辉门推出创新性活塞环铸造技术
辉门集团 (NASDAQ:FDML) 动力总成研发出一种高度优化的创新型活塞环铸造工艺，为发动机制造商提供更为优质、高强度、耐磨的活塞环产品。其中，所采用的高度自动化立式成型工艺能够增强材料完整性，改善对于制造工艺的控制。此外，辉门还开发出一种新型铸造模拟方法，可以提供更精确的数据，实现对于活塞环铸模材料流动、压力和填充的优化。
“由于发动机制造商不断追求发动机高度小型化及更先进的喷油技术以减少油耗和 CO2 排放，对于燃烧室周围部件，尤其是活塞环在热负荷、机械负荷和摩擦学方面的要求不断提高。虽然可通过使用较薄的活塞环减少发动机摩擦，但是为保持合适的抗弯强度，必须使用高强度的活塞环材料。”辉门动力总成活塞环与缸套产品技术主管 Steffen Hoppe 博士解释道。“为满足这些要求，我们开发出了全新的材料、铸造工艺和模拟方法。”
过去80年间，辉门在叠铸工艺方面积累了丰富的专业知识和经验，尽管在手动或半自动化铸造工艺中受到了各种约束，仍然始终如一地保持了高质量水准。但是，采用叠铸方法时，多个铸模为横向排列且相互分层叠放，由于堆叠中不同层级间金属熔体的压力和流动速度各异，因此流道系统的设计存在一定的局限性。此外，叠铸工艺中采用的单体铸模也压缩了活塞环设计的可选择范围。
为克服这些阻碍，辉门全新的高度自动化立式铸造工艺采用了特殊铸模设计，为优化毛坯和浇注系统的设计提供了新的机遇，改善对材料流动的控制。借助新型铸造方法可以围绕整个铸造圆周进行供料，显著地改善了灰口铸铁石墨成形的均匀性。通过广泛监控和全程记录所有相关参数，全自动化的成型和铸造工艺确保熔料在铸模中的流速更为稳定，填充更为彻底，从而确保活塞环质量的一致性。
全新铸造模拟方法
为了改善立式铸造工艺，辉门还开发出一种使用高速摄像技术的全新铸造模拟方法，克服了传统有限元 (FE) 建模的限制。“FE 模拟存在一个严重缺陷，”Hoppe解释道，“无论选择多么优质的网络，都会对‘宏工艺’进行模拟。模拟与现实的接近程度始终取决于选择和设置的模拟参数的恰当程度。”
辉门的新技术名为“Slow-Motion 铸造模拟”(SMCS)，用于提供更为详细的铸模填充分析，可对控制熔料流动的复杂浇注和供料系统实现更为精确的优化。使用 SMCS 可以更高效地跟踪熔料在不同温度和铸造速度下的流动情况，进而更好地了解和控制压力波动以及铸造气体的爆炸反应。
全新铸造材料
优化后的铸造工艺提供了全新机遇，可同时开发精炼程度更高的铸钢材料。传统上，包含球状石墨的高强度马氏体灰口铸铁具备优良的延展性和强度，可承受高达 1200MPa 左右的抗弯强度，用于制造柴油发动机活塞环。辉门推出新型铸钢材料 GOE70，其特点是具有马氏体矩阵结构，内含碳化铬，强度得到显著提升，至少可承受 1800MPa 的抗弯强度。此配方可通过加入氮化处理工艺实现进一步改进，表面硬度可高达 1300 HV，具备极强的耐磨特性。
采用 GOE70 制成的活塞环在重型柴油发动机上经过了大量耐久试验，在端面磨损和稳定性方面表现出色，能够减少串气量和降低机油耗。采用 GOE70 制成的活塞环于 2012 年开始批量生产，首次应用是在 EU6 排放标准的高负荷重型发动机上。
“通过开发创新型铸造、成型和模拟技术，对于关键工艺参数的控制得到了增强，我们进而提升了产品质量、强度和耐磨特性，”Hoppe 表示。“我们相信，这一新型活塞环工艺技术将进一步巩固辉门在轻型车和商用车活塞环市场的领先地位。”
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