可有效降低摩擦功并提高活塞環的耐久性
采用全新模擬技術進行優化后的高度自動化工藝可生產出更優質的活塞環材料
上海2013年12月3日電 /美通社/ -- 輝門集團 (NASDAQ:FDML) 動力總成研發出一種高度優化的創新型活塞環鑄造工藝，為發動機制造商提供更為優質、高強度、耐磨的活塞環產品。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，輝門還開發出一種新型鑄造模擬方法，可以提供更精確的數據，實現對于活塞環鑄模材料流動、壓力和填充的優化。
“由于發動機制造商不斷追求發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減少發動機摩擦，但是為保持合適的抗彎強度，必須使用高強度的活塞環材料。”輝門動力總成活塞環與缸套產品技術主管 Steffen Hoppe 博士解釋道。“為滿足這些要求，我們開發出了全新的材料、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知識和經驗，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，為優化毛坯和澆注系統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。通過廣泛監控和全程記錄所有相關參數，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定，填充更為徹底，從而確保活塞環質量的一致性。
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，“無論選擇多么優質的網絡，都會對‘宏工藝’進行模擬。模擬與現實的接近程度始終取決于選擇和設置的模擬參數的恰當程度。”
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實現更為精確的優化。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
優化后的鑄造工藝提供了全新機遇，可同時開發精煉程度更高的鑄鋼材料。傳統上，包含球狀石墨的高強度馬氏體灰口鑄鐵具備優良的延展性和強度，可承受高達 1200MPa 左右的抗彎強度，用于制造柴油發動機活塞環。輝門推出新型鑄鋼材料 GOE70，其特點是具有馬氏體矩陣結構，內含碳化鉻，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 制成的活塞環在重型柴油發動機上經過了大量耐久試驗，在端面磨損和穩定性方面表現出色，能夠減少串氣量和降低機油耗。采用 GOE70 制成的活塞環于 2012 年開始批量生產，首次應用是在 EU6 排放標準的高負荷重型發動機上。
“通過開發創新型鑄造、成型和模擬技術，對于關鍵工藝參數的控制得到了增強，我們進而提升了產品質量、強度和耐磨特性，”Hoppe 表示。“我們相信，這一新型活塞環工藝技術將進一步鞏固輝門在輕型車和商用車活塞環市場的領先地位。”
