可有效降低摩擦功并提高活塞環(huán)的耐久性
采用全新模擬技術進行優(yōu)化后的高度自動化工藝可生產(chǎn)出更優(yōu)質(zhì)的活塞環(huán)材料
上海2013年12月3日電 /美通社/ -- 輝門集團 (NASDAQ:FDML) 動力總成研發(fā)出一種高度優(yōu)化的創(chuàng)新型活塞環(huán)鑄造工藝，為發(fā)動機制造商提供更為優(yōu)質(zhì)、高強度、耐磨的活塞環(huán)產(chǎn)品。其中，所采用的高度自動化立式成型工藝能夠增強材料完整性，改善對于制造工藝的控制。此外，輝門還開發(fā)出一種新型鑄造模擬方法，可以提供更精確的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對于活塞環(huán)鑄模材料流動、壓力和填充的優(yōu)化。
“由于發(fā)動機制造商不斷追求發(fā)動機高度小型化及更先進的噴油技術以減少油耗和 CO2 排放，對于燃燒室周圍部件，尤其是活塞環(huán)在熱負荷、機械負荷和摩擦學方面的要求不斷提高。雖然可通過使用較薄的活塞環(huán)減少發(fā)動機摩擦，但是為保持合適的抗彎強度，必須使用高強度的活塞環(huán)材料。”輝門動力總成活塞環(huán)與缸套產(chǎn)品技術主管 Steffen Hoppe 博士解釋道。“為滿足這些要求，我們開發(fā)出了全新的材料、鑄造工藝和模擬方法。”
全新鑄造工藝
過去80年間，輝門在疊鑄工藝方面積累了豐富的專業(yè)知識和經(jīng)驗，盡管在手動或半自動化鑄造工藝中受到了各種約束，仍然始終如一地保持了高質(zhì)量水準。但是，采用疊鑄方法時，多個鑄模為橫向排列且相互分層疊放，由于堆疊中不同層級間金屬熔體的壓力和流動速度各異，因此流道系統(tǒng)的設計存在一定的局限性。此外，疊鑄工藝中采用的單體鑄模也壓縮了活塞環(huán)設計的可選擇范圍。
為克服這些阻礙，輝門全新的高度自動化立式鑄造工藝采用了特殊鑄模設計，為優(yōu)化毛坯和澆注系統(tǒng)的設計提供了新的機遇，改善對材料流動的控制。借助新型鑄造方法可以圍繞整個鑄造圓周進行供料，顯著地改善了灰口鑄鐵石墨成形的均勻性。通過廣泛監(jiān)控和全程記錄所有相關參數(shù)，全自動化的成型和鑄造工藝確保熔料在鑄模中的流速更為穩(wěn)定，填充更為徹底，從而確保活塞環(huán)質(zhì)量的一致性。
全新鑄造模擬方法
為了改善立式鑄造工藝，輝門還開發(fā)出一種使用高速攝像技術的全新鑄造模擬方法，克服了傳統(tǒng)有限元 (FE) 建模的限制。“FE 模擬存在一個嚴重缺陷，”Hoppe解釋道，“無論選擇多么優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡，都會對‘宏工藝’進行模擬。模擬與現(xiàn)實的接近程度始終取決于選擇和設置的模擬參數(shù)的恰當程度。”
輝門的新技術名為“Slow-Motion 鑄造模擬”(SMCS)，用于提供更為詳細的鑄模填充分析，可對控制熔料流動的復雜澆注和供料系統(tǒng)實現(xiàn)更為精確的優(yōu)化。使用 SMCS 可以更高效地跟蹤熔料在不同溫度和鑄造速度下的流動情況，進而更好地了解和控制壓力波動以及鑄造氣體的爆炸反應。
全新鑄造材料
優(yōu)化后的鑄造工藝提供了全新機遇，可同時開發(fā)精煉程度更高的鑄鋼材料。傳統(tǒng)上，包含球狀石墨的高強度馬氏體灰口鑄鐵具備優(yōu)良的延展性和強度，可承受高達 1200MPa 左右的抗彎強度，用于制造柴油發(fā)動機活塞環(huán)。輝門推出新型鑄鋼材料 GOE70，其特點是具有馬氏體矩陣結(jié)構(gòu)，內(nèi)含碳化鉻，強度得到顯著提升，至少可承受 1800MPa 的抗彎強度。此配方可通過加入氮化處理工藝實現(xiàn)進一步改進，表面硬度可高達 1300 HV，具備極強的耐磨特性。
采用 GOE70 制成的活塞環(huán)在重型柴油發(fā)動機上經(jīng)過了大量耐久試驗，在端面磨損和穩(wěn)定性方面表現(xiàn)出色，能夠減少串氣量和降低機油耗。采用 GOE70 制成的活塞環(huán)于 2012 年開始批量生產(chǎn)，首次應用是在 EU6 排放標準的高負荷重型發(fā)動機上。
“通過開發(fā)創(chuàng)新型鑄造、成型和模擬技術，對于關鍵工藝參數(shù)的控制得到了增強，我們進而提升了產(chǎn)品質(zhì)量、強度和耐磨特性，”Hoppe 表示。“我們相信，這一新型活塞環(huán)工藝技術將進一步鞏固輝門在輕型車和商用車活塞環(huán)市場的領先地位。”
