Quel est lavantage des composants internes forgés dans un moteur? Pistons, etc

Le forgeage est un processus où le métal chaud de forme brute est alors très fortement écrasé par des matrices de forme exacte, comprimant sévèrement les molécules de métal ou dalliage. Il existe des tensions internes créées au sein de la structure, qui résistent finalement aux contraintes de pure et de tension en ayant une réserve de «forces» contrebalancées en raison de la myriade de minuscules nœuds de contrainte créés par forge à lintérieur. Les matrices ne sont pas nécessaires pour le forgeage, car tout forgeron ou forgeron crée des contraintes similaires en battant du métal chaud avec un marteau pendant quil refroidit. Cependant, si la pièce (ou lépée) est réchauffée à nouveau, une grande partie du gain peut être perdue lorsque les molécules relâchent leurs positions étroites.

Il y a aussi une trempe, qui prend une partie métallique qui est très proche un point eutectique (changement de phase) et le refroidir soudainement dans un bain dhuile ou deau, peut-être même du gaz liquéfié. Cela crée des propriétés de résistance similaires, mais ne doit pas être considéré comme un forgeage car le gain est peu profond et ne sétend généralement pas à travers la pièce. Ceci est typiquement suivi dun «recuit», qui est un processus de chauffage et de refroidissement lent très contrôlé qui soulage CERTAINES des contraintes de surface qui pourraient conduire à des fissures ou des éclats. Si la pièce est de taille irrégulière (comme une bielle avec une grande extrémité et une petite extrémité), le processus de trempe est également susceptible de provoquer une déformation qui doit être retirée, généralement mécaniquement par pliage. Je ne suis pas au courant que cela soit beaucoup utilisé pour les pièces de moteur.

La plupart de la production de masse de pièces de moteur se fait par moulage, ce qui est différent du forgeage en ce que le métal en fusion est « simplement » versé dans un moule proche de la forme et laissé refroidir. Les molécules de lalliage sont autorisées à se déplacer selon les besoins et la pièce a peu de contraintes internes. Il sagit dun processus moins coûteux que le forgeage, car les moules sont beaucoup moins chers à fabriquer que le forgeage meurt – ainsi que de nombreuses autres raisons. Les pièces forgées commencent souvent comme des pièces moulées. Dans les applications à haute puissance et dans dautres cas où le régime et / ou la pression des cylindres (BMEP) sont très élevés, le coût supplémentaire des pièces forgées en vaut la peine.

BMW, Porsche, Corvette, Ferrari, etc. utiliseront des pièces forgées où le coût est moins préoccupant que les performances et la perception. Un autre avantage cruel est que les pièces peuvent être forgées avec moins de matériau pour un poids inférieur , tout en étant encore plus fort quune coulée de pommes à oranges. Cest ÉNORME dans quelque chose comme une bielle (pl us un piston), où la plupart des défaillances ne sont PAS dues à la compression de la poussée, mais aux contraintes de tension, à la fatigue due au changement de direction après le point mort haut. Chaque assemblage à mouvement alternatif entier peut ne peser que quelques kilos, mais imaginez le stress si vous deviez le jeter et le renvoyer instantanément – 15000 fois par minute, 250 fois par SECONDE sur un vélo dun litre ou un moteur F1 moderne. Cest pourquoi les moteurs à compression élevée, à régime élevé et à suralimentation élevée utilisent des composants internes forgés … pas tant à cause de la pression, mais à cause des forces de tension plus élevées créées par des pièces moulées plus lourdes – des forces qui sont (je pense que je me souviens) CUBÉ par rapport au régime et au carré par rapport au poids. [ce souvenir nest peut-être pas exact] … Aller plus loin dans la réduction de poids suggère des matériaux comme le titane ou les composites de carbone-métal à nanoparticules exotiques yadayada, qui vont bien au-delà de répondre à votre question ou à mon portefeuille.

Les processus nécessitent un usinage exact pour obtenir les dimensions exactes appropriées pour le montage des roulements et les filetages pour lassemblage.

La métallurgie est incroyablement intéressante. Il y a 6000 ans, les artisans fabriquaient des épées qui nont pas encore été entièrement recréées à ce jour. Malgré des gains incroyables dans la technologie de travail des alliages et des métaux, je ressens toujours la seule énorme différence entre lart de lalchimie et la science de la métallurgie, cest que la métallurgie fonctionne réellement!

Jadorerais un ensemble de Manly forgé ou Crower rods pour mon projet Saabaru EJ205, mais 1000 $ – 1400 $ est probablement 4 ou 5 fois le coût des pièces de stock parfaitement réparables pour un véhicule de série. Je nai même pas mentionné le coût dun vilebrequin forgé. Et puis il y a ces choses de piston … [soupir]

Commentaires

• Merci pour lexcellente expérience sur le forgeage et lexplication de certains des avantages des internes forgés.Lorsque vous comparez le coût au stock, dites-vous essentiellement quun nouveau bloc court de stock coûterait à lui seul 1 800 $ et remplacerait presque toutes les pannes catastrophiques que les pistons / tiges / manivelles forgés pourraient différer? Exemple, si une tige tombe en panne à haut régime et imprègne le bloc.
• Je ne sais pas exactement ce que vous demandez. Un ensemble complet de pistons forgés (pistons, manivelle, tiges) coûtera probablement plus de 3500 $ sur un boxer 4 cylindres que je ' que je connais. Vous pouvez acheter un " bloc court " entier, qui comprend toutes ces pièces (moulages) plus le bloc et quelques autres bits, OEM dusine brillant tout neuf, pour probablement 1800 $. Il y avait quelques versions Sti Subaru impreza que le 2.5L était livré avec des tiges forgées de lusine, mais en général, les voitures de production obtiennent des pièces moulées.
• Cela ' Cest exactement la comparaison que je recherchais. Je ' m spéculer ici, mais jai le sentiment que des pistons forgés (pour une forte poussée) et / ou des tiges forgées (pour un régime élevé) ne sont pas ' t vaut le coup en termes de dollars par performance. Lorsque le moteur interne en fonte jette une tige et perce le bloc, un deuxième bloc + pistons & bielles + manivelle est toujours inférieur au coût avant forgé internes. On dirait que pour le joe moyen, les dollars pourraient être dépensés pour dautres changements de performances, à moins que le régime extrêmement élevé + le boost élevé ne soit autrement important.
• Oui. très grosso modo, si votre moteur dorigine est une conception saine, disons 200 ch, vous pouvez probablement faire fonctionner des pièces moulées à 300-350 ch. Ajoutez des pièces forgées et jouez dans la gamme 400 + ch. Mais aujourdhui, les tuners de ' obtiennent 750 ch dune Subaru 2.5 … ce qui exige que tout soit parfait et équilibré, et le coût astronomique de la construction dune telle bête est répété tous les 5000 à 10000 miles,

Un peu dexpérience du monde turbo dodge (84-93 2,2 / 2,5l moteurs turbo)

Il y avait des bielles moulées et forgées. On disait que le casting contenait environ 200 ch, alors que le forgé contiendrait environ 400 ch sans problème.

Il y avait des manivelles moulées et forgées, mais je ne me souviens pas davoir entendu parler de problèmes de manivelle.

Les moteurs étaient tous équipés de pistons moulés. Si vous aviez une forte poussée et une détonation, vous pourriez facilement casser un anneau datterrissage. Les pistons forgés pourraient résister à un peu plus dabus.

Les pièces moulées sont plus susceptibles davoir des défauts de fabrication que les pièces forgées ou, en dautres termes, il y a plus de variables de processus dans la coulée. Les pièces moulées sont plus susceptibles davoir des grains grossiers quune pièce forgée ; Cela peut être corrigé avec un traitement thermique supplémentaire (homogénéisation + normalisation) mais cela coûte de largent. Certaines pièces moulées peuvent nécessiter une restauration du carbone, également plus dargent. Pendant des décennies, de nombreuses pièces ont été fabriquées avec du métal en poudre et frittées, certaines contiennent un peu de cuivre et peut-être un autre alliage (je ne suis pas familier avec ce processus). En tant que vieillard, jai du mal à comprendre les arbres à cames, pistons et tiges en poudre, mais la plupart des fabricants les utilisent. Les pièces forgées ne sont pas sans problèmes; le flux de grains doit être correctement orienté par rapport à lorientation de la contrainte. Certaines pièces complexes ne peuvent raisonnablement pas être fabriquées par forgeage. Donc, cela dépend du composant et de son coût pour savoir lequel est le meilleur.