310 Nerūdijančio plieno ritės vamzdžio cheminis komponentas, alyvoje grūdinto plieno vielos paviršiaus defektų poveikis automobilių variklių vožtuvų spyruoklių nuovargiui

Dėkojame, kad apsilankėte Nature.com.Naudojate naršyklės versiją su ribotu CSS palaikymu.Norėdami gauti geriausią patirtį, rekomenduojame naudoti atnaujintą naršyklę (arba išjungti suderinamumo režimą „Internet Explorer“).Be to, norėdami užtikrinti nuolatinį palaikymą, svetainę rodome be stilių ir JavaScript.
Slankikliai, rodantys tris straipsnius vienoje skaidrėje.Norėdami pereiti per skaidres, naudokite mygtukus „Atgal“ ir „Kitas“ arba, norėdami pereiti per kiekvieną skaidrę, naudokite skaidrių valdiklio mygtukus pabaigoje.

Nerūdijančio plieno 310 suvynioti vamzdžiai / suvynioti vamzdžiaiCheminė sudėtisir kompozicija

Šioje lentelėje parodyta 310S klasės nerūdijančio plieno cheminė sudėtis.

10 * 1 mm 9,25 * 1,24 mm 310 Nerūdijančio plieno kapiliarinių suvyniotų vamzdžių tiekėjai

Fizinės savybės

310S klasės nerūdijančio plieno fizinės savybės pateiktos šioje lentelėje.

Mechaninės savybės

Šioje lentelėje pateikiamos 310S klasės nerūdijančio plieno mechaninės savybės.

Šiluminės savybės

310S klasės nerūdijančio plieno šiluminės savybės pateiktos šioje lentelėje.

Kiti pavadinimai

Kiti pavadinimai, lygiaverčiai 310S klasės nerūdijančiam plienui, pateikti šioje lentelėje.

Šio tyrimo tikslas – įvertinti automobilio variklio vožtuvo spyruoklės nuovargio tarnavimo laiką, kai mikrodefektai padengiami alyvoje sukietintai 2300 MPa klasės vielai (OT vielai), kurios kritinio defekto gylis yra 2,5 mm skersmens.Pirma, baigtinių elementų analize, naudojant subsimuliacijos metodus, buvo gauta OT vielos paviršiaus defektų deformacija vožtuvo spyruoklės gamybos metu, išmatuotas gatavos spyruoklės liekamasis įtempis ir pritaikytas spyruoklės įtempių analizės modeliui.Antra, išanalizuokite vožtuvo spyruoklės stiprumą, patikrinkite liekamąjį įtempį ir palyginkite taikomo įtempio lygį su paviršiaus trūkumais.Trečia, mikrodefektų įtaka spyruoklės nuovargio tarnavimo laikui buvo įvertinta pritaikius paviršiaus defektų įtempį, gautą iš spyruoklės stiprumo analizės, SN kreivėms, gautoms atliekant lenkimo nuovargio bandymą vielos OT sukimosi metu.40 µm defektų gylis yra dabartinis paviršiaus defektų valdymo standartas nepakenkiant eksploatavimo trukmei.
Automobilių pramonė turi didelę lengvųjų automobilių komponentų paklausą, siekiant pagerinti transporto priemonių degalų naudojimo efektyvumą.Taigi, pastaraisiais metais pažangaus didelio stiprio plieno (AHSS) naudojimas vis didėja.Automobilių variklių vožtuvų spyruoklės daugiausia sudarytos iš karščiui atsparių, dilimui atsparių ir nesvyrančių alyvoje grūdinto plieno vielų (OT vielos).
Dėl didelio atsparumo tempimui (1900–2100 MPa) šiuo metu naudojami OT laidai leidžia sumažinti variklio vožtuvų spyruoklių dydį ir masę, pagerinti degalų efektyvumą sumažinant trintį su aplinkinėmis dalimis1.Dėl šių privalumų sparčiai daugėja aukštos įtampos vielos strypų, vienas po kito atsiranda itin didelio stiprumo 2300MPa klasės vielos strypas.Automobilių variklių vožtuvų spyruoklėms reikalingas ilgas tarnavimo laikas, nes jos veikia esant didelėms ciklinėms apkrovoms.Kad atitiktų šį reikalavimą, gamintojai, projektuodami vožtuvo spyruokles, paprastai atsižvelgia į nuovargio tarnavimo laiką, ilgesnį nei 5,5 × 107 ciklai, ir taiko liekamąjį įtempį vožtuvo spyruoklių paviršiui, kad būtų pagerintas nuovargio veikimo laikas2.
Buvo atlikta nemažai tyrimų apie transporto priemonių sraigtinių spyruoklių nuovargį normaliomis eksploatavimo sąlygomis.Gzal ir kt.Pateikiamos elipsinių sraigtinių spyruoklių su mažais spiralės kampais, veikiant statinei apkrovai, analitinės, eksperimentinės ir baigtinių elementų (FE) analizės.Šiame tyrime pateikiama aiški ir paprasta didžiausio šlyties įtempio vietos, palyginti su kraštinių santykiu ir standumo indeksu, išraiška, taip pat pateikiama analitinė įžvalga apie maksimalų šlyties įtempį, kritinį praktinių projektų parametrą3.Pastorcic ir kt.Aprašomi spiralinės spyruoklės, išimtos iš asmeninio automobilio po gedimo eksploatacijos metu, sunaikinimo ir nuovargio analizės rezultatai.Taikant eksperimentinius metodus, buvo ištirta sulūžusi spyruoklė ir rezultatai rodo, kad tai yra korozijos nuovargio gedimo pavyzdys4.skylė ir kt. Buvo sukurti keli tiesinės regresijos spyruoklių gyvavimo modeliai, skirti įvertinti automobilių spiralinių spyruoklių nuovargio trukmę.Putra ir kt.Dėl kelio dangos nelygumo nustatomas automobilio spiralinės spyruoklės tarnavimo laikas.Tačiau mažai tyrinėta, kaip gamybos proceso metu atsiradę paviršiaus defektai įtakoja automobilių spyruoklių tarnavimo laiką.
Paviršiaus defektai, atsirandantys gamybos proceso metu, gali sukelti vietinę įtempių koncentraciją vožtuvų spyruoklėse, o tai žymiai sumažina jų nuovargio tarnavimo laiką.Vožtuvų spyruoklių paviršiaus defektus lemia įvairūs veiksniai, pavyzdžiui, naudojamų žaliavų paviršiaus defektai, įrankių defektai, grubus elgesys šalto valcavimo metu7.Žaliavos paviršiaus defektai yra stačios V formos dėl karšto valcavimo ir kelių eigos tempimo, o dėl formavimo įrankio ir neatsargaus elgesio atsiradę defektai yra U formos su švelniais nuolydžiais8,9,10,11.V formos defektai sukelia didesnę įtempių koncentraciją nei U formos defektai, todėl pradinei medžiagai paprastai taikomi griežti defektų valdymo kriterijai.
Dabartiniai OT laidų paviršiaus defektų valdymo standartai apima ASTM A877/A877M-10, DIN EN 10270-2, JIS G 3561 ir KS D 3580. DIN EN 10270-2 nurodo, kad paviršiaus defekto gylis, kai vielos skersmuo yra 0,5– 10 mm yra mažesnis nei 0,5–1 % vielos skersmens.Be to, JIS G 3561 ir KS D 3580 reikalauja, kad 0,5–8 mm skersmens vielos strypo paviršiaus defektų gylis būtų mažesnis nei 0,5 % vielos skersmens.Pagal ASTM A877/A877M-10 gamintojas ir pirkėjas turi susitarti dėl leistino paviršiaus defektų gylio.Norint išmatuoti defekto gylį vielos paviršiuje, viela dažniausiai išgraviruojama druskos rūgštimi, o vėliau defekto gylis matuojamas mikrometru.Tačiau šiuo metodu galima išmatuoti defektus tik tam tikrose srityse, o ne visame galutinio gaminio paviršiuje.Todėl gamintojai taiko sūkurinių srovių bandymą vielos tempimo proceso metu, norėdami išmatuoti nuolat gaminamos vielos paviršiaus defektus;šiais bandymais galima išmatuoti paviršiaus defektų gylį iki 40 µm.Kuriama 2300 MPa plieninė viela turi didesnį atsparumą tempimui ir mažesnį pailgėjimą nei esama 1900–2200 MPa klasės plieninė viela, todėl manoma, kad vožtuvo spyruoklės nuovargis yra labai jautrus paviršiaus defektams.Todėl būtina patikrinti esamų standartų, skirtų 1900–2200 MPa plieninės vielos ir 2300 MPa klasės plieno vielos paviršiaus defektų gyliui kontroliuoti, taikymo saugą.
Šio tyrimo tikslas – įvertinti automobilių variklio vožtuvo spyruoklės nuovargio tarnavimo laiką, kai 2300 MPa klasės OT laidui (skersmuo: 2,5 mm) taikomas mažiausias defekto gylis, išmatuojamas sūkurinės srovės bandymu (ty 40 µm): kritinis trūkumas. gylis .Šio tyrimo indėlis ir metodika yra tokia.
Kaip pradinis OT laido defektas buvo naudojamas V formos defektas, kuris labai paveikia nuovargio trukmę skersine kryptimi laido ašies atžvilgiu.Apsvarstykite paviršiaus defekto matmenų (α) ir ilgio (β) santykį, kad pamatytumėte jo gylio (h), pločio (w) ir ilgio (l) poveikį.Paviršiaus defektai atsiranda spyruoklės viduje, kur pirmiausia įvyksta gedimas.
Norint prognozuoti pradinių OT vielos defektų deformaciją šalto apvijos metu, buvo naudojamas sub-modeliavimo metodas, kuris atsižvelgė į analizės laiką ir paviršiaus defektų dydį, nes defektai yra labai maži, palyginti su OT viela.pasaulinis modelis.
Liekamieji gniuždymo įtempiai spyruoklėje po dviejų pakopų šratų apdirbimo buvo apskaičiuoti baigtinių elementų metodu, rezultatai lyginami su matavimais po šratų, siekiant patvirtinti analitinį modelį.Be to, buvo išmatuoti visų gamybos procesų liekamieji įtempiai vožtuvų spyruoklėse ir pritaikyti spyruoklių stiprumo analizei.
Paviršiaus defektų įtempimai prognozuojami analizuojant spyruoklės stiprumą, atsižvelgiant į defekto deformaciją šalto valcavimo metu ir liekamąjį gniuždymo įtempį baigtoje spyruoklėje.
Sukamojo lenkimo nuovargio bandymas buvo atliktas naudojant OT laidą, pagamintą iš tos pačios medžiagos kaip ir vožtuvo spyruoklė.Siekiant susieti pagamintų vožtuvų spyruoklių likutinio įtempio ir paviršiaus šiurkštumo charakteristikas su OT linijomis, SN kreivės buvo gautos atliekant sukamojo lenkimo nuovargio bandymus, pritaikius dviejų pakopų šratavimą ir sukimą kaip išankstinio apdorojimo procesus.
Spyruoklių stiprumo analizės rezultatai taikomi Goodman lygčiai ir SN kreivei, kad būtų galima numatyti vožtuvo spyruoklės nuovargio tarnavimo laiką, taip pat įvertinama paviršiaus defekto gylio įtaka nuovargio trukmei.
Šiame tyrime 2300 MPa OT klasės viela, kurios skersmuo 2,5 mm, buvo naudojama automobilių variklio vožtuvo spyruoklės nuovargio tarnavimo laikui įvertinti.Pirmiausia buvo atliktas vielos tempimo bandymas, siekiant gauti jo plastinio lūžio modelį.
OT vielos mechaninės savybės buvo gautos atliekant tempimo bandymus prieš baigtinių elementų šaltosios apvijos proceso ir spyruoklės stiprumo analizę.Medžiagos įtempių ir deformacijų kreivė buvo nustatyta naudojant tempimo bandymų rezultatus esant 0,001 s-1 deformacijos greičiui, kaip parodyta fig.1. Naudojama SWONB-V viela, kurios takumo riba, atsparumas tempimui, tamprumo modulis ir Puasono koeficientas yra atitinkamai 2001,2 MPa, 2316 MPa, 206 GPa ir 0,3.Įtempių priklausomybė nuo srauto deformacijos gaunama taip:
Ryžiai.2 parodytas plastinio lūžio procesas.Medžiaga deformacijos metu patiria elastoplastinę deformaciją, o medžiaga susiaurėja, kai įtempimas medžiagoje pasiekia tempimo stiprumą.Vėliau tuštumų susidarymas, augimas ir susiejimas medžiagoje veda prie medžiagos sunaikinimo.
Kauliojo lūžio modelyje naudojamas įtempių modifikuotas kritinės deformacijos modelis, kuriame atsižvelgiama į įtempių poveikį, o lūžio po kaklelio – žalos kaupimo metodas.Čia pažeidimo pradžia išreiškiama kaip deformacijos, įtempių triašiškumo ir deformacijos greičio funkcija.Įtempių triašiumas apibrėžiamas kaip vidutinė vertė, gauta hidrostatinį įtempį, atsiradusį dėl medžiagos deformacijos iki kaklo susidarymo, padalijus iš efektyvaus įtempio.Taikant žalos kaupimo metodą, sunaikinimas įvyksta, kai žalos dydis pasiekia 1, o energija, reikalinga žalos vertei 1 pasiekti, apibrėžiama kaip sunaikinimo energija (Gf).Lūžio energija atitinka tikrosios medžiagos įtempių ir poslinkio kreivės sritį nuo įdubimo iki lūžio laiko.
Įprastų plienų atveju, atsižvelgiant į įtempių režimą, dėl plastiškumo ir šlyties lūžių atsiranda plastiškumas, šlyties lūžis arba mišriojo režimo lūžis, kaip parodyta 3 paveiksle. Plyšio deformacijos ir įtempių triašiškumas parodė skirtingas vertes. lūžių modelis.
Plastinis gedimas įvyksta srityje, atitinkančioje įtempių triašiškumą, didesnį nei 1/3 (I zona), o lūžio deformaciją ir įtempių triašiškumą galima nustatyti iš tempimo bandymų su bandiniais su paviršiaus defektais ir įpjovomis.Srityje, atitinkančioje įtempių triašiškumą 0 ~ 1/3 (II zona), atsiranda plastiško lūžio ir šlyties trūkumo derinys (ty atliekant sukimo bandymą. Srityje, atitinkančioje įtempių triašiškumą nuo -1/3 iki 0 (III), šlyties trūkumą, kurį sukelia gniuždymas, ir lūžimo deformaciją bei triašį įtempį, galima gauti atlikus sukibimo testą.
Variklio vožtuvų spyruoklių gamyboje naudojamų OT laidų atveju būtina atsižvelgti į lūžius, atsirandančius dėl įvairių apkrovos sąlygų gamybos proceso metu ir taikymo sąlygas.Todėl buvo atlikti tempimo ir sukimo bandymai, taikomi gedimo deformacijos kriterijui, nagrinėta įtempių triašiškumo įtaka kiekvienam įtempimo režimui, atlikta elastoplastinių baigtinių elementų analizė esant didelėms deformacijoms, siekiant kiekybiškai įvertinti įtempių triašiškumo pokytį.Suspaudimo režimas nebuvo svarstomas dėl mėginio apdorojimo apribojimo, ty OT vielos skersmuo yra tik 2,5 mm.1 lentelėje pateikiamos tempimo ir sukimo, taip pat įtempių triašiumo ir lūžio deformacijos bandymo sąlygos, gautos naudojant baigtinių elementų analizę.
Įprastų triašių plienų lūžimo deformaciją galima numatyti naudojant šią lygtį.
kur C1: \({\overline{{\varepsilon}_{0}}}^{pl}\) švarus pjūvis (η = 0) ir C2: \({\overline{{\varepsilon}_{0} } }^{pl}\) Vienaaši įtampa (η = η0 = 1/3).
Tendencijos linijos kiekvienam įtempių režimui gaunamos lygtyje pritaikius lūžio deformacijų vertes C1 ir C2.(2);C1 ir C2 gaunami atliekant tempimo ir sukimo bandymus su bandiniais be paviršiaus defektų.4 paveiksle parodytas įtempių triašiškumas ir lūžio deformacija, gauta iš bandymų, ir tendencijų linijos, numatytos pagal lygtį.(2) Bandymo metu gauta tendencijos linija ir ryšys tarp įtempių triašiškumo ir lūžio deformacijos rodo panašią tendenciją.Plyšio deformacija ir įtempių triašiškumas kiekvienam įtempių režimui, gautas taikant tendencijų linijas, buvo naudojami kaip plastinio lūžio kriterijai.
Lūžimo energija naudojama kaip medžiagos savybė, norint nustatyti lūžimo laiką po iškirpimo, ir ją galima gauti atliekant tempimo bandymus.Lūžio energija priklauso nuo įtrūkimų buvimo ar nebuvimo medžiagos paviršiuje, nes laikas iki lūžimo priklauso nuo vietinių įtempių koncentracijos.5a-c paveiksluose parodytos bandinių be paviršiaus defektų ir bandinių su R0,4 arba R0,8 įpjovomis, gautų iš tempimo bandymų ir baigtinių elementų analizės, lūžio energijos.Lūžio energija atitinka tikrosios įtempių poslinkio kreivės plotą nuo iškirpimo iki lūžio laiko.
OT vielos su smulkiais paviršiaus defektais lūžio energija buvo prognozuojama atliekant tempimo bandymus su OT viela, kurios defekto gylis didesnis nei 40 µm, kaip parodyta 5d pav.Atliekant tempimo bandymus buvo panaudota dešimt bandinių su defektais, o vidutinė lūžio energija buvo įvertinta 29,12 mJ/mm2.
Standartizuotas paviršiaus defektas apibrėžiamas kaip defekto gylio ir vožtuvo spyruoklės vielos skersmens santykis, neatsižvelgiant į OT vielos, naudojamos automobilių vožtuvų spyruoklių gamyboje, paviršiaus defekto geometriją.OT laidų defektai gali būti klasifikuojami pagal orientaciją, geometriją ir ilgį.Net esant tokiam pačiam defekto gyliui, įtempių, veikiančių spyruoklės paviršiaus defektą, lygis skiriasi priklausomai nuo defekto geometrijos ir orientacijos, todėl defekto geometrija ir orientacija gali turėti įtakos nuovargio stiprumui.Todėl, norint taikyti griežtus paviršiaus defektų valdymo kriterijus, būtina atsižvelgti į defektų, turinčių didžiausią įtaką spyruoklės nuovargio tarnavimo laikui, geometriją ir orientaciją.Dėl smulkiagrūdės OT vielos struktūros, jos nuovargio laikas yra labai jautrus įpjovimui.Todėl defektas, turintis didžiausią įtempių koncentraciją pagal defekto geometriją ir orientaciją, turėtų būti nustatytas kaip pradinis defektas, naudojant baigtinių elementų analizę.Ant pav.6 parodytos šiame tyrime naudotos itin didelio stiprumo 2300 MPa klasės automobilių vožtuvų spyruoklės.
OT vielos paviršiaus defektai skirstomi į vidinius ir išorinius defektus pagal spyruoklės ašį.Dėl lenkimo šalto valcavimo metu spyruoklės viduje ir išorėje atitinkamai veikia gniuždymo ir tempimo įtempiai.Lūžis gali atsirasti dėl paviršiaus defektų, atsirandančių iš išorės dėl tempimo įtempių šalto valcavimo metu.
Praktiškai spyruoklė periodiškai suspaudžiama ir atpalaiduojama.Spyruoklės suspaudimo metu plieninė viela susisuka, o dėl įtempių koncentracijos šlyties įtempis spyruoklės viduje yra didesnis už aplinkinį šlyties įtempį7.Todėl, jei spyruoklės viduje yra paviršiaus defektų, spyruoklės lūžimo tikimybė yra didžiausia.Taigi išorinė spyruoklės pusė (vieta, kurioje tikimasi gedimo gaminant spyruoklę) ir vidinė pusė (kur įtempimas yra didžiausias faktiškai naudojant) nustatomos kaip paviršiaus defektų vietos.
OT linijų paviršiaus defektų geometrija skirstoma į U formą, V formą, Y formą ir T formą.Y ir T tipai daugiausia egzistuoja žaliavų paviršiaus defektuose, o U ir V tipo defektai atsiranda dėl neatsargaus elgesio su įrankiais šaltojo valcavimo procese.Kalbant apie žaliavų paviršiaus defektų geometriją, U formos defektai, atsirandantys dėl nevienodos plastinės deformacijos karštojo valcavimo metu, deformuojami į V formos, Y formos ir T formos siūlių defektus, kai tempiamas daugkartinis tempimas8, 10.
Be to, spyruoklei veikiant, V formos, Y ir T formos defektai su stačiais įpjovos polinkiais ant paviršiaus bus veikiami didelės įtempių koncentracijos.Vožtuvo spyruoklės sulinksta šalto valcavimo metu ir susisuka veikimo metu.V formos ir Y formos defektų su didesne įtempių koncentracija įtempių koncentracijos buvo palygintos naudojant baigtinių elementų analizę, ABAQUS – komercinę baigtinių elementų analizės programinę įrangą.Įtempių ir deformacijų santykis parodytas 1 paveiksle ir 1 lygtyje. (1) Šiam modeliavimui naudojamas dvimatis (2D) stačiakampis keturių mazgų elementas, o mažiausias elemento kraštinės ilgis yra 0,01 mm.Analitiniam modeliui 2,5 mm skersmens ir 7,5 mm ilgio laido 2D modeliui pritaikyti V ir Y formos defektai, kurių gylis yra 0,5 mm, o defekto nuolydis 2°.
Ant pav.7a parodyta lenkimo įtempių koncentracija kiekvieno defekto gale, kai abiejuose kiekvieno laido galuose yra 1500 Nmm lenkimo momentas.Analizės rezultatai rodo, kad V formos ir Y formos defektų viršūnėse susidaro atitinkamai 1038,7 ir 1025,8 MPa didžiausi įtempiai.Ant pav.7b parodyta įtempių koncentracija kiekvieno defekto, kurį sukelia sukimas, viršuje.Kai kairioji pusė yra suvaržyta, o dešinėje pusėje taikomas 1500 N∙mm sukimo momentas, V formos ir Y formos defektų galuose atsiranda toks pats didžiausias 1099 MPa įtempis.Šie rezultatai rodo, kad V tipo defektai turi didesnį lenkimo įtempį nei Y tipo defektai, kai jie turi tą patį defekto gylį ir nuolydį, tačiau patiria tą patį sukimo įtempį.Todėl vienodo defekto gylio ir nuolydžio V formos ir Y formos paviršiaus defektai gali būti normalizuojami iki V formos, kurių didžiausias įtempis dėl įtempių koncentracijos yra didesnis.V tipo defektų dydžio santykis apibrėžiamas kaip α = w/h, naudojant V ir T tipo defektų gylį (h) ir plotį (w);taigi, T tipo defektas (α ≈ 0), vietoj to geometrija gali būti apibrėžta V tipo defekto geometrine struktūra.Todėl Y ir T tipo defektai gali būti normalizuoti V tipo defektais.Naudojant gylį (h) ir ilgį (l), ilgio santykis kitaip apibrėžiamas kaip β = l/h.
Kaip parodyta 811 paveiksle, OT laidų paviršiaus defektų kryptys skirstomos į išilgines, skersines ir įstrižas kryptis, kaip parodyta 811 pav. Paviršiaus defektų orientacijos įtakos baigtinio elemento spyruoklės stiprumui analizė. metodas.
Ant pav.9a parodytas variklio vožtuvo spyruoklių įtempių analizės modelis.Kaip analizės sąlyga, spyruoklė buvo suspausta nuo laisvo 50,5 mm aukščio iki kieto 21,8 mm aukščio, spyruoklės viduje buvo sukurtas didžiausias 1086 MPa įtempis, kaip parodyta 9b pav.Kadangi tikrosios variklio vožtuvo spyruoklės sugenda daugiausia spyruoklės viduje, tikimasi, kad vidinių paviršiaus defektų buvimas rimtai paveiks spyruoklės nuovargį.Todėl išilginės, skersinės ir įstrižos krypčių paviršiaus defektai yra taikomi variklio vožtuvų spyruoklių viduje, naudojant submodeliavimo metodus.2 lentelėje pateikti paviršiaus defektų matmenys ir didžiausias įtempis kiekviena defekto kryptimi esant didžiausiam spyruoklės suspaudimui.Didžiausi įtempimai buvo stebimi skersine kryptimi, o įtempių išilgine ir įstriža kryptimis santykis su skersine kryptimi įvertintas 0,934–0,996.Įtempių santykį galima nustatyti tiesiog padalijus šią vertę iš didžiausio skersinio įtempio.Didžiausias įtempis spyruoklėje atsiranda kiekvieno paviršiaus defekto viršuje, kaip parodyta 9s pav.Stebimos įtempių vertės išilgine, skersine ir įstriža kryptimis yra atitinkamai 2045, 2085 ir 2049 MPa.Šių analizių rezultatai rodo, kad skersiniai paviršiaus defektai turi tiesioginę įtaką variklio vožtuvų spyruoklių nuovargiui.
Pradiniu OT laido defektu buvo pasirinktas V formos defektas, kuris, kaip manoma, labiausiai turi įtakos variklio vožtuvo spyruoklės nuovargiui, o defekto kryptis – skersinė.Šis defektas atsiranda ne tik išorėje, kur gamybos metu sulūžo variklio vožtuvo spyruoklė, bet ir viduje, kur didžiausias įtempis atsiranda dėl įtempių koncentracijos eksploatacijos metu.Didžiausias trūkumo gylis nustatytas į 40 µm, kurį galima aptikti sūkurinės srovės defektų aptikimo būdu, o minimalus gylis nustatomas į gylį, atitinkantį 0,1 % 2,5 mm vielos skersmens.Todėl defekto gylis yra nuo 2,5 iki 40 µm.Kaip kintamieji buvo naudojami defektų gylis, ilgis ir plotis, kurių ilgio santykis yra 0,1–1, o ilgio santykis – 5–15, ir buvo įvertintas jų poveikis spyruoklės nuovargio stiprumui.3 lentelėje pateikiamos analizės sąlygos, nustatytos naudojant atsako paviršiaus metodiką.
Automobilių variklio vožtuvų spyruoklės gaminamos OT vielos šaltai apvija, grūdinimu, šratiniu pūtimu ir šilumos nustatymu.Norint įvertinti pradinių OT laidų paviršiaus defektų įtaką variklio vožtuvų spyruoklių nuovargiui, reikia atsižvelgti į paviršiaus defektų pokyčius spyruoklių gamybos metu.Todėl šiame skyriuje baigtinių elementų analizė naudojama OT vielos paviršiaus defektų deformacijai prognozuoti gaminant kiekvieną spyruoklę.
Ant pav.10 parodytas šalto vyniojimo procesas.Šio proceso metu OT viela tiekimo voleliu tiekiama į vielos kreiptuvą.Vielos kreiptuvas tiekia ir palaiko vielą, kad formavimo proceso metu nesusilenktų.Viela, einanti per vielos kreiptuvą, sulenkiama pirmuoju ir antruoju strypais, kad susidarytų norimo vidinio skersmens spyruoklė.Spyruoklės žingsnis sukuriamas judinant žingsninį įrankį po vieno apsisukimo.
Ant pav.11a parodytas baigtinių elementų modelis, naudojamas įvertinti paviršiaus defektų geometrijos pokyčius šalto valcavimo metu.Vielos formavimą daugiausia užbaigia apvijos kaištis.Kadangi vielos paviršiuje esantis oksido sluoksnis veikia kaip tepalas, padavimo volelio trinties poveikis yra nereikšmingas.Todėl skaičiavimo modelyje padavimo volelis ir vielos kreiptuvas yra supaprastinti kaip įvorė.Trinties koeficientas tarp OT vielos ir formavimo įrankio buvo nustatytas į 0,05.2D standaus korpuso plokštuma ir fiksavimo sąlygos taikomos kairiajame linijos gale, kad ją būtų galima tiekti X kryptimi tokiu pat greičiu kaip padavimo volelis (0,6 m/s).Ant pav.11b parodytas antrinis modeliavimo metodas, naudojamas mažiems laidų defektams pritaikyti.Siekiant atsižvelgti į paviršiaus defektų dydį, submodelis taikomas du kartus paviršiaus defektams, kurių gylis yra 20 µm ir didesnis, ir tris kartus, kai paviršiaus defektai yra mažesni nei 20 µm.Paviršiaus defektai taikomi vienodais žingsniais suformuotoms vietoms.Bendrame spyruoklės modelyje tiesios vielos gabalo ilgis yra 100 mm.Pirmajam submodeliui pritaikykite 1 submodelį, kurio ilgis 3 mm, išilginėje 75 mm padėtyje nuo pasaulinio modelio.Šiam modeliavimui buvo naudojamas trimatis (3D) šešiakampis aštuonių mazgų elementas.Pasauliniame modelyje ir 1 submodelyje mažiausias kiekvieno elemento kraštinės ilgis yra atitinkamai 0,5 ir 0,2 mm.Atlikus 1 submodelio analizę, paviršiaus defektai taikomi 2 submodeliui, o 2 submodelio ilgis ir plotis yra 3 kartus didesni už paviršiaus defekto ilgį, kad būtų pašalinta submodelio ribinių sąlygų įtaka. Be to, 50% ilgio ir pločio naudojama kaip submodelio gylis.2 submodelyje mažiausias kiekvieno elemento kraštinės ilgis yra 0,005 mm.Kai kurie paviršiaus defektai buvo taikomi baigtinių elementų analizei, kaip parodyta 3 lentelėje.
Ant pav.12 parodytas įtempių pasiskirstymas paviršiaus plyšiuose po šalto ritės apdorojimo.Bendrasis modelis ir 1 submodelis rodo beveik vienodus 1076 ir 1079 MPa įtempius toje pačioje vietoje, o tai patvirtina submodeliavimo metodo teisingumą.Vietinės įtempių koncentracijos atsiranda submodelio ribiniuose kraštuose.Matyt, taip yra dėl submodelio ribinių sąlygų.Dėl įtempių koncentracijos 2 submodelis su pritaikytais paviršiaus defektais rodo 2449 MPa įtempį defekto gale šalto valcavimo metu.Kaip parodyta 3 lentelėje, paviršiaus defektai, nustatyti taikant atsako paviršiaus metodą, buvo pritaikyti spyruoklės viduje.Baigtinių elementų analizės rezultatai parodė, kad nė vienas iš 13 paviršiaus defektų atvejų nepavyko.
Vykstant visuose technologiniuose procesuose paviršiaus defektų gylis spyruoklės viduje padidėjo 0,1–2,62 µm (13a pav.), o plotis sumažėjo 1,8–35,79 µm (13b pav.), o ilgis padidėjo 0,72 –34,47 µm (13c pav.).Kadangi skersinis V formos defektas pločio uždaromas lenkiant šalto valcavimo procese, jis deformuojamas į V formos defektą, kurio nuolydis yra didesnis nei pirminis defektas.
OT vielos paviršiaus defektų gylio, pločio ir ilgio deformacijos gamybos procese.
Užtepkite paviršiaus defektus spyruoklės išorėje ir numatykite lūžimo tikimybę šalto valcavimo metu naudodami baigtinių elementų analizę.Lentelėje nurodytomis sąlygomis.3, išorinio paviršiaus defektų sunaikinimo tikimybė nėra.Kitaip tariant, sunaikinimo neįvyko paviršiaus defektų gylyje nuo 2,5 iki 40 µm.
Norint numatyti kritinius paviršiaus defektus, buvo tiriami išoriniai lūžiai šalto valcavimo metu, padidinant defekto gylį nuo 40 µm iki 5 µm.Ant pav.14 pavaizduoti lūžiai išilgai paviršiaus defektų.Lūžis įvyksta gylio (55 µm), pločio (2 µm) ir ilgio (733 µm) sąlygomis.Paaiškėjo, kad kritinis paviršiaus defekto gylis už spyruoklės yra 55 μm.
Šratinimo procesas slopina įtrūkimų augimą ir padidina nuovargio tarnavimo laiką, sukurdamas liekamąjį gniuždymo įtempį tam tikrame gylyje nuo spyruoklės paviršiaus;tačiau padidina spyruoklės paviršiaus šiurkštumą, taip sumažindamas spyruoklės atsparumą nuovargiui, padidindamas įtempių koncentraciją.Todėl didelio stiprumo spyruoklėms gaminti naudojama antrinė šratinio šlifavimo technologija, siekiant kompensuoti nuovargio tarnavimo laiką, kurį sukelia padidėjus paviršiaus šiurkštumui dėl šratų.Dviejų etapų šveitimas gali pagerinti paviršiaus šiurkštumą, didžiausią liekamąjį gniuždymo įtempį ir paviršiaus gniuždymo liekamąjį įtempį, nes antrasis šratinamasis šveitimas atliekamas po pirmojo švirkšto12,13,14.
Ant pav.15 parodytas analitinis šratinio pūtimo proceso modelis.Buvo sukurtas elastinis-plastikinis modelis, kuriame 25 šūviai buvo numesti į tikslinę lokalią OT linijos zoną, skirtą šūvių pūtimui.Srautinio sprogdinimo analizės modelyje kaip pradiniai defektai buvo naudojami OT vielos paviršiaus defektai, deformuoti šaltai vyniojant.Liekamųjų įtempių, atsirandančių dėl šaltojo valcavimo proceso, pašalinimas grūdinant prieš šratinio pūtimo procesą.Naudotos šios šūvio sferos savybės: tankis (ρ): 7800 kg/m3, tamprumo modulis (E) – 210 GPa, Puasono koeficientas (υ): 0,3.Trinties koeficientas tarp rutulio ir medžiagos nustatomas 0,1.Pirmo ir antrojo kalimo metu vienodu 30 m/s greičiu buvo išmesti 0,6 ir 0,3 mm skersmens šratai.Po šratinio pūtimo proceso (be kitų gamybos procesų, parodytų 13 pav.), spyruoklės paviršiaus defektų gylis, plotis ir ilgis svyravo nuo -6,79 iki 0,28 µm, nuo -4,24 iki 1,22 µm ir nuo -2,59 iki 1,69 µm, atitinkamai µm.Dėl statmenai medžiagos paviršiui išmesto sviedinio plastinės deformacijos mažėja defekto gylis, ypač pastebimai sumažėja defekto plotis.Matyt, defektas buvo uždarytas dėl plastinės deformacijos, atsiradusios dėl šratų nuplikimo.
Šilumos susitraukimo proceso metu šalto susitraukimo ir žemos temperatūros atkaitinimo poveikis gali veikti variklio vožtuvo spyruoklę tuo pačiu metu.Šaltas nustatymas padidina spyruoklės įtempimo lygį, suspaudžiant ją iki aukščiausio įmanomo lygio kambario temperatūroje.Tokiu atveju, jei variklio vožtuvo spyruoklė apkraunama virš medžiagos takumo ribos, variklio vožtuvo spyruoklė plastiškai deformuojasi, padidindama takumo ribą.Po plastinės deformacijos vožtuvo spyruoklė lankstosi, tačiau padidinta takumo riba užtikrina vožtuvo spyruoklės elastingumą realiai veikiant.Atkaitinimas žemoje temperatūroje pagerina aukštoje temperatūroje veikiančių vožtuvų spyruoklių atsparumą karščiui ir deformacijai2.
Srautinio pūtimo metu deformuoti paviršiaus defektai, atliekant FE analizę, ir liekamojo įtempio laukas, išmatuotas rentgeno spindulių difrakcijos (XRD) įranga, buvo pritaikyti 2 submodeliui (8 pav.), kad būtų galima daryti išvadą apie defektų pokytį šilumos susitraukimo metu.Spyruoklė buvo sukurta veikti elastingame diapazone ir buvo suspausta nuo laisvo 50,5 mm aukščio iki tvirto 21,8 mm aukščio, o po to leista grįžti į pradinį 50,5 mm aukštį kaip analizės sąlygą.Šilumos susitraukimo metu defekto geometrija pasikeičia nežymiai.Matyt, 800 MPa ir daugiau liekamasis gniuždymo įtempis, sukurtas šratinio pūtimo būdu, slopina paviršiaus defektų deformaciją.Po šilumos susitraukimo (13 pav.) paviršiaus defektų gylis, plotis ir ilgis svyravo atitinkamai nuo -0,13 iki 0,08 µm, nuo -0,75 iki 0 µm ir nuo 0,01 iki 2,4 µm.
Ant pav.16 palygintos U ir V formos vienodo gylio (40 µm), pločio (22 µm) ir ilgio (600 µm) defektų deformacijos.U formos ir V formos defektų pločio pokytis yra didesnis nei ilgio pokytis, kurį sukelia uždarymas pločio kryptimi šaltojo valcavimo ir šratinio pūtimo proceso metu.Palyginti su U formos defektais, V formos defektai susiformavo santykinai didesniame gylyje ir su statesniais nuolydžiais, todėl galima daryti prielaidą, kad taikant V formos defektus galima laikytis konservatyvaus požiūrio.
Šiame skyriuje aptariama kiekvieno vožtuvo spyruoklių gamybos proceso pradinio OT linijos defekto deformacija.Pradinis OT laido defektas taikomas vožtuvo spyruoklės viduje, kur tikimasi gedimo dėl didelių įtempių spyruoklės veikimo metu.OT laidų skersiniai V formos paviršiaus defektai šiek tiek padidėjo į gylį ir ilgį bei smarkiai sumažėjo plotis dėl lenkimo šalto vyniojimo metu.Uždarymas pločio kryptimi įvyksta šratuojant, kai galutinio karščio nustatymo metu pastebima nežymi defektų deformacija arba jos visai nėra.Šaltojo valcavimo ir šratinio valcavimo procese dėl plastinės deformacijos susidaro didelė deformacija pločio kryptimi.V formos defektas vožtuvo spyruoklės viduje virsta T formos defektu dėl pločio uždarymo šalto valcavimo proceso metu.