بادامک و میل بادامک

[Saman_88 8062]

مقدمه و اطلاعات عمومی :

قطعات اصلی

سرسیلندر وسوپاپها:

جنس سرسیلندر از چدن بااستحکام بالا بوده ودارای دوپیچ دوسراست. وبوسیلة پیچهای تنظیم وپیچ های دوسربه بدنه سیلندر محکم می شود.درموتورهای T4.236 فقط از پیچ تنظیم استفاده میشود.

زاویه های نشیمنگاه سوپاپ هوا درموتورهای 4.236 و T4.236 متفاوت میباشد، استفاده از واشرهای نشیمنگاه سوپاپ درموتورهای T4.236 و 4.248 مجاز میباشد.

راهنماهای سوپاپ بصورت یکپارچه باسرسیلندر میباشند وهرسیلندر دارای دوسوپاپ دربالای محفظه احتراق می باشد. دنده اسبک دربالای سرسیلندر نصب شده ودارای کاور فولادی پرس شده میباشد. هرسوپاپ بسته به دور قدرت گیری موتور، دارای یک یادوفنر میباشد که بوسیله یک کپ فولادی سخت کاری شده و خارهای دوتکه درمحل خود نگه داشته می شود.نشیمنگاههای فولادی وسخت کاری شده فنر سوپاپ ، درداخل یک شیار ماشینکاری شده ، واقع دربالای سرسیلندر نصب می شوند. نوع کاسه نمدهای ساقه سوپاپ بستگی به مشخصات موتوردارد

.بدنه سیلندر ومحفظه میل لنگ:

بدنه سیلندر ومحفظه میل لنگ بصورت یکپارچه ازچدن ساخته می شوند. بمنظور استحکام بیشتر ، کناره های بدنه سیلندر تازیرخط مرکزی میل لنگ امتداد دارد. نوع بدنه سیلندر به نوع موتور وکاربرد آن بستگی دارد.بوشهای سیلندر از نوع خشک وقابل تعویض میباشند وازچدن بااستحکام بالا ساخته شده اند. این بوشها قابل تعویض هستندو بسته به مشخصات موتور بصورت فلنج دار ویا بدون فلنج می باشند. کانال آب درطول سیلندرها به طرف پائین امتداد دارد ویک فضای آبی بین تمامی سوراخهای سیلندر درنظرگرفته شده است.

مجموعه اسبک :

سوپاپها بوسیله، میل تایپتهائی که تحت عملیات کشش سرد وبا دوانتهای سخت کاری شده القائی تولید شده اند، تایپتهای سرتخت بزرگ که دربدنه سیلندر نصب شده اند واهرمهای اسبک آهنگری شده عمل می کنند. مجموعه اسبکها با استفاده از مکانیزم کاهش جریان روغن از مسیر بوش میل بادامک شمارة 2 ، درمیان مسیری که دربدنه وسرسیلندر سوراخکاری شده وازداخل شفت اسبک فولادی توخالی وسفت کاری شده روغنکاری می شوند شفت اسبک بوسیله چهارپایه محافظت می شود ، تنظیم لقی سوپاپ ها بوسیله پیچهای تنظیم سرساچمه ای سخت کاری شده ومهره های ضامن واقع درانتهای میل تایپت اهرم اسبک صورت می گیرد.

 

پیستون هاوگژن پین ها:

پیستونها ازجنس آلیاژ آلومینیوم سلیکون هستند و درموتورهای توربوشارژ دارای سه رینگ می باشند وجداربیرونی پیستون درشیار رینگ بالایی ازجنس فلزسخت میباشد.برخی ازموتورهای تنفش طبیعی نیز دارای سه رینگ بوده ولی اغلب آنها پنج رینگی میباشند که سه رینگ، رینگ کمپرس ودوتای دیگر رینگ روغن میباشند ، بطوریکه اولی دربالای گژن پین ودومی درپایین گژن پین قرار گرفته است. گژن پین های توخالی، کاملاً شناور بوده وبوسیله خارهای فنری درموقعیت محوری نگه داشته می شوند.

درموتورهای توربوشارژ ، پیستونها ازطریق جت هایی که دردیواره بدنه سیلندر نصب شده اند بوسیله روغن ، خنک کاری می شوند.

شاتونها:

شاتونها ازقطعات آهنگری شده آلیاژ فولاد مولیبدن دارای مقطع H ، ماشین کاری می شوند وکپ شاتون بصورت آماده بوده ودارای دیواره نازک وقابل تعویض میباشد. در موتورهای T4.236 پوسته یاتاقان دارای مغزی فولادی وروکش برنز- سرب میباشد و درموتورهای تنفس طبیعی روکش پوسته یاتاقان ازجنس آلومینیوم-قلع میباشد. بوشهای سمت گژن پین که درداخل شاتون قرار گرفته اند ازنوع مغز فولادی بوده ودارای خطوطی از برنز- سرب میباشد.سطوح نشیمنگاه کپ شاتون وشاتون روی همدیگربصورت دندانه دار میباشد و بوسیله دوپیچ فولادی با مقاومت کششی بالا به شاتونها بسته میشود.

میل لنگ:

میل لنگ ازقطعات آهنگری فولاد مولیبدن – کروم، ماشین کاری می شود ودارای پنج یاتاقان میباشد. فلنج بزرگی بمنظور نگهداری فلایول درعقب میل لنگ طراحی شده است .روش سخت کاری یاتاقانها واستفاده از وزنه های بالانس بستگی به مشخصات موتوروکاربرد آن دارد. لقی انتهایی ومحوری بوسیله واشرهای فشاری دوتکه 360 درجه که دریاتاقان اصلی مرکزی جای گرفته است، حذف میشود. جنس هردوکاسه نمد از VITON بوده ودارای مغزی فلزی وفنر حلقوی فولادی ضد زنگ میباشند. کاسه نمد جلویی درمحفظه دنده نصب شده وکاسه نمد عقبی دریک محفظه آلومینیومی ریخته گری تحت فشار، قرار گرفته است.

(در این شکل قسمتی که با نام کرنک شفت crankshaft مشخص شده میل لنگ است)

 

 

 

 

یاتاقانهای اصلی :

پنج یاتاقان اصلی ازنوع دیواره نازک وقابل تعویض میباشند .مغزی یاتاقانها فولادی وروکش آنها از آلومینیوم-قطع میباشد .جنس کپ یاتاقانها درموتورهای تنفس طبیعی از چدن ودرموتورهای توربوشارژ ، بمنظور استحکام بیشتر از چدن گرافیت کروی میباشد. حرکت بوسیله دوپیچ فولادی بامقاومت کششی بالا به بدنه سیلندر محکم می شود.

محرک تایمینگ:

میل بادامک ، پمپ انژکتور ، پمپ روغن / بالانسر ومحرکهای دنده ای حرکت خود را ازانتهای جلوئی میل لنگ واز طریق ردیفی از دنده های مارپیچی می گیرند.

جنس دنده ها بسته به کاربرد ودور قدرت گیری می تواند از چدن ویافولاد باشد و این دنده ها در داخل محفظه دنده چدنی یا آلومینیومی قرار می گیرند.

میل بادامک:

میل بادامک از جنس چدن بااستحکام بالا میباشدوبادامکهای سخت کاری شده روی میل بادامک توسط سه یاتاقان که تحت فشار روغن کاری می شوند، محافظت می شوند. میل بادامک درسمت راست بدنه سیلندر نصب میشود وبادامکهاوتایپت های روی آن بصورت پاششی روغنکاری میشوند.

 

(دقت کنید دربالا میله ای که با نام کم شفت camshaft مشخص شده همان میل سوپاپ یا میل بادامک است)

 

 

 

 

(نحوه کار میل بادامک)

 

 

 

 

(یک شمای و نقشه ی شبیه سازی شده ی کلی: در شکل زیر)

[Saman_88 8062]

سیستم های موتور

سیستم سوخت رسانی:

پمپ انژکتور نوع روتاری C.A.V بوسیله دنده ای واقع درجلوی موتور به حرکت درمی آید و بااستفاده از فلنجی به محفظه دنده درسمت چپ موتور وصل میشود. همچنین سیستم سوخت رسانی، از ***** سوخت که درانتهای چپ بدنه سیلندر نصب شده ، پمپ سه گوش که درسمت راست موتور نصب شده وازطریق میل بادامک به حرکت در می آید ولوله های سوخت تشکیل شده است.

سیستم احتراق:

سوخت ازطریق یک نازل انژکتور چهارسوراخی به محفظه پیستون پاشیده می شود.

 

 

 

 

 

سیستم روغنکاری ( بدون بالانسر):

پمپ روغن نوع روتاری حرکت خود رابوسیله یک چرخ دنده از جلوی موتور می گیرد. یک صافی روغن درلوله مکش نصب شده است. موتورهای تنفس طبیعی دارای پمپ روغن نوع 4/3 دور وموتورهای توربو شارژ از نوع 7/6 دورمیباشند ازطریق محفظه شیر فشار شکن و***** روغن نوع CANISTER جریان روغن درمسیرهای اصلی که درطول بدنه سیلندر قراردارند، امکان می یابد. ***** روغن را میتوان بصورت عمودی به طرف بالایا پایین نصب نمود که درکاربردهای خودروئی درسمت چپ یاراست بدنه سیلندر ودرکاربردهای کشاورزی فقط درسمت چپ بدنه سیلندر نصب میشود. همچنین ***** روغن را میتوان درهرنوع کاربرد ، بصورت افقی درعقب سمت چپ بدنه سیلندر نصب نمود .یک شمع روغن نیزدرسمت چپ بدنه سیلندر نصب میشود .درب روغن ریز، درجلو یاعقب کاور سرسیلندر یادرسمت چپ محفظه دنده ویادرسمت راست بدنه سیلندر نصب میشود .نصب روغن سرد کن درموتورهای توربوشارژ الزامی ودر موتورهای تنفس طبیعی اختیاری میباشد.

سیستم خنک کاری :

پمپ آب نوع گریز ازمرکز که توسط تسمه به حرکت درمی آید ، مایع خنک کننده را به بدنه وسرسیلندر پمپاژ میکند. این پمپ را میتوان درارتفاع جداگانه دربالای خط مرکزی موتور نصب نمود.خروجی آب به محفظه ترموستات، واقع درجلوی موتور ، وصل میشود. یک سیستم بای پس درموتورهای توربوشارژ بکار میرود که بسته به نوع موتور میتوان درموتور تنفش طبیعی نیز استفاده کرد.

سیستم تهویه بخارات محفظه میل لنگ:

بمنظور تهویه بخارات روغن درمحفظه میل لنگ از یک لوله باز P.V.C که درسمت چپ موتور ازکاور سرسیلندر به سمت پایین امتداد یافته است استفاده میشود، بااستفاده از یک صفحه واقع در کاور سرسیلندر میتوان آزاد شدن بخارات روغن را کنترل کرد.

واحد بالانسر:

ماشین های که بصورت صلب نصب میشوند، مانند تراکتور بدون شاسی، مجهز به واحد بالانسر هستند. واحد بالانسر درکارترو به منظور کارائی بیشتر درمرکز نصب می شود بالانسراز طریق دنده های تایمینگ واقع درجلو موتور حرکت می کند یاتاقانهای بوشی ژورنالهای وزنه بالانسر به روش تحت فشار ویاتاقانهای غلطکی شفت محرک پمپ ودنده های هرزگرد بطریق پاشش روغنکاری می شوند پمپ روغن ، بالانسر وشیر فشار شکن بصورت یکپارچه هستند.

 

ویژگیها و مزایا

این موتورها درمصارفی که مستلزم وزن/ قدرت و یا اندازه/ قدرت بهتری میباشند کاربرددارند. با کمی افزایش در اندازه موتور، قدرت موتور حدود 26% درموتورهای تنفس طبیعی افزایش می یابد، بخاطر افزایش قدرت ، یک بدنه سیلندر مقاوم مخصوص و میل لنگ تافتریده (TAFFTRIDED) بایاتاقانهای وظیفه سنگین به کار میرود.

جدار پیستون با انبساط کنترل شده بوده و شیار رینگ بالایی رزه دار هست و به منظور افزایش عمر بوسیلة روغن خنک کاری میشود. دارا بودن یک پمپ روغن روانکاری بزرگتروروغن سردکن ***** مجزا از ویژگیهای این موتورمیباشد.

 

آپشن ها

 

• فلایویل ها وهاوزینگ ها

• بالانسر هارمونیگ نوع لانچستر

• موقعیت های مختلف برای نصب پروانه ، پمپ آب وروغن سردکن

• موقعیت مختلف نصب توربورشارژ

• دارای امکانات جذب قدرت فرعی با ظرفیت بالا

• کارترهای متفاوت

• کاورنر الکترونیکی برای کاربردهای دور سنکرون

• تعداد زیادی از تجهیزات فرعی

[Saman_88 8062]

مطالب اصلی:

 

 

میل بادامک چگونه کار می کند؟

میل بادامک از برجستگی هایی (به نام بادامک) استفاده می کند که هنگام چرخیدن،سوپاپ ها را می فشارد تا باز شوند،در حالی که فنرهای روی سوپاپها،آنها را به موقعیت بسته باز می گرداند.این یک کار حیاتی است،که می تواند تاثیرات بسزایی روی عملکرد موتور در سرعتهای مختلف داشته باشد.

 

می‌دانید که سوپاپ ها اجازه می دهند مخلوط هوا-سوخت به موتور وارد شود و همچنین دود خارج شود.میل بادامک از برجستگی هایی (به نام بادامک) استفاده می کند که هنگام چرخیدن،سوپاپ ها را می فشارد تا باز شوند،در حالی که فنرهای روی سوپاپها،آنها را به موقعیت بسته باز می گرداند.این یک کار حیاتی است،که می تواند تاثیرات بسزایی روی عملکرد موتور در سرعتهای مختلف داشته باشد.

 

● میل بادامک

در این مقاله،خواهید آموخت که میل بادامک چگونه عملکرد موتور را تحت تاثیر قرار می دهد.ما انیمیشن هایی داریم که نشان می دهند که چگونه موتور هایی با طرح بندی متفاوت،مثل تک میل بادامک و دو میل بادامک ،کار می کنند.سپس به سراغ راه هایی می رویم که بدان وسیله ماشین ها میل بادامک خود را به گونه ای تنظیم می کنند که بیشترین بازده را در سرعت های مختلف داشته باشد.

مهمترین قسمت هر میل بادامک بر جستگی های آن است.هنگامی که میل بادامک می چرخد،برجستگی ها متناسب با پیستون ها،سوپاپ ها را بالا و پایین می کنند.برای این منظور،رابطه مشخصی بین برجستگی بادامک ها و نحوه عملکرد موتور در سرعت های مختلف وجود دارد.

برای درک چنین موضوعی فرض کنید که موتور بسیار آهسته کار می کند-در ١٠الی ٢٠دور در دقیقه(RPM)-که به پیستون در طی کردن هر سیکل چند ثانیه وقت می دهد.البته واقعاً به کار انداختن ماشین در این سرعتی غیر ممکن است.در این سرعت کم،ما نیاز داریم که بادامک ها به گونه ای قرار گرفته باشند که:

 

۱) همین که پبستون در مرحله مکش شروع به پایین رفتن می کند نقطه مرده بالا(Top dead center,TDC)بایستی سوپاپ ورودی باز باشد.زمانی که پیستون به پایین می رسد،سوپاپ بایستی بسته شود.

 

۲) سوپاپ خروج بایستی در زمان نقطه مرده پایین(bottom dead center,BDC)که همان انتهای مرحله احتراق است،باز شوند و در زمانی که پیستون مرحله تخلیه را طی کرد،باید بسته شوند.این مرحله باید بسیار مرتب تا زمانی که موتور با این سرعت کار می کند،تکرار شود.اما چه اتفاقی می افتد زمانی که دور موتورافزایش می یابد؟خواهیم دید

زمانی که شما دور موتور را می افزایید،تنظیمات ١٠الی ٢٠rpm دیگر خوب کار نمی کند .اگر موتور در ۴٠٠٠ rpm باشد،سوپاپ ها در هر دقیقه ٢٠٠٠بار باز و بسته می شوند ویا ۳۳ بار در هر ثانیه.در این سرعت،پیستون خیلی سریع حرکت می کند وهمچنین مخلوط هوا-سوخت نیز به سرعت وارد سیلندر می شود،زمانی که سوپاپ ورودی باز می شود و پیستون مرحله مکش را آغاز می کند مخلوط هوا-سوخت شروع به شتاب گرفتن برای ورود به سیلندر می کند. زمانی کی پیستون به پایین مرحله مکش می رسد ،مخلوط هوا-سوخت با سرعت زیاد در حال حرکت است،اگر بخواهیم سوپاپ ورودی را به شدت ببندیم،تمامی هوا و سوخت متوقف می شود و وارد سیلندر نمی مشوند.اگر سوپاپ ورود برای لحظه ای بیشتر باز باشد،تکانه هوا-سوخت که با سرعت در جریان است,به فشار آوردن روی پیستون در ابتدای مرحله تراکم ادامه می دهد.پس هر چه سریع تر موتور حرکت کند،سریع تر مخلوط هوا-سوخت حرکت می کند و ما زمان بیشتری را لازم داریم تا سوپاپ ورودی باز بماند.همچنین می خواهیم که در سرعت های بالا تر سوپاپ پهن تر باز شود.این ویژگی که ترفیع سوپاپ نام دارد،با مشخصات برجستگی بادامک ها امکان پذیر است.

هر کدام از میل بادامک ها در یک دور موتور خاص خوب کار می کنند.در بقیه سرعت ها موتور با تمام قدرت خود کار نمی کند.به هر حال،یک "میل بادامک ثابت"همواره ارجح بوده است.به همین دلیل است که خودرو سازان برنامه هایی را برای تنوع دادن به پروفیل بادامک ها متناسب با سرعت ماشین در دست بررسی دارند.

میل بادامک ها در موتور های مختلف متنوعند.ما در مورد متعارف ترین انها صحبت خواهیم کرد.احتمالاً اصطلاحات زیر را شنیده اید:

 

▪ تک میل بادامک (ingle Overhead Cam (SOHC

▪ دو میل بادامک (ouble Overhead Cam(DOHC

▪ میل فشاری Pushrod

اجازه دهید با تک میل بادامک شروع کنیم.

 

▪ تک میل بادامک

در این چیدمان موتور دارای یک میل بادامک به ازای هر سرسیلندر است.پس اگر موتور مورد نظر یک موتور ۴ یا ۶ سیلندر تک خط باشد ،یک میل بادامک، و اگر V-۶ یا V-۸ باشد،٢ عدد خواهد داست.(یکی برای هر سرسیلندر)

بادامک ها بازوهایی را که به سوپاپ ها متصل است به کار می اندازند."فنر" ها سوپاپ ها را به وضعیت بسته اولیه باز می گردانند.این فنر ها بایستی بسیار قوی باشند زیرا در سرعت های بالا با سرعت بسیار زیاد به پایین فشرده خواهند شد و این فنرها هستند که باید بازوها را به بادامک چسبیده نگه دارند.اگر قدرت فنرها زیاد نبود،ممکن بود بازوی سوپاپها از بادامک جدا شود و در این صورت این وضعیت باعث فرسودگی مضاعف بازوها می شود.

 

▪ دومیل بادامک

موتورهای دومیل بادامک دارای دو میل بادامک به ازای هر سرسیلندر می باشند.پس موتور های یک خط دارای دو میل بادامک و موتورهای V-شکل دارای چهار میل بادامک می باشند ومعمولاًسیستم دو میل بادامک برای موتورهایی کاربرد دارد که دارای تعداد چهار یا بیشتر سوپاپ به ازای هر سیلندر می باشند.در واقع یک میل بادامک نمی تواند به اندازه کافی برجستگی روی خود جا دهد تا بتواند این تعداد سوپاپ را به کار بیندازد.

ایده اصلی استفاده از دومیل بادامک برای اینست که بتوان از سوپاپ های ورود و خروج بیشتری بهره جست.سوپاپ های بیشتر بدان معناست که گازهای ورودی و خروجی به دلیل وجود فضای بیشتر برای عبور،راحت تر جریان پیدا می کنند .این امر موجب افزایش قدرت موتور می شود.

▪ میل فشاری(Pushrod)

همانند موتورهای SOHC و DOHC ,در موتور های میل فشاری سوپاپ ها در سرسیلندر واقع شده اند.تفاوت اساسی اینست که میل بادامک ها به جای اینکه درسرسیلندر جاسازی شده باشند،در خودِ بلوک موتور جای دارند.

بادامک ها میله های بلندی را که از بلوک ِموتور تا سرسیلندر امتداد پیدا کرده اند و به منظور فشردن بازوهای سوپاپ ها استفاده می شوند را به حرکت در می آورند.این میله ها یک اضافه بار برای سیستم محسوب می شوند،که باعث افزودن نیروی مازاد بر نیاز به فنر سوپاپ ها می شوند.این مشکل باعث محدود شدن سرعت این گونه موتور ها می شود،موتورهایی که میل بادامک در سرسیلندر دارند،با حذف استفاده از میله های بلند،یکی از تکنولوژی هایی است که امکان ساخت موتور های پرسرعت را می دهند.

میل بادامک در موتور های میل فشاری معمولاً با یک چرخ دنده یا زنجیر کوچک به حرکت در می آیند.چرخ دنده ها معمولاً کمتر مستعد شکستگی می باشند.

 

● تنظیم سوپاپ متغیر

چندین روش جدید وجود دارد که میل بادامک ها قادرند برنامه زمانی ِ سوپاپ ها را تغییر دهند.سیستمی که بر روی تعدادی از موتور های Honda استفاده شده است Variable Valve Timed and lift Electronic Control,VTEC نام دارد. VTECیک سیستم مکانیکی-الکترونیکی است که به موتور اجازه می دهد که چندین میل بادامک داشته باشد.موتور های VTECیک بادامک مکش ِاضافه به همراه سوپاپ مخصوص آن دارند.پروفیل منحصر به فرد این بادامک ها موجب می شود که سوپاپ مکش ِ اضافه مدتِ بیشتری باز بماند.دردور موتورهای پایین،این بادامک به سوپاپی وصل نیست.اما در دورهای بالا یک پیستون،بازوی سوپاپ اضافه را به بادامک مربوطه قفل می کند.برخی اتومبیل ها از وسیله ای استفاده می کنند که زمان بندی سوپاپ را پیش می اندازد.این وسیله سوپاپها را طولانی تر باز نگه نمی دارد،بلکه در عوض،آن را دیرتر باز کرده و دیر تر می بندد.برای اینکار،میل بادامک را چند درجه جلو تر از حد معمول خود می چرخانیم.اگر سوپاپ مکش در حالت عادی ١٠درجه قبل از نقطه مرده بالا (TDC)باز شود ودر ١۹٠ درجه بعد از TDC بسته شود،کل مدت باز بودن سوپاپ ٢٠٠درجه است.زمان باز و بسته شدن سوپاپ ها را می توان با استفاده از مکانیزمی که میل بادامک را چند درجه ای به جلو می چرخاند، جابجا کرد. پس ممکن است سوپاپ ١٠ درجه بعد از TDCباز شود و ٢١٠درجه بعد از آن بسته شود.٢٠درجه دیرتر بسته شدن سوپاپ ها بسیار عالیست،ولی به هر حال ما بایستی سعی کنیم که مدت زمانی که سوپاپ مکش باز است را افزایش دهیم.

Ferrari یک ایده واقعاً زیبا را برای این کار در اختیار دارد.میل بادامک در بعضی از ماشین های Ferrari به صورت پروفیل سه بعدی برش داده شد اند که برجستگی بادامک در طول میل بادامک تغییر می کند.برجستگی بادامک در یک سمت بزرگتر از سمت دیگر آن است که شیب ملایمی این دو پروفیل را به هم متصل کرده است.یک مکانیزم می تواند کل میل بادامک را در امتداد محور خود جابجا کند تا اینکه بازوی سوپاپ با بخش های مختلف بادامک در تماس باشد.این میل بادامک هنوز هم مانند میل بادامک های عادی می چرخد ولی اگر آنرا به آرامی در امتداد محور متناسب با سرعت و بار خودرو جابجا کنیم،می توانیم زمان بندی سوپاپ را بهینه کنیم.

بسیاری از کارخانجات تولیدی ِ خودرو در حال انجام تحقیقات بر روی سیستم هایی هستند که بتوان تحت آنها به تغیّر نامحدود در زمان بندی سوپاپ ها دست یافت.برای مثال، تصور کنید که سوپاپ ها یک سیملوله به دور خود دارد که می تواند به جای استفاده از میل بادامک، توسط کامپیوتر اداره شود.با این سیستم،شما قادر به دریافت بیشترین بازده از موتور در هر دور موتوریخواهید بود.وسیله ای که می تواند چشم انداز آینده باشد.

 

 

فرایند ریخته‌گری تبریدی و کاربرد آن در تولید میل سوپاپ خودرو

روش ریخته‌گری تبریدی1 در مورد تولید قطعات ریختگی نیازمند به عملیات حرارتی بعدی برای سختکاری سطحی، بسیار مناسب است. با انجام این روش، سختی مورد نیاز قطعه (نظیر میل سوپاپ) در حین فرایند ریخته‌گری توسط مبردگذاری در قالب، حاصل می‌شود. بنابراین، قطعات تولید شده با این روش، نیازی به عملیات سختکاری بعدی (نظیر سختکاری القایی یا شعله‌ای) ندارند. انجام این فرایند، از معضلات ناشی از عملیات حرارتی نظیر ترک و عملیات تابگیری بعد از سختکاری، کاسته و در نهایت به کاهش هزینه و افزایش سرعت تولید می‌انجامد.

در این مقاله، سعی شده است تا ضمن معرفی این فرایند، مجموعه فعالیت‌های آزمایشی جایگزین‌سازی تولید قطعه میل سوپاپ خودرو پژو405، با استفاده از ریخته‌گری تبریدی، معرفی و ارزیابی شود.

 

 

 

برای افزایش خواص مقاومت قطعه در برابر سایش و حفره‌دار شدن چدن‌ها، 4 روش وجود دارد که عبارتند از:

 

1. آبکاری با کرم یا نیکل و یا نیتروره کردن

2. پاشش فلز Mo به سطح فلز

3. سختکاری القایی یا شعله‌ای

4. ریخته‌گری تبریدی با استفاده از مبرد در قالب

دو روش اول، هزینه بالایی دارند و روش سوم نمی‌تواند مقاومت کافی در برابر سایش ایجاد کند، اما روش ریخته‌گری تبریدی، بهتر و در عمل آسانتر بوده و به طور قابل ملاحظه‌ای می‌تواند مقاومت سایشی قطعات را بهبود بخشد. از این روش، به طوری گسترده برای قطعاتی استفاده می‌شود که دارای چند ویژگی هستند. در صنعت خودرو، قطعاتی نظیر: میل سوپاپ، استکان تایپیت و... با همین روش تولید می‌شوند.

چدن مورد استفاده در این روش، نوعی چدن خاکستری است که از قابلیت سختی‌پذیری برخوردار است. عناصری نظیر: کرم، نیکل، مولیبدن و غیره در مقادیر کم، می‌توانند قابلیت سختی‌پذیری قطعه را افزایش دهند.

زمانی که سطوح معینی از یک قطعه دارای جنس چدن خاکستری، از حالت مذاب با سرعت انجماد زیاد سرد می‌شود، چدن سفیدی که در ناحیه سطح به وجود می‌آید، اصطلاحاً چدن تبریدی نامیده می‌شود. یک قطعه ریختگی تبریدی با تنظیم ترکیب کربن چدن سفید، تولید می‌شود به‌گونه‌ای با سرد کردن نرمال قطعه، چدن سفید در سطح قطعه و چدن خاکستری در زیر سطح آن تشکیل می‌شود.

با افزایش میزان کربن، عمیق لایه چیل کاهش یافته و سختی ناحیه چیل افزایش می‌یابد. از کرم در مقادیر کم، برای کنترل عمق لایه چیل استفاده می‌شود. از کرم به دلیل تشکیل کاربیدهای کرم، در محدوده 1 تا 4 درصد برای افزایش سختی و بهبود مقاومت سایشی، استفاده می‌شود. این عنصر، باعث پایداری کاربید و تشکیل گرافیت در مقاطع ضخیم‌تر می‌شود.

شکل 1: تصویر چند میل سوپاپ خودرو که به روش چدن تبریدی تولید شده‌اند

 

 

سرد کردن سریع، از تشکیل گرافیت و پرلیت جلوگیری می‌کند. اگر عناصری نظیر نیکل، کرم یا مولیبدن اضافه شوند، بیشتر آستنیت، بجای پرلیت به مارتنزیت تبدیل خواهد شد. سختی چدن تبریدی به‌طور کلی ناشی از تشکیل مارتنزیت است.

از چدن تبریدی، برای ساخت چرخ‌های ماشین ریلی غلتک های آسیاب، کفشک‌ها و قالب‌های پرسکاری و بسیاری از قطعات ماشین‌های سنگین، استفاده می‌شود.

 

مقایسه مواد و فرایند تولید میل بادامک موتورهای XU7 و TU5

بیشتر میل بادامک‌های مورد استفاده در صنعت خودرو، چدنی هستند. این قطعات، به دو روش تولید می‌شوند:

 

1. میل سوپاپ (خاکستری یا نشکن) به صورت عادی ریخته‌گری شده و پس از ماشینکاری اولیه، بادامک‌های آن با سیستم سختکاری القایی سخت می‌شود.

 

2. ریخته‌گری تبریدی که یکی از روش‌های متداول برای تولید میل سوپاپ خودروهای مختلف در جهان است. در این روش، بادامک‌های میل سوپاپ توسط مبردهای موجود در قالب، به هنگام عملیات ریخته‌گری چدن، سفید و سخت شده و بقیه نواحی آن نظیر ساق و مرکز قطعه، خاکستری می‌شود.

میل سوپاپ پژو با شماره فنی 9624050580 در موتور انژکتوری خودروهای پژو، سمند و پارس مورد استفاده قرار می‌گیرد. در حال حاضر، این قطعه ابتدا ریخته‌گری شده، سپس بادامک‌های آن با فرایند عملیات حرارتی Induction سخت می‌شوند. ناگفته نماند که برای اکثر این قطعات، عملیات تابگیری با هدف رفع تاب‌خوردگی حاصل از عملیات حرارتی، انجام می‌شود. این قطعه، از جنس چدن داکتیل GSC مطابق با استاندارد B511110 بوده و ترکیب شیمیایی آن در جدول 1 ارائه شده است.

با توجه به نقشه این قطعه، سختی بادامک‌ها بعد از عملیات حرارتی Induction، حداقل باید 50 راکول C و سختی زمینه و یاتاقان‌ها، در محدوده 241 تا 285 برینل بوده و ساختار نواحی سخت نشده باید حداقل 90 درصد پرلیت و میزان کاربیدهای آزاد آن باید زیر 2 باشد.

 

با تغییر فرایند تولید میل بادامک از ریخته‌گری چدن داکتیل به ریخته‌گری تبریدی:

 

1. هزینه ریخته‌گری و حساسیت‌های ریخته‌گری داکتیل کاهش می‌یابد

2. عملیات حرارتی سختکاری و معضلات ناشی از آن نظیر ترک حذف می‌شود

3. عملیات تابگیری حذف می‌شود

4. هزینه‌ها کاهش و سرعت تولید افزایش می‌یابد

 

گفتنی است که میل سوپاپ پیکان و نیز میل سوپاپ موتور پژو206 (TU5) نیز به روش ریخته‌گری تبریدی، تولید می‌شوند.

با توجه به بررسی‌های صورت گرفته، مشخص شد که خواص مکانیکی و شرایط مطلوب میل سوپاپ‌های پژو206 تقریباً مشابه میل سوپاپ پژو405 است. لذا گرید میل سوپاپ پژو206 یعنی چدن تبریدی GLA1، انتخاب شد. ترکیب شیمیایی این ماده در جدول 2 ارائه شده است.

میل بادامک تولید شده توسط ریخته‌گری تبریدی نیز باید دارای سختی حداقل 50 راکول C در قسمت بادامک و در نواحی سخت نشده، ساختار پرلیتی با گرافیت نوع A و کاربید آن زیر 2 باشد.

(باعرض پوزش فعلاً قادر به قرار دادن جدول در وبلاگ نیستم ، زیاد هم مهم نیست)

 

مزایای قابل پیش‌بینی این روش

 

1. ارزان‌تر شدن قطعات تولیدی در مقایسه با فرایند جاری، به دلیل حذف فرایندهای عملیات حرارتی و عملیات تابگیری

2. کاهش میزان ضایعات قطعات

به دلیل عملیات حرارتی سختکاری القایی در بعضی قطعات، ترک هایی ریز در نوک بادامک‌ها به وجود می‌آید که باعث ضایع شدن قطعات و افزایش برگشتی می‌شود.

3. افزایش سرعت تولید

با حذف فرایندهای عملیات حرارتی و تابگیری، سرعت تولید افزایش می‌یابد.

4. کنترل عمق چیل و سختی مطلوب قطعات در روش ریخته‌گری تبریدی به مراتب آسان‌تر از روش عملیات حرارتی القایی است.

[Saman_88 8062]

خواص مکانیکی مواد

 

 

خواص مکانیکی شامل سختی، استحکام، مدول الاستیسیته و چقرمگی شکست، رفتار خستگی و خزشی خواصی هستند که تعیین کنندهٔ رفتار مواد در برابر نیروهای وارده هستند.

این خواص پیش از آنکه یک قطعه مورد استفاده قرار گیرد، بایستی به طور کامل بررسی شوند. چنانچه قطعه مورد نظر در جایی بکار رود که تحت تنش‌های مکانیکی باشد، به ترتیب در تنش‌های دورهای و در درجه حرارت‌های بالا در دو مورد اخیر، مورد بررسی قرار می‌گیرند. پس از بررسی خواص مکانیکی قطعه از طریق انجام آزمایشات مربوطه و بدست‌آمدن نتایج، مناسب بودن قطعه برای کاربرد مورد نظر مشخص می‌گردد. چنانچه خواص مکانیکی قطعه‌ای با شکل و ترکیب مشخص مطابق با مقادیر مطلوب نباشد، به کمک تغییر در ترکیب ماده و به روشهای مختلفی مانند مکانیزم‌های استحکام‌دهی می‌توان به مقدار مطلوب دست پیدا نمود.

 

 

 

 

بادامک به جزئی از ماشین گفته می­شود که جزء دیگری از آن ماشین را که پیرو نامیده می­شود با تماس مستقیم تحت شرایط تعیین کننده­ای به حرکت در می­آورد. عضو راننده را بادامک و عضو رانده را پیرو می­نامیم. بادامک می­تواند دارای حرکت­های دورانی، انتقالی یا نوسانی بوده، و یا حتی ثابت باشد. پیرو نیز به نوبه خود می­تواند دارای حرکت دورانی و یا انتقالی باشد.

قابلیت تغییر بادامک بر این اساس است که با تغییر شکل منحنی بادامک تغییری در مشخصه­ی حرکت پیرو ایجاد می­شود. به­همین علت تعداد حرکت-های قابل استفاده پیرو به تنوع و دقت مهندس طراحی بستگی دارد. بادامک­هایی را ممکن است طرح کرد که هر حرکتی به پیروش بدهد ولی ممکن است در بعضی از سرعت-های حدی ایجاد شده، شتاب حرکت خیلی زیاد باشد که نتیجه این شتاب­های حدی، تنش زیاد ارتعاش سیستم است طراح چنین بدامک و پیرو، حتماً باید متوجه این مؤلفه­های شتاب و خواص ماده­ای که بادامک و پیرو از آن ساخته می­شود، باشد تا در مقابل تنش­های شدید و خستگی ناشی از ارتعاش، مقاومت کافی موجود باشد و گرنه فرسایش نسبی افزایش و عمر مکانیزم کاهش خواهد یافت.

[TABLE=width: 500]

[TR]

[TD]

بادامک ها

[/TD]

[TD]

مکانیزم­ ­های میله ای

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD]

به سادگی برای تعداد زیادی از حرکت­های ورودی و خروجی طرح می شوند.

می­توانند کوچک و جمع و جور طراحی شوند.

ارزانتر طراحی می­شوند.

پاسخ دینامیکی به دقت ساخت منحنی بادامک بستگی دارد.

[/TD]

[TD=width: 295]

تعداد محدودی از نیازهای ورودی و خروجی را ارضا می­کنند.

جای بیشتری می­گیرند.

گرانتر طراحی می­شوند.

عدم دقت در ساخت اثر کمی روی خروجی دارد.

[/TD]

[/TR]

[/TABLE]

مقایسه بادامک ها و مکانیزم های میله ای

◄ انواع پیروه:

پیروها را می­توان بر اساس شکل ظاهری آنها، انواع حرکتها انجام شده توسط آنها، و بالاخره موقعیت­های واقعی خط حرکتشان دسته بندی نمود.

شکلهای 1 و 2 و 3 ، نشان دهنده پیروهای تیغه­ای، غلتان و تخت می­باشند پیرو تیغه­ای دارای ساختمان بسیار ساده­ای می­باشد. ولی به خاطر نرخ سایش بسیار زیاد موجود در نقطه تماس، کاربرد زیادی ندارد.

 

 

 

پیرو غلتان نشان داده شده در شکل 2 گونه عملی تری از پیرو تیغه­ای نشان داده شده در شکل 3 می­باشد.عمل غلتیدن این نوع پیروها در سرعت­های کم، غلتش خالص می­باشد. ولی هر چه که سرعت افزایش پیدا عمل غلتش خالص، تبدیل به ترکیبی از اعمال غلتشی و لغزشی می­گردد. پیروهای غلتان زمانی بادامک دچار یک خیز ناگهانی و زیاد گردد، ایجاد اشکال می­نماید. زیرا در چنین وضعیتی پیرو غلتان، بادامک خود را فشرده می­کند.

پیرو تخت نشان داده شده در شکل 1 را می­توان بهینه­ترین نوع پیروها نامید. این نوع پیروها زمانیکه بادامک دچار یک خیز ناگهانی و زیاد می­گرردد، بادامک را فشرده نمی­کنند.

پیرو تخت نشان داده شده در شکل 1 در ازای خیز بوجود آمده، باعث تنش­های سطحی و سایش زیاد، مخصوصاً با توجه به­میزان تغییر مکان و نامیزانی موجود می­گردد که بدین علت، عموماً از پیروهای تخت نشان داده شده در شکل1 استفاده می­گردد.

 

◄ حرکت­های متداول پیرو:

اولین اقدام در طرح منحنی یک بادامک، رسم دیاگرام تغییر مکان است. لازم است تغییر مکان پیرو به­صورت تابعی از زاویه دوران بادامک تعیین گردد. این تابع ممکن است شکل خاصی داشته باشد یا امکان دارد غیرمشخص باشد. پروفیل یک بادامک معمولاً به­کمک منحنی جابجایی پیرو آن یک­سری پارامترهای مربوط به مکانیزم مورد نظر رسم می­شود. برای اینکه پیرو با حرکتی که از بادامک می­گیرد، کار مورد انتظار را انجام دهد از منحنی­های مختلفی برای دیاگرام جابجایی آن استفاده می­شود. چند نوع از حرکت­های متداول پیرو عبارتند از:

 

● حرکت با شتاب ثابت

● حرکت با سرعت ترمیم شده

● حرکت نوسانی ساده(هارمونیک)

● حرکت سیکلوئیدی

 

انواع دیگر حرکت­های پیرو عبارتند از: حرکت بیضوی، منحنی­های چند جمله­ای از درجه پنج، حرکت درجه هشت و...

پس از آنکه منحنی جابجایی پیرو مشخص گردید، می­بایست پروفیل بادامک مربوطه را که قرار است منحنی مزبور را تامین نماید، طراحی نمود.

 

◄ انواع بادامک­ها:

بعضی از انواع متداول بادامک­ها عبارتند از:

 

1. بادامک­های دیسکی

 

2. بادامک­های انتقالی

 

3. بادامک­های استوانه­ای

 

بادامک­های دیسکی معمولاً با سرعت ثابت دوران می­کنند و مسائل فنی زیادی را می­توان با بادامک­های دیسکی حل و بحث کرد و از نظر ساخت ساده­ترین نوع بادامک­ها بوده و در عین حال موارد استفاده زیادی دارند.

 

بادامک­ها را می­توان به سه نوع مختلف دسته بندی نمود:

 

1. براساس شکل ظاهری آنها

 

2. براساس نمودار حرکت پیرو آنها

 

3. براساس نوع قیود موجود در پیروی آنها

 

بادامک­ها را از روی شکل ظاهریشان نیز می­توان دسته بندی کرد. شکل یک بادامک می­تواند به­صورت­های: گوه­ای، استوانه­ای، مارپیچ، مخروطی، کروی، گوی سان، شعاعی، مزدوج، و یا سه بعدی باشد.

بادامک می­تواند دارای هر یک از حرکت­های دورانی و یا انتقالی باشد. بادامک­های گوه­ای شامل پیرو انتقالی و نوسانی می­باشند. طراحی بادامک گوه­ای بسیار ساده است. پیرو چنین بادامک­هایی می­بایست به­طور دائم، با بادامک در تماس باشد، که این عمل را می­توان به-وسیله یک فنر پیش بار گذاری شده، یا ایجاد حرکت مثبت درون شیاری برای پیرو مهیا نمود.

در بادامک­های شعاعی یا دیسکی، پیرو دارای حرکت شعاعی از مرکز دوران بادامک است. پیروها به­وسیله فنرهای پیش گذاری شده با بادامک­هایش در تماس می­باشند. بادامک های صفحه ای یا دیسکی بخاطر سادگی و حجم کم بسیار متداول می­باشند. بادامک مزدوج دارای یک زوج بادامک دیسکی می­باشد که به­طور پیوسته با یک پیرو در تماس می­باشند. بادامک­های مزدوج زمانی مورد استفاده قرار می­گیرند که هدف داشتن:

 

1. سرعت­های بالا،

 

2. بارهای دینامیکی زیاد،

 

3. سر و صدای کم،

 

4. سایش کم،

 

5. و بالاخره قابلیت کنترل بالای پیرو باشد.

 

بادامک مارپیچ وار، گونه­ای از بادامک تخت با شیار مارپیچ می­باشد که قادر به کنترل حرکت نوسانی و یا انتقالی پیرو نظیرش می­باشد. کاربرد این نوع بادامک، بخاطر آن که بادامک می­بایست دورانی در خلاف جهت حرکتش ­برای قرار دادن پیرو در موقعیت اولیه­اش داشته باشد، محدود می­باشد.

بادامک گوی­سان یا بشکه­ای حرکت پیرو توسط شیار محیطی بریده شده بر روی سطح بادامک ایجاد می­گردد.به­طور کلی دو نوع بادامک گوی­سان (بشکه­ای) وجود دارد، که هر نوع توسط سطح بادامک مشخص می­شود.سطوح مورد نظر می­توانند محدب یا مقعر باشند. بادامک گوی­سان زمانی مورد استفاده قرار می­گیرد که زاویه نوسان پیرو زیاد باشد. بخاطر شیار موجود روی سطح بادامک، کاربرد این نوع بادامک­ها تنها محدود به سرعت­های ملایم می­باشند.

بادامک بشکه­ای، را اغلب بادامک استوانه­ای نیز می­نامند. این نوع بادامک دارای شیار محیطی بریده شده در روی استوانه می­باشد(بادامک حول محور استوانه دوران می­نماید). به­طور کلی دو نوع بادامک بشکه­ای داریم. نوع بادامک توسط نحوه­ای که حرکت به پیرو منتقل می­گردد، تعیین می­گردد. بادامک استوانه­ای شیاری، این نوع بادامک قادر به پذیرفتن حرکت مثبت می­باشد. پیرو این بادامک­ها دارای یک فنر پیش­بار گذاری شده است.

بادامک مخروطی: پیرو این نوع بادامک­ها، مختصری در امتداد خط مولد مخروط حرکت می­کند. بادامک­های مخروطی بخاطر داشتن هزینه زیاد ساخت، استعمال زیادی ندارد.

بادامک کروی، این بادامک از یک سطح کروی که حرکت را به پیرو نظیرش انتقال می­دهد تشکیل شده است.پیرو حول محوری که عمود بر دوران بادامک می­باشد، نوسان می­کند. بادامک­های کروی نیز همانند بادامک­های مخروطی بخاطر داشتن هزینه زیاد ساخت، کمتر مورد استفاده قرار می­گیرند.

فایده استفاده از بادامک کروی نسبت به بادامک دیسکی در این است که در بادامک­های کروی، امکان بدست آوردن حرکت نوسانی، حول محوری که با محور دوران بادامک موازی نباشد نیز وجود دارد.

 

 

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام