La divisione
Powertrain di Federal-Mogul Corporation ha sviluppato un innovativo
processo di fusione per i segmenti, decisamente ottimizzato, in grado di
garantire ai costruttori di motori segmenti più robusti, di più elevata qualità
e più resistenti all’usura. A tale proposito Federal-Mogul utilizza un
processo di stampaggio verticale ad elevata automazione che migliora
l’integrità del materiale e permette di controllare maggiormente il processo
produttivo. Federal-Mogul ha inoltre sviluppato un nuovo processo di
simulazione della fusione che
fornisce dati più precisi
in modo da ottimizzare
il flusso del materiale, la
pressione e il riempimento degli stampi di fusione per il segmento.
“Poiché i costruttori di motori stanno perseguendo il
downsizing e strategie più avanzate di iniezione per ridurre consumi ed
emissioni di CO2, stanno aumentando le esigenze termiche, meccaniche e
tribologiche sui componenti intorno alla camera di combustione, in particolare
sui segmenti. Mentre gli
attriti possono essere
ridotti grazie all’uso
di segmenti più
sottili, è necessario che il materiale
del segmento sia
più robusto affinché
possa continuare ad assicurare la stessa resistenza alle
deformazioni” spiega il Dr. Steffen
Hoppe, director of technology, Rings and Liners, Federal-Mogul Powertrain.
“Per ottenere tutto ciò, abbiamo sviluppato nuovi materiali e nuovi processi di
fusione e di simulazione.”
Nuovo processo di
fusione
La grande conoscenza di Federal-Mogul nei processi di
fusione a piastre sovrapposte, acquisita in oltre 80 anni di attività, ha
consentito alla società di ottenere un’elevata e costante qualità nel processo,
nei limiti imposti da processi di fusione manuali o semiautomatici. Con la
fusione a piastre sovrapposte, però, le file orizzontali di stampi multipli
vengono impilate l’una sull’altra in strati e ciò compromette la progettazione
del sistema di scorrimento poiché la velocità e la pressione del flusso del
metallo fuso variano a seconda dei differenti strati. Gli stampi in monopezzo
utilizzati nella fusione a piastre sovrapposte limitano inoltre la scelta delle
differenti geometrie che si possono ottenere per i segmenti.
Per riuscire a superare queste limitazioni, il nuovo
processo di fusione verticale sviluppato da Federal-Mogul utilizza una
geometria speciale per lo stampo che consente di ottimizzare maggiormente il
design degli spazi da riempire e dei sistemi di colata, migliorando il
controllo sul flusso di materiale. Il nuovo stampo per la colata consente
l’alimentazione intorno all’intera circonferenza, migliorando
in modo significativo
l’uniformità della formazione
grafitica della ghisa grigia. Uno
stampaggio e una fusione completamente automatizzati, con monitoraggio costante
e rilievo dei principali parametri durante l’intero processo, assicurano
velocità più riproducibili del flusso di materiale fuso e un riempimento più
accurato dello stampo, che comportano una maggiore costanza della qualità del
segmento.
Nuova simulazione
della fusione
Per perfezionare il processo di fusione verticale,
Federal-Mogul ha sviluppato un metodo di simulazione della fusione totalmente
nuovo che utilizza una tecnologia a telecamera ad alta velocità che supera le
limitazioni della simulazione convenzionale a elementi finiti (FE). “La
simulazione FE ha un inconveniente fondamentale,” spiega
Hoppe. “Indipendentemente da quanto fine sia la griglia selezionata, il
“macro processo” viene comunque simulato. E’ chiaro che la simulazione è tanto
più vicina alla
realtà quanto meglio
sono stati scelti
e fissati i parametri.”
Denominata
Slow-Motion Casting Simulation (SMCS), la nuova tecnica sviluppata da
Federal- Mogul fornisce un’analisi
più dettagliata del
modo in cui
vengono riempiti gli
stampi, consentendo più precisione dei sistemi complessi preposti
all’alimentazione del metallo fuso e controllandone il flusso. Utilizzando
l’SMCS, il flusso della colata a differenti temperature e la velocità di
fusione possono essere tracciate in maniera più efficace, in modo da capire e
controllare meglio le fluttuazioni di pressione, come pure le reazioni
esplosive dei gas generati dalla fusione.
Nuovo Materiale di
fusione
Il processo di fusione ottimizzato ha dato l’opportunità ai
tecnici Federal-Mogul di sviluppare parallelamente un migliore acciaio di
fusione. Tradizionalmente si dovrebbe utilizzare per i segmenti dei motori
diesel una ghisa grigia martensitica a elevata resistenza meccanica contenente
grafite nodulare, caratterizzata da buona duttilità e da una resistenza
meccanica fino a circa 1200MPa. Il nuovo materiale in acciaio sviluppato da
Federal-Mogul, il GOE70, è caratterizzato da una struttura a matrice
martensitica all’interno della quale sono inglobati dei carburi di cromo e
presenta una resistenza meccanica di almeno 1800MPa. Questo risultato può
essere ulteriormente migliorato tramite nitrurazione per conferire una
resistenza all’usura estremamente elevata, fornendo una durezza superficiale
fino a 1300 HV.
I segmenti realizzati con il GOE70 sono stati sottoposti a
un elevato numero di test di durata su motori
diesel heavy duty
e hanno mostrato
un’usura estremamente bassa
della superficie laterale e
un’elevata robustezza, riducendo i trafilamenti di gas e abbassando il consumo
d’olio. La produzione di serie di segmenti realizzati con il GOE70 è iniziata
nel 2012 e la prima applicazione è stata su un motore heavy duty ad elevato
carico che soddisfaceva gli standard EU6.
“Grazie allo sviluppo
di tecnologie innovative
di fusione, stampaggio
e simulazione che permettono di controllare maggiormente
i parametri chiave
del processo, siamo
riusciti ad ottenere un prodotto
qualitativamente superiore e ad aumentare la resistenza meccanica e all’usura”
afferma Hoppe. “Riteniamo che la tecnologia sviluppata per il processo produttivo
di questo nuovo segmento rafforzerà ulteriormente la posizione di leadership di
Federal-Mogul nel mercato dei segmenti per vetture e veicoli commerciali.”
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