Quel est l'avantage des composants internes forgés dans un moteur? Pistons, etc.

9

J'en ai entendu parler depuis des années et je n'ai pas bien compris les avantages, quelqu'un peut-il élaborer? Souvent, les véhicules avec des pièces internes forgées ont de sérieuses pressions de suralimentation, mais j'ai également entendu parler de moteurs à aspiration naturelle et / ou à carburateur qui ont été améliorés.

Merci

voxobscuro
la source
1
Bienvenue chez Maintenance et réparation de véhicules automobiles! C'est une excellente première question. Je suis sûr que quelqu'un interviendra sur celui-ci. Donnez-lui une demi-journée environ.
zipzit

Réponses:

7

Le forgeage est un processus où le métal chaud de forme rugueuse est ensuite écrasé de force par des matrices de forme exacte, comprimant sévèrement les molécules de métal ou d'alliage. Il y a des tensions internes créées au sein de la structure, qui résistent finalement aux contraintes de tension et de tension en ayant une réserve de "forces" contrebalancées en raison de la myriade de minuscules nœuds de stress créés par la forge à l'intérieur. Les matrices ne sont pas nécessaires pour forger, car tout forgeron ou forgeron crée des contraintes similaires en battant du métal chaud avec un marteau en refroidissant. Cependant, si la pièce (ou l'épée) est réchauffée à nouveau, une grande partie du gain peut être perdue lorsque les molécules relâchent leurs positions exiguës.

Il y a aussi la trempe, qui prend une pièce métallique très proche d'un point eutectique (changement de phase) et la refroidit soudainement dans un bain d'huile ou d'eau, peut-être même de 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 s'étend généralement pas à travers la pièce. Ceci est généralement suivi d'un "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 à l'éclatement. 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 supprimée, généralement mécaniquement par pliage. Je ne suis pas au courant que cela soit utilisé du tout pour les pièces de moteur.

La plupart de la production en série de pièces de moteur se fait par moulage, ce qui n'est pas comme le forgeage, car le métal en fusion est «simplement» versé dans un moule de forme proche et laissé à refroidir. Les molécules de l'alliage peuvent se déplacer selon leurs besoins et la pièce a peu de contraintes internes. C'est un processus moins coûteux que le forgeage, car les moules sont beaucoup moins chers à fabriquer que les matrices de forgeage - ainsi que de nombreuses autres raisons. Les pièces forgées commencent souvent sous forme de pièces moulées. Dans les applications à forte puissance et dans d'autres cas où le régime et / ou les pressions de cylindre (BMEP) sont très élevés, les frais supplémentaires de pièces forgées en valent la peine.

BMW, Porsche, Corvette, Ferrari, etc. utiliseront des pièces forgées où le coût est moins préoccupant par rapport aux performances et à la perception. Un autre avantage cruel, c'est que les pièces peuvent être forgées avec moins de matière pour un poids inférieur, tout en étant plus résistantes qu'une coulée de pommes à oranges. C'est ÉNORME dans quelque chose comme une bielle (plus un piston), où la plupart des échecs NE SONT PAS dus à la compression de la suralimentation, mais à la tension qui fatigue la fatigue du changement de direction après le point mort haut. Chaque ensemble alternatif peut ne peser que quelques kilos, mais imaginez le stress si vous deviez le jeter loin de vous et le renvoyer instantanément vers vous - 15000 fois par minute, 250 fois par seconde sur un litre ou un moteur F1 moderne. C'EST POURQUOI les moteurs à compression élevée, RPM élevé, boost élevé utilisent des composants internes forgés ... pas tellement à cause de la pression, mais en raison des forces de tension plus élevées créées par les pièces moulées de poids plus élevé - forces qui sont (je pense que je me souviens) CUBE par rapport à la vitesse de rotation, et au carré par rapport au poids. [ce souvenir n'est peut-être pas exact] ... Aller plus loin dans la réduction de poids suggère des matériaux comme le titane ou les composites exotiques de nanoparticules de carbone et de métal yadayada, qui sont bien au-delà de répondre à votre question ou à mon portefeuille.

TOUS ces processus nécessitent des mots d'usinage exacts pour obtenir les dimensions exactes appropriées pour le montage des roulements et les filetages pour l'assemblage.

La métallurgie est incroyablement intéressante. Il y a 6000 ans, les artisans fabriquaient des épées qui n'ont pas encore été entièrement recréées à ce jour. Malgré des gains incroyables dans la technologie du travail des alliages et des métaux, je pense toujours que la seule différence énorme entre l'art de l'alchimie et la science de la métallurgie, c'est que la métallurgie fonctionne réellement!

J'adorerais un ensemble de tiges forgées Manly ou Crower pour mon projet Saabaru EJ205, mais 1000 $ - 1400 $ sont probablement 4 ou 5 fois le coût des pièces de rechange parfaitement réparables pour un véhicule de stock. Je ne mentionnerai même pas le coût d'un vilebrequin forgé. Et puis il y a ces choses de piston ... [soupir]

SteveRacer
la source
Merci pour le grand fond sur la falsification et l'explication de certains des avantages des composants internes forgés. Lorsque vous comparez le coût au stock, dites-vous essentiellement qu'un nouveau bloc court de stock coûterait à lui seul 1800 $ et remplacerait presque toutes les pannes catastrophiques que les pistons / bielles / manivelles forgés pourraient différer? Exemple, si une tige tombe en panne à haut régime et imprègne le bloc.
voxobscuro
1
Je ne sais pas exactement ce que vous demandez. Un ensemble alternatif forgé entier (pistons, manivelle, bielles) devrait coûter plus de 3500 $ sur un boxer 4 cylindres que je connais. Vous pouvez acheter un "bloc court" complet, qui comprend toutes ces pièces (pièces moulées) plus le bloc et quelques autres bits, OEM brillant neuf, probablement pour 1800 $. Il y avait quelques versions Sti Subaru impreza que le 2.5L était livré avec des tiges forgées de l'usine, mais en général, les voitures de production reçoivent des pièces moulées.
SteveRacer
C'est exactement la comparaison que je recherchais. Je spécule ici, mais j'ai l'impression que les pistons forgés (pour un boost élevé) et / ou les tiges forgées (pour un régime élevé) ne valent pas la peine en termes de dollars par performance. Lorsque le moteur des pièces moulées lance une tige et perce le bloc, un deuxième bloc + pistons et bielles + manivelle est toujours inférieur au coût à l'avant des pièces internes forgées. On dirait que pour le joe moyen, les dollars pourraient être dépensés pour d'autres changements de performances, à moins que le pilotage du régime extrêmement élevé + boost élevé ne soit autrement important.
voxobscuro
1
Oui. très grossièrement, si votre moteur d'origine est une conception saine, disons 200 ch, vous pouvez probablement exécuter des pièces moulées à 300-350 ch. Ajoutez des pièces forgées et jouez dans la gamme 400+ ch. Mais les tuners d'aujourd'hui obtiennent 750 ch d'une Subaru 2.5 ... qui exige que tout soit parfait et équilibré, et le coût astronomique de la construction d'une telle bête se répète tous les 5000-10 000 miles,
SteveRacer
1

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

Il y avait des bielles coulées et forgées. La fonte détiendrait environ 200 ch, tandis que les forgés détiendraient environ 400 ch sans problème.

Il y avait des manivelles coulées et forgées, mais je ne me souviens pas avoir entendu parler de problèmes de manivelles.

Les moteurs étaient tous livrés avec des pistons en fonte. Si vous montiez en puissance et que vous aviez une détonation, vous pourriez facilement casser un anneau. Les pistons forgés pourraient résister à un peu plus d'abus.

rpmerf
la source
1

Les pièces moulées sont plus susceptibles de présenter des défauts de fabrication que les pièces forgées ou, en d'autres termes, il y a plus de variables de processus dans la pièce moulée. Les pièces moulées sont plus susceptibles de contenir des céréales secondaires qu'une pièce forgée; Cela peut être corrigé avec un traitement thermique supplémentaire (homogénéisation + normalisation) mais cela coûte de l'argent. Certains moulages peuvent nécessiter une restauration au carbone, ainsi que plus d'argent. Pendant des décennies, de nombreuses pièces ont été fabriquées en métal en poudre et frittées, certaines contiennent un peu de cuivre et peut-être un autre alliage (je ne connais pas ce processus). En tant que vieil homme, j'ai du mal à comprendre les arbres à cames, les pistons et les 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 l'orientation des contraintes. Certaines pièces complexes ne peuvent raisonnablement être fabriquées par forgeage. Donc,

forgeron37
la source