310 Хемиска компонента на цевка од серпентина од нерѓосувачки челик ,Ефект на површинските дефекти на челична жица зацврстена со масло врз животниот век на замор на пружините на вентилите кај автомобилските мотори

Ви благодариме што ја посетивте Nature.com.Користите верзија на прелистувач со ограничена поддршка за CSS.За најдобро искуство, препорачуваме да користите ажуриран прелистувач (или да го оневозможите режимот на компатибилност во Internet Explorer).Покрај тоа, за да обезбедиме постојана поддршка, ја прикажуваме страницата без стилови и JavaScript.
Лизгачи кои прикажуваат три статии по слајд.Користете ги копчињата за назад и следно за да се движите низ слајдовите или копчињата на контролорот на слајдовите на крајот за да се движите низ секој слајд.

Намотани цевки од не'рѓосувачки челик 310 / намотани цевкиХемиски состави составот

Следната табела го прикажува хемискиот состав на нерѓосувачки челик 310S.

10*1mm 9,25*1,24 mm 310 Добавувачи на капиларна намотана цевка од нерѓосувачки челик

Физички својства

Физичките својства на нерѓосувачки челик 310S се прикажани во следната табела.

Механички својства

Следната табела ги прикажува механичките својства на нерѓосувачкиот челик 310S.

Термички својства

Термичките својства на нерѓосувачкиот челик 310S се дадени во следната табела.

Други ознаки

Други ознаки еквивалентни на нерѓосувачки челик 310S се наведени во следната табела.

Целта на оваа студија е да се процени животниот век на замор на пружината на вентилот на автомобилски мотор при нанесување на микродефекти на жица зацврстена со масло од 2300 MPa (OT жица) со критична длабочина на дефект од 2,5 mm во дијаметар.Прво, деформацијата на површинските дефекти на ОТ жица за време на изработката на пружината на вентилот беше добиена со анализа на конечни елементи со помош на методи на субсимулација, а преостанатиот напон на готовиот пружин беше измерен и применет на моделот за анализа на стресот на пружината.Второ, анализирајте ја јачината на пружината на вентилот, проверете дали има преостанат напон и споредете го нивото на применетиот стрес со несовршеностите на површината.Трето, ефектот на микродефектите врз животниот век на замор на пружината беше оценет со примена на напрегањето на површинските дефекти добиени од анализата на јачината на пружината на кривите SN добиени од тестот на флексурален замор при ротација на жицата ОТ.Длабочината на дефектот од 40 µm е актуелниот стандард за управување со површинските дефекти без да се загрози векот на замор.
Автомобилската индустрија има голема побарувачка за лесни автомобилски компоненти за да се подобри ефикасноста на горивото на возилата.Така, употребата на напреден челик со висока јачина (AHSS) се зголемува во последниве години.Пружините на вентилите на автомобилскиот мотор главно се состојат од отпорни на топлина, отпорни на абење и челични жици кои не се опуштени, стврднати со масло (OT жици).
Поради нивната висока цврстина на истегнување (1900–2100 MPa), тековно користените ОТ жици овозможуваат намалување на големината и масата на пружините на вентилите на моторот, подобрување на ефикасноста на горивото со намалување на триењето со околните делови1.Поради овие предности, употребата на високонапонска жичана шипка брзо се зголемува, а жичаната шипка со ултра висока јачина од класа 2300MPa се појавува една по друга.Пружините на вентилите кај автомобилските мотори бараат долг работен век бидејќи работат под високи циклични оптоварувања.За да го исполнат ова барање, производителите обично го земаат предвид векот на замор поголем од 5,5×107 циклуси при дизајнирање на пружини на вентилите и нанесуваат преостанат стрес на површината на пружините на вентилот преку процесите на шутирање и термичко собирање за да го подобрат животниот век на замор2.
Имаше доста студии за векот на замор на спиралните пружини во возилата при нормални работни услови.Гзал и сор.Прикажани се аналитички, експериментални и конечни елементи (FE) анализи на елиптични спирални пружини со мали агли на спиралата под статичко оптоварување.Оваа студија дава експлицитен и едноставен израз за локацијата на максималното напрегање на смолкнување наспроти односот и индексот на вкочанетост, а исто така дава аналитички увид во максималниот напон на смолкнување, критичен параметар во практичните дизајни3.Пасторчиќ и сор.Опишани се резултатите од анализата на уништување и замор на спирална пружина отстранета од приватен автомобил по дефект во работата.Со помош на експериментални методи, беше испитана скршена пружина и резултатите сугерираат дека ова е пример за дефект од замор од корозија4.Дупка, итн. Развиени се неколку модели на животен век на пружини со линеарна регресија за да се оцени животниот век на замор на автомобилските спирални пружини.Путра и други.Поради нерамномерноста на површината на патот, се одредува работниот век на спиралната пружина на автомобилот.Сепак, малку истражувања се направени за тоа како површинските дефекти кои се јавуваат за време на производствениот процес влијаат на животниот век на автомобилските спирални пружини.
Површинските дефекти кои се јавуваат во текот на производниот процес може да доведат до локална концентрација на стрес во пружините на вентилите, што значително го намалува нивниот век на замор.Површинските дефекти на пружините на вентилите се предизвикани од различни фактори, како што се површинските дефекти на употребените суровини, дефекти во алатот, грубо ракување при ладно валање7.Површинските дефекти на суровината се стрмни V-облик поради топлото валање и повеќепропусното влечење, додека дефектите предизвикани од образувачкиот алат и невнимателно ракување се во форма на буквата У со благи косини8,9,10,11.Дефектите во форма на V предизвикуваат повисоки концентрации на напрегање од дефектите во форма на буквата У, па затоа вообичаено се применуваат строги критериуми за управување со дефекти на почетниот материјал.
Тековните стандарди за управување со површински дефекти за ОТ жиците вклучуваат ASTM A877/A877M-10, DIN EN 10270-2, JIS G 3561 и KS D 3580. DIN EN 10270-2 одредува дека длабочината на дефектот на површината на дијаметрите на жицата е 5–0. 10 mm е помалку од 0,5-1% од дијаметарот на жицата.Покрај тоа, JIS G 3561 и KS D 3580 бараат длабочината на површинските дефекти во жичаната шипка со дијаметар од 0,5–8 mm да биде помала од 0,5% од дијаметарот на жицата.Во ASTM A877/A877M-10, производителот и купувачот мора да се договорат за дозволената длабочина на површинските дефекти.За да се измери длабочината на дефектот на површината на жицата, жицата обично се гравира со хлороводородна киселина, а потоа длабочината на дефектот се мери со помош на микрометар.Меѓутоа, овој метод може да мери само дефекти во одредени области, а не на целата површина на финалниот производ.Затоа, производителите користат тестирање на вртложни струи за време на процесот на цртање на жици за да ги измерат површинските дефекти во континуирано произведената жица;овие тестови можат да ја измерат длабочината на површинските дефекти до 40 µm.Челичната жица од 2300 MPa што се развива има поголема цврстина на истегнување и помало издолжување од постоечката челична жица од 1900-2200 MPa, така што се смета дека векот на замор на пружините на вентилот е многу чувствителен на површинските дефекти.Затоа, неопходно е да се провери безбедноста на примената на постоечките стандарди за контролирање на длабочината на површинските дефекти за челична жица од 1900-2200 MPa до челична жица од 2300 MPa.
Целта на оваа студија е да се оцени животниот век на замор на пружината на вентилот на автомобилскиот мотор кога минималната длабочина на дефектот што се мери со тестирање на вртложни струи (т.е. 40 µm) се применува на ОТ жица од 2300 MPa (дијаметар: 2,5 mm): критична грешка длабочина .Придонесот и методологијата на оваа студија се како што следува.
Како почетен дефект на жицата ОТ, користен е дефект во форма на V, што сериозно влијае на животниот век на замор, во попречна насока во однос на оската на жицата.Размислете за односот на димензиите (α) и должината (β) на површинскиот дефект за да го видите ефектот на неговата длабочина (h), ширина (w) и должина (l).Површинските дефекти се јавуваат внатре во пружината, каде што прво се јавува дефект.
За да се предвиди деформацијата на почетните дефекти на ОТ жица за време на ладно намотување, се користеше подсимулациски пристап, кој го зеде предвид времето на анализа и големината на површинските дефекти, бидејќи дефектите се многу мали во споредба со ОТ жица.глобален модел.
Резидуалните напрегања на притисок во пролетта по двостепеното шутирање беа пресметани со методот на конечни елементи, резултатите беа споредени со мерењата по шутирање за да се потврди аналитичкиот модел.Дополнително, беа измерени преостанатите напрегања во пружините на вентилите од сите производни процеси и применети за анализа на јачината на пружините.
Напрегањата во површинските дефекти се предвидуваат со анализа на јачината на пружината, земајќи ја предвид деформацијата на дефектот при ладно валање и преостанатиот напон на притисок во готовиот пружин.
Тестот за замор на ротационото свиткување беше изведен со помош на жица ОТ направена од истиот материјал како пружината на вентилот.Со цел да се поврзат карактеристиките на резидуалниот стрес и грубоста на површината на изработените пружини на вентилите со линиите за OT, кривите SN беа добиени со ротирачки тестови за замор при свиткување по примена на двостепено откопување и торзија како процеси на предтретман.
Резултатите од анализата на јачината на пружината се применуваат на Гудмановата равенка и кривата SN за да се предвиди векот на замор на пружините на вентилот, а исто така се оценува и ефектот на длабочината на дефектот на површината врз животниот век на замор.
Во оваа студија, жица од 2300 MPa OT со дијаметар од 2,5 mm беше искористена за да се оцени животниот век на замор на пружината на вентилот на автомобилскиот мотор.Прво, беше извршен тест на истегнување на жицата за да се добие нејзиниот модел на еластична фрактура.
Механичките својства на ОТ жица беа добиени од испитувања на истегнување пред анализа на конечни елементи на процесот на ладно намотување и јачината на пружината.Кривата напрегање-деформација на материјалот беше одредена со помош на резултатите од тестовите на истегнување со стапка на напрегање од 0,001 s-1, како што е прикажано на сл.1. Се користи жица SWONB-V, а нејзината цврстина на принос, цврстина на истегнување, модул на еластичност и односот на Поасон се 2001,2MPa, 2316MPa, 206GPa и 0,3 соодветно.Зависноста на напрегањето од напрегањето на протокот се добива на следниов начин:
Ориз.2 го илустрира процесот на дуктилна фрактура.Материјалот претрпува еластопластична деформација при деформација, а материјалот се стеснува кога напрегањето во материјалот ја достигнува својата цврстина на истегнување.Последователно, создавањето, растењето и здружувањето на празнините во материјалот доведува до уништување на материјалот.
Моделот на дуктилна фрактура користи модел на критична деформација модифициран со стрес кој го зема предвид ефектот на стресот, а фрактурата по вратот користи метод на акумулација на штета.Овде, започнувањето на оштетувањето се изразува како функција на напрегањето, триаксијалноста на напрегањето и стапката на напрегање.Триаксијалноста на напрегањето се дефинира како просечна вредност добиена со делење на хидростатскиот стрес предизвикан од деформацијата на материјалот до формирањето на вратот со ефективно напрегање.Во методот на акумулација на штета, уништувањето се случува кога вредноста на штетата ќе достигне 1, а енергијата потребна за да се достигне вредноста на штетата од 1 се дефинира како енергија на уништување (Gf).Енергијата на фрактура одговара на регионот на кривата на вистинското напрегање-поместување на материјалот од времето на локување до фрактура.
Во случајот на конвенционалните челици, во зависност од режимот на напрегање, дуктилна фрактура, скршена фрактура или фрактура во мешан режим се јавува поради еластичност и фрактура на смолкнување, како што е прикажано на слика 3. Напрегањето на фрактурата и триаксијалноста на напрегањето покажаа различни вредности за шема на фрактура.
Неуспехот на пластиката се јавува во регион што одговара на триаксијалност на напрегањето од повеќе од 1/3 (зона I), а напрегањето на фрактурата и триаксијалноста на напрегањето може да се заклучат од тестовите на затегнување на примероците со површински дефекти и засеци.Во областа што одговара на триаксијалноста на напрегањето од 0 ~ 1/3 (зона II), се јавува комбинација на дуктилна фрактура и дефект на смолкнување (т.е. преку тест на торзија. Во областа што одговара на триаксијалноста на напрегањето од -1/3 до 0 (III), неуспехот на смолкнување предизвикан од компресија и триаксијалноста на напрегањето на фрактурата и напрегањето може да се добие со тест за вознемирување.
За ОТ жици кои се користат во производството на пружини на вентили на моторот, неопходно е да се земат предвид фрактурите предизвикани од различни услови на оптоварување за време на процесот на производство и условите за примена.Затоа, беа спроведени тестови на истегнување и торзија за да се примени критериумот за напрегање на неуспехот, беше земен предвид ефектот на триаксијалноста на напрегањето на секој режим на напрегање и беше извршена анализа на еластопластични конечни елементи при големи деформации за да се измери промената во триаксијалноста на напрегањето.Режимот на компресија не беше земен во предвид поради ограничувањето на обработката на примерокот, имено, дијаметарот на жицата ОТ е само 2,5 mm.Во Табела 1 се наведени условите за испитување за истегнување и торзија, како и триаксијалност на напрегањето и напрегање на фрактура, добиени со помош на анализа на конечни елементи.
Напрегањето на фрактурата на конвенционалните триаксијални челици под напрегање може да се предвиди со помош на следнава равенка.
каде што C1: \({\overline{{\varepsilon}_{0}}}^{pl}\) чиста сечење (η = 0) и C2: \({\overline{{\varepsilon}_{0} } }^{pl}\) Едноаксијално напнатост (η = η0 = 1/3).
Линиите на трендот за секој режим на напрегање се добиваат со примена на вредностите на напрегање на фрактура C1 и C2 во равенката.(2);C1 и C2 се добиваат од испитувања на истегнување и торзија на примероци без површински дефекти.Слика 4 ја прикажува триаксијалноста на напрегањето и напрегањето на фрактурата добиени од тестовите и линиите на тренд предвидени со равенката.(2) Линијата на трендот добиена од тестот и односот помеѓу триаксијалноста на напрегањето и напрегањето на фрактура покажуваат сличен тренд.Напрегањето на фрактурата и триаксијалноста на напрегањето за секој режим на напрегање, добиени од примената на тренд линиите, беа користени како критериуми за дуктилна фрактура.
Енергијата на кинење се користи како материјална особина за да се одреди времето за кршење по вратовирањето и може да се добие од испитувања на истегнување.Енергијата на фрактурата зависи од присуството или отсуството на пукнатини на површината на материјалот, бидејќи времето до фрактура зависи од концентрацијата на локалните напрегања.На сликите 5а-в се прикажани енергиите на фрактура на примероците без површински дефекти и примероците со R0.4 или R0.8 засеци од испитувањата на истегнување и анализата на конечни елементи.Енергијата на фрактурата одговара на областа на кривата на вистинското поместување на стресот од времето на вратот до фрактурата.
Енергијата на фрактура на OT жица со фини површински дефекти беше предвидена со изведување на тестови на истегнување на OT жица со длабочина на дефект поголема од 40 µm, како што е прикажано на сл. 5d.Во тестовите за истегнување се користени 10 примероци со дефекти, а просечната енергија на фрактура е проценета на 29,12 mJ/mm2.
Стандардизираниот површински дефект се дефинира како сооднос на длабочината на дефектот до дијаметарот на жица на пружината на вентилот, без оглед на геометријата на површинскиот дефект на жицата ОТ што се користи во производството на пружини на автомобилски вентили.Дефектите на жица ОТ може да се класифицираат врз основа на ориентацијата, геометријата и должината.Дури и со иста длабочина на дефектот, нивото на напрегање кое делува на површинскиот дефект во пружината варира во зависност од геометријата и ориентацијата на дефектот, така што геометријата и ориентацијата на дефектот може да влијаат на јачината на замор.Затоа, неопходно е да се земат предвид геометријата и ориентацијата на дефектите кои имаат најголемо влијание врз векот на замор на пружината за да се применат строги критериуми за управување со површинските дефекти.Поради фино зрнеста структура на ОТ жица, нејзиниот век на замор е многу чувствителен на засекување.Затоа, дефектот што покажува најголема концентрација на напрегање според геометријата и ориентацијата на дефектот треба да се утврди како почетен дефект користејќи анализа на конечни елементи.На сл.6 ги прикажува пружините за автомобилски вентили од класата 2300 MPa со ултра висока јачина што се користат во оваа студија.
Површинските дефекти на ОТ жица се поделени на внатрешни дефекти и надворешни дефекти според оската на пружината.Поради свиткување при ладно валање, напрегањето на притисок и напрегањето на затегнување делуваат на внатрешната и надворешната страна на пружината, соодветно.Фрактурата може да биде предизвикана од површински дефекти кои се појавуваат однадвор поради напрегањата на истегнување при ладно валање.
Во пракса, пролетта е подложена на периодична компресија и релаксација.При компресија на пружината челичната жица се извиткува, а поради концентрацијата на напрегањата, напрегањето на смолкнување во внатрешноста на пружината е поголемо од околното напрегање на смолкнување7.Според тоа, доколку има дефекти на површината во внатрешноста на пружината, веројатноста за кршење на пружината е најголема.Така, надворешната страна на пружината (локацијата каде што се очекува дефект за време на производството на пружината) и внатрешната страна (каде што напрегањето е најголемо при самата примена) се поставени како локации на површинските дефекти.
Геометријата на површинските дефекти на OT линиите е поделена на U-облик, V-облик, Y-облик и T-форма.Y-тип и T-тип главно постојат во површинските дефекти на суровините, а дефектите од типот U и V-типот се јавуваат поради невнимателно ракување со алатите во процесот на ладно валање.Што се однесува до геометријата на површинските дефекти на суровините, дефектите во форма на буквата У кои произлегуваат од нерамномерна пластична деформација при топло валање се деформираат во дефекти на шевовите во форма на V, Y и Т-облик при повеќекратно истегнување8, 10.
Дополнително, дефектите во форма на V, Y и T-форма со стрмни наклони на засекот на површината ќе бидат подложени на висока концентрација на стрес за време на работата на пружината.Пружините на вентилот се виткаат при ладно тркалање и се извртуваат за време на работата.Концентрациите на напрегањето на дефектите во форма на V и Y-облик со повисоки концентрации на напрегање беа споредени со помош на анализа на конечни елементи, ABAQUS – комерцијален софтвер за анализа на конечни елементи.Врската напрегање-деформација е прикажана на слика 1 и равенката 1. (1) Оваа симулација користи дводимензионален (2D) правоаголен елемент со четири јазли, а минималната должина на страната на елементот е 0,01 mm.За аналитичкиот модел, на 2D модел на жица со дијаметар од 2,5 mm и должина од 7,5 mm беа применети дефекти во облик на V и Y-облик со длабочина од 0,5 mm и наклон на дефектот од 2 °.
На сл.7а ја покажува концентрацијата на напрегањето на свиткување на врвот на секој дефект кога на двата краја на секоја жица се применува момент на свиткување од 1500 Nmm.Резултатите од анализата покажуваат дека максималните напрегања од 1038,7 и 1025,8 MPa се јавуваат на врвовите на дефектите во V-форма и Y-облик, соодветно.На сл.7б ја покажува концентрацијата на напрегањето на врвот на секој дефект предизвикан од торзија.Кога левата страна е ограничена и вртежниот момент од 1500 N∙mm се применува на десната страна, истиот максимален напон од 1099 MPa се јавува на врвовите на дефектите во облик на V и Y-облик.Овие резултати покажуваат дека дефектите од типот V покажуваат поголем стрес на свиткување од дефектите од типот Y кога имаат иста длабочина и наклон на дефектот, но тие го доживуваат истиот торзионски стрес.Затоа, површинските дефекти во форма на V и Y-облик со иста длабочина и наклон на дефектот може да се нормализираат на оние во V-облик со поголем максимален стрес предизвикан од концентрацијата на напрегањето.Односот на големината на дефектот од типот V е дефиниран како α = w/h користејќи ја длабочината (h) и ширината (w) на дефектите од типот V и T-типот;така, дефект од типот Т (α ≈ 0), наместо тоа, геометријата може да се дефинира со геометриската структура на дефектот од типот V.Затоа, дефектите од типот Y и T-типот може да се нормализираат со дефекти од типот V.Користејќи ја длабочината (h) и должината (l), односот на должината инаку се дефинира како β = l/h.
Како што е прикажано на слика 811, насоките на површинските дефекти на ОТ жиците се поделени на надолжни, попречни и коси насоки, како што е прикажано на слика 811. Анализа на влијанието на ориентацијата на површинските дефекти врз јачината на пружината од конечниот елемент метод.
На сл.9а го прикажува моделот за анализа на стресот на пружината на вентилот на моторот.Како услов за анализа, пружината беше компресирана од слободна висина од 50,5 mm до тврда висина од 21,8 mm, максимално напрегање од 1086 MPa беше генерирано внатре во пружината, како што е прикажано на сл. 9б.Бидејќи дефектот на вистинските пружини на вентилите на моторот главно се случува во пролетта, се очекува присуството на дефекти на внатрешната површина сериозно да влијае на животниот век на замор на пружината.Затоа, површинските дефекти во надолжните, попречните и косите насоки се нанесуваат во внатрешноста на пружините на вентилите на моторот со помош на техники за подмоделирање.Табела 2 ги прикажува димензиите на површинските дефекти и максималното напрегање во секоја насока на дефектот при максимална компресија на пружината.Најголемите напрегања се забележани во попречниот правец, а односот на напрегањата во надолжната и косината насока кон попречната насока е проценет на 0,934–0,996.Односот на напрегањето може да се одреди со едноставно делење на оваа вредност со максималниот попречен напон.Максималното напрегање во пролетта се јавува на врвот на секој дефект на површината, како што е прикажано на сл. 9s.Вредностите на напрегањето забележани во надолжната, попречната и косината насока се 2045, 2085 и 2049 MPa, соодветно.Резултатите од овие анализи покажуваат дека дефектите на попречната површина имаат најдиректен ефект врз животниот век на замор на пружините на вентилите на моторот.
Како почетен дефект на жицата ОТ е избран дефект во форма на V, за кој се претпоставува дека најдиректно влијае на животниот век на замор на пружината на вентилот на моторот, а попречната насока е избрана како насока на дефектот.Овој дефект се јавува не само надвор, каде што се скрши пружината на вентилот на моторот за време на производството, туку и внатре, каде што најголем стрес се јавува поради концентрацијата на стрес за време на работата.Максималната длабочина на дефектот е поставена на 40 µm, што може да се открие со откривање на дефекти на виртуелната струја, а минималната длабочина е поставена на длабочина што одговара на 0,1% од дијаметарот на жицата од 2,5 mm.Затоа, длабочината на дефектот е од 2,5 до 40 μm.Длабочината, должината и ширината на пропустите со сооднос на должина од 0,1~1 и сооднос на должина од 5~15 беа користени како променливи и беше оценет нивниот ефект врз јачината на замор на пружината.Во Табела 3 се наведени аналитичките услови утврдени со помош на методологијата на површината на одговорот.
Пружините на вентилите на автомобилскиот мотор се произведуваат со ладно намотување, калење, шут-минирање и термичка поставка на ОТ жица.Промените во површинските дефекти за време на изработката на пружините мора да се земат предвид за да се оцени ефектот на почетните површински дефекти на жиците за ОТ врз животниот век на замор на пружините на вентилите на моторот.Затоа, во овој дел, анализата на конечни елементи се користи за да се предвиди деформацијата на дефектите на површината на ОТ жица за време на производството на секоја пружина.
На сл.10 го прикажува процесот на ладно намотување.За време на овој процес, жица OT се внесува во водилката за жици со валјакот за напојување.Водичот за жица ја напојува и ја поддржува жицата за да спречи свиткување за време на процесот на формирање.Жицата што минува низ водилката за жица е свиткана од првата и втората прачка за да формира калем пружина со саканиот внатрешен дијаметар.Пружинскиот терен се произведува со поместување на алатот за чекорење по едно вртење.
На сл.11а покажува модел на конечни елементи што се користи за евалуација на промената во геометријата на површинските дефекти при ладно валање.Формирањето на жицата главно се завршува со иглата за намотување.Бидејќи оксидниот слој на површината на жицата делува како лубрикант, ефектот на триење на ролерот за напојување е занемарлив.Затоа, во пресметковниот модел, ролерот за напојување и водилката за жица се поедноставени како черупка.Коефициентот на триење помеѓу жицата ОТ и алатката за формирање беше поставен на 0,05.2D цврстата рамнина на телото и условите за фиксирање се применуваат на левиот крај на линијата за да може да се напојува во насока X со иста брзина како и ролерот за напојување (0,6 m/s).На сл.11б го прикажува методот на подсимулација што се користи за примена на мали дефекти на жиците.За да се земе предвид големината на површинските дефекти, подмоделот се применува двапати за површински дефекти со длабочина од 20 µm или повеќе и три пати за површински дефекти со длабочина помала од 20 µm.Површинските дефекти се применуваат на области формирани со еднакви чекори.Во целокупниот модел на пружина, должината на директното парче жица е 100 mm.За првиот подмодел, нанесете го подмоделот 1 со должина од 3мм на надолжна положба од 75мм од глобалниот модел.Оваа симулација користеше тридимензионален (3D) хексагонален елемент со осум јазли.Во глобалниот модел и подмоделот 1, минималната должина на страните на секој елемент е 0,5 и 0,2 mm, соодветно.По анализата на под-моделот 1, површинските дефекти се применуваат на под-моделот 2, а должината и ширината на под-моделот 2 е 3 пати поголема од должината на површинскиот дефект за да се елиминира влијанието на граничните услови на под-моделот, во Покрај тоа, 50% од должината и ширината се користат како длабочина на под-моделот.Во под-моделот 2, минималната должина на страната на секој елемент е 0,005 mm.Одредени површински дефекти беа применети на анализата на конечни елементи како што е прикажано во Табела 3.
На сл.12 ја прикажува распределбата на напрегањето во површинските пукнатини по ладно работење на калем.Генералниот модел и подмоделот 1 покажуваат скоро исти напрегања од 1076 и 1079 MPa на истото место, што ја потврдува исправноста на методот на подмоделирање.Локалните концентрации на стрес се јавуваат на граничните рабови на подмоделот.Очигледно, ова се должи на граничните услови на подмоделот.Поради концентрацијата на напрегањето, под-моделот 2 со нанесени површински дефекти покажува напрегање од 2449 MPa на врвот на дефектот при ладно валање.Како што е прикажано во Табела 3, површинските дефекти идентификувани со методот на површинска реакција беа применети во внатрешноста на пружината.Резултатите од анализата на конечни елементи покажаа дека ниту еден од 13-те случаи на површински дефекти не успеа.
За време на процесот на намотување во сите технолошки процеси, длабочината на површинските дефекти внатре во пружината се зголеми за 0,1-2,62 µm (слика 13а), а ширината се намали за 1,8-35,79 µm (сл. 13б), додека должината се зголеми за 0,72 –34,47 µm (слика 13в).Бидејќи попречниот дефект во V-облик е затворен во ширина со свиткување за време на процесот на ладно валање, тој се деформира во дефект во форма на V со поостар наклон од првобитниот дефект.
Деформација во длабочина, ширина и должина на површинските дефекти на жицата ОТ во производниот процес.
Нанесете ги површинските дефекти на надворешната страна на пружината и предвидете ја веројатноста за кршење при ладно валање со помош на анализа на конечни елементи.Според условите наведени во Табела.3, не постои веројатност за уништување на дефекти на надворешната површина.Со други зборови, не се случило уништување на длабочината на површинските дефекти од 2,5 до 40 μm.
За да се предвидат критичните дефекти на површината, надворешните фрактури за време на ладно валање беа испитани со зголемување на длабочината на дефектот од 40 µm на 5 µm.На сл.14 покажува фрактури по површинските дефекти.Фрактурата се јавува во услови на длабочина (55 µm), ширина (2 µm) и должина (733 µm).Критичната длабочина на површинскиот дефект надвор од пружината се покажа дека е 55 μm.
Процесот на шутирање го потиснува растот на пукнатините и го зголемува животниот век на замор со создавање на преостанат притисок на притисок на одредена длабочина од површината на пружината;сепак, предизвикува концентрација на стрес со зголемување на површинската грубост на пружината, со што се намалува отпорноста на замор на пружината.Затоа, секундарната технологија на шутирање се користи за производство на пружини со висока јачина за да се компензира намалувањето на животниот век на замор предизвикано од зголемувањето на грубоста на површината предизвикана од шутирање.Двостепеното шутирање може да ја подобри грубоста на површината, максималниот резидуален напон на притисок и преостанатиот напон на површинска компресија затоа што второто шутирање се изведува по првото шутирање12,13,14.
На сл.15 е прикажан аналитички модел на процесот на шут минирање.Создаден е еластично-пластичен модел во кој 25 шут топки беа фрлени во целната локална област на линијата ОТ за шут-минирање.Во моделот за анализа на шут минирање, површинските дефекти на ОТ жица деформирани при ладно намотување беа користени како почетни дефекти.Отстранување на преостанатите напрегања кои произлегуваат од процесот на ладно валање со калење пред процесот на шут минирање.Искористени се следните својства на застреланата сфера: густина (ρ): 7800 kg/m3, модул на еластичност (E) – 210 GPa, Поасонов однос (υ): 0,3.Коефициентот на триење помеѓу топката и материјалот е поставен на 0,1.Истрели со дијаметар од 0,6 и 0,3 mm беа исфрлени со иста брзина од 30 m/s при првото и второто фалсификување.По процесот на шут минирање (помеѓу другите производни процеси прикажани на слика 13), длабочината, ширината и должината на површинските дефекти во пролетта се движеа од -6,79 до 0,28 µm, -4,24 до 1,22 µm и -2,59 до 1,69 µm, соодветно µm.Поради пластичната деформација на проектилот исфрлен нормално на површината на материјалот, длабочината на дефектот се намалува, особено, ширината на дефектот е значително намалена.Очигледно, дефектот бил затворен поради пластична деформација предизвикана од шутирање.
За време на процесот на термичко собирање, ефектите од ладно собирање и нискотемпературно жарење можат да делуваат на пружината на вентилот на моторот во исто време.Ладното поставување го максимизира нивото на напнатост на пружината со компресирање на највисокото можно ниво на собна температура.Во овој случај, ако пружината на вентилот на моторот е натоварена над јачината на отпуштање на материјалот, пружината на вентилот на моторот пластично се деформира, зголемувајќи ја јачината на пропустливост.По пластична деформација, пружината на вентилот се витка, но зголемената јачина на отпуштање ја обезбедува еластичноста на пружината на вентилот при вистинска работа.Греењето со ниска температура ја подобрува отпорноста на топлина и деформација на пружините на вентилите кои работат на високи температури2.
Површинските дефекти деформирани за време на шут-минирање во анализата на FE и полето на преостанат стрес измерено со опрема за дифракција на Х-зраци (XRD) беа применети на под-моделот 2 (сл. 8) за да се заклучи промената на дефектите за време на топлинското собирање.Пружината беше дизајнирана да работи во опсегот на еластичност и беше компресирана од нејзината слободна висина од 50,5 mm до нејзината цврста висина од 21,8 mm и потоа беше дозволено да се врати на првобитната висина од 50,5 mm како услов за анализа.За време на топлинското собирање, геометријата на дефектот незначително се менува.Очигледно, преостанатиот притисок на притисок од 800 MPa и повеќе, создаден со шут минирање, ја потиснува деформацијата на површинските дефекти.По топлотното собирање (слика 13), длабочината, ширината и должината на површинските дефекти варираа од -0,13 до 0,08 µm, од -0,75 до 0 µm и од 0,01 до 2,4 µm, соодветно.
На сл.16 ги споредува деформациите на дефекти во форма на буквата У и V со иста длабочина (40 µm), ширина (22 µm) и должина (600 µm).Промената на ширината на дефектите во форма на буквата U и V е поголема од промената на должината, која е предизвикана од затворање во насока на ширина за време на процесот на ладно валање и шут минирање.Во споредба со дефектите во форма на буквата У, дефектите во форма на буквата V се формирале на релативно поголема длабочина и со поостри падини, што сугерира дека може да се земе конзервативен пристап при примена на дефекти во форма на V.
Овој дел ја разгледува деформацијата на почетниот дефект во линијата ОТ за секој процес на производство на пружини на вентилот.Почетниот дефект на жица ОТ се нанесува на внатрешната страна на пружината на вентилот каде што се очекува дефект поради високите напрегања за време на работата на пружината.Попречните површински дефекти во форма на V на жиците ОТ малку се зголемија во длабочина и должина и нагло се намалија во ширина поради свиткување при ладно намотување.Затворањето во правец на ширина се случува за време на шутирање со мала или без забележлива деформација на дефектот за време на конечната поставка на топлина.Во процесот на ладно валање и шутирање има голема деформација во насоката на ширината поради пластична деформација.Дефектот во облик на V во внатрешноста на пружината на вентилот се трансформира во дефект во облик на Т поради затворање на ширината за време на процесот на ладно валање.