messe. (7-12 aprilie 2003) spectacole.
Aluminiu și mai ușor
De obicei, tehnicienii și utilizatorii combină în mod natural termenii ușurință și aluminiu. Cu materialele convenționale din aluminiu, oțelul sau alte materiale „grele” pot fi înlocuite cu multe componente, de exemplu carcase și elemente de legătură, cu un efort de construcție și fabricație relativ mic. Procesele de presare și turnare sunt de obicei utilizate.
Companiile la articol
Dar este și mai ușor fără a schimba grupul de materiale: porozitatea este o caracteristică foarte nedorită a componentelor la turnare. Cu toate acestea, ele pot fi utilizate și în mod specific. După primele aplicații ale spumelor de aluminiu cu pori închiși în industria auto, spumele metalice cu pori deschisi sunt acum utilizate din ce în ce mai mult și în alte industrii.
În ceea ce privește selecția aliajelor, geometriile, densitatea și structura celulei, aceste materiale, prelucrate într-un proces modificat de turnare prin investiție, pot fi variate în limite largi. În plus, componentele masive pot fi conectate într-o singură distribuție. Aceasta înseamnă că sunt disponibile mai multe „șuruburi de reglare” pentru a atinge parametrii optim adaptați pentru componente. Densitatea este redusă la zece procente din materialul de pornire. Cu toate acestea, structurile în rețea tridimensională ating rezistențe ridicate.
Furnizorii competenți au întrebat
Deoarece nu există aproape niciun standard în acest domeniu pentru reprezentarea parametrilor materiale precum rezistența și alungirea, utilizatorii potențiali trebuie să se recurgă la expertiza furnizorilor corespunzători. Acest lucru nu se aplică doar construcției, ci și concepției componentelor. Datorită noutății procesului, proiectarea și prelucrarea ulterioară vor reveni în mare măsură producătorului.
Dar rezervele pot fi extrase și din materialul aluminiu în moduri „tradiționale”. Prin combinarea diferitelor procese de producție metalurgică a pulberilor și controlul țintit al aliajelor, semifabricatelor li se pot conferi proprietăți speciale care conferă componentelor combinații de date tehnice altfel neobișnuite.
Când vine vorba de mișcarea componentelor și ansamblurilor, este adesea o chestiune de reducere a masei - se dorește o dinamică crescută a sistemului. Desprinderea componentelor care au fost făcute anterior din oțel are însă capcanele sale: în funcție de aplicație, sunt necesari parametri speciali ai materialului, care nu sunt de obicei așteptați de aliajele de aluminiu, dar sunt esențiali pentru funcționalitatea sistemului general. De exemplu, pistoanele de comandă pentru sistemele hidraulice sunt fabricate ca piese întoarse, care se caracterizează prin duritate extremă și rezistență la uzură. Chiar și în condiții de utilizare continuă, pot face fără un strat de protecție împotriva uzurii. De asemenea, nu există procese de măcinare sau debavurare implicate în producție. Și, bineînțeles, aceste pistoane sunt semnificativ mai ușoare decât „concurenții” lor din oțel. Același lucru este valabil și pentru un glisier de poziționare: reducerea drastică a greutății asigură o dinamică semnificativ mai mare și o tensiune mai mică asupra sistemului general aliajul pentru un comportament termic similar cu varianta de oțel.
Aluminiu armat cu dispersie oferă o multitudine de opțiuni pentru realizarea anumitor combinații de proprietăți. Duritatea, rezistența la uzură, dilatarea termică redusă și rigiditatea excepțională sunt doar câțiva dintre parametrii care pot fi influențați. În combinația potrivită, sunt posibile ieșiri chiar mai mari decât este posibil cu componentele din oțel - cu un efort rezonabil: dacă vă asigurați că angrenajele și carcasa au o rezistență ridicată la căldură și uzură, pompele de ulei pot fi implementate cu goluri foarte mici. Acest lucru permite presiuni mai mari și, ca rezultat, un volum mai mic al pompei. Pentru a obține un astfel de succes, este necesară o anumită cantitate de cunoștințe în ceea ce privește selectarea și prelucrarea materialelor pentru a putea fi încorporat în mod corespunzător în proiectare.
Un alt tip de metal ușor
Aliajele de magneziu sunt chiar mai ușoare decât aluminiul, cel puțin ca materiale solide din aluminiu. Părțile seriale din magneziu turnat sunt deja utilizate în serie. Până în prezent, produsele semifabricate din magneziu au fost greu folosite. Datorită interesantului său profil tehnologic de proprietăți, foaia de magneziu este un nou material de construcție cu un potențial ridicat de construcție ușoară. Utilizarea limitată anterior a foii de magneziu are diverse cauze, inclusiv probleme de calitate și disponibilitate cu semifabricatele. Cu toate acestea, din trecut, este cunoscut un număr mare de aplicații structurale solicitante pentru tablă de magneziu din construcția de vehicule și aeronave.
Chiar și astăzi, foaia de magneziu oferă cele mai bune condiții prealabile pentru componentele ultra-ușoare supuse unor sarcini complexe, cu cerințe ridicate de tehnologie mecanică și de suprafață. Acest lucru deschide noi domenii de aplicare pentru acest grup de materiale care sunt dificil sau imposibil de realizat cu produse competitive fabricate din magneziu turnat. Punctele profilului de performanță ale foii de magneziu care sunt de interes pentru utilizator se referă în primul rând la rezistența specifică la greutate și proprietățile de rigiditate, în special sub sarcini de îndoire și flambare. Acest lucru are ca rezultat avantaje de greutate pentru componenta de până la 60 la sută și, respectiv, 25 la sută, în comparație cu oțelul și aluminiul.
Și în acest domeniu al construcțiilor ușoare, industria auto este cel mai puternic „conducător auto” și cel care folosește inovații. Domeniile de aplicare apar, așadar, inițial în zona interioară a autoturismelor, cu piese suplimentare la scară largă, dar și în componentele structurale ale caroseriei în alb, în trenul de antrenare (capacul chiulasei, ulei) și, de asemenea, în Experiența din producția pe scară largă de foi de magneziu nu este încă suficient de vastă. În strânsă cooperare cu producătorul Salzgitter Magnesium Technologie, potențiali utilizatori precum Volkswagen AG și universități, procesele sunt în prezent testate și îmbunătățite în cadrul proiectelor pilot.
În zona corpului în alb și a altor componente de impact, construcțiile sudate cu magneziu optimizate funcțional și în funcție de greutate din piese din tablă vor fi, de asemenea, utilizate în legătură cu profilele extrudate sau turnarea sub presiune. Același lucru este valabil și pentru pereții subțiri, de exemplu profiluri de tuburi din tablă sudabile cu laser care sunt formate prin operații interne de formare și îndoire la presiune înaltă.
Plăcile grele de magneziu pot reprezenta, de asemenea, o bază interesantă pentru aplicații structurale ultra-ușoare pentru aplicații non-auto. Prototipul unui panou de radiotelescop a fost deja prelucrat din plăci grele de magneziu. Construcția ușoară, rigiditatea și toleranțele reduse ale formei sunt combinate în mod optim aici.
Clasic în versiunea ușoară
În timp ce și aluminiul și, din ce în ce mai mult, magneziul, reduc în mod natural greutatea componentelor și grupurilor, ca să spunem așa, procesoarele din oțel au două opțiuni pentru a concura pentru construcții mai ușoare. trebuie să.
Cu experiență, dar mai presus de toate utilizarea concentrată a tehnologiei, producătorii de semifabricate și procesatorii au pus la cale o nouă concepție. Și aici, unul dintre cei mai mari consumatori de oțel, industria auto, este forța motrice. În prezent se încearcă să se facă pași mai mari spre construcții ușoare cu noi procese de fabricație, calcul și simulare. Proiectul Atlas (Tehnologii avansate pentru autobuze ușoare din oțel), o cooperare între Salzgitter AG și Wilhelm Karmann GmbH, a parcurs un drum lung. Ideea acestui proiect a fost dezvoltarea unei structuri de cadre spațiale cu tipuri inovatoare de oțel și noi procese de fabricație și îmbinare.
Un prototip virtual a fost construit pe baza unei analize potențiale a structurilor spațiale. În plus, prototipurile au fost integrate în vehicule de serie și testate. Utilizarea proceselor de producție din seria apropiată pentru prototipare, investigații intensive în tehnologia de îmbinare până la validarea proprietăților de rezistență la oboseală și comportamentul la impact prin teste fac din proiect mai mult decât un alt studiu ușor de construcție.
Alegerea materialelor a fost strâns coordonată cu procesul de fabricație. Profilarea ruloului sa dovedit a fi deosebit de benefică pentru utilizarea materialelor structurale de înaltă rezistență. Aici s-au folosit materiale cu rezistențe la randament de peste 700 MPa. Pe de altă parte, în procesul de formare, creșterea rezistenței la randament datorită efectului de întărire a lucrului în procesul de formare a fost utilizată într-un mod țintit și a fost deja luată în considerare în simulare. În acest fel, pot fi stabilite rezistențe mai mari ale componentelor eficiente cu tipuri de oțel excelent formabile.
După cum arată rezultatele proiectului, rigiditatea corpului a crescut. Ponderea structurii luate în considerare a scăzut cu până la 40%. În raport cu corpul general, aceasta înseamnă o reducere a greutății de aproape 20%. Analiza costurilor pentru utilizarea noilor tehnologii în serie arată avantaje semnificative din punct de vedere al costurilor datorită reducerii considerabile a costurilor pieselor. Combinate cu o posibilă reducere a stațiilor de asamblare, tehnologiile de fabricație și îmbinare mai complexe pot fi mai mult decât supracompensate.
Acest exemplu arată, de asemenea, că, în cooperarea utilizatorilor, a furnizorilor de materiale, a specialiștilor în producție, a proiectanților și cu utilizarea metodelor moderne de simulare, chiar și oțelul „clasic” poate debloca un potențial enorm într-un timp relativ scurt.
Materialele plastice se comportă bine
Chiar și tehnicienii din plastic nu trebuie să se ascundă în spatele prelucrării metalelor de toate dungile. Utilizarea crescândă a materialelor plastice de înaltă performanță deschide oportunități suplimentare pentru reducerea greutății componentelor. Acest lucru îi pune în competiție cu oțelul, aluminiul și uneori chiar sticla. Prin utilizarea compușilor poliarlamidici de la Solvey Advanced Polymers, Düsseldorf, se pot realiza în același timp aplicații cu cerințe ridicate în ceea ce privește aspectul suprafeței și stres mecanic ridicat. Până în prezent, acest lucru ar putea fi realizat numai folosind diferite combinații de materiale. De îndată ce poliaramida își atinge limitele termice, polftalamida este materialul ales - dacă sunt necesare sarcini mecanice mari pe o gamă largă de temperaturi. Rezistența sa la căldură atinge până la 300 de grade Celsius. Se pot realiza și combinații de caracteristici ale componentelor, cum ar fi rezistența la temperatură ridicată, hidroliză și sterilizare, care anterior nu erau posibile.
Ușor neînțeles
Dacă telefonul alunecă de pe birou pentru că trageți ușor cablul receptorului, subiectul construcției ușoare a fost evident înțeles greșit. De regulă, este vorba de reducerea greutăților din motive tehnice sau economice. Producătorii de vehicule se concentrează pe reducerea consumului de combustibil și creșterea performanței la volan. Când vine vorba de piese în mișcare, inginerii mecanici se străduiesc să obțină o dinamică îmbunătățită, un comportament de rulare lin și alte obiective.
Tendința, la fel ca alte evoluții pe termen lung în sectoarele mari ale clienților din industria furnizorilor, nu este nouă, dar aduce întotdeauna soluții surprinzătoare. Arată concis că soluțiile optime pot fi găsite rareori ad-hoc, dar că noi oportunități sunt în mod constant dezvoltate în procese îndelungate. În interacțiunea cercetătorilor de bază, a specialiștilor în materiale, a proiectanților, a procesoarelor, a specialiștilor în tratamente de suprafață de tot felul, mulți alți specialiști - și bineînțeles utilizatorii - dorințele și viziunile devin produse comercializabile.
Cei care iau astfel de tendințe cu ușurință vor fi greu de suportat în viitor. Meinolf Droege