Качество штамповки клапанов, являющихся ключевыми компонентами системы впуска и выпуска двигателя, напрямую влияет на его производительность и надежность. Электротермическая высадка является основной технологией штамповки заготовок клапанов, а штампы – ключевой инструмент – должны выдерживать суровые условия эксплуатации. Сплавы на основе кобальта являются идеальным материалом для таких штампов. В данной статье систематически анализируется практическая ценность сплавов на основе кобальта с точки зрения трёх аспектов: сам клапан, процесс производства и преимущества штампов горячей штамповки.
Клапаны двигателя: ключевой элемент производительности двигателя
Клапаны двигателя управляют поступлением и выходом газа в камеру сгорания, а их эффективность напрямую связана с выходной мощностью двигателя, топливной экономичностью и уровнем выбросов. Конструктивно клапан состоит из тарелки клапана и штока клапана: тарелка клапана герметизирует камеру сгорания, а шток клапана взаимодействует с клапанным механизмом, обеспечивая возвратно-поступательное движение.
Работая в суровых условиях внутреннего пространства двигателя, клапаны подвергаются воздействию множества экстремальных условий: впускная сторона подвергается ударам и колебаниям температуры топливовоздушной смеси перед сгоранием, выпускная сторона – постоянному истиранию высокотемпературными отработавшими газами, и в то же время они должны быть устойчивы к механическому износу и усталостным напряжениям, вызванным высокочастотным возвратно-поступательным движением. Эти требования предъявляют высокие требования к качеству материалов, точности формовки и структурной стабильности клапанов, что создает трудности при выборе технологий производства клапанов и материалов для штампов.
Процесс электротермической высадки: технология формовки сердечников для клапанов
Процесс производства клапанов двигателя включает в себя подготовку сырья, формовку, черновую механическую обработку, обработку поверхности, термическую обработку, прецизионную механическую обработку и контроль качества, среди которых формовка является основным этапом, определяющим качество заготовки клапана.
Среди различных технологий формовки электротермическая высадка стала основным методом изготовления заготовок клапанов благодаря своей высокой адаптивности и стабильным результатам формовки. Её основной принцип заключается в быстром нагреве одного конца штока клапана до температуры, подходящей для пластической деформации, посредством индукционного нагрева, а затем приложении осевого давления с помощью гидравлического механизма, чтобы заставить нагретый металл пластически течь под давлением штампа, в конечном итоге формируя предварительную форму головки клапана.
Штампы для горячей штамповки, являясь ключевым инструментом, непосредственно контактирующим с высокотемпературным металлом, напрямую определяют точность формовки, качество поверхности и размерную стабильность головки клапана. В процессе штамповки штампы должны поддерживать постоянный контакт с высокотемпературной металлической заготовкой, выдерживая давление и трение, возникающие при пластической деформации. Поэтому материал штампа должен обладать превосходной термостойкостью, износостойкостью и структурной стабильностью.
Основные преимущества штампов для горячей штамповки из сплава на основе кобальта
Традиционные материалы для штампов подвержены быстрому износу, деформации и короткому сроку службы в жёстких условиях электротермической высадки. В отличие от них, сплавы на основе кобальта стали идеальным выбором благодаря своим уникальным эксплуатационным преимуществам.
Исключительная высокотемпературная стабильность — одно из основных преимуществ сплавов на основе кобальта. Их уникальная металлургическая структура позволяет им сохранять стабильную твёрдость в условиях длительных высокотемпературных воздействий, предотвращая размягчение и деформацию. Это позволяет полости штампа сохранять точные размеры в течение длительного времени, обеспечивая надёжную гарантию точности формовки заготовок клапанов.
Сплавы на основе кобальта также обладают превосходной износостойкостью и противозадирной стойкостью. В процессе электротермической высадки высокотемпературная металлическая заготовка оказывает интенсивное трение и удар по поверхности полости штампа, чему сплавы на основе кобальта способны эффективно противостоять. При этом плотная оксидная пленка, образующаяся на их поверхности, снижает сродство металла к металлу, минимизируя адгезию между заготовкой и штампом. Это не только продлевает срок службы штампа, но и обеспечивает качество поверхности заготовок клапанов.
Заключение
Клапаны двигателей, являясь основными компонентами, предъявляют строгие требования к качеству формовки и производительности технологической оснастки. В процессе электротермической высадки штампы должны выдерживать высокие температуры, давление и трение — трудности, с которыми традиционные материалы с трудом справляются. Благодаря исключительной высокотемпературной стабильности, превосходной износостойкости и противозадирным свойствам, сплавы на основе кобальта эффективно решают такие проблемы традиционных штампов, как быстрый износ, деформация и короткий срок службы, эффективно гарантируя точность формовки и качество поверхности заготовок клапанов.
Их применение в ключевой оснастке не только повышает стабильность производства клапанов, но и закладывает прочную основу для выходной мощности двигателя, топливной экономичности и надежности с самого начала, что делает их незаменимым материалом при изготовлении высокопроизводительных клапанов двигателей.