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钢活塞的微精密加工
newmaker    来源:Ringer
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动力系统零件的生产商辉门公司(Federal-Mogul),正在将一项为重型柴油发动机加工无衬套钢活塞的新方法商业化。他们宣称:其高精密电腐蚀加工(HPEEM)工艺(一种电化学加工的变异解决方法),将帮助发动力生产厂家生产达到严格全球排放标准、提高燃油经济性、延长零件寿命而不需牺牲发动机性能的零件。

钢活塞全球市场额可达2亿美元。辉门公司预计:当今大约30%的钢活塞在针孔上都有衬套。但是从2012年往后,由于更高的负荷需求和成本考虑,所有重型的柴油发动机活塞都将免除衬套。其中有一项针对引擎生产厂商的设计,期望实现目前全球对更低二氧化碳排放的目标,即“更高的缸压峰值”。它要求每个零件(比如说钢活塞)的大小和形状都满足几微米的精确度。要想实现此等高精确度,需要不增加生产成本或限制产品可靠性的创新性解决方案。

电化学加工是一种“转向电镀”工艺:不是给表面添加了一层金属,而是腐蚀掉一层。

HPEEM工艺是一种高度控制的电腐蚀方法,移除了特定量的材料,精确地铸造了活塞针孔,提高了负荷转换能力和活塞的可靠性。辉门公司在密西根州安娜堡开发了此套HPEEM先进生产技术开发装置,目前已在公司位于墨西哥普埃布拉州的活塞厂投入使用。

在墨西哥普埃布拉州,通过HPEEM非常精微、精确和成型的针孔,生产Monosteel活塞,允许通过一根连杆,无需衬套即可组装活塞。在此加工工艺下,可以获得特别紧密的针孔形状,使这种设计对OEM生产商来说,设计可靠,价格也可承受。而且,活塞能够获得不断增加的汽缸压力,同时保持强健的性能和耐用性——降低了引擎排放。

用传统方法生产这些零件,需要一个设计、安装和操作费用昂贵的加工中心,因为传统方法必须能够将切割工具在针孔中精确移动,以便根据需要的形状来成型。

HPEEM使用一种非接触的、形状特殊且在针孔中精确定位的电极。如果妥当地控制电压和电解质,就能使用电化学加工来腐蚀活塞针孔的钢表面。

对Monosteel针孔,HPEEM在电极和针孔表面之间有电解质流。在零件和电极之间,应用控制电压从针孔表面腐蚀材料。电解质流会冲洗掉移除后留存在于活塞孔中的材料。这样针孔就能精确到几微米。

newmaker.com
横剖面图展示了HPEEM工艺,电极定位在一个Monosteel活塞的针孔中。
电解质流路以及成型表面都以橙色标注突出。

“此工艺简单地令人惊奇,”辉门 (Federal-Mogul)动力系统能源单元的高级副总裁Rainer Jueckstock说:“通过大量使用盐水作为电解质以及电场作为加工助剂,我们已经开发了HPEEM来加工活塞针孔,可以加工得非常精确无误,可谓超越了任何传统加工质量-成本的衡量尺度。”
先进生产研发总监William Zdeblick博士解释说:“无衬套Monosteel活塞要求钢对钢精确设计。分析和测量表明此项设计可行,更高精密度的外形需要放在活塞针孔上以便妥当地分布负荷。必须实现外形凹陷的一致度,并精确到几微米。任何加工目标的偏离,都可能导致高压集中的巨大风险。”
Zdeblick继续说到,“常规方法加工的无衬套钢活塞花费更多,因为对销控成型要求更高、更精确。HPEEM工艺允许Federal-Mogul(辉门)移除衬套,还能为客户提供可以满足耐用性需求的活塞,不像传统加工那样需要增加高昂的费用。” (end)
文章内容仅供参考 (投稿) (2010-4-13)
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