Alüminyum silindir kapağı kalıbı 200+çubuk basıncına nasıl dayanabilir?

Motor üretiminde temel bir bileşen olarak alüminyum alaşım silindiri kafa kalıbı yüksek sıcaklık, yüksek basınç ve karmaşık çalışma koşulları altında uzun süre stabil bir şekilde çalışacak şekilde tasarlanmıştır. 200 çubuklu aşırı koşullar altında (yaklaşık 2000 standart atmosfer basıncı), kalıbın güvenilirliği doğrudan motorun performansını ve ömrünü belirler.

1. Malzeme Seçimi: Termal yorgunluk direnci ve aşınma direncinin ikili garantisi
Kalıp malzemesinin performansı, yüksek basınca dayanmanın temelidir. Örnek olarak Yunmai (JYD) tarafından ISUZU motoru için tasarlanan kalıbı alarak, çekirdek malzeme olarak H13 çeliği (4CR5Mosiv1) kullanır. Bu takım çeliği, sıcak çalışan kalıplar alanında yaygın olarak kullanılır ve üç temel avantajı vardır:
Yüksek sıcaklık mukavemeti: H13 çeliği, 600 ℃'de 500MPa'dan fazla akma mukavemeti koruyabilir, bu da sıradan alaşım çeliğinden çok daha yüksektir, bu da kalıbın yüksek basınç altında plastik deformasyona girmemesini sağlar.
Termal Yorgunluk Direnci: Karbürlerin morfolojisini ve dağılımını kontrol ederek H13 çelik, çatlamadan on binlerce termal döngüye (oda sıcaklığından 600 ° C'ye) dayanabilir ve sürekli motor çalışmasının yüksek frekanslı basınç şokuna uyum sağlayabilir.
Sertleştirilebilirlik ve Temperleme Durumu: 580 ° C'de 1020 ° C temperlemede söndürüldükten sonra, kalıbın yüzey sertliği HRC48-52'ye ulaşabilirken, çekirdek aşırı sertlik nedeniyle kırılgan çatlamayı önlemek için sertliği korur.

2. Yapısal Optimizasyon: Basınç Dispersiyonu ve Stres Dengesi Tasarımı
Kalıp yapısının üç boyutlu topolojik optimizasyon yoluyla basınç dağılımı elde etmesi gerekir. Örnek olarak belirli bir kalıp türü alarak, tasarımı aşağıdaki anahtar unsurları içerir:
Ayrılık Yüzeyi Takviyesi: Pürüzsüz alüminyum sıvı dolgusunu sağlamak ve yüksek basınç altında yüzey dislokasyonunu ayırmaktan kaçınmak için 0,05 mm'lik bir işlem boşluğu ile benimsenir.
Destek kaburga düzeni: "M" şekilli bir destek kaburga kalıp boşluğunun altında tasarlanmıştır ve kalınlık, boşluğun kenarındaki 15 mm'den merkezde 8 mm'ye kadar yavaş yavaş değişir, bu da sadece sertliği arttırmakla kalmaz, aynı zamanda malzeme atıklarını da azaltır.
Soğutma Su Kanalı Ağı: ANSYS akıcı simülasyon optimizasyonu yoluyla, kalıp yüzeyinin sıcaklık gradyanının ≤30 ℃/mm olmasını sağlamak için bir "spiral çapraz" kompozit su kanalı tasarlanmıştır ve termal gerilimin neden olduğu deformasyonu azaltır.

3. Üretim süreci: Mikron düzeyinde hassas kontrol
Kalıp üretim doğruluğu, basınç taşıma kapasitesini doğrudan etkiler. Yunmai, ± 0.02mm tolerans sağlamak için aşağıdaki işlemleri kullanır:
Beş eksenli bağlantı işleme: Alman DMG MORI beş eksenli işleme merkezini kullanarak, boşluk 0.1μm'lik bir besleme hızında ve yüzey pürüzlülüğü ra≤0.4μm ile ince bir şekilde işlenir.
Elektrodistcharge şekillendirme teknolojisi: Karmaşık yüzeyler için ayna elektrodischarge işleme (EDM) kullanılır ve 0.01mm deşarj boşluğu kontrolü elde etmek için grafit elektrotlar kullanılır.
Yüzey Güçlendirme Tedavisi: Kalıp yüzeyi, sertliği 4 kez ve aşınma direncini%30 oranında artıran 0.2 mm kalınlığında sert nitriding tabakası (HV1200) oluşturmak üzere iyon nitriding (IPN) ile işlenir.

4. Simülasyon Doğrulaması: Sanal'dan GERÇEK'ye basınç testi
Kalıp tasarımının çok fiziksel alan simülasyonu ile doğrulanması gerekir:
Termal-mekanik birleştirme analizi: Abaqus, kalıp-alüminyum sıvı soğutma sisteminin bir birleştirme modeli oluşturmak için kullanılır ve kalıbın 200 çubuk basıncın altındaki stres dağılımı simüle edilir. Maksimum stres noktasının kapıya yakın olduğu bulunmuştur. Yerel kalınlığı artırarak, stres tepe piki 1200MPA'dan 850MPa'ya düşürülür.
Yorgunluk ömrü tahmini: Fe-güvenli yazılımlara dayanarak, gerçek çalışma koşulu parametreleri (sıcaklık döngüsü 200-600 ℃, basınç 200bar, frekans 50 kez/dakika) girdi ve kalıp ömrünün kütle üretim gereksinimlerini karşılayan 150.000 döngü ulaşacağı tahmin ediliyor.
Prototip Doğrulama: 1: 1 prototip kalıp üretilir ve 100.000 döngü 200 bar hidrolik pres üzerinde test edilir ve deformasyon tasarım güvenilirliğini doğrulamak için ≤0.01mm olarak izlenir. .