AlSi10Mg活塞结构优化与SLM 3D打印工艺研究

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张哲轩1,  周洋1*,  门路辉2,  宁金宝3,  关杰仁4

1. 北京交通大学, 机械与电子控制工程学院, 北京 100044

2. 中国兵器工业集团第五二研究所, 浙江宁波 315100

3. 中国第一汽车集团有限公司技术中心, 吉林长春 130062

4. 江苏科技大学, 海洋装备研究院, 江苏镇江 212100

摘     要: 基于拓扑优化与选择性激光熔化(SLM)3D打印,设计制造轻量化AlSi10Mg活塞,提高引擎动力输出。建立传热/结构力学模型,优化活塞裙部、环形内冷油道、支撑结构,评估打印过程。分析打印精度、微观组织、力学性能,装机后评估动力输出。结果表明,截面为梯形,环形内冷油道耐热/力载荷性最强,顶点坐标分别为(26.3,3)、(28.3,3)、(28.3,9)、(27.3,9),体积由55359 mm3降至46715 mm3。销孔与头部下端面设支撑,最大位移在裙部内表面与头部上端面间拐角位置,为0.57 mm,裙部外表面位置次之,为0.29 mm,裙部上端面位置最小,为0.15 mm。室温组织主要为共晶(α-Al+Si)与少量Al2Cu。300°C×2 h退火,杨氏模量为68.8 GPa,屈服强度为244.5 MPa,抗拉强度为366.6 GPa,断裂应变为3%,泊松比为0.31,维氏硬度为1230.9 MPa。装机后,三缸引擎最大转速由3710 RPM增至3920 RPM,最大轴上马力由100 BHP增至112 BHP。
关 键 词: 活塞; AlSi10Mg; 结构优化; SLM; 力学性能; 动力输出
DOI: 10.57237/j.mater.2024.04.001
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