Kuinka alumiinisylinterin pään muotti voi kestää 200+baarin painetta?

Moottorin valmistuksen ydinkomponenttina, alumiiniseos sylinterin pään muotti on suunniteltu toimimaan vakaasti pitkään korkeassa lämpötilassa, korkeassa paineessa ja monimutkaisissa työolosuhteissa. Äärimmäisissä olosuhteissa 200 bar (noin 2000 tavanomainen ilmakehän paine) muotin luotettavuus määrittää suoraan moottorin suorituskyvyn ja käyttöikän.

1. Materiaalin valinta: Lämpöväsymysvastuksen ja kulutuskestävyyden kaksitakuu
Muottimateriaalin suorituskyky on kestävä korkea paine. Yunmai (JYD) suunnitteleman muotin ottaminen esimerkiksi Isuzu -moottorille se käyttää H13 -terästä (4CR5MOSIV1) ydinmateriaalina. Tätä työkaluterästä käytetään laajasti kuumien työmuottien alalla ja sillä on kolme ydinetua:
Korkea lämpötila -lujuus: H13 -teräs voi silti ylläpitää yli 500 mPa: n satolujuutta 600 ℃: llä, mikä on paljon korkeampi kuin tavallinen seosterällinen teräs, varmistaen, että muotissa ei suoriteta plastisia muodonmuutoksia korkeassa paineessa.
Lämpöväsymysvastus: H13-teräs kestäisivät karbidien morfologiaa ja jakautumista kymmeniä tuhansia lämpösyklejä (huoneenlämpötilasta 600 ° C: seen) ilman halkeilua ja sopeutua jatkuvan moottorin toiminnan korkeataajuuspaine iskuun.
Kovettuvuus ja karkaisu stabiilisuus: Kun se on sammuttanut 1020 ° C: ssa, karkaisu 580 ° C: ssa, muotin pintakovuus voi saavuttaa HRC48-52: n, kun taas ydin ylläpitää sitkeyttä välttääkseen hauran halkeamisen liiallisen kovuuden vuoksi.

2. rakenteellinen optimointi: paineen leviäminen ja stressin tasapainon suunnittelu
Muotirakenteen on saavutettava painesäätö kolmiulotteisen topologisen optimoinnin avulla. Esimerkiksi tietyntyyppisen muotin ottaminen, sen suunnittelu sisältää seuraavat keskeiset elementit:
Jakopinnan vahvistus: Askelmainen erotuspinta otetaan käyttöön prosessointirokolla 0,05 mm sileän alumiinin nesteen täyttymisen varmistamiseksi ja pinnan dislokaation välttämiseksi korkean paineen alla.
Tuki kylkiluiden asettelu: "M" -muotoinen tukialus on suunniteltu muotin ontelon pohjalle, ja paksuus muuttuu vähitellen 15 mm: stä ontelon reunalla 8 mm: iin keskellä, mikä ei vain paranna jäykkyyttä, vaan myös vähentää materiaalijätteitä.
Jäähdytysvesikanavaverkko: ANSYS -sujuva simulaation optimoinnin kautta on suunniteltu "spiraaliristi" -komposiittivesikanava varmistamaan, että muotin pinnan lämpötilagradientti on ≤30 ℃/mm, mikä vähentää lämpöjännityksen aiheuttamaa muodonmuutosta.

3. Valmistusprosessi: Mikronitason tarkkuusohjaus
Muotin valmistustarkkuus vaikuttaa suoraan sen paineen kantavuuteen. Yunmai käyttää seuraavia prosesseja varmistaakseen toleranssin ± 0,02 mm:
Viiden akselin kytkentäkäsittely: Saksan DMG Mori-akselin koneistuskeskuksen avulla onkalo käsitellään hienosti syöttönopeudella 0,1 μm ja pinnan karheus RA≤0,4 μm.
Elektrodiswacks -muodostumistekniikka: Kompleksisille pinnoille käytetään peilin elektrodiswacking -koneista (EDM) ja grafiittielektrodeja käytetään 0,01 mm: n purkausrakojen hallinnan saavuttamiseksi.
Pintavahvistuksen käsittely: Muotin pinta käsitellään ioninitruidulla (IPN) 0,2 mm: n paksun kovan nitridikerroksen (HV1200) muodostamiseksi, mikä lisää kovuutta 4 kertaa ja kulumiskestävyys 30%.

4. Simulaation todentaminen: Painekoe virtuaalista todelliseen
Muotin suunnittelu on varmistettava monifysiikan kentän simulaatiolla:
Lämpömekaaninen kytkentäanalyysi: Abaqusia käytetään muodostumaan muottialumiinin nestejäähdyttämisjärjestelmän kytkentämalli ja simuloidaan muotin jakautumista, joka on alle 200 baarin paineessa. On havaittu, että suurin jännityspiste on lähellä porttia. Kasvaamalla paikallista paksuutta jännityspiikki pienenee 1200MPA: sta 850MPA: iin.
Väsymysten elämän ennustaminen: Perustuu FE-turvallisiin ohjelmistoihin, todelliset työolosuhteiden parametrit (lämpötilasykli 200-600 ℃, paine 200bar, taajuus 50 kertaa/minuutti), ja homeen elämän ennustetaan saavuttavan 150 000 sykliä, mikä täyttää massatuotantovaatimukset.
Prototyypin varmennus: Prototyyppimuotti on valmistettu 1: 1 ja 100 000 sykliä testataan 200 bar -hydraulisella puristimella, ja muodonmuutoksen tarkkaileminen on ≤0,01 mm suunnittelun luotettavuuden varmistamiseksi.