Làm để chế tạo Piston động nhẹ? Quy trình chế tạo Piston hãng Wiseco (News.oto-hui.com) – Giảm trọng lượng piston động điều mà nhiều nhà sản xuất muốn hướng tới ngày Thế phải giảm trọng lượng piston làm để giảm mà khơng phải ảnh hưởng đến sức mạnh hay sức chịu đựng Pison? Dưới giải thích quy trình chế tạo piston nhẹ hãng Wiseco (hãng chuyên sản xuất linh kiện cao cấp dành cho động cơ) Nhiều kỹ sư sáng chế băn khoăn với câu hỏi: Làm để giảm khối lượng Piston mà khơng bị “sức mạnh”? Có quy trình chế tạo Piston với khối lượng nhẹ mà giữ “sức mạnh” chúng hay không? Ưu điểm piston khối lượng thấp không dành riêng cho động có số vịng quay RPMs cao Ở tốc độ 6.500 vòng/phút, piston đơn đổi hướng 200 lần giây Trong kỳ động đốt trong, tốc độ trung bình piston di chuyển 80km/h Tuy nhiên tốc độ trung bình, phải khựng lại khoảng thời gian đáng kể di chuyển chạm đến điểm chết điểm chết Điểm mấu chốt tạo nên hiệu suất Piston lực qn tính G-Force Nó phải đảm bảo “đủ tiêu chuẩn an tồn” để piston khơng bị hư hỏng vận hành Để sản xuất loại piston nhẹ, hai yếu tố định đến gia tốc lực quán tính GForce Tuy nhiên, gia tốc Piston điều mà nhiều nhà hãng sản xuất tác động đến Vì gia tốc piston chịu ảnh hưởng hàm toán học liên quan đến tốc độ động cơ, đối trọng truyền, piston Do đó, tác động đến Gia tốc phải điều chỉnh nhiều thứ Để đơn giản hơn, lực quán tính G lực mà nhà sản xuất can thiệp thơng qua trọng lượng piston Giảm tăng khối lượng Piston điều thực dễ dàng tốn chi phí Có thể ta ln thắc mắc thực tế piston nhẹ lại bền piston nặng Vì có vật liệu thừa vị trí khơng chỗ, ảnh hưởng đến trình chuyển động piston Để hiểu rõ cách thức lý làm cho piston nhẹ hơn, tổng hợp ý kiến Vic Ellinger Nick DiBlasi (các chuyên gia chế tạo piston có khối lượng nhẹ Wiseco) giải thích Piston động Wiseco Tổng quan: Ellinger cho biết: “Mọi hỗn loạn hỗn hợp nhiên liệu diễn bên động đốt kiểm sốt, dù hay nhiều Các lực đẩy lực kéo liên tục làm biến dạng thành phần “cụm quay” (cụm piston – truyền – trục khuỷu) động cơ.” Lấy ví dụ: Hãy nghĩ việc quay xô đá buộc dây so với viên sỏi đầu dây Quá trình chuyển động chống lại chu kỳ hoạt động động cơ; pít-tơng, truyền chốt cố gắng hất tung khỏi khối theo nghĩa đen.” Thông qua Phần mềm Phân tích phần tử hữu hạn FEM, khu vực gia cơng an tồn mà khơng ảnh hưởng đến độ bền piston Các khu vực quan trọng chốt piston khu vực mặt đỉnh piston Các piston truyền chịu số ứng suất cực đại điểm chết trình chuyển đổi kỳ xả nạp Đây kỳ có lực cản chuyển động lên piston từ áp suất buồng đốt, piston đột ngột thay đổi hướng chuyển động tay quay trục khuỷu bắt đầu DiBlasi giải thích rằng: “Dưới tác động lực chuyển động, phận thiết kế xác, thứ chạy ổn định Khối lượng lớn đồng nghĩa tạo nhiều lực tác động hơn, đặc biệt chi tiết chuyển động ngày xa đường tâm trục khuỷu.” Giảm trọng lượng Piston động Để giảm ứng suất đó, việc giảm khối lượng “cụm piston quay” chìa khóa quan trọng Và tiếng nổ sinh việc giảm trọng lượng chi tiết, chắn có âm lớn Khu vực thân piston giảm khối lượng Per DiBlasi cho biết: “Nếu bỏ bớt nhiều trọng lượng khỏi cụm truyền pít-tơng, giảm bớt “sự căng thẳng” (những lực, áp suất, ứng suất,…) tác động lên chi tiết vòng bi ổ trục.“ Thế nhưng, động số vịng tua cao, tải trọng tốc độ gây thiệt hại theo cấp số nhân Mỗi gram bớt tạo khác biệt lớn điểm Một piston cực nặng đẩy giới hạn, gây ức chế với bu lông truyền lên cao Trong số trường hợp đặc biệt, chẳng hạn động thường xuyên hoạt động với tần suất lớn tốc độ cao, khơng có cách khác phải thêm khối lượng piston động để giải nhiệt kịp thời ngăn chặn tình trạng kích nổ cung cấp diện tích đủ rộng để giải thoát cho lượng nhiệt khỏi piston Nhưng khơng có điều kiện đặc biệt đó, piston nhẹ hơn, chắn tốt Theo Ellinger: “Các piston nhẹ tốt cho động hút khí tự nhiên (tốt cho động xăng) đạt hiệu tối ưu giảm trọng lượng xe Thơng qua sử dụng cụm piston quay với lực quay nhẹ hơn, giảm nguy hỏng hóc phận.” DiBlasi cho biết thêm: “Ngồi cách động phản ứng Khối lượng quay nhẹ cho phép động phản ứng nhanh quay.” Sản xuất Piston động nhẹ phương pháp nào? Phương thức sản xuất “di truyền” (cách piston sản xuất thơng thường) định đến khối lượng Piston Có hai cách sản xuất phổ biến piston đúc (trong nhơm nóng chảy đổ vào khn) rèn Một phơi nhơm nung nóng, sau tạo hình khn áp suất cực lớn Phương pháp sản xuất có ưu nhược điểm độ bền, vật liệu sử dụng tất nhiên giá Rèn hay đúc phụ thuộc vào mục đích thiết kế Loại piston vát mỏng, tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng (nếu nghiêng hiệu suất không nghiêng độ bền nên dùng) Ellinger giải thích: “Thơng thường, piston động sản xuất theo phương pháp đúc thường nặng hầu hết trường hợp Điều nhiều nhà sản xuất sử dụng đế đúc cho nhiều loại thiết kế piston Ta ln loại bỏ vật liệu khỏi máy đúc, thời gian để máy loại bỏ phần dư thừa khơng cần thiết cho mục đích thiết kế khác tốn tiền thời gian Do đó, piston đúc thường nặng mức cần thiết (nặng rèn).” Ellinger tiếp tục: “Khả tạo piston theo phương pháp rèn gần giống với hình dạng mong muốn khối lượng phương pháp đúc, loại bỏ khối lượng từ đầu.“ DiBlasi cho biết thêm: “Tùy thuộc vào mục đích thiết kế, piston nhẹ đáng kể Thơng thường, với động hút khí tự nhiên, kỹ sư chuyên ngành thường sử dụng loại piston nhẹ thiết kế xác với trọng lượng nhẹ hơn, đảm bảo tối ưu cho loại động so với loại có turbo tăng áp hay supercharger Ngược lại, với điều kiện làm việc khắc nghiệt Piston, thường thấy đúc.” Giảm khối lượng piston việc ưu tiên hàng đầu kỹ thuật công nghệ chế tạo Không chốt piston, piston, cịn có truyền giảm khối lượng DiBlasi cho biết: “Phương pháp rèn giảm trọng lượng hầu hết khu vực piston vật liệu chế tạo đặc biệt hơn, thiết kế xác hình học piston tốt với tiết diện mỏng piston Độ dày đỉnh piston (Piston Crown), độ dày thân piston (Piston Skirt) lỗ trục piston (Piston Pin Boss) khu vực mà vật liệu loại bỏ nhiều Một piston đúc có độ dày đỉnh 5.588 mm (0,22 inches) với phương pháp rèn có độ dày mỏng với 4.572 mm (0,18 inches) Ngồi ra, sử dụng thiết kế có chốt piston ngắn hơn, giảm 25% trọng lượng chốt.” Việc sử dụng phần mềm FEA (hoặc FEM ứng dụng cho phân tích tuyến tính, phi tuyến, Nhiệt, mỏi vật liệu) thiết kế Piston để có nhìn tổng quan chi tiết, từ nghiên cứu ứng suất điểm Piston khắc phục chúng Wiseco cho biết việc sử dụng loại piston họ tốt so với hàng OEM đảm bảo cho động có cơng suất khơng cao, với số vịng quay cực đại thấp 4 Nên sử dụng piston nhẹ hay nặng? Bằng cách giảm chiều dày lỗ trục piston, chốt piston, đỉnh piston, thân piston, ta lược bỏ bớt 30-50 gram trình chế tạo theo phương pháp rèn với việc giảm khối lượng chốt piston Qua giảm bớt 7-10% tổng khối lượng cụm Piston Tuy nhiên, việc sử dụng loại piston nhẹ nên áp dụng với động xăng hút khí tự nhiên loại động có dung tích thấp Một Piston rèn thường nặng 500 gram, loại piston đúc 700gram trở lên Với động chữ V yêu cầu cân nên việc sử dụng loại piston nhẹ không phù hợp Chúng thật hợp với động thẳng hàng I với động đối đỉnh (boxer,…) Động Boxer Động V8 đòi hỏi cân lớn chi tiết bên Sử dụng loại piston nhẹ không làm tăng công suất quay nhanh hơn, cần lượng đạt đến so với loại piston nặng số vòng quay động thấp Ở đầu cuối hành trình, piston động dừng lại, cần lực để làm cho piston chuyển động trở lại, khối lượng lớn lực lớn để làm cho chuyển động Nếu va chạm với đầu cuối hành trình ảnh hưởng đến công suất, mã lực động tăng lên Tuy nhiên cần có lực để dừng chuyển động để bắt đầu chuyển động lại Piston nhẹ giúp giảm bớt căng thẳng lên phận động khác, truyền, bu lông, tay quay chí cụm tay quay truyền trục khuỷu piston Và lực cần thiết trọng lượng quay nhỏ hơn, động trở nên nhỏ tăng tốc nhanh Nhưng piston nhẹ cho việc đáp ứng chế độ hoạt động cao hơn, chắn khơng đủ tốt để sử dụng Ở vòng tua máy cao nên ưu tiên việc sử dụng loại piston nặng tốt