Армований дисперсією алюміній, високоміцні сталі з гарячою стрічкою, високоефективні пластмаси,
Більше переваг для користувачів та менші витрати - ось цілі кожної розробки продукту. Одним із шляхів досягнення цього є зменшення ваги компонентів. Найпростіший спосіб, зменшуючи кількість використовуваних первинних матеріалів, головна перевага очевидна: витрати на матеріали лінійно зменшуються із зменшенням ваги. Крім того, є такі ефекти, як зниження транспортних витрат, простіша обробка або збільшення прийнятності споживачами. Натомість можна очікувати збільшення витрат на будівництво, виробництво та, можливо, забезпечення якості.
Якщо існуючу конструкцію неможливо просто «схуднути» шляхом зміни геометрії, спеціалісти з матеріалів користуються попитом. Зрештою, у багатьох додатках в основному не має значення, який саме матеріал використовується - результат у вигляді виконання вимог та витрат є визначальним. Різні фракції від Переробники алюмінію, представники пластмасової промисловості та переробники класичної сталі не конкурують за краще рішення. Нарешті, також задіяні групи матеріалів магній, кераміка та спеціальні інженерні матеріали, що особливо чітко видно в районі підряду з Ганновером (7-12 квітня 2003 р.).
Алюміній ще легший
Зазвичай техніки та користувачі цілком природно поєднують терміни легкість та алюміній. Звичайні алюмінієві матеріали можуть бути використані для заміни сталі або інших "важких" матеріалів для багатьох компонентів, наприклад корпусів та сполучних елементів, із порівняно невеликими зусиллями з точки зору конструкції та виробництва. Процеси пресування та лиття зазвичай використовуються.
Компанії до статті
Але це також простіше без зміни групи матеріалів: пористість є дуже небажаною характеристикою компонентів при литті. Однак їх також можна використовувати спеціально. Після перших застосувань в основному алюмінієвих пін із закритим пором у автомобільній промисловості, металеві піни з відкритим пором все частіше використовуються і в інших галузях.
Що стосується вибору сплаву, геометрії, щільності та структури комірок, ці матеріали, оброблені в модифікованому процесі лиття під тиском, можуть варіюватися в широких межах. Крім того, масивні компоненти можуть бути з’єднані в одному литому складі. Це означає, що для досягнення оптимально пристосованих параметрів компонентів доступно кілька "регулювальних гвинтів". Щільність зменшена до десяти відсотків вихідного матеріалу. Тим не менше, тривимірно пов'язані між собою конструкції досягають високої міцності.
Запитали компетентні постачальники
Оскільки в цій галузі навряд чи існують стандарти для подання таких параметрів матеріалу, як міцність та подовження, потенційним користувачам доводиться покладатися на досвід відповідних постачальників. Це стосується не тільки конструкції, але і концепції компонентів. Через новизну процесу, проектування та подальша обробка значною мірою лежить на виробнику.
Але запаси можна також витягувати з матеріалу алюмінію "традиційними" способами. Поєднуючи різні порошкові металургійні виробничі процеси та цілеспрямований контроль сплавів, напівфабрикатам можна надати особливі властивості, які надають компонентам інакше незвичні поєднання технічних даних.
Коли мова йде про рухомі компоненти та вузли, часто мова йде про зменшення мас - бажана підвищена динаміка системи. Однак від'єднання компонентів, які раніше були виготовлені зі сталі, має свої підводні камені: залежно від застосування, потрібні спеціальні параметри матеріалу, щоб алюмінієві сплави, як правило, не були, але є важливими для функціональності загальної системи. Наприклад, керуючі поршні для гідравлічних систем виготовляються у вигляді точених деталей, які характеризуються надзвичайною твердістю та зносостійкістю. Навіть при постійному використанні вони можуть обійтися без захисного покриття. У виробництві також відсутні процеси шліфування та зняття задирок. І, звичайно, ці поршні значно легші за своїх "конкурентів", виготовлених зі сталі. Те саме стосується і позиціонуючого слайда: Різке зниження ваги забезпечує значно вищу динаміку та менше навантаження на загальну систему. Механіка поводиться на основі відповідного вибору виробничого процесу базового матеріалу та сплав для теплової поведінки, подібний до сталевого варіанту.
Армований дисперсією алюміній пропонує безліч варіантів досягнення певних комбінацій властивостей. Твердість, стійкість до зносу, низьке теплове розширення та виняткова твердість - це лише деякі параметри, на які можна вплинути. У правильній комбінації можливі навіть більші показники потужності, ніж це можливо зі сталевими деталями - з розумними зусиллями: Якщо ви гарантуєте, що шестерні та корпус мають високу тепло- та зносостійкість, масляні насоси можуть бути виконані з дуже малими зазорами. Це забезпечує вищий тиск і, як результат, менший об’єм насоса. Для досягнення такого успіху необхідна певна кількість ноу-хау щодо вибору та обробки матеріалів, щоб мати можливість належним чином включити його в конструкцію.
Інший вид легкого металу
Сплави магнію навіть легші за алюміній, принаймні як тверді алюмінієві матеріали. Серійні деталі з литого магнію вже використовуються серійно. Наразі напівфабрикати з магнію майже не використовувались. Однак завдяки своєму цікавому технологічному профілю властивостей магнієвий лист є новим будівельним матеріалом з високим потенціалом для легкої конструкції. Раніше обмежене використання магнієвого листа мало різні причини, включаючи проблеми з якістю та доступністю напівфабрикатів. Однак із минулого відома велика кількість складних конструктивних застосувань для магнієвого листа з конструкцій автомобілів та літаків.
Навіть сьогодні магнієвий лист пропонує найкращі умови для надлегких компонентів, що піддаються складним навантаженням з високими механічними та поверхнево-технічними вимогами. Це відкриває нові сфери застосування для цієї групи матеріалів, яких важко або неможливо досягти за допомогою конкурентних продуктів, виготовлених із литого магнію. Ці пункти профілю експлуатаційних характеристик магнієвого листа, які цікавлять користувача, стосуються, перш за все, високих питомих вагових властивостей міцності та жорсткості, особливо при навантаженнях на вигин та деформацію. Це призводить до вагових переваг компонента до 60 і 25 відсотків відповідно, порівняно зі сталлю та алюмінієм.
У цій галузі легкої конструкції автомобільна промисловість є найсильнішим «драйвером» та користувачем інновацій. Тому сфери застосування спочатку виникають у внутрішній частині пасажирських автомобілів з великими додатковими деталями, але також структурними компонентами корпусу, в приводній коробці (кришка головки блоку циліндрів, масляний піддон), а також Досвід широкомасштабного виробництва магнієвих листів ще недостатньо великий. У тісній співпраці з виробником Salzgitter Magnesium Technologie, потенційними користувачами, такими як Volkswagen AG та університетами, процеси в даний час перевіряються та вдосконалюються в пілотних проектах.
У зоні білого тіла та інших ударних компонентів також будуть використовуватися оптимізовані за функцією та вагою конструкції, зварені магнієм, виготовлені з металевих деталей у зв'язку з екструдованими профілями або литтям під тиском. Те саме стосується тонкостінних, наприклад, лазерно зварюваних профілів з металевих труб, які формуються внутрішніми операціями формування та згинання під високим тиском.
Важкі магнієві плити також можуть представляти цікаву основу для надлегких конструкційних застосувань для не автомобільних застосувань. Прототип панелі радіотелескопа вже виготовлений з важкої магнієвої пластини. Тут оптимально поєднуються легка конструкція, жорсткість і низькі допуски форми.
Класика в полегшеній версії
Хоча алюміній і, дедалі частіше, магній, природно зменшують вагу деталей і вузлів, так би мовити, сталеві процесори мають два варіанти, коли йдеться про конкуренцію за більш легкі конструкції. Використання високоміцних марок сталі та оптимізація геометрії для використання меншої кількості матеріалу для задоволення вимог до міцності маю.
Маючи досвід, але перш за все зосереджене використання технологій, виробники напівфабрикатів та переробники ставлять нові конструкції на дієту. Тут також рушійною силою є один з найбільших споживачів сталі, автомобільна промисловість. В даний час робляться спроби зробити більші кроки до полегшеного будівництва за допомогою нових процесів виробництва, розрахунків та моделювання. Проект «Атлас» («Прогресивні технології для легких сталевих конструкцій»), співпраця між Salzgitter AG та Wilhelm Karmann GmbH, пройшов довгий шлях. Ідеєю цього проекту була розробка космічної каркасної конструкції з інноваційними типами сталі та новими процесами виготовлення та з'єднання.
Віртуальний прототип був побудований на основі потенційного аналізу космічних структур. Крім того, прототипи були інтегровані в серійні автомобілі та протестовані. Використання близькосерійних виробничих процесів для створення прототипів, інтенсивні дослідження технології приєднання до перевірки властивостей втомної міцності та поведінки при аваріях завдяки випробуванням роблять проект не просто черговим полегшеним будівельним дослідженням.
Вибір матеріалів був тісно узгоджений із виробничим процесом. Профілювання рулону виявилося особливо корисним для використання високоміцних конструкційних матеріалів. Тут використовували матеріали з межею текучості понад 700 МПа. З іншого боку, збільшення межі текучості за рахунок ефекту зміцнення роботи в процесі формування було використано цілеспрямовано і вже враховано при моделюванні. Таким чином, вища ефективна міцність компонентів також може бути встановлена за допомогою чудових форм сталей.
Як показують результати проекту, жорсткість кузова зросла. Вага розглянутої конструкції зменшився до 40 відсотків. Що стосується загального організму, це означає зменшення ваги майже на 20 відсотків. Аналіз витрат на використання нових технологій послідовно показує значні переваги у витратах завдяки значному зменшенню вартості деталей. У поєднанні з можливим скороченням складальних станцій, більш складні технології виготовлення та з'єднання можуть бути більш ніж надмірно компенсованими.
Цей приклад також показує, що у співпраці користувачів, постачальників матеріалів, спеціалістів з виробництва, дизайнерів та за допомогою сучасних методів моделювання можна порівняно за короткий час отримати величезний потенціал навіть із "класичної" сталі.
Пластики добре працюють
Навіть спеціалістам з пластмас не доводиться ховатися за металообробкою всіх смуг. Збільшення використання високоефективних пластмас відкриває нові можливості для зменшення маси компонентів. Це створює їм конкуренцію зі сталлю, алюмінієм, а іноді навіть склом. Використовуючи поліариламідні сполуки від Solvey Advanced Polymers, Дюссельдорф, можна одночасно реалізувати додатки з високими вимогами до зовнішнього вигляду поверхні та високими механічними навантаженнями. До цього часу цього можна було досягти лише за допомогою різних комбінацій матеріалів. Як тільки поліаріамід досягає своїх температурних меж, поліфталамід є вибором матеріалу - якщо в широкому діапазоні температур потрібні високі механічні навантаження. Його термостійкість сягає до 300 градусів Цельсія. Також можуть бути досягнуті комбінації таких компонентних характеристик, як висока температура, гідроліз та стійкість до стерилізації, які раніше не були можливими.
Легко неправильно зрозуміти
Якщо телефон зісковзує зі столу через те, що ви легенько потягнете за шнур слухавки, тему легкої конструкції, очевидно, неправильно зрозуміли. Як правило, мова йде про зменшення ваги з технічних чи економічних причин. Виробники автомобілів зосереджуються на зменшенні споживання палива та збільшенні водіння. Що стосується рухомих деталей, то інженери-механіки прагнуть до покращення динаміки, плавної поведінки ходу та інших цілей.
Тенденція, як і інші довгострокові події у великих секторах споживачів галузі постачальників, не нова, але завжди приносить дивовижні рішення. Це стисло показує, що оптимальні рішення можна знайти лише вкрай рідко, але що нові можливості постійно розробляються тривалими процесами. У взаємодії основних дослідників, спеціалістів з матеріалів, дизайнерів, переробників, спеціалістів з обробки поверхонь всіх видів, багатьох інших фахівців - і звичайно користувачів - побажання і бачення стають товарними продуктами.
Тим, хто несерйозно сприймає такі тенденції, важко буде витримати їх у майбутньому. Мейнольф Дроге