310 Rozsdamentes acél tekercscső vegyi alkatrésze, Olajban edzett acélhuzal felületi hibáinak hatása az autómotorok szeleprugóinak kifáradási élettartamára

Köszönjük, hogy meglátogatta a Nature.com oldalt.Olyan böngészőverziót használ, amely korlátozott CSS-támogatással rendelkezik.A legjobb élmény érdekében javasoljuk, hogy használjon frissített böngészőt (vagy tiltsa le a kompatibilitási módot az Internet Explorerben).Ezenkívül a folyamatos támogatás érdekében stílusok és JavaScript nélkül jelenítjük meg az oldalt.
Diánként három cikket mutató csúszkák.Használja a vissza és a következő gombokat a diák közötti mozgáshoz, vagy a végén lévő diavezérlő gombokat az egyes diák közötti mozgáshoz.

Rozsdamentes acél 310 tekercses csövek / tekercses csőKémiai összetételés összetétele

Az alábbi táblázat a 310S minőségű rozsdamentes acél kémiai összetételét mutatja.

10*1mm 9,25*1,24 mm 310 Rozsdamentes acél kapilláris tekercscső beszállítók

Fizikai tulajdonságok

A 310S minőségű rozsdamentes acél fizikai tulajdonságait a következő táblázat mutatja be.

Mechanikai tulajdonságok

Az alábbi táblázat a 310S minőségű rozsdamentes acél mechanikai tulajdonságait mutatja be.

Termikus tulajdonságok

A 310S minőségű rozsdamentes acél termikus tulajdonságait a következő táblázat tartalmazza.

Egyéb megnevezések

A 310S minőségű rozsdamentes acélnak megfelelő egyéb jelöléseket a következő táblázat sorolja fel.

Ennek a tanulmánynak az a célja, hogy értékelje egy autómotor szeleprugójának kifáradási élettartamát, amikor 2,5 mm átmérőjű kritikus hibamélységű, 2300 MPa minőségű olajban edzett huzalon (OT huzalon) mikrohibákat alkalmaznak.Először a szeleprugó gyártása során az OT huzal felületi hibáinak deformációját szubszimulációs módszerekkel végeselemes elemzéssel megkaptuk, majd a kész rugó maradék feszültségét mértük és alkalmaztuk a rugófeszültség elemzési modellben.Másodszor, elemezze a szeleprugó szilárdságát, ellenőrizze a maradék feszültséget, és hasonlítsa össze az alkalmazott feszültség szintjét a felületi hibákkal.Harmadszor, a mikrohibák hatását a rugó kifáradási élettartamára úgy értékeltük, hogy a rugószilárdság-analízisből nyert felületi hibákra gyakorolt ​​feszültséget alkalmaztuk a hajlítási kifáradási tesztből kapott SN görbékre az OT huzal forgatása során.A 40 µm-es hibamélység a jelenlegi szabvány a felületi hibák kezelésére a kifáradási élettartam veszélyeztetése nélkül.
Az autóiparban nagy kereslet mutatkozik a könnyű autóipari alkatrészek iránt a járművek üzemanyag-hatékonyságának javítása érdekében.Így a fejlett nagyszilárdságú acél (AHSS) használata az elmúlt években növekszik.Az autómotorok szeleprugói főként hőálló, kopásálló és nem megereszkedett, olajban edzett acélhuzalokból (OT huzalokból) állnak.
A jelenleg használt OT huzalok nagy szakítószilárdságuknak köszönhetően (1900-2100 MPa) lehetővé teszik a motorszeleprugók méretének és tömegének csökkentését, az üzemanyag-hatékonyság javítását a környező alkatrészekkel való súrlódás csökkentésével1.Ezen előnyöknek köszönhetően rohamosan növekszik a nagyfeszültségű huzalok használata, és sorra jelennek meg az ultranagy szilárdságú, 2300 MPa osztályú huzalrudak.Az autómotorok szeleprugói hosszú élettartamot igényelnek, mivel nagy ciklikus terhelés mellett működnek.Ennek a követelménynek a teljesítése érdekében a gyártók a szeleprugók tervezése során általában 5,5 × 107 ciklusnál nagyobb kifáradási élettartamot vesznek figyelembe, és a kifáradási élettartam növelése érdekében maradék feszültséget alkalmaznak a szeleprugó felületére súrlódási és hőzsugorodási folyamatok révén.
Jó néhány tanulmány készült a járművek spirális rugók kifáradási élettartamáról normál üzemi körülmények között.Gzal et al.Statikus terhelés mellett kis csavarszögű elliptikus csavarrugók analitikai, kísérleti és végeselemes (FE) elemzését mutatjuk be.Ez a tanulmány egyértelmű és egyszerű kifejezést ad a maximális nyírófeszültség helyére a méretarány és a merevségi index függvényében, valamint analitikai betekintést nyújt a maximális nyírófeszültségbe, amely a gyakorlati tervezés kritikus paramétere3.Pastorcic et al.Leírják a magángépkocsiból üzemzavar után eltávolított csavarrugó tönkremenetelének és kifáradásának elemzésének eredményeit.Kísérleti módszerekkel megvizsgáltak egy törött rugót, és az eredmények arra utalnak, hogy ez egy példa a korróziós kifáradás meghibásodására4.lyuk stb. Számos lineáris regressziós rugó-élettartam-modellt fejlesztettek ki az autóipari csavarrugók kifáradási élettartamának értékelésére.Putra és mások.Az útfelület egyenetlenségei miatt az autó csavarrugójának élettartama meghatározásra kerül.Kevés kutatást végeztek azonban arra vonatkozóan, hogy a gyártási folyamat során fellépő felületi hibák hogyan befolyásolják az autóipari tekercsrugók élettartamát.
A gyártási folyamat során fellépő felületi hibák helyi feszültségkoncentrációhoz vezethetnek a szeleprugókban, ami jelentősen csökkenti a kifáradási élettartamukat.A szeleprugók felületi hibáit különböző tényezők okozzák, mint például a felhasznált alapanyagok felületi hibái, szerszámhibák, hideghengerlés közbeni durva kezelés7.Az alapanyag felületi hibái a meleghengerlés és többmenetes húzás miatt meredeken V alakúak, míg az alakítószerszám és a gondatlan kezelés okozta hibák U alakúak, enyhe lejtéssel8,9,10,11.A V alakú hibák nagyobb feszültségkoncentrációt okoznak, mint az U alakú hibák, ezért általában szigorú hibakezelési kritériumokat alkalmaznak a kiindulási anyagra.
Az OT huzalokra vonatkozó jelenlegi felületi hibakezelési szabványok közé tartozik az ASTM A877/A877M-10, a DIN EN 10270-2, a JIS G 3561 és a KS D 3580. A DIN EN 10270-2 előírja, hogy a felületi hiba mélysége 0,5-es huzalátmérő esetén 10 mm kisebb, mint a huzalátmérő 0,5–1%-a.Ezenkívül a JIS G 3561 és KS D 3580 megköveteli, hogy a 0,5–8 mm átmérőjű huzalrúd felületi hibáinak mélysége a huzalátmérő 0,5%-ánál kisebb legyen.Az ASTM A877/A877M-10 szabványban a gyártónak és a vásárlónak meg kell állapodnia a felületi hibák megengedett mélységében.A huzal felületén lévő hiba mélységének mérésére a vezetéket általában sósavval maratják, majd mikrométerrel mérik meg a hiba mélységét.Ezzel a módszerrel azonban csak bizonyos területeken lehet mérni a hibákat, nem pedig a végtermék teljes felületén.Ezért a gyártók örvényáramú vizsgálatot alkalmaznak a huzalhúzási folyamat során a folyamatosan gyártott huzal felületi hibáinak mérésére;ezek a tesztek a felületi hibák mélységét 40 µm-ig meg tudják mérni.A fejlesztés alatt álló 2300 MPa minőségű acélhuzal nagyobb szakítószilárdsággal és kisebb nyúlással rendelkezik, mint a meglévő 1900-2200 MPa minőségű acélhuzal, így a szeleprugó kifáradási élettartama nagyon érzékeny a felületi hibákra.Ezért ellenőrizni kell a meglévő szabványok alkalmazásának biztonságát az 1900-2200 MPa minőségű acélhuzal és a 2300 MPa minőségű acélhuzal felületi hibák mélységének szabályozására.
Ennek a tanulmánynak az a célja, hogy értékelje az autómotor szeleprugójának kifáradási élettartamát, amikor az örvényáram-vizsgálattal mérhető minimális repedésmélységet (azaz 40 µm-t) alkalmazzák egy 2300 MPa minőségű OT vezetékre (átmérő: 2,5 mm): kritikus hiba. mélység .A tanulmány hozzájárulása és módszertana a következő.
Az OT huzal kezdeti hibájaként a kifáradási élettartamot súlyosan befolyásoló V alakú hibát használtak a huzal tengelyéhez képest keresztirányban.Tekintsük egy felületi hiba méreteinek (α) és hosszának (β) arányát, hogy meglássuk a mélysége (h), szélessége (w) és hossza (l) hatását.Felületi hibák a rugó belsejében jelentkeznek, ahol először a meghibásodás következik be.
Az OT huzal kezdeti hibáinak hidegtekercselés közbeni deformációjának előrejelzésére szubszimulációs megközelítést alkalmaztunk, amely figyelembe vette az elemzési időt és a felületi hibák méretét, mivel a hibák nagyon kicsik az OT huzalhoz képest.globális modell.
A kétlépcsős sörétezés utáni rugós maradó nyomófeszültségeket végeselemes módszerrel számítottam ki, az eredményeket összevetettem a sörétezés utáni mérésekkel az analitikai modell megerősítésére.Ezenkívül megmérték a szeleprugókban az összes gyártási folyamatból származó maradék feszültségeket, és alkalmazták a rugószilárdság-elemzéshez.
A felületi hibákban jelentkező igénybevételek előrejelzése a rugó szilárdságának elemzésével történik, figyelembe véve a hiba hideghengerlés közbeni alakváltozását és a kész rugóban fellépő maradék nyomófeszültséget.
A forgási hajlítási kifáradási tesztet a szeleprugóval azonos anyagból készült OT huzallal végeztük.A legyártott szeleprugók maradék feszültségének és felületi érdességi jellemzőinek az OT vonalakkal való összefüggésbe hozására SN görbéket kaptunk forgó hajlítási kifáradási tesztekkel, miután előkezelési eljárásként kétlépcsős lövöldözést és torziót alkalmaztunk.
A rugószilárdság-elemzés eredményeit a Goodman-egyenletre és az SN-görbére alkalmazzuk a szeleprugó kifáradási élettartamának előrejelzésére, valamint értékeljük a felületi hiba mélységének hatását a kifáradási élettartamra.
Ebben a vizsgálatban egy 2,5 mm átmérőjű, 2300 MPa-os OT minőségű huzalt használtak az autómotor szeleprugójának kifáradási élettartamának értékelésére.Először a huzal szakítóvizsgálatát végezték el, hogy megkapják a képlékeny törési modelljét.
Az OT huzal mechanikai tulajdonságait szakítóvizsgálatokkal határoztuk meg a hideg tekercselési folyamat és a rugószilárdság végeselemes elemzése előtt.Az anyag feszültség-nyúlás görbéjét szakítóvizsgálatok eredményei alapján határoztuk meg 0,001 s-1 alakváltozási sebesség mellett, amint az az 1. ábrán látható.1. SWONB-V huzalt használnak, amelynek folyáshatára, szakítószilárdsága, rugalmassági modulusa és Poisson-hányada 2001,2 MPa, 2316 MPa, 206 GPa és 0,3.A feszültség függését az áramlási feszültségtől a következőképpen kapjuk meg:
Rizs.A 2. ábra a képlékeny törési folyamatot szemlélteti.Az anyag az alakváltozás során elasztoplasztikus deformáción megy keresztül, és az anyag szűkül, amikor az anyagban lévő feszültség eléri a szakítószilárdságát.Ezt követően az anyagon belüli üregek keletkezése, növekedése és társulása az anyag pusztulásához vezet.
A képlékeny törésmodell feszültség-módosított kritikus alakváltozási modellt alkalmaz, amely figyelembe veszi a feszültség hatását, a nyakkivágás utáni törés pedig a károsodás-akkumulációs módszert.Itt a károsodás kezdetét a feszültség, a feszültség triaxialitás és a nyúlási sebesség függvényében fejezzük ki.A feszültségi triaxialitás az az átlagérték, amelyet az anyag deformációja és a nyak kialakulásáig okozott hidrosztatikus feszültség és az effektív feszültség osztásával kapunk.A sebzéshalmozó módszerben pusztulásról akkor beszélünk, ha a sebzési érték eléri az 1-et, és az 1-es sebzési érték eléréséhez szükséges energiát pusztítási energiának (Gf) definiáljuk.A törési energia megfelel az anyag valódi feszültség-elmozdulás görbéjének a nyakkivágástól a törési időig tartó tartományának.
A hagyományos acélok esetében a feszültségi módtól függően képlékeny törés, nyírási törés vagy kevert módú törés lép fel a duktilitás és a nyírótörés miatt, amint az a 3. ábrán látható. törésminta.
A képlékeny tönkremenetel az 1/3-nál nagyobb feszültségi triaxialitásnak megfelelő tartományban lép fel (I. zóna), a törési nyúlás és a feszültségi triaxialitás pedig a felületi hibás és bevágásos próbatesteken végzett szakítóvizsgálatokból következtethető.A 0 ~ 1/3 feszültségi triaxialitásnak megfelelő területen (II. zóna) képlékeny törés és nyírási tönkremenetel kombinációja következik be (azaz torziós teszten keresztül. A feszültségi triaxialitásnak megfelelő területen -1/3-tól 0-ig) (III), a kompresszió okozta nyírási tönkremenetel, valamint a törési nyúlás és a feszültség triaxialitása felborítási teszttel érhető el.
A motorszeleprugók gyártása során használt OT huzaloknál figyelembe kell venni a gyártási folyamat és az alkalmazási körülmények különböző terhelési körülményei által okozott töréseket.Ezért szakító- és torziós vizsgálatokat végeztünk a tönkremeneteli alakváltozási kritérium alkalmazására, figyelembe vettük a feszültség-triaxialitás hatását az egyes igénybevételi módokra, valamint elasztoplasztikus végeselem-analízist végeztünk nagy alakváltozásoknál a feszültség-triaxialitás változásának számszerűsítésére.A tömörítési módot a mintafeldolgozás korlátai miatt nem vettük figyelembe, ugyanis az OT huzal átmérője mindössze 2,5 mm.Az 1. táblázat felsorolja a végeselemes analízissel kapott vizsgálati feltételeket a szakító és torzió, valamint a feszültségi triaxialitás és a törési alakváltozás tekintetében.
A hagyományos háromtengelyű acélok feszültség alatti törési alakja a következő egyenlettel előre jelezhető.
ahol C1: \({\overline{{\varepsilon}_{0}}}^{pl}\) tiszta vágás (η = 0) és C2: \({\overline{{\varepsilon}_{0} } }^{pl}\) Egytengelyű feszültség (η = η0 = 1/3).
Az egyes feszültségi módokhoz tartozó trendvonalakat a C1 és C2 törési alakváltozási értékek alkalmazásával kapjuk meg az egyenletben.(2);A C1 és C2 értékeket felületi hibák nélküli mintákon végzett szakító- és torziós vizsgálatokból nyerik.A 4. ábra a tesztekből kapott feszültségi triaxialitást és törési alakváltozást, valamint az egyenlettel előre jelzett trendvonalakat mutatja.(2) A tesztből kapott trendvonal, valamint a feszültség-triaxialitás és a törési alakzat kapcsolata hasonló tendenciát mutat.A hajlékony törés kritériumaként az egyes feszültségmódokhoz tartozó törési nyúlást és feszültségi triaxialitást használtuk, amelyet trendvonalak alkalmazásával kaptunk.
A törési energiát anyagtulajdonságként használják a nyakolás utáni szakadási idő meghatározására, és szakítóvizsgálatokból nyerhető ki.A törési energia az anyag felületén lévő repedések jelenlététől vagy hiányától függ, mivel a repedésig eltelt idő a helyi feszültségek koncentrációjától függ.Az 5a-c ábrák a felületi hibák nélküli és R0,4 vagy R0,8 bevágásokkal rendelkező minták törési energiáit mutatják húzóvizsgálatokból és végeselemes elemzésből.A törési energia megfelel a valódi feszültség-elmozdulás görbe területének a nyakkivágástól a törési időig.
Egy finom felületi hibával rendelkező OT huzal törési energiáját 40 µm-nél nagyobb hibamélységű OT huzalon végzett szakítóvizsgálatokkal határoztuk meg, amint az az 5d. ábrán látható.A szakítóvizsgálatok során tíz hibás próbatestet használtunk, és az átlagos törési energiát 29,12 mJ/mm2-re becsültük.
A szabványosított felületi hiba a hiba mélységének és a szeleprugó huzal átmérőjének aránya, függetlenül az autóipari szeleprugók gyártásánál használt OT huzal felületi hibás geometriájától.Az OT huzalhibák a tájolás, a geometria és a hossz alapján osztályozhatók.A rugó felületi hibájára ható igénybevétel mértéke azonos hibamélység mellett is változik a hiba geometriájától és irányultságától függően, így a hiba geometriája és tájolása befolyásolhatja a kifáradási szilárdságot.Ezért figyelembe kell venni azoknak a hibáknak a geometriáját és tájolását, amelyek a legnagyobb hatással vannak a rugó kifáradási élettartamára, hogy szigorú kritériumokat lehessen alkalmazni a felületi hibák kezelésére.Az OT huzal finomszemcsés szerkezete miatt a kifáradási élettartama nagyon érzékeny a bevágásokra.Ezért végeselemes elemzéssel kiindulási hibaként azt a hibát kell megállapítani, amely a hiba geometriája és orientációja szerint a legnagyobb feszültségkoncentrációt mutatja.ábrán.A 6. ábra a tanulmányban használt, rendkívül nagy szilárdságú, 2300 MPa osztályú autóipari szeleprugókat mutatja.
Az OT huzal felületi hibáit a rugó tengelye szerint belső és külső hibákra osztják.A hideghengerlés során fellépő hajlítás miatt nyomófeszültség, illetve húzófeszültség hat a rugó belső, illetve külső oldalán.A törést a hideghengerlés során fellépő húzófeszültségek miatt kívülről megjelenő felületi hibák okozhatják.
A gyakorlatban a rugót időszakos összenyomásnak és lazításnak vetik alá.A rugó összenyomásakor az acélhuzal elcsavarodik, és a feszültségek koncentrációja miatt a rugón belüli nyírófeszültség nagyobb, mint a környező nyírófeszültség7.Ezért ha a rugó belsejében felületi hibák vannak, akkor a rugó eltörésének a valószínűsége a legnagyobb.Így a rugó külső oldala (az a hely, ahol a rugó gyártása során meghibásodás várható) és a belső oldal (ahol a tényleges alkalmazás során a legnagyobb a feszültség) a felületi hibák helyeként van beállítva.
Az OT vonalak felületi hibageometriája U-alakra, V-alakra, Y-alakra és T-alakra oszlik.Az Y-típus és a T-típus elsősorban az alapanyagok felületi hibáiban, az U- és V-típusú hibák pedig a hideghengerlési folyamat során a szerszámok gondatlan kezeléséből adódnak.Az alapanyagok felületi hibáinak geometriáját tekintve a meleghengerlés során nem egyenletes képlékeny alakváltozásból adódó U alakú hibák többmenetes nyújtás során V-alakú, Y-alakú és T-alakú varrathibákká deformálódnak8, 10.
Ezen túlmenően, a V-alakú, Y-alakú és T-alakú hibák, amelyeknél a bevágás meredek dőlésszöge van a felületen, nagy feszültségkoncentrációnak lesznek kitéve a rugó működése során.A szeleprugók hideghengerléskor meghajlanak és működés közben elcsavaródnak.A magasabb feszültségkoncentrációjú V-alakú és Y-alakú hibák feszültségkoncentrációit végeselemes analízissel, ABAQUS – kereskedelmi forgalomban kapható végeselem-elemző szoftverrel hasonlítottuk össze.A feszültség-nyúlás összefüggést az 1. ábra és az 1. egyenlet mutatja. (1) Ez a szimuláció kétdimenziós (2D) négyszögletes négycsomópontos elemet használ, és az elem oldalhosszának minimális értéke 0,01 mm.Az analitikai modellhez 2,5 mm átmérőjű és 7,5 mm hosszú huzal 2D-s modelljére V-alakú és Y-alakú hibákat alkalmaztunk, amelyek mélysége 0,5 mm, a hiba dőlésszöge pedig 2°.
ábrán.A 7a. ábra a hajlítófeszültség-koncentrációt mutatja az egyes hibák csúcsán, amikor 1500 Nmm-es hajlítónyomatékot alkalmazunk az egyes huzalok mindkét végén.Az elemzés eredményei azt mutatják, hogy a maximális feszültség 1038,7 és 1025,8 MPa a V-alakú, illetve Y-alakú hibák tetején jelentkezik.ábrán.A 7b. ábra mutatja a feszültségkoncentrációt az egyes torzió által okozott hibák tetején.Ha a bal oldalt korlátozzuk, és 1500 N∙mm forgatónyomatékot alkalmazunk a jobb oldalra, akkor a V-alakú és Y-alakú hibák csúcsainál ugyanaz az 1099 MPa maximális feszültség lép fel.Ezek az eredmények azt mutatják, hogy a V-típusú hibák nagyobb hajlítási feszültséget mutatnak, mint az Y-típusú hibák, ha a hiba mélysége és lejtése azonos, de ugyanolyan torziós feszültséget tapasztalnak.Ezért az azonos mélységű és lejtésű V-alakú és Y-alakú felületi hibák a feszültségkoncentráció okozta nagyobb maximális igénybevételű V-alakúakká normalizálhatók.A V-típusú hibaméretarányt α = w/h-ban határozzuk meg a V-típusú és T-típusú hibák mélysége (h) és szélessége (w) felhasználásával;így egy T-típusú hiba (α ≈ 0) helyett a geometria egy V-típusú hiba geometriai szerkezetével határozható meg.Ezért az Y-típusú és a T-típusú hibák normalizálhatók V-típusú hibákkal.A mélység (h) és hosszúság (l) használatával a hosszarányt egyébként β = l/h-ban határozzuk meg.
A 811. ábrán látható módon az OT huzalok felületi hibáinak irányai hosszirányú, keresztirányú és ferde irányokra vannak osztva, amint az a 811. ábrán látható. A felületi hibák orientációjának a véges elem által a rugó erejére gyakorolt ​​hatásának elemzése módszer.
ábrán.A 9a. ábra a motorszelep rugófeszültség-elemzési modelljét mutatja.Elemzési feltételként a rugót 50,5 mm-es szabad magasságról 21,8 mm-es kemény magasságra nyomtuk össze, a rugó belsejében 1086 MPa maximális feszültség keletkezett, amint az a 9b. ábrán látható.Mivel a tényleges motorszeleprugók meghibásodása főként a rugón belül történik, a belső felületi hibák várhatóan súlyosan befolyásolják a rugó kifáradási élettartamát.Ezért a hossz-, kereszt- és ferde irányú felületi hibákat a motorszeleprugók belsejében almodellezési technikákkal alkalmazzák.A 2. táblázat mutatja a felületi hibák méreteit és a maximális feszültséget a hiba irányában maximális rugónyomás mellett.A legnagyobb feszültségek a keresztirányú irányúak voltak, a hossz- és ferde irányú feszültségek keresztirányhoz viszonyított arányát 0,934-0,996-ra becsülték.A feszültségarányt úgy határozhatjuk meg, hogy ezt az értéket egyszerűen elosztjuk a maximális keresztirányú feszültséggel.A maximális feszültség a rugóban minden felületi hiba tetején jelentkezik, amint az a 9s. ábrán látható.A megfigyelt feszültségértékek hosszanti, keresztirányú és ferde irányban 2045, 2085 és 2049 MPa.Ezen elemzések eredményei azt mutatják, hogy a keresztirányú felületi hibák a legközvetlenebb hatással vannak a motorszeleprugók kifáradási élettartamára.
Az OT huzal kezdeti hibájaként egy V alakú hibát, amelyről feltételezzük, hogy a legközvetlenebbül befolyásolja a motorszeleprugó kifáradási élettartamát, a hiba irányának pedig a keresztirányt.Ez a hiba nem csak kívül jelentkezik, ahol a motorszelep rugója eltört a gyártás során, hanem belül is, ahol a legnagyobb igénybevétel az üzem közbeni feszültségkoncentráció miatt jelentkezik.A maximális repedésmélység 40 µm, amely örvényáramú hibaérzékeléssel észlelhető, a minimális mélység pedig a 2,5 mm-es huzalátmérő 0,1%-ának megfelelő mélységre van beállítva.Ezért a hiba mélysége 2,5-40 µm.Változóként a 0,1-1 hosszarányú és 5-15 hosszarányú repedések mélységét, hosszát és szélességét használtuk, és értékeltük ezek hatását a rugó kifáradási szilárdságára.A 3. táblázat felsorolja a válaszfelület módszertanával meghatározott analitikai feltételeket.
Az autómotorok szeleprugóit hideg tekercseléssel, temperálással, szemcseszórással és OT huzal hőbeállításával gyártják.A rugógyártás során a felületi hibákban bekövetkezett változásokat figyelembe kell venni az OT vezetékek kezdeti felületi hibáinak a motorszeleprugók fáradási élettartamára gyakorolt ​​hatásának értékeléséhez.Ezért ebben a részben végeselemes elemzést használunk az OT huzalfelületi hibák deformációjának előrejelzésére az egyes rugók gyártása során.
ábrán.A 10. ábra a hideg tekercselési folyamatot mutatja.A folyamat során az OT huzalt az adagolóhenger vezeti be a huzalvezetőbe.A huzalvezető táplálja és megtámasztja a huzalt, hogy megakadályozza a hajlítást az alakítási folyamat során.A huzalvezetőn áthaladó huzalt az első és a második rúd meghajlítja, hogy a kívánt belső átmérőjű tekercsrugót képezzen.A rugóemelkedést a léptetőszerszám egy fordulat utáni mozgatásával állítják elő.
ábrán.A 11a. ábra egy végeselemes modellt mutat be, amelyet a felületi hibák geometriájában bekövetkezett változás értékelésére használunk a hideghengerlés során.A huzal kialakítását főként a tekercselőcsap fejezi be.Mivel a huzal felületén lévő oxidréteg kenőanyagként működik, az adagolóhenger súrlódási hatása elhanyagolható.Ezért a számítási modellben az adagológörgő és a huzalvezető perselyként van leegyszerűsítve.Az OT huzal és az alakítószerszám közötti súrlódási együtthatót 0,05-re állítottuk be.A 2D merev testsíkot és a rögzítési feltételeket a vonal bal végére alkalmazzuk, hogy az X irányban az adagolóhengerrel azonos sebességgel (0,6 m/s) legyen előtolva.ábrán.A 11b. ábra azt a szubszimulációs módszert mutatja, amelyet kis hibák vezetékeken történő alkalmazására használnak.A felületi hibák méretének figyelembevétele érdekében az almodellt kétszer alkalmazzák a 20 µm vagy annál nagyobb mélységű felületi hibákra, és háromszor a 20 µm-nél kisebb mélységű felületi hibákra.A felületi hibákat az egyenlő lépésekkel kialakított területeken alkalmazzák.A rugó általános modelljében az egyenes huzaldarab hossza 100 mm.Az első almodellnél alkalmazza az 1. almodellt 3 mm hosszúsággal a globális modelltől számított 75 mm-es hosszirányú pozícióba.Ez a szimuláció egy háromdimenziós (3D) hatszögletű, nyolc csomópontos elemet használt.A globális modellben és az 1. almodellben az egyes elemek minimális oldalhossza 0,5, illetve 0,2 mm.Az 1. részmodell elemzése után a felületi hibákat a 2. részmodellre alkalmazzuk, és a 2. részmodell hossza és szélessége a felületi hiba hosszának háromszorosa, hogy kiküszöböljük az almodell peremfeltételeinek hatását. Ráadásul a hossz és a szélesség 50%-a az almodell mélysége.A 2. almodellben az egyes elemek minimális oldalhossza 0,005 mm.A végeselemes elemzéshez bizonyos felületi hibákat alkalmaztunk, a 3. táblázat szerint.
ábrán.A 12. ábra a feszültség eloszlását mutatja a felületi repedésekben egy tekercs hideg megmunkálása után.Az általános modell és az 1. részmodell közel azonos 1076 és 1079 MPa feszültségeket mutat ugyanazon a helyen, ami megerősíti az almodellezési módszer helyességét.Az almodell határszélein lokális feszültségkoncentrációk lépnek fel.Nyilvánvalóan ez az almodell peremfeltételeiből adódik.A feszültségkoncentráció miatt az alkalmazott felületi hibákkal rendelkező 2. részmodell 2449 MPa feszültséget mutat a hiba csúcsán hideghengerlés közben.Amint a 3. táblázat mutatja, a válaszfelületi módszerrel azonosított felületi hibákat a rugó belsejére alkalmaztuk.A végeselemes elemzés eredményei azt mutatták, hogy a felületi hibák 13 esete közül egyik sem volt hibás.
A tekercselés során minden technológiai folyamatban a rugó belsejében lévő felületi hibák mélysége 0,1-2,62 µm-rel nőtt (13a. ábra), szélessége 1,8-35,79 µm-rel csökkent (13b. ábra), míg a hossza 0,72-rel nőtt. –34,47 µm (13c. ábra).Mivel a keresztirányú V alakú hiba a hideghengerlés során hajlítással szélességben záródik, ezért az eredetinél meredekebb lejtésű V alakú hibává deformálódik.
Deformáció az OT huzal felületi hibáinak mélységében, szélességében és hosszában a gyártási folyamat során.
Alkalmazza a felületi hibákat a rugó külső oldalán, és jósolja meg a törés valószínűségét a hideghengerlés során a végeselem-elemzés segítségével.táblázatban felsorolt ​​feltételek mellett.3, nincs valószínűsége a külső felület hibáinak megsemmisülésének.Más szóval, 2,5 és 40 µm közötti felületi hibák mélységében nem történt roncsolás.
A kritikus felületi hibák előrejelzésére a hideghengerlés során fellépő külső töréseket a hibamélység 40 µm-ről 5 µm-re növelésével vizsgáltuk.ábrán.A 14. ábra a felületi hibák mentén történő töréseket mutatja.A törés a mélység (55 µm), a szélesség (2 µm) és a hosszúság (733 µm) mellett következik be.A rugón kívüli felületi hiba kritikus mélysége 55 μm volt.
A sörétes vágási eljárás elnyomja a repedések növekedését és növeli a kifáradási élettartamot azáltal, hogy a rugó felületén egy bizonyos mélységben maradék nyomófeszültséget hoz létre;ugyanakkor feszültségkoncentrációt indukál a rugó felületi érdességének növelésével, így csökkenti a rugó fáradtságállóságát.Emiatt a másodlagos sörétes peeling technológiát nagy szilárdságú rugók előállítására használják, hogy kompenzálják a kifáradási élettartam csökkenést, amelyet a sörétes vágás okozta felületi érdesség növekedése okoz.A kétlépcsős szemcsés hántolással javítható a felületi érdesség, a maximális nyomó-maradékfeszültség és a felületi nyomó-maradék feszültség, mivel a második sörétes hámlasztást az első szemcsés hámlasztás után hajtják végre12,13,14.
ábrán.A 15. ábra a szemcseszórásos eljárás analitikai modelljét mutatja.Elasztikus-műanyag modellt készítettek, amelyben 25 golyót ejtettek az OT vonal célterületére sörétfúvás céljából.A szemcseszórás elemzési modellben a hideg tekercselés során deformálódott OT huzal felületi hibáit használtuk kiindulási hibaként.A hideghengerlési folyamatból származó maradék feszültségek eltávolítása a szemcseszórás előtti temperálással.A lőtt gömb következő tulajdonságait használtuk: sűrűség (ρ): 7800 kg/m3, rugalmassági modulus (E) – 210 GPa, Poisson-hányados (υ): 0,3.A golyó és az anyag közötti súrlódási együttható 0,1-re van állítva.Az első és a második kovácsolás során 0,6 és 0,3 mm átmérőjű söréteket dobtak ki azonos 30 m/s sebességgel.A szemcseszórás után (a 13. ábrán látható egyéb gyártási eljárások mellett) a rugóban lévő felületi hibák mélysége, szélessége és hossza -6,79 és 0,28 µm, -4,24 és 1,22 µm, valamint -2,59 és 1,69 között volt. µm, illetve µm.Az anyag felületére merőlegesen kilökött lövedék plasztikus deformációja miatt a hiba mélysége csökken, különösen a hiba szélessége jelentősen csökken.Nyilvánvalóan a sörétesedés okozta képlékeny alakváltozás miatt zárult le a hiba.
A hőre zsugorodási folyamat során a hidegzsugorodás és az alacsony hőmérsékletű izzítás hatásai egyszerre hatnak a motor szeleprugóra.A hideg beállítás maximalizálja a rugó feszességét azáltal, hogy szobahőmérsékleten a lehető legmagasabb szintre nyomja össze.Ebben az esetben, ha a motorszelep rugóját az anyag folyáshatára felett terheljük, a motorszelep rugója plasztikusan deformálódik, növelve a folyáshatárt.A képlékeny deformáció után a szeleprugó meghajlik, de a megnövelt folyáshatár biztosítja a szeleprugó rugalmasságát a tényleges működés során.Az alacsony hőmérsékletű izzítás javítja a magas hőmérsékleten működő szeleprugók hő- és deformációs ellenállását2.
Az FE analízisben a szemcseszórás során deformált felületi hibákat és a röntgendiffrakciós (XRD) berendezéssel mért maradó feszültségmezőt alkalmaztuk a 2. almodellre (8. ábra), hogy következtessen a hibák hőzsugorodás közbeni változására.A rugót rugalmas tartományban való működésre tervezték, és 50,5 mm-es szabad magasságáról 21,8 mm-es szilárd magasságára nyomták össze, majd hagyták, hogy az elemzési feltételként visszatérjen eredeti 50,5 mm-es magasságába.A hőzsugorodás során a hiba geometriája jelentéktelenül változik.Nyilvánvalóan a szemcseszórás által létrehozott 800 MPa és afeletti maradék nyomófeszültség elnyomja a felületi hibák deformációját.Hőzsugorodás után (13. ábra) a felületi hibák mélysége, szélessége és hossza -0,13 és 0,08 µm között, -0,75 és 0 µm között, illetve 0,01 és 2,4 µm között változott.
ábrán.A 16. ábra azonos mélységű (40 µm), azonos szélességű (22 µm) és hosszúságú (600 µm) U- és V-alakú hibák deformációit hasonlítja össze.Az U- és V-alakú hibák szélességváltozása nagyobb, mint a hosszváltozás, amelyet a hideghengerlési és szemcseszórási folyamat során a szélességi irányú záródás okoz.Az U-alakú hibákhoz képest a V-alakú hibák viszonylag nagyobb mélységben és meredekebb lejtéssel alakultak ki, ami arra utal, hogy a V-alakú hibák alkalmazásakor konzervatív megközelítést lehet alkalmazni.
Ez a rész az OT sor kezdeti hibájának deformációját tárgyalja minden egyes szeleprugó gyártási folyamathoz.A kezdeti OT huzalhibát a szeleprugó belsejében alkalmazzák, ahol a rugó működése közben fellépő nagy feszültségek miatt meghibásodás várható.Az OT huzalok keresztirányú V alakú felületi hibái enyhén megnövekedtek a mélységben és hosszúságban, és meredeken csökkentek a szélességben a hideg tekercselés során bekövetkező hajlítás miatt.A szélességi irányú zárás a sörétvágás során történik, a végső hőbeállítás során csekély vagy egyáltalán nem észlelhető hibadeformáció.A hideghengerlés és a sörétezés során a plasztikus deformáció miatt szélességi irányban nagy deformáció lép fel.A szeleprugó belsejében lévő V alakú hiba a hideghengerlési folyamat során a szélességi zárás miatt T alakú hibává alakul.