輝門集團(tuán) (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(jī)制造商提供更為優(yōu)質(zhì)、高強(qiáng)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(qiáng)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。
全新設(shè)計允許在整個鑄造過程中源源不斷地供入鑄造材料，因而改善了鑄鐵內(nèi)石墨分布的均勻性。
對成型過程進(jìn)行綜合監(jiān)控和記錄確保熔料在鑄模中的流速更為穩(wěn)定，填充更為徹底。
“由于發(fā)動機(jī)制造商不斷追求發(fā)動機(jī)高度小型化及更先進(jìn)的噴油技術(shù)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(fù)荷、機(jī)械負(fù)荷和摩擦學(xué)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(jī)摩擦，但是為保持合適的抗彎強(qiáng)度，必須使用高強(qiáng)度的活塞環(huán)材料?！陛x門動力總成活塞環(huán)與缸套產(chǎn)品技術(shù)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?！?/p>
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(zhǔn)。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(shè)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(shè)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(shè)計，為優(yōu)化毛坯和澆注系統(tǒng)的設(shè)計提供了新的機(jī)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(jìn)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(guān)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(shù)的全新鑄造模擬方法，克服了傳統(tǒng)有限元 (FE) 建模的限制?！癋E 模擬存在一個嚴(yán)重缺陷，”Hoppe解釋道，“無論選擇多么優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)，都會對‘宏工藝’進(jìn)行模擬。模擬與現(xiàn)實的接近程度始終取決于選擇和設(shè)置的模擬參數(shù)的恰當(dāng)程度?！?/p>
輝門的新技術(shù)名為“Slow-Motion 鑄造模擬”(SMCS)，用于提供更為詳細(xì)的鑄模填充分析，可對控制熔料流動的復(fù)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(jìn)而更好地了解和控制壓力波動以及鑄造氣體的爆炸反應(yīng)。
全新鑄造材料
優(yōu)化后的鑄造工藝提供了全新機(jī)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(qiáng)度馬氏體灰口鑄鐵具備優(yōu)良的延展性和強(qiáng)度，可承受高達(dá) 1200MPa 左右的抗彎強(qiáng)度，用于制造柴油發(fā)動機(jī)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(qiáng)度得到顯著提升，至少可承受 1800MPa 的抗彎強(qiáng)度。此配方可通過加入氮化處理工藝實現(xiàn)進(jìn)一步改進(jìn)，表面硬度可高達(dá) 1300 HV，具備極強(qiáng)的耐磨特性。
采用 GOE70 制成的活塞環(huán)在重型柴油發(fā)動機(jī)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(jī)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(yīng)用是在 EU6 排放標(biāo)準(zhǔn)的高負(fù)荷重型發(fā)動機(jī)上。
“通過開發(fā)創(chuàng)新型鑄造、成型和模擬技術(shù)，對于關(guān)鍵工藝參數(shù)的控制得到了增強(qiáng)，我們進(jìn)而提升了產(chǎn)品質(zhì)量、強(qiáng)度和耐磨特性，”Hoppe 表示?！拔覀兿嘈牛@一新型活塞環(huán)工藝技術(shù)將進(jìn)一步鞏固輝門在輕型車和商用車活塞環(huán)市場的領(lǐng)先地位?！?/p>
