كيف يمكن أن تصمد قالب رأس أسطوانة الألومنيوم 200+ضغط الشريط؟

كمكون أساسي في تصنيع المحرك ، قالب رأس أسطوانة سبيكة الألومنيوم تم تصميمه للعمل بشكل ثابت لفترة طويلة تحت درجة حرارة عالية ، والضغط العالي وظروف العمل المعقدة. في ظل الظروف القاسية البالغة 200 بار (حوالي 2000 ضغط جوي قياسي) ، تحدد موثوقية القالب مباشرة أداء المحرك وحياة المحرك.

1. اختيار المواد: ضمان مزدوج لمقاومة التعب الحراري ومقاومة التآكل
إن أداء مادة القالب هو أساس الضغط العالي. مع أخذ القالب الذي صممه Yunmai (JYD) لمحرك Isuzu كمثال ، فإنه يستخدم H13 Steel (4CR5MOSIV1) كمواد أساسية. يستخدم هذا الصلب الأداة على نطاق واسع في مجال قوالب العمل الساخنة ولديه ثلاث مزايا أساسية:
قوة درجة الحرارة العالية: لا يزال بإمكان الصلب H13 الحفاظ على قوة إنتاجية تزيد عن 500 ميجا باسكال عند 600 ℃ ، وهو أعلى بكثير من الفولاذ العادي ، مما يضمن أن القالب لا يخضع لتشوه البلاستيك تحت ضغط مرتفع.
مقاومة التعب الحراري: من خلال التحكم في التشكل وتوزيع كربيدز ، يمكن للصلب H13 أن يقاوم عشرات الآلاف من الدورات الحرارية (من درجة حرارة الغرفة إلى 600 درجة مئوية) دون تكسير ، والتكيف مع صدمة الضغط عالية التردد لتشغيل المحرك المستمر.
قابلية الصلابة والاستقرار المتداعي: بعد التبريد عند درجة حرارة 1020 درجة مئوية عند 580 درجة مئوية ، يمكن أن تصل صلابة سطح القالب إلى HRC48-52 ، بينما يحافظ النواة على الصلابة لتجنب التكسير الهش بسبب الصلابة المفرطة.

2. التحسين الهيكلي: تشتت الضغط وتصميم توازن الإجهاد
يحتاج بنية القالب إلى تحقيق تشتت الضغط من خلال التحسين الطوبولوجي ثلاثي الأبعاد. أخذ نوع معين من العفن كمثال ، يتضمن تصميمه العناصر الرئيسية التالية:
تعزيز السطح الفراق: يتم اعتماد سطح الفراق المتدرج بفجوة معالجة قدرها 0.05 ملم لضمان ملء سائل الألومنيوم السلس وتجنب فراق سطح السطح تحت الضغط العالي.
دعم تخطيط الأضلاع: تم تصميم ضلع الدعم على شكل "M" في أسفل تجويف القالب ، ويتغير السماكة تدريجياً من 15 مم على حافة التجويف إلى 8 مم في الوسط ، مما لا يحسن الصلابة فحسب ، بل يقلل أيضًا من نفايات المواد.
شبكة قناة ماء التبريد: من خلال تحسين محاكاة ANSYS Fluent ، تم تصميم قناة مركب مركب "الصليب الحلزوني" لضمان أن يكون التدرج درجة حرارة سطح القالب ≤30 ℃/مم ، مما يقلل من التشوه الناتج عن الإجهاد الحراري.

3. عملية التصنيع: التحكم الدقيق على مستوى الميكرون
تؤثر دقة تصنيع القالب بشكل مباشر على قدرتها على تحمل الضغط. يستخدم Yunmai العمليات التالية لضمان تسامح ± 0.02 مم:
معالجة الارتباط بخمسة محاور: باستخدام مركز تصنيع DMG MORI الألماني MORI ، تتم معالجة التجويف بدقة بمعدل تغذية قدره 0.1μm ، وخشونة السطح RA≤0.4μm.
تقنية تشكيل التهمة الكهربائية: بالنسبة للأسطح المعقدة ، يتم استخدام Mirror Electrodischarge Machishining (EDM) ، ويتم استخدام أقطاب الجرافيت لتحقيق التحكم في فجوة التفريغ 0.01 مم.
معالجة تقوية السطح: يتم التعامل مع سطح القالب مع نيترنج أيون (IPN) لتشكيل طبقة نيترنج صلبة سميكة 0.2 مم (HV1200) ، مما يزيد من الصلابة بمقدار 4 مرات ومقاومة التآكل بنسبة 30 ٪.

4. التحقق من المحاكاة: اختبار الضغط من الظاهري إلى الحقيقي
يجب التحقق من تصميم العفن عن طريق محاكاة مجال الميزانيات متعددة الفيزياء:
تحليل الاقتران الميكانيكي الحراري: يتم استخدام ABAQUS لإنشاء نموذج اقتران لنظام تبريد السائل من الألومنيوم ، ويتم محاكاة توزيع الإجهاد للقالب تحت 200 شريط. لقد وجد أن أقصى نقطة إجهاد بالقرب من البوابة. بزيادة السماكة المحلية ، يتم تقليل ذروة الإجهاد من 1200 ميجا باسا إلى 850 ميجا باسكال.
تنبؤ حياة التعب: استنادًا إلى برنامج Fe-Safe ، فإن معلمات حالة العمل الفعلية (دورة درجة الحرارة 200-600 ℃ ، والضغط 200bar ، وتردد 50 مرة/دقيقة) هي مدخلات ، ويتوقع أن تصل عمر القالب إلى 150،000 دورة ، والتي تلبي متطلبات الإنتاج الضخم.
التحقق النموذجي: يتم تصنيع قالب النموذج الأولي 1: 1 ، ويتم اختبار 100000 دورة على مكبس هيدروليكي 200 بت ، ويتم مراقبة التشوه إلى ≤0.01mm للتحقق من موثوقية التصميم.