Hliníkové motory


 
Ačkoliv jsou motory stále výkonnější a vždy úspornější, musejí váhově projít odtučňovací kúrou. Pro tento účel se ve stále větší míře nahrazují těžké, litinové klikové skříně a bloky válců hliníkovými konstrukcemi. Specializované firmy mají potřebné znalosti, aby nemohly nastat žádné problémy.
Hliníkové klikové skříně a bloky válců se ve větším objemu vyrábějí od sedmdesátých let v různých koncepcích, zpočátku jako Ottovy motory, od poloviny devadesátých let pak ve stále větší míře také jako Dieselovy motory osobních aut s přímým vstřikováním. KS Aluminium Technologie AG – podnik skupiny Kolbenschmidt-Pierburg – náleží k vedoucím výrobcům hliníkových klikových skříní a bloků válců. Odlévací metody používané v podniku pro sériovou výrobu jsou rozloženy do šířky. V roce 2001 bylo vyrobeno asi 500 000 jednotek odlévacími metodami:

• nízkotlaké odlévání do kokil,
• tlakové odlévání a
• tzv. squeeze-casting.

K tomu patří dále asi 300 000 základových desek (u dvoudílné konstrukční metodě spodní díl motorového bloku – tzv. bedplate).
Do okruhu zákazníků podniku s asi 750 zaměstnanci se sídlem v Neckarsulmu se počítají výrobci automobilů, jmenovitě BMW, DaimlerChrysler, Jaguar, Porsche, VW a Volvo.

Z jediného odlití


Od soustředění se na obchod s hliníkovými skříněmi a bloky válců a s hliníkovými povrchovými plochami válců odolnými proti otěru (chráněný název značky Alusil a Lokasil) má nízkotlaké odlévání do kokil v podniku zvláštní postavení. U vysokoobjemových, víceválcových Ottových motorů, zejména v konstrukční verzi V, se velice osvědčily tzv. monolitické klikové skříně a bloky válců z nadeuktetické slitiny Alusil (AlSi17Cu4Mg). Tyto skříně »z jediného odlití« se odlévají výhradně nízkotlakým odléváním do kokil. Následkem tzv. primárně vylučovaného křemíku v struktuře nevyžaduje vrtání válců žádnou další přídavnou otěrovou vrstvu. Zákazníci BMW a VW konstruují klikové skříně a bloky válců svých motorů V8 a V12, příp. W8 a W12 na základě předností této koncepce: další bloky motorů z Alusilu se nacházejí ve stadiu vývoje, příp. předsériového stadia.
Pro hliníkové motorové bloky osobních automobilů s dieselovými motory jsou zvlášť vysoké požadavky na lehký materiál. Většina výrobců motorů ovšem ještě sází na vložky válců ze šedé litiny, přestože vrstvené plochy válců ve spojení s novými technologiemi představují alternativu konvenčních ze šedé litiny.
Speciální nízkotlaké odlévání do kokil se svým kvasi-laminárním, svislým plněním forem dodává ve spojení s konvenčními slitinami vynikající jakost odlití vrtání válců se schopností vrstvení a s minimálním množstvím pórů. To bylo např. těžištěm při vývoji obrovského hliníkového bloku válců motoru V10 TDI VW značky Phaeton.

Stoupající výroba


Vzrůstající poptávka po blocích motorů z hliníkového nízkotlakového odlévání dovoluje kontinuální výstavbu výroby. A tak bylo v polovině 90tých let možné nainstalovat pro výrobu klikových skříní a bloků motorů pro Jaguar V8 plně robotizovaná odlévací místa. Za zmínku stojí, že u tohoto výrobku se praktikovalo odlévání vložek ze šedé litiny nízkotlakým odléváním, které má jiné požadavky než tlakové odlévání.
Provoz slévárny s nejnovějšími, dále modernizovanými nízkotlakými odlévacími místy byl zahájen v roce 2001. Výrobní halu naplní jednotlivé náběhy plánovaných sérií postupně až do roku 2004. Konečný stupeň výstavby obnáší 18 nízkotlakých odlévacích míst. Hala poskytuje místo rovněž tavicím (slitin AlSi17Cu4Mg/Alusil) a udržovacím pecím (slitina AlSi9Cu3).
 


Racionálně


Zásobování každého odlévacího místa se provádí prostřednictvím výměnného systému pecí. Odlévací pece jsou prostřednictvím kolejnic pojízdné. Zvedacím systémem, nacházející se v patře nad instalovanými odlévacími místy, se nadzvednou nad nízkotlaké kokily. Průběh odlévání se provádí vtokem hladiny kovu v odlévací peci pomocí mírného přetlaku (proto pojem »nízký tlak«).
Přes vertikální stoupačku přichází tavenina do kokil. Touto stoupačkou se provádí rovněž dolití. Fronta tuhnutí je řízena prostřednictvím promyšleného chladicího systému od nejvzdálenějších oblastí odlitku směrem dolů k nálitku.
Slévárna je sřetězena s následujícími stanicemi: čištění, tepelné ošetření, předběžná mechanická příprava a zkouška jakosti. Přitom se počítá s trendem větší hloubky dokončení u dodavatele. U nízkotlaké klikové skříně a bloku válců, která co nevidět naběhne v sériové výrobě, se dokončovací práce provedou ve vlastní firmě. Kliková skříň a blok válců bude zákazníkovi dodáván v dokončeném stavu.

Především kvalita


Konstantní a reprodukovatelné procesy jsou podstatnými faktory jakosti a výrobních nákladů. Vývojáři procesu pracují s cílovou orientací a kontinuálně na celkovém řetězci procesu. Vývoj každého nového odlitku doprovází počítačově řízená simulace plnění forem a tuhnutí. Automatická kontrola a regulace odlévacího procesu je důležitou pákou vylepšení jakosti. Firma KS zde zavedla systém, který kontroluje a protokoluje všechny podstatné parametry procesu.
Systematickou optimalizací procesu se podařilo s gravitačním odléváním do písku a tlakovým litím obstát v hospodářské soutěži. To jistě předpokládá určitou, procesu přizpůsobenou konstrukci za použití co nejmenšího počtu jader z písku.
Oproti konvenčnímu tlakovému odlévání nabízí nízkotlaké odlévání do kokil dvě rozhodující přednosti, a sice volbu „Closeddeck“ (použití vodního pláště pískového jádra pro vytvoření jedné vyztužující krycí desky válců v oblasti válců) a neomezenou tepelnou opracovatelnost a oproti gravitačnímu odlévání do písku vedle již uvedeného kvasi-laminárního plnění forem řízené tuhnutí. Obojí ovlivňuje v kladném smyslu jakost odlévání.
Nové náběhy následující mezi lety 2001 až 2004 se postarají o plánovaný vzrůst obratu o více než 50 % oproti stavu roku 2000. Na tomto nárůstu se podstatnou měrou podílejí výrobky nízkotlakého odlévání.
U firmy KS se vychází z toho, že klikové skříně a bloky válců vyrobené nízkotlakým odléváním do kokil mohou v budoucích letech navázat na soutěž s gravitačním odléváním do písku (metoda jádra) a tlakovým odléváním. Přitom se očekává, zejména vybudování pozice na trhu pro vysokoobjemové, víceválcové motory.