แม่พิมพ์หัวถังอลูมิเนียมสามารถทนต่อแรงดัน 200+บาร์ได้อย่างไร?

เป็นองค์ประกอบหลักในการผลิตเครื่องยนต์ แม่พิมพ์หัวโลหะผสมอลูมิเนียม ได้รับการออกแบบให้ทำงานได้อย่างเสถียรเป็นเวลานานภายใต้อุณหภูมิสูงแรงดันสูงและสภาพการทำงานที่ซับซ้อน ภายใต้เงื่อนไขที่รุนแรงของ 200 บาร์ (ประมาณ 2,000 ความดันบรรยากาศมาตรฐาน) ความน่าเชื่อถือของแม่พิมพ์จะกำหนดประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของเครื่องยนต์โดยตรง

1. การเลือกวัสดุ: การรับประกันคู่ของความต้านทานความเมื่อยล้าความร้อนและความต้านทานการสึกหรอ
ประสิทธิภาพของวัสดุแม่พิมพ์เป็นพื้นฐานสำหรับการทนความดันสูง การใช้แม่พิมพ์ที่ออกแบบโดย Yunmai (JYD) สำหรับเครื่องยนต์ ISUZU เป็นตัวอย่างมันใช้เหล็ก H13 (4CR5MOSIV1) เป็นวัสดุหลัก เหล็กเครื่องมือนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาแม่พิมพ์ที่ทำงานร้อนและมีข้อได้เปรียบหลักสามประการ:
ความแข็งแรงของอุณหภูมิสูง: เหล็ก H13 ยังคงสามารถรักษาความแข็งแรงของผลผลิตได้มากกว่า 500MPa ที่ 600 ℃ซึ่งสูงกว่าเหล็กโลหะผสมธรรมดามากเพื่อให้แน่ใจว่าแม่พิมพ์ไม่ได้รับการเปลี่ยนรูปแบบพลาสติกภายใต้แรงดันสูง
ความต้านทานต่อความร้อนด้วยความร้อน: โดยการควบคุมสัณฐานวิทยาและการกระจายของคาร์ไบด์เหล็ก H13 สามารถทนต่อวัฏจักรความร้อนนับหมื่น (จากอุณหภูมิห้องถึง 600 ° C) โดยไม่ต้องแคร็กและปรับให้เข้ากับแรงดันความถี่สูงของการทำงานของเครื่องยนต์ต่อเนื่อง
ความสามารถในการชุบแข็งและความเสถียร: หลังจากดับที่ 1,020 ° C ที่ 580 ° C ความแข็งของพื้นผิวของแม่พิมพ์สามารถไปถึง HRC48-52 ในขณะที่แกนกลางยังคงความเหนียวเพื่อหลีกเลี่ยงการแคร็กที่เปราะเนื่องจากความแข็งมากเกินไป

2. การเพิ่มประสิทธิภาพเชิงโครงสร้าง: การกระจายความดันและการออกแบบสมดุลความเครียด
โครงสร้างแม่พิมพ์จำเป็นต้องได้รับการกระจายความดันผ่านการเพิ่มประสิทธิภาพทอพอโลยีแบบสามมิติ การใช้แม่พิมพ์บางประเภทเป็นตัวอย่างการออกแบบของมันรวมถึงองค์ประกอบสำคัญต่อไปนี้:
การเสริมแรงพื้นผิวการพรากจากกัน: พื้นผิวที่แยกจากกันถูกนำมาใช้กับช่องว่างการประมวลผล 0.05 มม. เพื่อให้แน่ใจว่าการเติมของเหลวอลูมิเนียมเรียบและหลีกเลี่ยงการเคลื่อนที่ของพื้นผิวภายใต้แรงดันสูง
รองรับเค้าโครงซี่โครง: ซี่โครงรองรับรูปทรง "M" ได้รับการออกแบบที่ด้านล่างของโพรงแม่พิมพ์และความหนาค่อยๆเปลี่ยนจาก 15 มม. ที่ขอบของโพรงเป็น 8 มม. ตรงกลางซึ่งไม่เพียง แต่ช่วยเพิ่มความแข็งแกร่ง แต่ยังช่วยลดของเสียจากวัสดุ
เครือข่ายช่องน้ำระบายความร้อน: ผ่านการเพิ่มประสิทธิภาพการจำลองแบบ Fluent ANSYS ช่องทางน้ำคอมโพสิต "เกลียว" ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้แน่ใจว่าอุณหภูมิการไล่ระดับสีของพื้นผิวแม่พิมพ์คือ≤30℃/มม. ลดการเสียรูปที่เกิดจากความเครียดจากความร้อน

3. กระบวนการผลิต: การควบคุมความแม่นยำระดับไมครอน
ความแม่นยำในการผลิตแม่พิมพ์ส่งผลโดยตรงต่อความสามารถในการรับแรงดันแบริ่ง Yunmai ใช้กระบวนการต่อไปนี้เพื่อให้แน่ใจว่ามีความอดทน± 0.02 มม.:
การประมวลผลการเชื่อมโยงแกนห้าแกน: การใช้ศูนย์ตัดเฉือนห้าแกน DMG MORI เยอรมันโพรงจะถูกประมวลผลอย่างประณีตที่อัตราการป้อน0.1μmและความขรุขระของพื้นผิวRa≤0.4μm
เทคโนโลยีการขึ้นรูปอิเล็กโทรดชาร์จ: สำหรับพื้นผิวที่ซับซ้อนจะใช้การตัดเฉือนอิเล็กโทรดชาร์จ (EDM) กระจกและอิเล็กโทรดกราไฟท์ถูกใช้เพื่อให้ได้การควบคุมช่องว่างการปล่อย 0.01 มม.
การรักษาความเข้มแข็งของพื้นผิว: พื้นผิวเชื้อราได้รับการรักษาด้วยไอออนไนไตรด์ (IPN) เพื่อสร้างชั้นไนเตรทแข็งหนา 0.2 มม. (HV1200) ซึ่งเพิ่มความแข็ง 4 ครั้งและความต้านทานการสึกหรอ 30%

4. การตรวจสอบการจำลอง: การทดสอบความดันจากเสมือนเป็นจริง
การออกแบบแม่พิมพ์จะต้องได้รับการตรวจสอบโดยการจำลองสนามหลายฟิสิกส์:
การวิเคราะห์การมีเพศสัมพันธ์ด้วยความร้อนเชิงกล: ABAQUS ใช้ในการสร้างแบบจำลองการมีเพศสัมพันธ์ของระบบระบายความร้อนของเหลวอะลูมิเนียมแม่พิมพ์และการกระจายความเครียดของแม่พิมพ์ภายใต้ความดันบาร์ 200 แท่งถูกจำลอง พบว่าจุดความเครียดสูงสุดอยู่ใกล้ประตู ด้วยการเพิ่มความหนาในท้องถิ่นจุดสูงสุดของความเครียดจะลดลงจาก 1200MPa เป็น 850MPa
การทำนายอายุการใช้งานความเหนื่อยล้า: ขึ้นอยู่กับซอฟต์แวร์ Fe-Safe พารามิเตอร์สภาพการทำงานจริง (วัฏจักรอุณหภูมิ 200-600 ℃, ความดัน 200Bar, ความถี่ 50 ครั้ง/นาที) เป็นอินพุตและอายุการใช้งานของแม่พิมพ์คาดว่าจะถึง 150,000 รอบซึ่งตรงตามข้อกำหนดการผลิตมวล
การตรวจสอบต้นแบบ: แม่พิมพ์ต้นแบบ 1: 1 ถูกผลิตขึ้นและมีการทดสอบ 100,000 รอบในการกดไฮดรอลิก 200 บาร์