Odlewanie ciśnieniowe jest techniką formowania stopionego aluminium lub magnezu, polegającą na wtryskiwaniu stopionego metalu pod wysokim ciśnieniem do stalowej formy. Jest ono szeroko stosowane w przemyśle motoryzacyjnym i umożliwia precyzyjne formowanie elementów o skomplikowanych kształtach.

Obecnie części samochodowe wykonane są ze stali. Zastosowanie odlewania ciśnieniowego aluminium oznaczałoby znaczne obniżenie masy tych elementów. Przyczyniło się również do ograniczenia emisji spalin, pomagając producentom samochodów w dostosowaniu się do surowych przepisów UE dotyczących tej kwestii. Producentom grożą grzywny, jeśli nie spełnią określonych warunków.

Niestety formy stalowe (matryce) nie są wystarczająco trwałe, aby służyć przez cały okres użytkowania pojazdu. Przy użyciu standardowej matrycy można wyprodukować od 80 000 do 120 000 części, czyli zbyt mało by pokryć milionowe zapotrzebowanie.

Zastosowanie odlewania ciśnieniowego w przemyśle motoryzacyjnym wiązałoby się z koniecznością wielokrotnej wymiany matryc. Obsługa złożonych matryc o skomplikowanym kształcie wymaga specjalistycznej wiedzy, a zatrudnianie ekspertów zwiększa koszty.

W ramach finansowanego ze środków UE projektu PUZZLE_DIE opracowano nowe podejście do produkcji matryc, które wydłuża okres ich eksploatacji o 50–150 %. Badacze opracowali metody zapobiegania kumulacji naprężeń, która skutkuje pęknięciem matrycy.

Zrozumienie w jaki sposób i gdzie matryce mogą pękać, pozwala inżynierom na projektowanie ich w sposób kontrolowany. Zaprojektowano matryce o budowie przypominającej puzzle, których poszczególne kawałki oddzielone są liniami. Linie te są umieszczane dokładnie w miejscu, gdzie matryca ostatecznie pękłaby z powodu naprężeń.

Podczas wstępnych symulacji inżynierowie wykorzystali opatentowane algorytmy opracowane w ramach projektu, aby przewidzieć, gdzie powinny zostać wyznaczone wspomniane linie. Osiągnięcie odpowiedniego poziomu dokładności rozmieszczenia linii zajęło więcej czasu, niż początkowo zakładano. Oprogramowanie działa, ale nadal wymaga poprawek.

Projekt, który rozpoczął się od opracowania podstawowych rozwiązań inżynieryjnych, osiągnął zaawansowany etap gotowości (9. poziom gotowości technologicznej).

Aby przetestować nową metodę, badacze współpracowali z technikami z firm, które prawdopodobnie staną się odbiorcami produktu. W rezultacie zespół użył tych samych matryc do produkcji do 300 000 części. To oznacza znaczne obniżenie ceny jednostkowej w porównaniu z cenami części odlewanych przy użyciu standardowych metod.

Kolejne etapy projektu będą miały charakter głównie komercyjny. Badacze mają nadzieję przekonać wszystkich producentów oryginalnego wyposażenia do standardowego stosowania matryc przypominające puzzle przy produkcji większości elementów odlewanych ciśnieniowo.

Zespół projektu będzie musiał również skłonić producentów do zmiany podejścia do zarządzania jakością i zachęcić ich do zakupu narzędzi. Badacze poczynili znaczne postępy w realizacji tego celu. Ponadto będą pracować nad ochroną praw własności intelektualnej.

W efekcie tych prac znacznie wydłuży się okres użytkowania matryc. Po wdrożeniu technologii odlewania ciśnieniowego producenci samochodów będą mogli osiągnąć docelowe poziomy emisji. Natomiast zmniejszenie masy komponentów powinno sprawić, że samochody będą tańsze w eksploatacji.

Źródło: Komisja Europejska