Kako kalup za glavu aluminijskog cilindra može podnijeti pritisak od 200+bar?

Kao temeljna komponenta u proizvodnji motora, Kalup za glavu aluminijske legure dizajniran je tako da stabilno djeluje pod visokom temperaturom, visokim tlakom i složenim radnim uvjetima. U ekstremnim uvjetima od 200 bara (oko 2000 standardnih atmosferskih tlaka), pouzdanost kalupa izravno određuje performanse i vijek trajanja motora.

1. Odabir materijala: dvostruko jamstvo otpornosti na toplinski umor i otpornost na habanje
Učinkovitost materijala kalupa osnova je za izdržavanje visokog tlaka. Uzimajući kalup koji je dizajnirao Yunmai (JYD) za ISUZU motor kao primjer, on koristi H13 Steel (4CR5MOSIV1) kao osnovni materijal. Ovaj alatni čelik široko se koristi u polju vrućih radnih kalupa i ima tri temeljne prednosti:
Snaga visoke temperature: H13 čelik i dalje može održavati čvrstoću prinosa veću od 500MPa na 600 ℃, što je daleko veće od običnog čelika legura, osiguravajući da plijesan ne podvrgne plastičnoj deformaciji pod visokim tlakom.
Toplinski otpor zamora: kontrolirajući morfologiju i raspodjelu karbida, čelik H13 može podnijeti desetke tisuća toplinskih ciklusa (od sobne temperature do 600 ° C) bez pucanja i prilagoditi se visokofrekventnom pritisnom udaru kontinuiranog motora.
Učvršćivanje i stabilnost kaljenja: Nakon što se ugasi na 1020 ° C, a kalje na 580 ° C, površinska tvrdoća kalupa može doseći HRC48-52, dok jezgra održava žilavost kako bi se izbjeglo krhko pucanje zbog prekomjerne tvrdoće.

2. Strukturna optimizacija: Dizajn raspršivanja tlaka i ravnotežu stresa
Struktura kalupa mora postići disperziju tlaka trodimenzionalnom topološkom optimizacijom. Uzimajući određenu vrstu kalupa kao primjer, njegov dizajn uključuje sljedeće ključne elemente:
Ojačanje površine za dijeljenje: Konačna površina dijeljenja usvojena je s obradom od 0,05 mm kako bi se osiguralo glatko aluminijsko punjenje tekućine i izbjegavanje površinske dislokacije pod visokim tlakom.
Podrška rebra: "M" u obliku rebra dizajnirano je na dnu šupljine kalupa, a debljina se postupno mijenja s 15 mm na rubu šupljine do 8 mm u sredini, što ne samo da poboljšava krutost, već i smanjuje materijalni otpad.
Mreža kanala za hlađenje vode: Kroz optimizaciju simulacije tečne simulacije ANSYS, kompozitni vodeni kanal "spiralnog križa" dizajniran je tako da osigura da je temperaturni gradijent površine kalupa ≤30 ℃/mm, smanjujući deformaciju uzrokovanu toplinskim stresom.

3. Proces proizvodnje: preciznost na razini mikrona
Točnost proizvodnje kalupa izravno utječe na njezin kapacitet tlaka. Yunmai koristi sljedeće procese kako bi osigurao toleranciju od ± 0,02 mm:
Obrada povezanosti pet osi: Korištenje njemačkog obrade Centra za obradu petoosjedanja DMG MORI, šupljina se fino obrađuje pri brzini dovoda od 0,1 μm, a površinska hrapavost RA≤0,4 μm.
Tehnologija formiranja elektrodis -punjenja: Za složene površine koristi se obrada zrcala elektrodisa (EDM), a za postizanje kontrole praznine pražnjenja od 0,01 mm koriste se grafitne elektrode.
Površina za jačanje: Površina kalupa tretirana je ionskim nitridiranjem (IPN) kako bi se stvorio tvrdi nitridirani sloj debljine 0,2 mm (HV1200), što povećava tvrdoću za 4 puta, a otpornost na habanje za 30%.

4. Provjera simulacije: test tlaka od virtualnog do stvarnog
Dizajn kalupa mora se provjeriti simulacijom multifizičkog polja:
Termičko-mehanička analiza spajanja: ABAQUS se koristi za uspostavljanje modela spajanja kalupskog aluminijskog sustava za hlađenje tekućeg hlađenja, a simulirana je raspodjela napona kalupa pod tlakom od 200 bara. Utvrđeno je da je maksimalna točka naprezanja blizu vrata. Povećavanjem lokalne debljine vrh stresa smanjuje se sa 1200MPA na 850MPa.
Predviđanje života umora: Na temelju Fe-SAFE softvera, unosi se stvarni parametri radnog stanja (temperaturni ciklus 200-600 ℃, tlak 200bar, frekvencija 50 puta/minutu), a predviđa se da će život plijesni dostići 150 000 ciklusa, što zadovoljava masovne proizvodnje.
Provjera prototipa: proizvodi se kalup za 1: 1 prototip, a 100 000 ciklusa se testira na hidrauličkoj preši 200 metara, a deformacija se nadgleda ≤01 mm za provjeru pouzdanosti dizajna.