Μεγα-χύτευση: Κατασκευή αυτοκινήτων με χρήση γιγα-πρεσών

H τεχνολογία Giga Press, αναφέρεται σε μηχανές χύτευσης μεγάλης κλίμακας, που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία κατασκευής ορισμένων εξαρτημάτων, κυρίως για τα ηλεκτρικά οχήματα και συνιστά μία σημαντική καινοτομία στη βιομηχανία κατασκευής αυτοκινήτων.

Τα αυτοκίνητα έχουν πολύπλοκες δομές και κατασκευάζονται από πολλά μικρότερα μέρη. Στον τομέα της παραγωγής, οι συμβατικές τεχνολογίες περιλαμβάνουν μεθόδους που χρησιμοποιούνται εδώ και πολλά χρόνια και είναι καθιερωμένες στη βιομηχανία. Αυτές περιλαμβάνουν:

• Χύτευση (CASTING)

1. Χύτευση υπό πίεση (Pressure Die Casting): ενδείκνυται για μεγάλες παρτίδες παραγωγής, με καλή ακρίβεια.
2. Χύτευση Βύθισης (Investment Casting): κυρίως για την παραγωγή πολύπλοκων, μικρών εξαρτημάτων.

• Συγκόλληση (WELDING)

1. Ηλεκτροσυγκόλληση (Arc Welding): χρησιμοποιεί ηλεκτρικό τόξο για τη συγκόλληση.
2. Οξυασετυληνική Συγκόλληση (Oxyacetylene Welding): χρησιμοποιεί τον συνδυασμό οξυγόνου και ασετυλίνης.

• Κοπή και διάνοιξη (CUTTING AND MACHINING)

1. Τορνίρισμα (Lathe): χρησιμοποιείται για την επεξεργασία κυλινδρικών εξαρτημάτων.
2. Φρεζάρισμα (Milling): χρησιμοποιείται για την αφαίρεση υλικού.

• Σφυρηλάτηση (FORGING)

1. Σφυρηλάτηση εν θερμώ (Hot Forging): εφαρμόζεται όταν το μέταλλο
   είναι ζεστό.
2. Σφυρηλάτηση εν ψυχρώ (Cold Forging): εφαρμόζεται σε
   χαμηλές θερμοκρασίες.

• Επεξεργασία πλαστικών (PLASTIC PROCESSING)

1. Έγχυση Πλαστικού (Plastic Injection Molding): κοινή μέθοδος για τη μαζική παραγωγή πλαστικών εξαρτημάτων.
2. Σφυρηλάτηση Πλαστικού (Plastic Forging): χρησιμοποιείται θέρμανση και πίεση για τη διαμόρφωση του πλαστικού.

Αυτές οι τεχνολογίες καλύπτουν μία ευρεία γκάμα εφαρμογών σε διάφορους κλάδους της βιομηχανίας και χρησιμοποιούνται για την παραγωγή εξαρτημάτων ανάλογα με τις απαιτήσεις σχεδιασμού.

Κάθε συμβατική τεχνολογία έχει τα πλεονεκτήματά της, αλλά και τα μειονεκτήματά της, τα οποία επηρεάζουν την απόδοση, το κόστος και τη βιωσιμότητά της.

Παραθέτουμε μερικά από τα μειονεκτήματα των συμβατικών τεχνολογιών:

1. ΧΥΤΕΥΣΗ- ΑΝΟΜΟΙΟΜΟΡΦΗ ΔΟΜΗ
   Το χυτό μέταλλο μπορεί να έχει μη ομοιόμορφη δομή, που επηρεάζει τις μηχανικές ιδιότητες.
2. ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ- ΔΥΝΗΤΙΚΗ ΑΔΥΝΑΜΙΑ ΣΥΝΔΕΣΜΟΛΟΓΙΑΣ
   Οι συνδεσμολογίες με συγκόλληση, μπορεί να είναι σημεία αδυναμίας.
3. ΚΟΠΗ ΚΑΙ ΔΙΑΝΟΙΞΗ- ΑΠΩΛΕΙΑ ΥΛΙΚΟΥ
   Κατά την απομάκρυνση υλικού με τη χρήση τόρνου ή φρέζας, υπάρχει απώλεια υλικού.
4. ΣΦΥΡΗΛΑΤΗΣΗ- ΥΨΗΛΟ ΚΟΣΤΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
   Ειδικά η σφυρηλάτηση εν θερμώ απαιτεί υψηλές θερμοκρασίες και ειδικό εξοπλισμό, με αντίστοιχο κόστος.
5. ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΠΛΑΣΤΙΚΩΝ- ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΕΝΗ ΑΝΤΟΧΗ
   Ορισμένα πλαστικά είδη μπορεί να έχουν περιορισμένη αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες ή δυναμικές φορτίσεις.

Τα μειονεκτήματα μπορεί να αντισταθμίζονται από τα πλεονεκτήματα σε συγκεκριμένες περιπτώσεις και η επιλογή μιας τεχνολογίας εξαρτάται από τις απαιτήσεις του έργου, τον τύπο του υλικού, το κόστος και άλλους παράγοντες.

Η «άλλη» μέθοδος

Η χύτευση μετάλλου και πλαστικού, χρησιμοποιείται, εδώ και πολλά χρόνια, στην κατασκευή οχημάτων, αλλά η εφαρμογή της σε μεγάλα αλουμινένια τμήματα του σασί είναι σχετικά νέα. H τεχνολογία Giga Press, στοχεύει στη βελτίωση της αποδοτικότητας, στη μείωση της πολυπλοκότητας της κατασκευής και στην ενίσχυση της συνολικής δομικής ακεραιότητας του σασί. Τα χυτά μπροστινά και πίσω τμήματα του σασί που παράγονται από τις γιγα-πρέσες, συνδυάζονται με την μπαταρία για τη δημιουργία ενός σασί τριών μερών για τα Ηλεκτρικά Οχήματα. Ο όρος Giga Press δημιουργήθηκε κατά την πρώτη παραγγελία μιας γιγα-πρέσας τον Μάιο του 2019 και συνδέεται με το μεγάλο μέγεθος αυτών των μηχανημάτων, τα οποία είναι ικανά να παράγουν μεγάλα, ενιαία μεταλλικά τμήματα. Η πρώτη γιγα-πρέσα εγκαταστάθηκε στο εργοστάσιο της Tesla στο Fremont, το οποίο ξεκίνησε τη λειτουργία του το 2020 και έδωσε τη δυνατότητα στην Tesla να παράγει το Model Y, με ένα μόνο πίσω κομμάτι αντί για 70 κομμάτια, μειώνοντας το κόστος κατασκευής κατά 40%.

Είχε μέγεθος περίπου 20x7x6 μέτρα, ζύγιζε περισσότερο από 400 τόνους και είχε μία δύναμη κλεισίματος που έφτανε τους 6.000 τόνους (η μεγαλύτερη πρέσα μέχρι τότε έφτανε τους 4.000 τόνους).

Πως λειτουργεί

Στην προκειμένη περίπτωση, το μέγιστο πλάτος του παραγόμενου χυτού είναι 2,2 μέτρα. Στην αρχή κάθε κύκλου χύτευσης, ρομπότ ψεκάζουν 35 ml σογιέλαιου, σε ένα λεπτό στρώμα μέσα σε κάθε μισό του καλουπιού, για να διευκολυνθεί μετέπειτα ο διαχωρισμός. Το καλούπι κλείνει και δημιουργείται ένα κενό 50 mbar με άντληση του αέρα. Μία ακριβής ποσότητα λιωμένου κράματος αλουμινίου βάρους έως και 100 κιλών αντλείται από τον φούρνο στο καλούπι στους 750°C με ένα έμβολο υψηλής ταχύτητας, 10 μέτρων ανά δευτερόλεπτο, σε μόλις 60 έως 100 χιλιοστά του δευτερολέπτου.

Στη συνέχεια, το καλούπι ανοίγει και ένα ρομπότ αφαιρεί το χύτευμα και το φρέσκο λιωμένο αλουμίνιο προετοιμάζεται για τον επόμενο κύκλο. Το εξάρτημα τοποθετείται σε μία δεξαμενή σβέσης, όπου η θερμοκρασία του μειώνεται από τους 400°C στους 50°C. Μία μηχανική πρέσα τριμαρίσματος κόβει τις άκρες, ανακυκλώνοντας την περίσσεια αλουμινίου στον φούρνο τήξης. Το εναπομείναν χρήσιμο μέρος της χύτευσης ακτινοβολείται με ακτίνες Χ, για να ελεγχθεί η εσωτερική του δομή και αποστέλλεται για κατεργασία CNC, όπου κόβεται με λέιζερ, τρυπιέται βάσει σχεδιασμού και στη συνέχεια μετράται με υπολογιστή. Τα ρετάλια του αλουμινίου τήκονται σε φούρνο φυσικού αερίου στους 850°C, μέχρι να ρευστοποιηθούν. Η σκωρία, με τη μορφή οξειδίου του αλουμινίου, αφαιρείται μηχανικά από την επιφάνεια και το υπόλοιπο υγρό μέταλλο αντλείται μέσω θερμαινόμενων σωλήνων, σε κλειστό φούρνο θέρμανσης στους 750-850°C και θερμαίνεται με ηλεκτρική ισχύ 400 kW. Για να αποφευχθεί ο σχηματισμός οξειδίων, ένα στρώμα αζώτου καλύπτει το λιωμένο αλουμίνιο. Αέριο αργό και ένας περιστροφικός απαερωτής, χρησιμοποιούνται για την αφαίρεση ακαθαρσιών, με ένα φίλτρο καρβιδίου του πυριτίου να αφαιρεί τα περισσότερα άλλα σωματίδια, μεγαλύτερα από 25 μm. Ο συνολικός χρόνος χύτευσης είναι περίπου 120 δευτερόλεπτα, με αποτέλεσμα την παραγωγή 30 ολοκληρωμένων χυτών ανά ώρα. Με τρεις βάρδιες 8 ωρών, μπορούν να παραχθούν περισσότερα από 500 χυτά την ημέρα.

Η βασική ιδέα ήταν να παρέχεται μία τεχνολογία που θα μπορούσε να απλοποιήσει τη διαδικασία παραγωγής αυτοκινήτων και συνεπώς και το κόστος παραγωγής.

Οι μπαταρίες υψηλής τάσης αυτή τη στιγμή, αντιπροσωπεύουν το 25% έως και 40% του συνολικού κόστους των Ηλεκτρικών Οχημάτων. Οι αυτοκινητοβιομηχανίες που χρησιμοποιούν τις γίγα-πρέσες αλουμινίου, υποστηρίζουν ότι μπορούν να μειώσουν τις επενδύσεις που απαιτούνται για την κατασκευή του σασί, που είναι το δεύτερο πιο ακριβό εξάρτημα μετά την μπαταρία, κατά 40% και το μέσο κόστος των εξαρτημάτων κατά 30%. Είναι ένας τρόπος να καταστούν τα Ηλεκτρικά Οχήματα προσιτά σε όλα τα πορτοφόλια. Η πιο πρόσφατη και μεγαλύτερη giga-press έχει το μέγεθος ενός μικρού σπιτιού. Παράγει μία δύναμη κλεισίματος άνω των 9.000 τόνων και προορίζεται για κατασκευή μερών του Tesla Cybertruck. Η Tesla λειτουργεί ήδη giga-presses σε όλες τις εγκαταστάσεις της και δηλώνει ότι μπορεί να παράγει ένα Model Y σε 10 ώρες περίπου, δηλαδή τρεις φορές ταχύτερα από τον μέσο χρόνο κατασκευής ενός ηλεκτρικού αυτοκίνητου. Για το Model 3, αφαίρεσε 600 ρομπότ από τη συναρμολόγηση, με την απλοποίηση της παραγωγής με γιγα-πρέσες.

Τα πλεονεκτήματα της Μεγα-χύτευσης

Η χρήση της τεχνολογίας Giga Press προσφέρει:

• ΑΥΞΗΣΗ ΑΠΟΔΟΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ: Η τεχνολογία μεγα-χύτευσης επιτρέπει την παραγωγή μεγάλων, πολύπλοκων, ενιαίων εξαρτημάτων, με λιγότερες κατασκευαστικές διαδικασίες και λιγότερα σημεία συνδεσμολογίας, βελτιώνοντας την απόδοση της παραγωγής.
• ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΔΟΜΙΚΗΣ ΑΚΕΡΑΙΟΤΗΤΑΣ: Η χρήση Giga Press μειώνει τον αριθμό των συνδετικών σημείων και των συγκολλήσεων, ενισχύοντας έτσι τη δομική ακεραιότητα των εξαρτημάτων και την αντοχή τους, μειώνοντας τον κίνδυνο πιθανών αδυναμιών.
• ΜΕΙΩΣΗ ΒΑΡΟΥΣ ΚΑΙ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΑΠΟΔΟΣΗΣ: Η δυνατότητα παραγωγής ενιαίων εξαρτημάτων με ελάχιστα ή καθόλου σημεία σύνδεσης, μπορεί να οδηγήσει σε ελαφρύτερα οχήματα.
• ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΧΡΟΝΟΥ ΚΑΙ ΚΟΣΤΟΥΣ: Η απλοποίηση της κατασκευαστικής διαδικασίας, με την εξάλειψη των εργασιών συναρμολόγησης και απλοποίησης του ποιοτικού ελέγχου, συνεπάγεται εξοικονόμηση χρόνου και κόστους στην παραγωγή.
• ΒΕΛΤΙΩΣΗ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΣΥΝΟΛΙΚΗΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ: Η ελαχιστοποίηση των σημείων σύνδεσης εξαλείφει πιθανές αστοχίες ευθυγράμμισης των εξαρτημάτων κατά τη συναρμολόγηση και οδηγεί σε λιγότερα σφάλματα και προβλήματα ποιότητας στην κατασκευή.
• ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΧΡΗΣΗΣ ΓΗΣ: Ελαχιστοποίηση της ανάγκης χρήσης ρομπότ στην παραγωγή, που οδηγεί σε σημαντική μείωση του μεγέθους της παραγωγικής εγκατάστασης και κατά συνέπεια εξοικονόμηση στη χρήση γης.

Τα μειονεκτήματα της Μεγα-χύτευσης

Ένας κίνδυνος στη χρήση giga-press αφορά στην επισκευασιμότητα των οχημάτων. Με μεγάλα τμήματα του σασί χυτευμένα σε ενιαία κομμάτια, η επισκευή τους σε περίπτωση ζημιάς από σύγκρουση, ακόμη και χαμηλής ταχύτητας, θα ήταν αρκετά πιο δύσκολη και θα μπορούσε να σημαίνει την πιθανή αντικατάσταση ολόκληρου του μπροστινού ή πίσω τμήματος του αυτοκινήτου. Λόγω αυτών των ανησυχιών, ορισμένοι κατασκευαστές αυτοκινήτων εξετάζουν την υιοθέτηση γιγα-χύτευσης μικρότερης κλίμακας, με το σασί να συνδυάζει μικρότερου μεγέθους χυτά μέρη, συμπεριλαμβανομένων των μπροστινών και πίσω δομών, που συνδέονται για να δημιουργηθεί ένα ενιαίο πάτωμα. Η στρατηγική αυτή αντιμετωπίζει όχι μόνο τις ανησυχίες για την επισκευασιμότητα των οχημάτων, αλλά υποστηρίζει και μία ευρύτερη γκάμα οχημάτων ως προς το μέγεθος και το σχήμα, που παρέχουν αρκετοί κατασκευαστές. Άλλοι κατασκευαστές, για να αντιμετωπίσουν το ζήτημα της επισκευασιμότητας, θα παρέχουν ως ανταλλακτικά επιλεγμένα κομμάτια του μεγαλύτερου χυτού τμήματος, ώστε να μην απαιτείται αντικατάσταση ολόκληρου του συστήματος, περιορίζοντας έτσι το κόστος επισκευής έπειτα από ένα ατύχημα.

Οφέλη για τον τελικό καταναλωτή

1. ΟΙΚΟΝΟΜΙΑ ΚΟΣΤΟΥΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ: Η απλοποίηση της διαδικασίας παραγωγής και η εξοικονόμηση χρόνου θα οδηγήσει σε επιπλέον μείωση του κόστους που θα μεταφερθεί και στους τελικούς καταναλωτές.
2. ΒΕΛΤΙΩΜΕΝΗ ΑΠΟΔΟΣΗ ΟΧΗΜΑΤΟΣ: Η ελαχιστοποίηση των σημείων σύνδεσης και των συγκολλήσεων με τη χρήση των γίγα-πρεσών μπορεί να οδηγήσει σε οχήματα με βελτιωμένη δομική ακεραιότητα, απόδοση και ασφάλεια.
3. ΕΛΑΦΡΥΤΕΡΑ ΚΑΙ ΠΙΟ ΑΠΟΔΟΤΙΚΑ ΟΧΗΜΑΤΑ: Η δυνατότητα παραγωγής ενιαίων εξαρτημάτων με λιγότερες συνδέσεις, μπορεί να οδηγήσει σε ελαφρύτερα οχήματα, τα οποία μπορεί να προσφέρουν βελτιωμένη κατανάλωση καυσίμου και απόδοση.
4. ΠΙΟ ΑΞΙΟΠΙΣΤΑ ΟΧΗΜΑΤΑ: Η ελαχιστοποίηση των σημείων σύνδεσης μπορεί να μειώσει τον κίνδυνο αποτυχιών ή φθορών που μπορεί να προκύψουν από τα σημεία αυτά, καθιστώντας τα οχήματα πιο αξιόπιστα.
5. ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟΥ ΧΩΡΟΥ: Η μείωση του αριθμού των εξαρτημάτων και η ενοποίηση δομικών στοιχείων μπορεί να οδηγήσει σε εξοικονόμηση και αύξηση του εσωτερικού χώρου του οχήματος.

Συνολικά, η χρήση της τεχνολογίας μεγα-χύτευσης συμβάλλει στη δημιουργία οχημάτων χαμηλότερου κόστους, που προσφέρουν, παράλληλα, βελτιωμένες επιδόσεις και αξιοπιστία για τους τελικούς καταναλωτές.

ΤΟΥ Α.Σ.