알루미늄 실린더 헤드 곰팡이는 어떻게 200+bar 압력을 견딜 수 있습니까?

엔진 제조의 핵심 구성 요소로서 알루미늄 합금 실린더 헤드 곰팡이 고온, 고압 및 복잡한 작업 조건에서 오랫동안 안정적으로 작동하도록 설계되었습니다. 200 bar (약 2000 표준 대기압)의 극한 조건에서 금형의 신뢰성은 엔진의 성능과 수명을 직접 결정합니다.

1. 재료 선택 : 열 피로 저항 및 내마모성 이중 보장
곰팡이 재료의 성능은 고압을 견딜 수있는 기초입니다. Yunmai (JYD)가 Isuzu 엔진 용으로 설계 한 금형을 예로 들어 H13 강 (4cr5mosiv1)을 코어 재료로 사용합니다. 이 도구 스틸은 뜨거운 작업 금형 분야에서 널리 사용되며 세 가지 핵심 장점이 있습니다.
고온 강도 : H13 스틸은 여전히 600 ℃에서 500mpa 이상의 항복 강도를 유지할 수 있으며, 이는 일반 합금 강철보다 훨씬 높으므로 금형이 고압 하에서 플라스틱 변형을 겪지 않도록합니다.
열 피로 저항성 : 탄화물의 형태 및 분포를 제어함으로써 H13 강은 균열없이 수만 개의 열 사이클 (실온에서 600 ° C)을 견딜 수 있으며 연속 엔진 작동의 고주파 압력 충격에 적응할 수 있습니다.
경화성 및 템퍼링 안정성 : 580 ° C에서 1020 ° C 템퍼링에서 켄칭 후, 금형의 표면 경도는 HRC48-52에 도달 할 수있는 반면, 코어는 과도한 경도로 인해 부서지기 쉬운 균열을 피하기위한 강인성을 유지합니다.

2. 구조 최적화 : 압력 분산 및 응력 균형 설계
곰팡이 구조는 3 차원 토폴로지 최적화를 통해 압력 분산을 달성해야합니다. 특정 유형의 곰팡이를 예로 들어 디자인에는 다음과 같은 주요 요소가 포함됩니다.
이별 표면 강화 : 계단식 이별 표면은 부드러운 알루미늄 액체 충전을 보장하고 고압 하에서 표면 탈구를 피하기 위해 0.05mm의 가공 갭으로 채택됩니다.
지원 리브 레이아웃 : "M"형태의지지 리브는 금형 공동의 바닥에 설계되었으며 두께는 캐비티의 가장자리에서 15mm에서 중앙의 8mm로 점차적으로 변화하여 강성을 향상시킬뿐만 아니라 재료 폐기물을 감소시킵니다.
냉각수 채널 네트워크 : ANSYS 유창한 시뮬레이션 최적화를 통해 "나선형 크로스"복합 수로는 금형 표면의 온도 구배가 ≤30 °/mm이며 열 응력으로 인한 변형을 감소 시키도록 설계되었습니다.

3. 제조 공정 : 미크론 수준 정밀 제어
곰팡이 제조 정확도는 압력 베어링 용량에 직접적인 영향을 미칩니다. Yunmai는 다음 프로세스를 사용하여 ± 0.02mm의 공차를 보장합니다.
5 축 연결 처리 : 독일 DMG MORI 5 축 가공 센터를 사용하여 공동은 0.1μm의 공급 속도로 미세하게 처리되고 표면 거칠기 Ra≤0.4μm입니다.
전극 방전 형성 기술 : 복잡한 표면의 경우, 미러 전극 방전 가공 (EDM)이 사용되며 흑연 전극은 0.01mm 방전 갭 제어를 달성하는 데 사용됩니다.
표면 강화 처리 : 금형 표면은 이온 질화 (IPN)로 처리하여 0.2mm 두께의 경질 질화 층 (HV1200)을 형성하여 경도를 4 배, 내마모성을 30%증가시킵니다.

4. 시뮬레이션 검증 : 가상에서 실제까지의 압력 테스트
곰팡이 설계는 다중 물리 필드 시뮬레이션으로 확인해야합니다.
열 기계적 커플 링 분석 : ABAQUS는 곰팡이 알루미늄 액체 냉각 시스템의 커플 링 모델을 설정하는 데 사용되며, 200 bar 압력 하에서 금형의 응력 분포가 시뮬레이션됩니다. 최대 응력 지점은 게이트 근처에있는 것으로 밝혀졌습니다. 국소 두께를 증가시킴으로써 응력 피크는 1200mpa에서 850mpa로 감소합니다.
피로 수명 예측 : Fe-SAFE 소프트웨어를 기반으로 실제 작업 조건 매개 변수 (온도 사이클 200-600 °, 압력 200bar, 주파수 50 회/분)는 입력되며 곰팡이 수명은 150,000 사이클에 도달 할 것으로 예상되며, 이는 대량 생산 요구 사항을 충족합니다.
프로토 타입 검증 : 1 : 1 프로토 타입 금형이 제조되고 200bar 유압 프레스에서 100,000 사이클이 테스트되고 변형은 설계 신뢰성을 확인하기 위해 ≤0.01mm로 모니터링됩니다.