Rešitev za natančno litje iz nerjavnega jekla za izpušne kolektorje za luksuzne sedan vozila – z japonskim avtomobilskim znamenjem prvega nivoja

Profil stranke

Stranka je japonski proizvajalec visokokakovostnih avtomobilov, ki želi nadgraditi svoj izpušni kolektor V6 z turbo polnjenjem, da bo ustrezal zahtevek naslednje generacije luksuznih sedanov. Trenutni načrt izdelave je imel naslednje težave:

- Zakasnitev turbopolnjenja zaradi neenakomernih izpušnih pulzacij
- Pogoste razpoke zaradi termične utrujenosti v varjenih spojih
- Prekomerna teža, ki vpliva na porabo goriva

Tehnični izzivi

▸ Zahteve glede materiala
- Nerjavno jeklo ASTM A351 HK30Nb
- Morajo vzdržati stalno temperaturo 850 °C in vrhunsko temperaturo 1050 °C
- Deformacija manj kot 0,5 % po 1000 ciklih termičnega udara

▸ Zahteve glede zmogljivosti
- Zasnovan enakomerno dolg pretokovni kanal z natančnostjo ±3 mm za optimalno pulzacijo
- Integrirana turbinska priključna plošča z zahtevano ravnilnostjo 0,05 mm
- Zmanjšanje mase za 25 % v primerjavi z obstoječo konstrukcijo

▸ Proizvodne omejitve
- Čas izdelave orodij za proizvodnjo: 12 tednov
- Postopek skladen s standardom IATF 16949
- 100 % preizkušeno na tesnost pri tlaku 2,8 bara

Naše prilagojeno rešitev

1. Faza naprednega inženirstva
- Uporaba programske opreme Converge Simulation za optimizacijo geometrije poteka tokov z računalniško modeliranim dinamičnim tokom tekočin (CFD)
- Topološko optimizirani trdilni elementi za zmanjšanje mase ob ohranitvi togosti
- Razvoj lastnega sistemsko zapiralnega sistema »Thermo-Lock« za preprečevanje vročih razpok

2. Natančna izdelava
- Litje v izgubljivem modelu z uporabo:
- Cirkonijevo okrepljenih keramičnih kalupov
- Nadzorovana trditev pod vakuumom
- Površinska kakovost neposredno po litju: Ra 3,2 μm (za 50 % boljša od industrijskega standarda)
- CNC obdelava kritičnih stičnih površin v isti namestitvi

3. Preverjanje kakovosti
- 100 % fluorescenčna preiskava z vdirnimi sredstvi (ASTM E1417)
- Vsi pretokovni poti so bili preverjeni z uporabo koordinatnih merilnih strojev (CMM)
- Preskus motorja na dinamometru na strani kupca

Rezultati

✔ Zmanjšanje mase za 23 % (od 5,2 kg na 4,0 kg)
✔ Izboljšanje odzivnega časa turbine za 8 % (na podlagi povečanja vrtilne frekvence rotorja za 200 vrt/min)
✔ Ni enega samega primera uhajanja v prvih 50.000 enot
✔ Varčevanje s stroški za 18 % v primerjavi z izdelanimi konstrukcijami

Odobritev stranke

«Natančnost modulacije impulzov litih razdelilnih kolektorjev je povzročila merljive izboljšave zmogljivosti, za katere naši inženirji niso mogli niti sanjati pri tej ceni. To rešitev sprejemamo po vseh naših V-motorjih.»

— [Vodja inženirja kupca], Razvoj pogonskih sklopov