چگونه می توان قالب سرسیلندر آلومینیوم را در برابر فشار 200+نوار مقاومت کرد؟

به عنوان یک مؤلفه اصلی در ساخت موتور ، قالب سر سیلندر آلیاژ آلومینیوم به گونه ای طراحی شده است که برای مدت طولانی تحت شرایط درجه حرارت بالا ، فشار بالا و شرایط کار پیچیده پایدار عمل کند. در شرایط شدید 200 بار (حدود 2000 فشار اتمسفر استاندارد) ، قابلیت اطمینان قالب به طور مستقیم عملکرد و عمر موتور را تعیین می کند.

1. انتخاب مواد: ضمانت دوگانه مقاومت در برابر خستگی حرارتی و مقاومت در برابر سایش
عملکرد مواد قالب پایه و اساس تحمل فشار زیاد است. با استفاده از قالب طراحی شده توسط Yunmai (JYD) برای موتور Isuzu به عنوان نمونه ، از فولاد H13 (4CR5MOSIV1) به عنوان ماده اصلی استفاده می کند. این فولاد ابزار به طور گسترده ای در زمینه قالب های گرم استفاده می شود و سه مزیت اصلی دارد:
استحکام درجه حرارت بالا: فولاد H13 هنوز هم می تواند قدرت عملکرد بیش از 500mpa را در 600 ℃ حفظ کند ، که بسیار بالاتر از فولاد آلیاژ معمولی است ، و اطمینان حاصل می کند که قالب تحت فشار زیاد دچار تغییر شکل پلاستیک نمی شود.
مقاومت در برابر خستگی حرارتی: با کنترل مورفولوژی و توزیع کاربیدها ، فولاد H13 می تواند بدون ترک خوردگی ده ها هزار چرخه حرارتی (از دمای اتاق تا 600 درجه سانتیگراد) را تحمل کند و با شوک فشار فرکانس بالا عملکرد مداوم موتور موتور سازگار شود.
سختگیری و پایداری معتدل: پس از خاموش شدن در دمای 1020 درجه سانتیگراد در دمای 580 درجه سانتیگراد ، سختی سطح قالب می تواند به HRC48-52 برسد ، در حالی که هسته برای جلوگیری از ترک خوردگی شکننده به دلیل سختی بیش از حد ، از سختی برخوردار است.

2. بهینه سازی ساختاری: پراکندگی فشار و طراحی تعادل استرس
ساختار قالب باید از طریق بهینه سازی توپولوژیکی سه بعدی به پراکندگی فشار برسد. با استفاده از نوع خاصی از قالب به عنوان نمونه ، طراحی آن شامل عناصر کلیدی زیر است:
تقویت سطح فراق: سطح فراق پله با فاصله پردازش 0.05 میلی متر اتخاذ می شود تا از پر شدن مایع آلومینیومی صاف اطمینان حاصل شود و از جابجایی در جابجایی سطح تحت فشار بالا جلوگیری شود.
طرح دنده پشتیبانی: یک دنده پشتیبانی شکل "M" در انتهای حفره قالب طراحی شده است و ضخامت به تدریج از 15 میلی متر در لبه حفره به 8 میلی متر در مرکز تغییر می کند ، که نه تنها استحکام را بهبود می بخشد بلکه باعث کاهش ضایعات مادی می شود.
شبکه کانال آب خنک کننده: از طریق بهینه سازی شبیه سازی Fluent ANSYS ، یک کانال آب کامپوزیت "صلیب مارپیچ" برای اطمینان از شیب دما از سطح قالب 30 ≤ 30/میلی متر طراحی شده است و باعث کاهش تغییر شکل ناشی از استرس حرارتی می شود.

3. فرآیند تولید: کنترل دقیق سطح میکرون
دقت ساخت قالب به طور مستقیم بر ظرفیت تحمل فشار آن تأثیر می گذارد. یونمائی از فرآیندهای زیر برای اطمینان از تحمل 0.02 میلی متر پوند استفاده می کند:
پردازش پیوند پنج محور: با استفاده از مرکز ماشینکاری پنج محور DMG MORI آلمانی ، حفره با سرعت خوراک 0.1μm و زبری سطح Ra≤0.4μm پردازش می شود.
از فناوری تشکیل الکترودزری: برای سطوح پیچیده ، از ماشینکاری الکترود کننده آینه (EDM) استفاده می شود و از الکترودهای گرافیتی برای دستیابی به کنترل شکاف تخلیه 0.01 میلی متر استفاده می شود.
تیمار تقویت کننده سطح: سطح قالب با نیترایدر یون (IPN) تحت درمان قرار می گیرد تا یک لایه نیترایدر سخت ضخیم 0.2 میلی متر (HV1200) تشکیل شود ، که این سختی را 4 بار افزایش می دهد و 30 ٪ مقاومت سایش را افزایش می دهد.

4. تأیید شبیه سازی: تست فشار از مجازی به واقعی
طراحی قالب باید با شبیه سازی میدانی چند فیزیک تأیید شود:
تجزیه و تحلیل جفت حرارتی-مکانیکی: Abaqus برای ایجاد یک مدل اتصال از سیستم خنک کننده مایع قالب و آلومینیوم استفاده می شود و توزیع استرس قالب تحت فشار 200 بار شبیه سازی می شود. مشخص شده است که حداکثر نقطه استرس در نزدیکی دروازه است. با افزایش ضخامت موضعی ، اوج استرس از 1200mPa به 850mpa کاهش می یابد.
پیش بینی عمر خستگی: بر اساس نرم افزار FE-SAFE ، پارامترهای شرایط واقعی کار (چرخه دما 200-600 ℃ ، فشار 200bar ، فرکانس 50 بار در دقیقه) ورودی هستند و پیش بینی می شود که عمر قالب به 150،000 چرخه برسد ، که مطابق با الزامات تولید انبوه است.
تأیید نمونه اولیه: قالب نمونه اولیه 1: 1 ساخته شده است ، و 100000 چرخه در مطبوعات هیدرولیک 200 نوار آزمایش می شود ، و تغییر شکل برای تأیید قابلیت اطمینان طراحی ، 0.01 میلی متر است. $ $ $