In che modo lo stampo della testata in alluminio può resistere alla pressione di 200+bar?

Come componente principale nella produzione di motori, il stampo per cilindri in lega di alluminio è progettato per funzionare stabilmente per lungo tempo ad alta temperatura, alta pressione e condizioni di lavoro complesse. In condizioni estreme di 200 bar (circa 2000 pressione atmosferica standard), l'affidabilità dello stampo determina direttamente le prestazioni e la vita del motore.

1. Selezione del materiale: doppia garanzia di resistenza alla fatica termica e resistenza all'usura
Le prestazioni del materiale dello stampo sono la base per resistere ad alta pressione. Assumendo lo stampo progettato da Yunmai (JYD) per il motore ISUZU Come esempio, utilizza l'acciaio H13 (4CR5MOSIV1) come materiale centrale. Questo acciaio dello strumento è ampiamente utilizzato nel campo degli stampi a caldo e presenta tre vantaggi core:
Alta temperatura di resistenza: l'acciaio H13 può comunque mantenere una resistenza alla snervamento di oltre 500 MPA a 600 ℃, che è molto più alto dell'acciaio in lega ordinaria, garantendo che lo stampo non subisca una deformazione plastica ad alta pressione.
Resistenza alla fatica termica: controllando la morfologia e la distribuzione dei carburi, l'acciaio H13 può resistere a decine di migliaia di cicli termici (dalla temperatura ambiente a 600 ° C) senza crack e adattarsi allo shock di pressione ad alta frequenza del funzionamento continuo del motore.
Affidamento e stabilità di temperamento: dopo aver spedito a 1020 ° C temping a 580 ° C, la durezza superficiale dello stampo può raggiungere HRC48-52, mentre il nucleo mantiene la tenacità di evitare il fragile a causa dell'eccessiva durezza.

2. Ottimizzazione strutturale: dispersione della pressione e progettazione del bilancio dello stress
La struttura dello stampo deve raggiungere la dispersione della pressione attraverso l'ottimizzazione topologica tridimensionale. Assumendo un certo tipo di stampo come esempio, il suo design include i seguenti elementi chiave:
Rinforzo della superficie di separazione: la superficie di divulgazione a gradini viene adottata con un divario di elaborazione di 0,05 mm per garantire un riempimento liquido in alluminio liscio ed evitare la dislocazione della superficie di pariggio ad alta pressione.
Layout della costola di supporto: una costola di supporto a "M" è progettata nella parte inferiore della cavità dello stampo e lo spessore cambia gradualmente da 15 mm sul bordo della cavità a 8 mm al centro, che non solo migliora la rigidità ma riduce anche i rifiuti di materiale.
Refoling Water Channel Network: attraverso l'ottimizzazione della simulazione fluente ANSYS, una canale d'acqua composita "croce a spirale" è progettata per garantire che il gradiente di temperatura della superficie dello stampo sia ≤30 ℃/mm, riducendo la deformazione causata dalla sollecitazione termica.

3. Processo di produzione: controllo di precisione a livello di micron
La precisione di produzione dello stampo influisce direttamente sulla sua capacità di cuscinetto a pressione. Yunmai utilizza i seguenti processi per garantire una tolleranza di ± 0,02 mm:
Elaborazione del collegamento a cinque assi: utilizzando il centro di lavorazione a cinque assi DMG tedesco MORI, la cavità viene elaborata finemente a una velocità di avanzamento di 0,1 μm e la rugosità superficiale Ra≤0,4μm.
Tecnologia di formazione dell'elettrod -scarica: per superfici complesse, viene utilizzata la lavorazione dell'elettrod -scarica dello specchio (EDM) e gli elettrodi di grafite vengono utilizzati per ottenere il controllo del gap di scarico da 0,01 mm.
Trattamento di rafforzamento della superficie: la superficie dello stampo viene trattata con nitriding ionico (IPN) per formare uno strato di nitriding duro di 0,2 mm (HV1200), che aumenta la durezza di 4 volte e la resistenza all'usura del 30%.

4. Verifica della simulazione: test di pressione dal virtuale a reale
Il design dello stampo deve essere verificato mediante simulazione del campo multi-fisico:
Analisi dell'accoppiamento termico-meccanico: ABAQUS viene utilizzato per stabilire un modello di accoppiamento del sistema di raffreddamento a liquido stampo-alluminio e viene simulata la distribuzione dello stress dello stampo sotto la pressione di 200 bar. Si è scoperto che il punto di sollecitazione massimo è vicino al cancello. Aumentando lo spessore locale, il picco di stress è ridotto da 1200 MPA a 850 MPA.
Previsione della vita a fatica: in base al software Fe-Safe, ai parametri delle condizioni di lavoro effettivi (ciclo di temperatura 200-600 ℃, pressione 200bar, frequenza 50 volte/minuto) sono input e si prevede che la vita dello stampo raggiungerà 150.000 cicli, che soddisfa i requisiti di produzione di massa.
Verifica del prototipo: viene prodotto uno stampo prototipo 1: 1 e 100.000 cicli vengono testati su una pressa idraulica da 200 bar e la deformazione è monitorata ≤0,01 mm per verificare l'affidabilità del design.