Geschmiedete versus gegossene Kolben: Was ist der Unterschied?

Wir werfen einen Blick auf den Unterschied zwischen geschmiedeten und gegossenen Kolben und warum Schmiedeteile stärker und zuverlässiger sind.

Starke und zuverlässige Motorteile können für Rennfahrer, Fahrer, Fahrer und Mechaniker mehr bewirken, als einige von uns erkennen. Aus eigener Erfahrung als Dirtbike-Fahrer und Rennfahrer erlitt ich 1991 einen schweren Unfall, als mein Motorradkolben bei einem Dreisprung versagte und mich über den Lenker zwang, was zu zwei gebrochenen Armen, vier Operationen und dem Ende führte von meinem professionellen Renntraum. Nach dieser augenöffnenden Erfahrung begann ich, mich über die Herkunft der in meinem Fahrrad verwendeten Teile zu informieren. Ich begann mit den Unterschieden zwischen geschmiedeten und gegossenen Metallprozessen, einschließlich ihrer Vor- und Nachteile. Unabhängig von den Gründen für die von uns ausgewählten Teile sollten wir alle etwas mehr über ihre Entwicklung wissen, bevor wir ein Bein über ein Motorrad werfen oder uns ans Steuer eines Rennwagens setzen.

Die Lebensdauer eines JE-Kolbens beginnt mit einer Stange aus Aluminium, wird geschmiedet und endet als vollständig bearbeiteter Kolben.

Die meisten von uns haben die Begriffe „Gießen“ und „Schmieden“ in Bezug auf das Fundament von Kolben und Motorkomponenten gehört, ohne darüber nachzudenken, was die beiden Metallprozesse trennt. Schmieden ist die kontrollierte Verformung von Metall in eine bestimmte Form durch umfassende Kraft, ein Prozess, der sich aus der Schmiedekunst entwickelt hat. Gießen gießt flüssiges Metall in eine Form. Die Hauptunterschiede zwischen den beiden umfassen Festigkeit, strukturelle Integrität und Beständigkeit gegen Stöße und Ermüdung.

Kornfluss

Ein wesentlicher Unterschied des Schmiedeprozesses ist die Herstellung einer gerichteten Ausrichtung, besser bekannt als Kornfluss. Ein korrekter Kornfluss ermöglicht das nahezu Fehlen von strukturellen Defekten oder Hohlräumen, die im Gießprozess üblich sind. Wenn Metall geschmiedet wird, wird die Molekülstruktur der Legierung gezwungen, sich gerichtet auszurichten, was dem Teil gleichmäßigere Festigkeitseigenschaften verleiht. Im Gießprozess können sich die Legierungsmoleküle frei absetzen, wo sie wollen, wodurch eine zufällige Kornstruktur entsteht und das Potenzial für Schwachstellen eröffnet wird.

Einige JE-Kolbenschmiedeteile mögen einfach aussehen, aber die Kornstruktur des Aluminiums wurde ausgerichtet, wodurch im Vergleich zu Gussteilen viel mehr Festigkeit entsteht.

Eine einfache Analogie hilft, die Unterschiede auf einer grundlegenden Ebene weiter zu erklären: vergleichen Sie den Schmiedeprozess mit der Herstellung eines Tisches aus massiver Eiche. Das material ist in seiner wahrsten form, beibehaltung ist original ausgerichtet struktur, so dass es sehr stark. Vergleichen Sie nun den Gießprozess mit OSB (Oriented Strand Board), einer Mischung aus Holzpartikeln, die in einer unoriginellen Form zusammengedrückt werden, wodurch sie biegsam werden, aber viel von den ursprünglichen Festigkeitseigenschaften des Holzes verlieren.

( Links) Die Kornstruktur in Eiche ist gut ausgerichtet, wodurch Festigkeit entsteht. Vergleichen Sie dies mit geschmiedetem Aluminium. (Rechts) Die Kornstruktur in OSB (Oriented Strand Board) ist zufällig, wodurch gefährdete Bereiche entstehen. Vergleichen Sie dies mit einer Gusslegierung.

Die lange Geschichte des Schmiedens

Der antike Ursprung (bereits 4000 v. Chr.) des Schmiedeprozesses begann im Waffendesign. Lange vor der Entwicklung von Motoren verwendeten Krieger Bronze und Schmiedeeisen, um Waffen herzustellen.

Das Schmieden von Metall stammt aus der Zeit, als Schmiede Waffen und andere Gegenstände von Hand schmiedeten.

Geschmiedete Metallwaffen begannen mit einem Metallblock, der auf eine bestimmte Temperatur erhitzt und dann gehämmert, gestanzt oder auf andere Weise in die gewünschte Form gebracht wurde.

Im Gegensatz zur Antike ist das moderne Schmieden sehr spezifisch. JE Pistons nutzt seine hauseigene ISO 9000-zertifizierte Schmiedeanlage, die mit drei mechanischen Schmiedepressen und zwei isothermen Hydraulikpressen sowie einer Wärmebehandlungsanlage für die Luft- und Raumfahrt ausgestattet ist, um den gesamten Prozess abzuschließen. Derzeit sind sie einer der wenigen Aftermarket-Kolbenhersteller in den USA mit diesem Vorteil.

Schmiedepressen: Mechanisch und Isothermhydraulisch

Die Hauptunterschiede zwischen der isothermhydraulischen Presse und der mechanischen Presse sind anwendungsspezifische Vorteile. Das Hauptmerkmal der mechanischen Presse ist eine hohe Produktionsrate. Die Kraft und die Geschwindigkeit werden durch die Stößelposition bestimmt, wobei die volle Nennkraft nur verfügbar ist, wenn sich der Stößel im unteren Totpunkt befindet. Wenn Kolben über eine mechanische Presse geschmiedet werden, muss die Temperatur sowohl der Matrize als auch des Pucks während des gesamten Prozesses konstant und kontrolliert bleiben.

Die mechanische Schmiedepresse ist mit zwei Personen besetzt, um sicherzustellen, dass die Temperatur während des Schmiedens der Kolben konstant bleibt.

Ein Hauptunterschied bei der isothermen hydraulischen Presse ist die Verwendung von numerischen Computersteuerungen (CNC). Computergesteuerte Funktionen ermöglichen es der Presse, die volle Nennkraft über den gesamten Hub des Stößels zur Verfügung zu haben. Zusätzliche Funktionen ermöglichen die Einstellung und Steuerung von Kraft und Geschwindigkeit des Stößels während des gesamten Schmiedeprozesses sowie die Überwachung der Temperaturen zur einfacheren Konsistenzkontrolle. Diese Schmiedemethode ist weit entfernt von den alten Prozessen des Erhitzens und Hämmerns von Metall, aber das Konzept bleibt gleich.

Die isotherme hydraulische Presse wird CNC gesteuert und gibt genaue Steuerung über Kraft und Temperatur.

Nachschmiedeprozesse

Schmiedekolben zwingen das Material, um das Schmiedegesenk zu fließen und sich zu formen, wodurch die Grundform und Struktur der Kolben entsteht. Nach dem Schmieden, Die Kolben erfordern eine gute Menge an Bearbeitungen, einschließlich Ventilentlastungen, Röcke, Ringstege, Stiftbohrungen, und andere Unterkronenmerkmale. Diese umfangreiche Bearbeitung ist der Grund für die höheren Kosten von geschmiedeten vs. gegossenen Kolben. JE Kolben werden auf einer Reihe von hochmodernen CNC-Maschinen bearbeitet, so dass sehr spezifische Messungen und Toleranzen konsequent eingehalten werden können.

Nach der Bearbeitung durchlaufen die Schmiedekolben die Wärmebehandlung in Luft- und Raumfahrtqualität von JE, was ein ebenso wichtiger Schritt ist, um sicherzustellen, dass die Kolben eine Zuverlässigkeit bieten, die die Erwartungen übertrifft. Danach können einige Kolben Beschichtungen erhalten, wie z. B. PerfectSkirt Rock Coating.

Schmieden hat eine lange Geschichte bei der Herstellung von Legierungsteilen, und jahrzehntelange Innovation und neue Technologie haben JE in die Lage versetzt, fortschrittliche und zuverlässige Schmiedekolben herzustellen. Neue Methoden, Techniken und Optimierungen werden weiterhin getestet und entwickelt, um die Kolbentechnologie weiterzuentwickeln.

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