26/6 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2002, Rocznik 2, Nr 6 Archives of Foundry Year 2002, Volume 2, Book 6 PAN - Katowice PL ISSN 1642-5308 ODLEWNICTWO W BUDOWIE SAMOCHODÓW P. WASILEWSKI 1 Akademia Techniczno - Humanistyczna w Bielsku-Białej STRESZCZENIE W referacie przedstawiono zakres stosowania odlewów w konstrukcji samochodów: głowice i kadłuby silników, wały wykorbione i rozrządcze, obudowy skrzyń przekładniowych i mostów napędowych, elementy zawieszenia. Na wykresach pokazano udział różnych tworzyw w budowie samochodów oraz zestawienia zmian w Polsce i na świecie w produkcji odlewów z żeliwa szarego i stopowego, sferoidalnego i ciągliwego, staliwa i metali nieżelaznych - w tym odlewów ze stopów magnezu. Zamieszczono przykłady ulepszenia konstrukcji odlewów dla uproszczenia procesu odlewania i poprawy ich właściwości eksploatacyjnych. Key words: founding motocars, construction, graphs, participation 1. WSTĘP Od kilkudziesięciu lat występuje wzrost produkcji odlewów w budowie samochodów. Wynika to z dwóch powodów: po pierwsze produkcja samochodów ciągle wzrasta, po drugie udział odlewanych części zwiększa się, z uwagi na zastępowanie odkuwek i stalowych elementów spawanych znacznie tańszymi odlewami. Odlewane zawsze były kadłuby i głowice silników, obudowy skrzyń przekładniowych i tylnych mostów, choć te ostatnie w samochodach ciężarowych- wykonywano także jako spawane; odlewano również korpusy przekładni kierowniczych. Później, już w latach międzywojennych zaczęto zastępować drogie odkuwki wałów wykorbionych i rozrzą d- czych znacznie tańszymi odlewami (Ford). Odlewane są kolektory ssące i wydechowe, tarcze hamulcowe, tłoki, pierścienie tłokowe, tuleje cylindrowe, gaźniki, pompy paliwowe, elementy przegubów i wiele innych. Stosowane są różne tworzywa: żeliwo sza- 1 prof. dr hab. inż. 219
re, sferoidalne, ADI, stopowe, coraz rzadziej ciągliwe, stopy aluminium, magnezu, czasami staliwo. Na kolejnych zamieszczonych rysunkach pokazano liczne przykłady różnych odlewów samochodowych. Rys. 1. Kadłub automatycznej skrzyni przekładniowej autobusu. Odlew piaskowy z siluminu AlSi10Mg, w dalszej produkcji odlew ciśnieniowy [1]. Fig. 1. Corps of automatic gear box of drive bus. Sandy casting of aluminium alloy AlSi10Mg, in further production pressure casting. Rys. 2. Element przegubu z żeliwa ciągliwego GTS-565, masa 25 kg [1]. Fig. 2. Element of joint from cast iron ductilegts-565, mass 25 kg. Rys. 3. Korpus elektronicznego aparatu wtryskowego. Odlew ciśnieniowy ze stopu cy n- ku, masa 880 g [1]. Fig. 3. Corps of electronic injection's device. Founding pressure from alloy of zinc, mass 880 g Rys. 4. Element zawieszenia pojazdu z żeliwa sferoidalnego GGG-40, masa 80,5 kg [1]. Fig. 4. Element suspensions of vehicle from cast Iron GGG-40, mass 80,5 kg. 220
ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rys. 5. Kolektory wydechowe dla spalin o wysokiej temperaturze ze stopowego żeliwa sferoidalnego zawierającego 5% Si i 1% Mo, masy 5-9 kg [1]. Fig. 5. Expiratory collectors for fumes about high temperature from cast irons containing 5% Si and 1% Mo, masses 5-9 kg. Rys. 6. Obudowa mostu napędowego ciężkiego pojazdu, cieplnie ulepszane staliwo [1]. Fig. 6. Casing of driving bridge of heavy vehicle, thermal improved cast steel. Rys. 7. Dolna część skrzyni korbowej dla 8 cylindrowego w układzie V silnika samochodu sportowego z siluminu- AlSi9Mg, masa 11,2 kg [1]. Fig. 7. Bottom part of crank - box for 8 cylindric in system V of motor ofsports car from aluminium alloy AlSi9Mg, mass 11, 2 kg. Rys. 8. Wał korbowy 4 cylindrowego silnika samochodu osobowego z żeliwa sferoidalnego GGG-60, masa 20,5 kg [1]. Fig. 8. Rank shaft 4 of cylindric engine of passenger car from cast iron GGG- 60, mass 20, 5 kg. 221
Rys. 9. Chłodzona tarcza hamulcowa z kołnierzem autobusu z żeliwa szarego GG-25 [1]. Fig. 9. Cooled brake - disk with collar of bus from cast iron grey GG- 25. Rys. 10. Element skrzyni przekładniowej dla samochodu osobowego, żeliwo sferoidalne GGG-50, masa 3,3 kg [1]. Fig. 10. Element of drive box for passenger car, cast iron GGG-50, mass 3, 3 kg Rys. 11. Obudowa sprzęgła dla automatycznej skrzyni przekładniowej samochodu osobowego, z siluminu Al- Si8Cu3, masa 4,6 kg [1]. Fig. 11. Casing of clutch for automatic box drive passenger car, from aluminiumalloy AlSi8Cu3, mass 4, 6 kg. Rys. 12. Korpus łożyska dla samochodu ciężarowego, czarne żeliwo ciągliwe GTS-40, masa 34 kg [1]. Fig. 12. Corps river-beds for of weight car, black ductile cast iron GTS-40, mass 34 kg 222
ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rys. 13. Wałki rozrządcze, żeliwo ciągliweczarne GTS-40 i niskostopowe żeliwo szare, krzywki hartowane [1]. Fig. 13. Camshafts, ductile cast iron black GTS-40 and niskostopowe grey cast iron, cams tempered. Rys. 14. Części gaźników, stop cynku GD- ZnAl4Cu1, masy od 250-1200g [1]. Fig. 14. Parts of carburettors, alloy of zinc GD-ZNAL4CU1, masses from 250-1200 g. Przez wiele lat w okresie PRL głównymi odbiorcami odlewów były: górnictwo, hutnictwo, przemysły stoczniowy, maszyn budowlanych budownictwo, przemysł ciągnikowy itp. Odlewy te w większości nie były przeznaczone dla odbiorców rynkowych, dla kt ó- rych produkuje się np. samochody osobowe. W okresie przemian ustrojowych, które nastąpiły po 1989 roku produkcja odlewów - nie dla rynku -gwałtownie obniżyła się, co było spowodowane utratą zamówień od przemysłów inwestycyjnych, preferowanych w PRL. Zmniejszył się także eksport odlewów w związku z wprowadzeniem wymienialności złotego i urealnieniem jego kursu do walut wymienialnych, utrata monopolu producentów państwowych, wprowadzenie nowych technologii np. w budownictwie (blaszane wanny i grzejniki, rury wodociągowe i kanalizacyjne z tworzyw sztucznych, rurki dla instalacji CO z tworzyw, miedzi itp.) to spowodowało, że tylko odlewnie produkujące odlewy dla samochodów osobowych dobrze prosperowały, zwiększając nawet swoją produkcję (TEKSID POLAND). Obserwuje się także zmiany na świecie i w Polsce udziału poszczególnych tworzyw w produkowanych odlewach, także dla motoryzacji. 223
2. STATYSTYKA PRODUKCJI ODLEWÓW Sądzę, że dla lepszego zorientowania się w polskiej i światowej produkcji odlewów korzystnie jest przedstawić dane statystyczne wg Biuletynu Instytutu Odlewnictwa. Na rysunku 15 przedstawiono produkcję w Polsce odlewów ze wszystkich st o- pów w okresie 1991 2000. Na następnych rysunkach pokazano zestawienia zmian w Polsce i na świecie w produkcji odlewów z żeliwa szarego i stopowego, żeliwa sferoidalnego, żeliwa ciągliwego, staliwa, metali nieżelaznych i zmiany ilościowe w produ k- cji odlewów ze stopów magnezu. Rys. 15. Zmiany wielkości produkcji odlewów łącznie ze stopów żelaza i metali nieżelaznych w Polsce w latach 1991 2000 [2]. Fig. 15. Changes of size of production of castings together from alloys of iron and of non-iron metals in Poland in years 1991 2000. 224
ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rys. 16. Zmiany wielkości produkcji odlewów z żeliwa szarego i stopowego w Polsce w latach 1991 2000 [2]. Fig. 16. Changes of size of production of castings from cast iron grey and cast in Poland in years 1991 2000. Rys. 17. Zmiany produkcji odlewów z żeliwa szarego i stopowego na świecie [2]. Fig. 17. Changes of production of foundings from cast iron grey and cast on the world. Rys. 18. Zmiany wielkości produkcji odlewów z żeliwa sferoidalnego w Polsce w latach 1991 2000 [2]. Fig. 18. Changes size of production of casting from spheroid cast iron in Poland in years 1991 2000. Rys. 19. Zmiany produkcji odlewów z żeliwa sferoidalnego na świecie [2]. Fig. 19. Changes size of production of casting from spheroid cast iron on the world. 225
Rys. 20. Zmiany wielkości produkcji odlewów z żeliwa ciągliwego w Polsce w latach 1991 2000 [2]. Fig. 20. Changes size of production of casting from ductile cast iron in Poland in years 1991 2000. Rys. 21. Zmiany wielkości produkcji odlewów z żeliwa ciągliwego na świecie [2]. Fig. 21. Changes size of production of casting from ductile cast iron on the world. Rys. 22. Zmiany wielkości produkcji odlewów staliwnych w Polsce w latach 1991 2000 [2]. Fig. 22. Changes size of production castings from cast steel in Poland in years 1991 2000. Rys. 23. Zmiany wielkości produkcji odlewów staliwnych na świecie [2]. Fig. 23. Changes size of production castings from cast steel on the world. 226
ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rys. 24. Zmiany wielkości produkcji odlewów ze stopów nieżelaznych w Polsce w latach 1991 2000 [2]. Fig. 24. Changes size of production castings from non-iron alloys in Poland in years 1991 2000. Rys. 25. Zmiany produkcji odlewów ze stopów metali nieżelaznych na świecie (udział stopów Al w całkowitej odlewów ze stopów metali nieżelaznych wynosi 77,3%) [2]. Fig. 25. Changes size of production castings from non-iron alloys on the world (share of aluminium alloys in entire production castings from non-iron alloys raise 77,3%). Rys. 26. Zmiany produkcji odlewów ze stopów magnezu i prognozy do roku 2006 na świecie [2]. Fig. 26. Changes size of production castings from magnesium alloys and prognosis to 2006 year on the world. 227
Z przedstawionych rysunków widać, że trendy zmian w produkcji odlewów z różnych tworzyw w Polsce i na świecie są podobne. Wzrasta produkcja odlewów z żeliwa sferoidalnego i metali nieżelaznych związanych z produkcją samochodów. Maleje produkcja odlewów w żeliwa szarego, ciągliwego i staliwa. Zwraca uwagę dziewięciokrotny wzrost (w okresie 1991 2000) produkcji odlewów ze stopów magnezu, zwłas z- cza w Ameryce Północnej i Europie, na co ma wpływ coraz większy ich udział w budowie samochodów. W tabeli 1 podano udział poszczególnych materiałów w produkcji samoch o- dów w latach 1989 1995 i z prognozą na rok 2000. Tabela 1. Udział poszczególnych materiałów w produkcji samochodów w latach 1989-1995 i prognoza na lata 2000 [3]. Table 1. Participation of each materials in production of cars in years 1989-1995 and prognosis on years 2000. Rok 1989 1995 2000 2000 2000 Rodzaj materiału udział gnięcie w kg 1989 % Przewidywane osią- w % kg % udział Stal i żeliwo 900 69,2 600 200 23,5-77 Aluminium 55 4,3 130 270 31,7 +390 Tworzywa sztuczne 115 8,8 170 220 25,9 +91 Szkło 30 2,4 15 0 - -100 Pozostałe 200 15,3 180 120 14,2-40 Magnez 1-5 40 4,7 +3900 Razem masa 1301 100,0 1100 850 100-35% 228
ARCHIWUM ODLEWNICTWA Na kolejnych rysunkach pokazano udział poszczególnych tworzyw w produkcji odlewów w Polsce w 2000 r., oraz wielkość sprzedaży odlewów w 2000 r. ze stopów żelaza i materiałów nieżelaznych w naszym kraju. Rys. 27. Udział tworzyw w produkcji odlewów w Polsce w roku 2000 [2]. Fig. 27. Share of materials in castings production in Poland in year 2000. Rys. 28. Struktura sprzedaży odlewów ze stopów żelaza w roku 2000 (wg danych reprezentujących 90% całkowitej produkcji odlewów ze stopów żelaza) [2]. Fig. 28. Structure of castings sale from iron alloys in year 2000 (under informations represented 90% complete casting productions from iron alloys. 229
230 Rys. 29. Struktura sprzedaży odlewów ze stopów metali nieżelaznych w roku 2000 (wg danych reprezentujących 85% całkowitej produkcji odlewów ze stopów metali nieżelaznych)[2]. Fig. 29. Structure of casting sale from non-iron alloys in year 2000 (under informations represented 85% complete casting productions from non-iron alloys. W tablicy 2 przedstawiono strukturę sprzedaży odlewów w Polsce w latach 1994 i 2000. Tabela 2. Porównanie struktury sprzedaży odlewów łącznie ze stopów żelaza i metali nieżelaznych w roku 1994 i 2000 [2]. Table 2. Comparison structures of sale of castings together from alloys of iron and of non-ferrous metals in year 1994 and 2000. Branża odbiorców Struktura sprzedaży odlewów w % 1994 r. 2000 r. Hutnictwo 32,6 12,4 Armatura przemysłowa 5,5 6,3 Maszyny i urządzenia 10,3 11,6 Energetyka 1,4 1,5 Górnictwo 4,1 4,7 Przemysł okrętowy 3,6 2,1 Motoryzacja 11,0 28,3 Budownictwo 20,8 15,5 Kolejnictwo 1,2 4,8 Rolnictwo 5,9 8,3 Pozostałe 3,6 3,5 Razem 100,0 100,0 Z rysunków i tablicy widać, że siłą napędową polskiego odlewnictwa jest motoryzacja i będzie ona nią także w przyszłości, tak, jak jest na całym świecie.
ARCHIWUM ODLEWNICTWA Z rysunku wynika również, że w naszym kraju, w produkcji odlewów ze stopów żelaza dominuje żeliwo szare (67,7%), natomiast w Unii Europejskiej ten udział wynosi tylko 45,1%, a na świecie 53,2%. Opóźnienie w strukturze produkcji odlewów w Polsce w stosunku do krajów UE wynika z błędnych doktryn ekonomicznych krajów RWPG, w których dominowały wskaźniki produkcji węgla, stali i kwasu siarkowego, a nie tworzyw rynkowych. 3. KONSTRUKCJE ODLEWÓW SAMOCHODOWYCH Na zakończenie przedstawiono różne rozwiązania konstrukcyjne części samochodowych, sposoby ich zmian, dla jak najszerszego zastosowania odlewów. Przykłady zaczerpnięto z wydawnictwa Giessen fűr Kraftfahrzeuge, VDI Verlag, Dűsseldorf 1978. Wydawnictwo ma 30 lat i się nie zestarzało. Można zauważyć dość duży udział odlewów z żeliwa ciągliwego, które obecnie są zastępowane żeliwem sferoidalnym lub żeliwem ADI. Rys. 30. Pokrywa przekładni różnicowej samochodu ciężarowego. Pierwotnie odkuwka, zastąpiona po przekonstruowaniu odlewem z czarnego żeliwa ciągliwego [1]. Fig. 30. Cover of drive difference of weight car. Originally hammered, taken place after to change casting from black cast irons ductile. 231
Rys. 31. Konstrukcja spawana z elementów stalowych mostu napędowego samochodu ciężarowego. Obok zamiana na odlew z żeliwa sferoidalnego GGG-40. Uzyskanozwiększenie ładowności samochodu o 50% z 10 do 15 t [1]. Fig. 31. Construction welded from steel elements bridge driving of weight car. Close by exchange on cast from cast irons GGG-40. Obtained enlargement of load capacity of car about 50% from 10 to 15 t. Rys. 32. Spawany ze stali element zawieszenia samochodu ciężarowego. Obok zamiana na odlew z czarnego żeliwa ciągliwego GTS-45. Uzyskano zmniejszenie masy o 29% oraz obniżenie kosztów o 62% [1]. Fig. 32. Welded from steel element of suspension of of weight car. Close by exchange on cast from black cast irons ductile GTS-45. Obtained diminution of mass about 29% and lowering of costs about 62%. 232
ARCHIWUM ODLEWNICTWA a) b) c) Rys. 33. Ewolucja odlewu wspornika z żeliwa ciągliwego czarnego GTS-35 przekładni kierowniczej samochodu ciężarowego, masa 14kg: a) konstrukcja pierwotna, b) poprawiona, c) najtańsza [1]. Fig. 33. Evolution of casting of bracket from cast iron ductile of black GTS- 35 drive controlling of weight car, mass 14 kg: a) original construction, b) improved, c) cheapest. a) b) Rys. 34. Fragment bloku cylindrowego z płaszczem wodnym: a) z dwoma dodatkowymi wewnętrznymi rdzeniami, b) bez dodatkowych rdzeni [1]. Fig. 34. Part of cylindric block with water overcoat: a) with two additional internal cores, b) without additional cores. 233
LITERATURA [1] Giessen fűr Kraftfahrzeuge, VDI Verlag, Dűsseldorf 1978 [2] Biuletyn Instytutu Odlewnictwa nr. 1. Kraków 2002 [3] Polski Kongres Odlewnictwa, Kielce, wrzesień 1996. SUMMARY FOUNDING IN CARS CONSTRUCTION In the article have been presented range of usage of foundings in cars construction: caps and trunks of engines, ram parts cranked and camshaft, casings of boxes drive and of driving bridges, elements of suspension. On graphs have been showed particip a- tion different materials in cars construction and compositions changes in Poland and on world, of changes in production of foundings from cast iron grey and alloys, spheroid and ductile, cast steels and of non-ferrous metals - in this of foundings from alloys of magnesium. Have been placed examples of improvement of construction of foundings for reductions of process of pouring off and improvements their exploitations proprieties. Recenzował: prof. dr hab. inż. Stanisław Jura 234