Capul cilindrului, ca nici o altă piesă sau ansamblu motor, nu determină caracteristicile sale de performanță, în special puterea de ieșire, cuplul, cantitatea și proprietățile gazelor de eșapament, consumul de carburant, nivelul de zgomot. Capul cilindrului include elementele de bază pentru controlul mecanic al schimbului de gaze sau al combustiei. Controlul valvei joacă un rol special aici.
Este de dorit să se determine metoda de turnare a capului cilindrului cât mai curând posibil. La elaborarea proiectului tehnic al capului de butelie, se recomandă să se țină cont de experiența atât în turnarea, cât și în fabricația modelelor. Nu toate metodele de turnare permit obținerea formelor necesare. Forma și locația conductelor de admisie și evacuare, precum și forma camerei de ardere, determină în primul rând forma capului cilindrului. Mai mult, diametrul cilindrului și distanța dintre cilindri afectează de asemenea caracteristicile geometrice de bază.
Deoarece arderea combustibilului este însoțită de temperaturi ridicate (inclusiv în interiorul capului cilindrului), este foarte important să se dezvolte conceptul de răcire adecvat. Agentul de răcire este de obicei alimentat pe suprafața inferioară a capului cilindrului prin garnitura capului cilindrului în carter și prin găuri multiple. Dintre toate sistemele posibile de răcire (de exemplu, răcire încrucișată, răcire longitudinală sau o combinație a acestora), sistemul optim de răcire este selectat utilizând modelele corespunzătoare. Posibilele site-uri critice sunt identificate într-un stadiu incipient.
Canalele sistemului de răcire și lubrifiere sunt adesea foarte subțiri. Până în prezent, aceasta este sarcina cea mai dificilă pentru turnătorii în fabricarea capetelor cilindrilor, deoarece chiar și modificările minore ale procesului pot cauza necesitatea de a rafina sau chiar de a respinge piesa.
Metode de turnare
La fabricarea capetelor de cilindri ale motoarelor cu combustie internă, cerințele ridicate se referă la proprietățile mecanice ale materialelor la temperaturi de peste 150 ° C. Capetele cilindrice moderne (în special pentru motoarele diesel cu injecție directă) se caracterizează printr-o formă mai complexă și prin creșterea eforturilor în timpul funcționării.
În funcție de cerințele impuse motorului și de metoda de turnare utilizată pentru a face capetele cilindrilor, se utilizează diferite materiale. Pe lângă aluminiu, fonta poate fi utilizată și pentru motoarele mari și pentru camioane. Cu câteva excepții, aluminiul este utilizat pentru motoarele pentru autoturisme. Având în vedere presiunea de aprindere, care este de 150 bar, ar trebui folosite aliaje speciale care să îndeplinească cele mai înalte cerințe în ceea ce privește
- rezistență ridicată la tracțiune și rezistență la fluaj mare în intervalul de la temperatura camerei până la 250 ° C;
- conductivitate termică ridicată;
- porozitate scăzută;
- ductilitate și elasticitate ridicată la o înaltă rezistență la șoc termic;
- bune proprietăți de turnare și tendința de a forma fisuri fierbinți.
Instrumentele de simulare, de exemplu, modelarea umplerii matriței și cristalizarea în timpul procesului de turnare, sunt utilizate deja în etapa de planificare pentru noua parte. Aceasta vă permite să determinați raportul optim dintre toți parametrii vizați.
Până în prezent, următoarele metode de turnare au devenit pe scară largă:
- nisip de turnare;
- turnarea în matriță de răcire;
- turnare pe modele gazeificate;
- turnare prin injecție.
În turnarea prin nisip, atât matrița, cât și miezul sunt realizate pe bază de cuarț sau alte tipuri speciale de nisip. De regulă, lianții de bentonită sunt utilizați pentru a prepara matrița, iar lianții chimici sunt utilizați pentru a pregăti tijele.
Formele geometrice complexe ale elementelor (chiar și în prezența tăieturilor) pot fi obținute cu ușurință prin utilizarea unei matrițe de materiale legate chimic și turnarea în pungi de miez. Un alt avantaj al acestor metode este producția eficientă din punct de vedere al costurilor, chiar și cu un număr mic de produse și capacitatea de a face schimbări relativ rapide. Un avantaj de turnare a pachetelor de tijă (în această metodă toate profilurile de turnare piese miez de nisip reprezentat) este că temperatura pieselor turnate între turnare și cristalizare, de obicei, nu scade sub 500 ° C Această metodă de turnare permite realizarea unor tensiuni mici și o precizie dimensională mare.
Metoda de turnare a nisipului la presiune scăzută este recomandată pentru prototipuri și producție la scară redusă. Metalul intră în matriță printr-o conductă verticală la o presiune de aproximativ 0,1-0,5 bari. Presiunea constantă, care este menținută în procesul de cristalizare, face posibilă obținerea unei structuri de înaltă calitate.
Turnările realizate din fontă cenușie sau oțeluri pentru funcționare la temperaturi ridicate sunt folosite pentru a produce aliaje ușoare. Ca și în cazul turnării prin nisip, tijele sunt instalate în matriță. Există două tipuri de turnare în matrițe de răcire: turnarea prin răcire și turnarea la presiune joasă.
Turnarea pentru modelele de gazificare este de fapt o variantă a turnării prin nisip. Diferitele straturi ale capului cilindrului sunt obținute prin spumare și apoi prin lipirea împreună a straturilor de polistiren. Atunci când se utilizează această metodă, două modele ale capului cilindric sunt conectate între ele printr-un sistem de poartă și profituri, formând așa-numitul bloc de modele. Acest bloc de modele este apoi scufundat de mai multe ori într-o acoperire ceramică și uscat printr-un curent de aer. Blocul de modele este plasat într-o conductă în formă de S și acoperit cu nisip vărsat. După aceasta, puteți începe să jucați. Atunci când matrița este umplută, polistirenul este transformat în gaz. Unul dintre avantajele acestei metode de turnare este capacitatea de a produce componente cu o grosime a peretelui de 4 mm. În plus, este posibilă fabricarea canalelor pentru furnizarea de lubrifianți de orice formă și pentru a oferi o precizie mult mai mare a toleranțelor în camera de ardere. În același timp, prelucrarea necesară este minimizată.
Dusurile din fontă cenușie sau oțeluri pentru funcționarea la temperaturi ridicate sunt utilizate pentru turnarea prin injecție. Înainte de fiecare ciclu de turnare, matrița trebuie tratată cu un agent de eliberare.
Perspectivele tehnologiei capetelor cilindrilor
Îmbunătățirile suplimentare în fabricarea capetelor cilindrilor vor viza utilizarea unor structuri mai ușoare, a unor materiale mai durabile și a unor tehnologii mai rentabile. Utilizarea supapelor cu mai multe căi (inclusiv pentru motoare diesel) va permite optimizarea schimbului de gaze și creșterea puterii specifice a cilindrului. Parametrii motoarelor (în special, consumul de carburant și caracteristicile de emisie) sunt, de asemenea, îmbunătățite continuu. Îndeplinirea acestor cerințe este sarcina principală pentru dezvoltatori.
Soluții integrate pentru turnarea capetelor cilindrilor
În plus față de dimensiunile geometrice precise ale piesei, este necesar să se ia în considerare în prealabil metode de turnare și turnare. Numai în acest fel este posibilă obținerea turnării optime în condițiile producției în masă. În plus față de diferitele modificări de proiectare, etapa de producție experimentală permite obținerea datelor preliminare privind proprietățile pieselor, cantitatea de reziduuri și modificările necesare. Nu mai târziu înainte de începerea producției în masă, este foarte important să avem informații despre căsătorie și, în cele din urmă, toți factorii care limitează puterea de ieșire. Aceasta este singura modalitate de a obține o productivitate ridicată la un cost redus și de a putea păstra prețul specificat al detaliului.
Așa cum am menționat deja mai sus, capul cilindrului este exact acea parte care determină în esență proprietățile motorului. Reducerea dimensiunii motorului este însoțită de o reducere continuă a masei capului cilindric, turnată atât din fontă, cât și din aluminiu. În același timp, cerințele tot mai stricte sunt impuse detaliilor. Cooperarea strânsă între producătorii de modele, fondatorii și designerii de la începutul dezvoltării noilor soluții ne permite să identificăm obiectivele principale.
Importanța reactivilor utilizați în procesul tehnologic este, de asemenea, în continuă creștere. Pe ei, fiabilitatea piesei depinde de-a lungul vieții. Până în prezent, uneltele pentru modelarea proceselor de umplere și de cristalizare sunt la un nivel tehnic ridicat. În plus față de procesele bine stabilite, la topirea și curățarea metalelor turnate topite
sunt necesare cele mai pure materiale de încărcare și compuși de curățare.
La fabricarea de forme, în special fabricarea de bare, ar trebui să se asigure că toate materialele de formare de bază utilizate și lianți asigure o bună stabilitate dimensională a tijelor sau pachete de tijă. În turnarea din fontă pot fi utilizate și aditivi și acoperiri refractare. Deoarece grosimea peretelui de răcire tijele mantalei de apă și canale de tije pentru furnizarea de ungere, a scăzut la 4 mm, legarea miezurile de nisip trebuie să garanteze puterea lor inițială ridicată. Aceasta înseamnă că atunci când se manipulează tija nu va fi distrusă.
Amestecul utilizat în procesul de turnare și cristalizare trebuie să aibă o rezistență ridicată în starea încălzită. Acest lucru va elimina riscul de distrugere a tijei și stabilitatea dimensională insuficientă chiar și în condițiile critice de utilizare a tijelor filigranale. Cu toate acestea, în același timp, liantul ar trebui să asigure o extragere ușoară a tijei. Acest lucru este evident în special în cazul turnării din aluminiu. Defectele cu bule și microporozitatea părții conduc la formarea de scurgeri. De obicei, astfel de detalii sunt respinse. Pentru a minimiza riscul, este necesar să se investească în îmbunătățirea procesului de umplere a mucegaiului. Acest proces ar trebui să se desfășoare cât mai uniform și mai calm. În plus, este important să se ia în considerare și să se organizeze corect îndepărtarea gazelor de tijă. În general, liantul ar trebui proiectat astfel încât să minimizeze eliberarea gazelor și a altor emisii. Eliberarea gazului din liant în timpul turnării ar trebui să fie coordonată ținând cont de metalul de turnătorie și de perioada de cristalizare. Același lucru se aplică aditivilor. Atunci când se utilizează acoperiri, permeabilitatea la gaz a produsului trebuie să corespundă procesului tehnologic.
În plus față de ceea ce sa spus mai sus, turnarea este posibilă în fontă turnată. Aici, extinderea nisipului ca material de turnare de bază, eliberarea gazului din lianți, permeabilitatea la gaz a stratului de acoperire și rezistența amestecului de turnare au o influență enormă. Cu toate acestea, toți parametrii de mai sus pot compensa numai parțial defectele care apar atunci când matrița este umplută și apoi încălzită
secțiunea corespunzătoare a formularului. Sarcina principală pentru turnarea fontei este aceea de a preveni formarea metalelizării, penetrarea și / sau stoarcerea. Metalizarea și penetrarea pot fi prevenite, în primul rând, prin alegerea stratului potrivit, care trebuie să corespundă simultan materialului de turnare și metalelor de turnătorie, și să excludă apariția reacțiilor chimice nedorite. Formarea de strângere, în special în carcasa de răcire a apei și în canalele de alimentare cu lubrifianți, este o problemă reală. În majoritatea cazurilor, măsuri de eliminare și prevenire a acestui defect
constă în alegerea corectă a materialului de turnare sau utilizarea deliberată a aditivilor în amestecul de formare. Apariția rugozității pe suprafața canalelor de admisie și evacuare poate fi prevenită prin selectarea unui amestec de formare a distribuției dorite a mărimii particulelor sau prin aplicarea unui strat de acoperire care umple golurile dintre porii granulelor.
Cu toate acestea, problemele nu sunt doar de natură tehnică. Materialele de încărcare folosite ar trebui să fie cât mai sigure pentru mediul înconjurător. Astăzi, angajații, rezidenții locali din vecinătatea turnătoriei și autoritățile sunt extrem de interesați să minimizeze emisiile nocive, mirosurile,
gazele de ardere și condensul și respectarea deplină a acestora a cerințelor de securitate la locul de muncă.