310 Nerūsējošā tērauda spoles caurules ķīmiskais komponents, eļļā rūdīta tērauda stieples virsmas defektu ietekme uz vārstu atsperu noguruma ilgumu automobiļu dzinējos

Paldies, ka apmeklējāt vietni Nature.com.Jūs izmantojat pārlūkprogrammas versiju ar ierobežotu CSS atbalstu.Lai nodrošinātu vislabāko pieredzi, ieteicams izmantot atjauninātu pārlūkprogrammu (vai atspējot saderības režīmu pārlūkprogrammā Internet Explorer).Turklāt, lai nodrošinātu pastāvīgu atbalstu, mēs rādām vietni bez stiliem un JavaScript.
Slīdņi, kas parāda trīs rakstus katrā slaidā.Izmantojiet pogas Atpakaļ un Nākamais, lai pārvietotos pa slaidiem, vai slaidu kontrollera pogas beigās, lai pārvietotos pa katru slaidu.

Nerūsējošā tērauda 310 tinuma caurules / tintes caurulesĶīmiskais sastāvsun sastāvs

Nākamajā tabulā parādīts 310S klases nerūsējošā tērauda ķīmiskais sastāvs.

10*1mm 9.25*1.24mm 310 Nerūsējošā tērauda kapilāru tinumu cauruļu piegādātāji

Fizikālās īpašības

310S klases nerūsējošā tērauda fizikālās īpašības ir parādītas nākamajā tabulā.

Mehāniskās īpašības

Nākamajā tabulā ir norādītas 310S klases nerūsējošā tērauda mehāniskās īpašības.

Termiskās īpašības

310S klases nerūsējošā tērauda termiskās īpašības ir norādītas nākamajā tabulā.

Citi apzīmējumi

Citi apzīmējumi, kas ir līdzvērtīgi 310S klases nerūsējošajam tēraudam, ir norādīti nākamajā tabulā.

Šī pētījuma mērķis ir novērtēt automobiļa dzinēja vārsta atsperes noguruma ilgumu, uzliekot mikrodefektus eļļā rūdītai 2300 MPa stieplei (OT stieplei) ar kritisko defektu dziļumu 2,5 mm diametrā.Pirmkārt, OT stieples virsmas defektu deformācija vārsta atsperes izgatavošanas laikā tika iegūta ar galīgo elementu analīzi, izmantojot subsimulācijas metodes, un tika izmērīts gatavās atsperes atlikušais spriegums un piemērots atsperes sprieguma analīzes modelim.Otrkārt, analizējiet vārsta atsperes izturību, pārbaudiet atlikušo spriegumu un salīdziniet pielietotā sprieguma līmeni ar virsmas nepilnībām.Treškārt, mikrodefektu ietekme uz atsperes noguruma kalpošanas laiku tika novērtēta, piemērojot spriegumu uz virsmas defektiem, kas iegūti no atsperes stiprības analīzes, SN līknēm, kas iegūtas no lieces noguruma testa stieples OT rotācijas laikā.Defektu dziļums 40 µm ir pašreizējais standarts virsmas defektu pārvaldībai, nesamazinot noguruma kalpošanas laiku.
Automobiļu rūpniecībā ir liels pieprasījums pēc vieglām automobiļu sastāvdaļām, lai uzlabotu transportlīdzekļu degvielas efektivitāti.Tādējādi pēdējos gados pieaug uzlabota augstas stiprības tērauda (AHSS) izmantošana.Automobiļu dzinēju vārstu atsperes galvenokārt sastāv no karstumizturīgām, nodilumizturīgām un nelīstošām ar eļļu rūdītām tērauda stieplēm (OT stieplēm).
Pateicoties augstajai stiepes izturībai (1900–2100 MPa), šobrīd izmantotie OT vadi ļauj samazināt dzinēja vārstu atsperu izmēru un masu, uzlabot degvielas efektivitāti, samazinot berzi ar apkārtējām daļām1.Pateicoties šīm priekšrocībām, augstsprieguma stiepļu stieņu izmantošana strauji pieaug, un viens pēc otra parādās īpaši augstas stiprības 2300 MPa klases stiepļu stieņi.Automobiļu dzinēju vārstu atsperēm ir nepieciešams ilgs kalpošanas laiks, jo tās darbojas pie lielām cikliskām slodzēm.Lai izpildītu šo prasību, ražotāji, projektējot vārsta atsperes, parasti uzskata, ka noguruma kalpošanas laiks ir lielāks par 5,5 × 107 cikliem, un pieliek atlikušo spriegumu vārsta atsperes virsmai, izmantojot skrāpēšanas un termiskās saraušanās procesus, lai uzlabotu noguruma kalpošanas laiku2.
Ir veikti diezgan daudzi pētījumi par spirālveida atsperu noguruma ilgumu transportlīdzekļos normālos ekspluatācijas apstākļos.Gzal et al.Tiek parādīta analītiskā, eksperimentālā un galīgo elementu (FE) analīze elipsveida spirālveida atsperēm ar maziem spirāles leņķiem statiskās slodzes apstākļos.Šis pētījums sniedz skaidru un vienkāršu izteiksmi maksimālās bīdes sprieguma atrašanās vietai pret malu attiecību un stinguma indeksu, kā arī sniedz analītisko ieskatu maksimālajā bīdes spriegumā, kas ir būtisks parametrs praktiskajos projektos3.Pastorcic et al.Aprakstīti no privātās automašīnas pēc ekspluatācijas atteices izņemtās spirālveida atsperes bojājuma un noguruma analīzes rezultāti.Izmantojot eksperimentālās metodes, tika pārbaudīta salūzusi atspere, un rezultāti liecina, ka šis ir korozijas noguruma atteices piemērs4.caurums utt. Ir izstrādāti vairāki lineārās regresijas atsperu kalpošanas laika modeļi, lai novērtētu automobiļu spirālveida atsperu noguruma kalpošanas laiku.Putra un citi.Ceļa seguma nelīdzenuma dēļ tiek noteikts automašīnas spirālveida atsperes kalpošanas laiks.Tomēr ir maz pētījumu par to, kā virsmas defekti, kas rodas ražošanas procesā, ietekmē automobiļu spirālveida atsperu kalpošanas laiku.
Virsmas defekti, kas rodas ražošanas procesā, var izraisīt lokālu sprieguma koncentrāciju vārstu atsperēs, kas ievērojami samazina to noguruma kalpošanas laiku.Vārstu atsperu virsmas defektus izraisa dažādi faktori, piemēram, izmantoto izejvielu virsmas defekti, instrumentu defekti, rupja apiešanās aukstās velmēšanas laikā7.Izejmateriāla virsmas defekti karstās velmēšanas un daudzkārtu vilkšanas dēļ ir stāvi V-veida, savukārt formēšanas instrumenta un neuzmanīgas apiešanās rezultātā radušies defekti ir U-veida ar maigām nogāzēm8,9,10,11.V-veida defekti rada lielāku sprieguma koncentrāciju nekā U-veida defekti, tāpēc izejmateriālam parasti tiek piemēroti stingri defektu pārvaldības kritēriji.
Pašreizējie virsmas defektu pārvaldības standarti OT vadiem ietver ASTM A877/A877M-10, DIN EN 10270-2, JIS G 3561 un KS D 3580. DIN EN 10270-2 nosaka, ka virsmas defekta dziļums stieples diametrā ir 0,5– 10 mm ir mazāks par 0,5–1% no stieples diametra.Turklāt JIS G 3561 un KS D 3580 pieprasa, lai stieples stieņa ar diametru 0,5–8 mm virsmas defektu dziļumam būtu jābūt mazākam par 0,5% no stieples diametra.ASTM A877/A877M-10 ražotājam un pircējam ir jāvienojas par pieļaujamo virsmas defektu dziļumu.Lai izmērītu defekta dziļumu uz stieples virsmas, stieple parasti tiek iegravēta ar sālsskābi, un pēc tam defekta dziļumu mēra ar mikrometru.Tomēr šī metode var izmērīt defektus tikai noteiktās vietās, nevis visā gala produkta virsmā.Tāpēc ražotāji stieples vilkšanas procesā izmanto virpuļstrāvas testēšanu, lai izmērītu nepārtraukti ražotās stieples virsmas defektus;ar šiem testiem var izmērīt virsmas defektu dziļumu līdz 40 µm.Izstrādājamajai 2300 MPa kvalitātes tērauda stieplei ir augstāka stiepes izturība un mazāks pagarinājums nekā esošajai 1900–2200 MPa pakāpes tērauda stieplei, tāpēc vārsta atsperes noguruma kalpošanas laiks tiek uzskatīts par ļoti jutīgu pret virsmas defektiem.Tāpēc ir jāpārbauda esošo standartu piemērošanas drošums, lai kontrolētu virsmas defektu dziļumu tērauda stieplēm, kuru marka ir 1900–2200 MPa, un 2300 MPa.
Šī pētījuma mērķis ir novērtēt automobiļu dzinēja vārsta atsperes noguruma ilgumu, kad minimālais plaisas dziļums, kas izmērāms ar virpuļstrāvas testu (ti, 40 µm), tiek piemērots 2300 MPa pakāpes OT vadam (diametrs: 2,5 mm): kritisks defekts. dziļums.Šī pētījuma ieguldījums un metodoloģija ir šāda.
Kā sākotnējais OT vada defekts tika izmantots V-veida defekts, kas nopietni ietekmē noguruma kalpošanas laiku, šķērsvirzienā attiecībā pret stieples asi.Apsveriet virsmas defekta izmēru (α) un garuma (β) attiecību, lai redzētu tā dziļuma (h), platuma (w) un garuma (l) ietekmi.Virsmas defekti rodas atsperes iekšpusē, kur vispirms rodas kļūme.
Lai prognozētu OT stieples sākotnējo defektu deformāciju aukstās tinuma laikā, tika izmantota subsimulācijas pieeja, kurā tika ņemts vērā analīzes laiks un virsmas defektu lielums, jo defekti ir ļoti mazi, salīdzinot ar OT stiepli.globālais modelis.
Atlikušos spiedes spriegumus pavasarī pēc divpakāpju skrotis ir aprēķināti ar galīgo elementu metodi, rezultāti tika salīdzināti ar mērījumiem pēc skrotis, lai apstiprinātu analītisko modeli.Turklāt tika izmērīti visu ražošanas procesu atlikušie spriegumi vārstu atsperēs un piemēroti atsperu stiprības analīzei.
Spriegumi virsmas defektos tiek prognozēti, analizējot atsperes izturību, ņemot vērā defekta deformāciju aukstās velmēšanas laikā un atlikušo spiedes spriegumu gatavajā atsperē.
Rotācijas lieces noguruma tests tika veikts, izmantojot OT stiepli, kas izgatavota no tā paša materiāla kā vārsta atspere.Lai saistītu izgatavoto vārstu atsperu atlikušo spriegumu un virsmas raupjuma raksturlielumus ar OT līnijām, SN līknes tika iegūtas, veicot rotācijas lieces noguruma testus pēc divpakāpju skrotis un vērpes kā pirmapstrādes procesa.
Atsperes stiprības analīzes rezultāti tiek piemēroti Gudmena vienādojumam un SN līknei, lai prognozētu vārsta atsperes noguruma kalpošanas laiku, un tiek novērtēta arī virsmas defekta dziļuma ietekme uz noguruma kalpošanas laiku.
Šajā pētījumā tika izmantots 2300 MPa OT klases vads ar diametru 2,5 mm, lai novērtētu automobiļu dzinēja vārsta atsperes noguruma kalpošanas laiku.Pirmkārt, tika veikts stieples stiepes tests, lai iegūtu tā kaļamā lūzuma modeli.
OT stieples mehāniskās īpašības tika iegūtas, veicot stiepes testus pirms aukstā tinuma procesa un atsperes stiprības galīgo elementu analīzes.Materiāla sprieguma-deformācijas līkne tika noteikta, izmantojot stiepes testu rezultātus pie deformācijas ātruma 0,001 s-1, kā parādīts att.1. Tiek izmantots SWONB-V vads, un tā tecēšanas robeža, stiepes izturība, elastības modulis un Puasona koeficients ir attiecīgi 2001,2 MPa, 2316 MPa, 206 GPa un 0,3.Sprieguma atkarību no plūsmas deformācijas iegūst šādi:
Rīsi.2 ilustrē kaļamā lūzuma procesu.Materiāls deformācijas laikā piedzīvo elastoplastisku deformāciju, un materiāls sašaurinās, kad spriegums materiālā sasniedz stiepes izturību.Pēc tam tukšumu radīšana, augšana un apvienošanās materiālā noved pie materiāla iznīcināšanas.
Kaļamā lūzuma modelī tiek izmantots spriegumu modificēts kritiskās deformācijas modelis, kurā ņemta vērā sprieguma ietekme, bet pēckakla lūzuma gadījumā tiek izmantota bojājumu uzkrāšanas metode.Šeit bojājuma sākšanās tiek izteikta kā deformācijas, sprieguma triaksialitātes un deformācijas ātruma funkcija.Sprieguma triaksialitāte ir definēta kā vidējā vērtība, kas iegūta, dalot materiāla deformācijas līdz kakla veidošanās radīto hidrostatisko spriegumu ar efektīvo spriegumu.Bojājumu uzkrāšanas metodē iznīcināšana notiek, kad bojājuma vērtība sasniedz 1, un enerģija, kas nepieciešama, lai sasniegtu bojājuma vērtību 1, tiek definēta kā iznīcināšanas enerģija (Gf).Lūzuma enerģija atbilst materiāla patiesās sprieguma-pārvietošanās līknes apgabalam no kakla izgriešanas līdz lūzuma laikam.
Parasto tēraudu gadījumā atkarībā no sprieguma režīma plastiskuma lūzums, bīdes lūzums vai jauktā režīma lūzums rodas elastības un bīdes lūzuma dēļ, kā parādīts 3. attēlā. Lūzuma deformācija un sprieguma triaksialitāte uzrādīja dažādas vērtības lūzuma modelis.
Plastmasas bojājums notiek apgabalā, kas atbilst sprieguma triaksialitātei, kas ir lielāka par 1/3 (I zona), un lūzuma deformāciju un sprieguma triaksialitāti var secināt no stiepes pārbaudēm paraugiem ar virsmas defektiem un iegriezumiem.Teritorijā, kas atbilst sprieguma triaksialitātei 0 ~ 1/3 (II zona), rodas kaļamā lūzuma un bīdes atteices kombinācija (ti, izmantojot vērpes testu. Apgabalā, kas atbilst sprieguma triaksialitātei no -1/3 līdz 0 (III), bīdes atteici, ko izraisa saspiešana, un lūzuma deformāciju un sprieguma triaksialitāti var iegūt, veicot izjaukšanas testu.
OT vadiem, ko izmanto dzinēja vārstu atsperu ražošanā, ir jāņem vērā lūzumi, kas radušies dažādu slogošanas apstākļu dēļ ražošanas procesā un pielietošanas apstākļos.Tāpēc tika veikti stiepes un vērpes testi, lai piemērotu atteices deformācijas kritēriju, tika ņemta vērā sprieguma triaksialitātes ietekme uz katru sprieguma režīmu, un tika veikta elastoplastisko galīgo elementu analīze pie lielām deformācijām, lai kvantitatīvi noteiktu sprieguma triaksialitātes izmaiņas.Kompresijas režīms netika ņemts vērā paraugu apstrādes ierobežojuma dēļ, proti, OT stieples diametrs ir tikai 2,5 mm.1. tabulā ir uzskaitīti stiepes un vērpes, kā arī sprieguma triaksialitātes un lūzuma deformācijas testa apstākļi, kas iegūti, izmantojot galīgo elementu analīzi.
Tradicionālo triaksiālo tēraudu lūzuma deformāciju sprieguma apstākļos var paredzēt, izmantojot šādu vienādojumu.
kur C1: \({\overline{{\varepsilon}_{0}}}^{pl}\) tīrs griezums (η = 0) un C2: \({\overline{{\varepsilon}_{0} } }^{pl}\) Vienass spriegums (η = η0 = 1/3).
Tendences līnijas katram sprieguma režīmam tiek iegūtas, vienādojumā piemērojot lūzuma deformācijas vērtības C1 un C2.(2);C1 un C2 iegūst, pārbaudot stiepes un vērpes testus paraugiem bez virsmas defektiem.4. attēlā parādīta sprieguma triaksialitāte un lūzuma deformācija, kas iegūta no testiem, un vienādojuma prognozētās tendences līnijas.(2) Testa rezultātā iegūtā tendences līnija un saikne starp sprieguma triaksialitāti un lūzuma deformāciju uzrāda līdzīgu tendenci.Lūzuma deformācija un sprieguma triaksialitāte katram sprieguma režīmam, kas iegūta, izmantojot tendenču līnijas, tika izmantoti kā kaļamā lūzuma kritēriji.
Pārrāvuma enerģija tiek izmantota kā materiāla īpašība, lai noteiktu pārtraukuma laiku pēc kakla izgriešanas, un to var iegūt no stiepes pārbaudēm.Lūzuma enerģija ir atkarīga no plaisu esamības vai neesamības uz materiāla virsmas, jo laiks līdz lūzumam ir atkarīgs no vietējo spriegumu koncentrācijas.Attēlos 5a-c ir parādītas paraugu bez virsmas defektiem un paraugu ar R0,4 vai R0,8 iecirtumiem lūzuma enerģijas no stiepes pārbaudēm un galīgo elementu analīzes.Lūzuma enerģija atbilst patiesās sprieguma nobīdes līknes laukumam no izgriezuma līdz lūzuma laikam.
OT stieples ar smalkiem virsmas defektiem lūzuma enerģija tika prognozēta, veicot stiepes testus OT stieplei, kuras defekta dziļums ir lielāks par 40 µm, kā parādīts 5.d attēlā.Stiepes pārbaudēs tika izmantoti desmit paraugi ar defektiem, un vidējā lūzuma enerģija tika novērtēta 29,12 mJ/mm2.
Standartizētais virsmas defekts tiek definēts kā defekta dziļuma attiecība pret vārsta atsperes stieples diametru neatkarīgi no OT stieples virsmas defekta ģeometrijas, ko izmanto automobiļu vārstu atsperu ražošanā.OT vadu defektus var klasificēt pēc orientācijas, ģeometrijas un garuma.Pat ar vienādu defekta dziļumu sprieguma līmenis, kas iedarbojas uz virsmas defektu atsperē, mainās atkarībā no defekta ģeometrijas un orientācijas, tāpēc defekta ģeometrija un orientācija var ietekmēt noguruma izturību.Tāpēc ir jāņem vērā to defektu ģeometrija un orientācija, kuriem ir vislielākā ietekme uz atsperes noguruma kalpošanas laiku, lai piemērotu stingrus virsmas defektu pārvaldības kritērijus.Pateicoties OT stieples smalkgraudainajai struktūrai, tās noguruma ilgums ir ļoti jutīgs pret iecirtumiem.Tāpēc defekts, kuram ir vislielākā sprieguma koncentrācija atbilstoši defekta ģeometrijai un orientācijai, ir jānosaka kā sākotnējais defekts, izmantojot galīgo elementu analīzi.Uz att.6 parāda šajā pētījumā izmantotās īpaši augstas stiprības 2300 MPa klases automobiļu vārstu atsperes.
OT stieples virsmas defektus iedala iekšējos defektos un ārējos defektos pēc atsperes ass.Aukstās velmēšanas laikā notiekošās lieces dēļ spiedes spriegums un stiepes spriegums iedarbojas attiecīgi uz atsperes iekšpusi un ārpusi.Lūzumu var izraisīt virsmas defekti, kas parādās no ārpuses stiepes spriegumu dēļ aukstās velmēšanas laikā.
Praksē atspere tiek periodiski saspiesta un atslābināta.Atsperes saspiešanas laikā tērauda stieple sagriežas, un spriegumu koncentrācijas dēļ bīdes spriegums atsperes iekšpusē ir lielāks par apkārtējo bīdes spriegumu7.Tāpēc, ja atsperes iekšpusē ir virsmas defekti, atsperes nolūšanas iespējamība ir vislielākā.Tādējādi atsperes ārējā puse (vieta, kur atsperes izgatavošanas laikā ir sagaidāma kļūme) un iekšējā puse (kur reālajā pielietojumā ir vislielākais spriegums) ir iestatītas kā virsmas defektu vietas.
OT līniju virsmas defektu ģeometrija ir sadalīta U formā, V formā, Y formā un T formā.Y-veida un T-veida galvenokārt pastāv izejvielu virsmas defektos, un U-veida un V-veida defekti rodas neuzmanīgas apiešanās ar instrumentiem dēļ aukstās velmēšanas procesā.Attiecībā uz izejmateriālu virsmas defektu ģeometriju U-veida defekti, kas rodas no nevienmērīgas plastiskas deformācijas karstās velmēšanas laikā, tiek deformēti V-veida, Y-veida un T-veida šuvju defektos, izmantojot vairākkārtēju stiepšanu8, 10.
Turklāt V-veida, Y-veida un T-veida defekti ar stāviem iecirtuma slīpumiem uz virsmas tiks pakļauti lielai sprieguma koncentrācijai atsperes darbības laikā.Vārstu atsperes aukstās velmēšanas laikā saliecas un darbības laikā griežas.Sprieguma koncentrācijas V-veida un Y-veida defektiem ar augstāku spriegumu koncentrāciju tika salīdzinātas, izmantojot galīgo elementu analīzi, ABAQUS – komerciālo galīgo elementu analīzes programmatūru.Sprieguma un deformācijas attiecība ir parādīta 1. attēlā un 1. vienādojumā. (1) Šajā simulācijā tiek izmantots divdimensiju (2D) taisnstūra četru mezglu elements, un minimālais elementa malas garums ir 0,01 mm.Analītiskajam modelim stieples 2D modelim ar diametru 2,5 mm un garumu 7,5 mm tika uzlikti V-veida un Y-veida defekti ar dziļumu 0,5 mm un defekta slīpumu 2°.
Uz att.7a attēlā parādīta lieces sprieguma koncentrācija katra defekta galā, kad katras stieples abiem galiem tiek piemērots 1500 Nmm lieces moments.Analīzes rezultāti liecina, ka maksimālie spriegumi 1038,7 un 1025,8 MPa rodas attiecīgi V-veida un Y-veida defektu augšdaļās.Uz att.7b attēlā parādīta sprieguma koncentrācija katra defekta augšdaļā, ko izraisa vērpes.Ja kreisā puse ir ierobežota un labajā pusē tiek pielikts griezes moments 1500 N∙mm, V formas un Y formas defektu galos rodas tāds pats maksimālais spriegums 1099 MPa.Šie rezultāti liecina, ka V veida defektiem ir lielāks lieces spriegums nekā Y tipa defektiem, ja tiem ir vienāds defekta dziļums un slīpums, bet tiem ir tāds pats vērpes spriegums.Tāpēc V-veida un Y-veida virsmas defektus ar vienādu defekta dziļumu un slīpumu var normalizēt uz V-veida defektiem ar lielāku maksimālo spriegumu, ko izraisa sprieguma koncentrācija.V veida defektu izmēru attiecību definē kā α = w/h, izmantojot V veida un T veida defektu dziļumu (h) un platumu (w);tātad T veida defekts (α ≈ 0), tā vietā ģeometriju var definēt ar V veida defekta ģeometrisko struktūru.Tāpēc Y un T veida defektus var normalizēt ar V veida defektiem.Izmantojot dziļumu (h) un garumu (l), garuma attiecību citādi definē kā β = l/h.
Kā parādīts 811. attēlā, OT vadu virsmas defektu virzieni ir sadalīti garenvirzienā, šķērsvirzienā un slīpā virzienā, kā parādīts 811. attēlā. Virsmas defektu orientācijas ietekmes uz atsperes izturību galīgā elementa analīze. metodi.
Uz att.9.a attēlā parādīts motora vārsta atsperes sprieguma analīzes modelis.Kā analīzes nosacījums, atspere tika saspiesta no brīvā augstuma 50,5 mm līdz cietam augstumam 21,8 mm, atsperes iekšpusē tika radīts maksimālais spriegums 1086 MPa, kā parādīts 9.b attēlā.Tā kā faktisko dzinēja vārstu atsperu atteice galvenokārt notiek atsperē, ir sagaidāms, ka iekšējo virsmas defektu klātbūtne nopietni ietekmēs atsperes noguruma kalpošanas laiku.Tāpēc virsmas defekti garenvirzienā, šķērsvirzienā un slīpā virzienā tiek uzklāti uz motora vārstu atsperu iekšpusi, izmantojot apakšmodelēšanas paņēmienus.2. tabulā parādīti virsmas defektu izmēri un maksimālais spriegums katrā defekta virzienā pie maksimālās atsperes saspiešanas.Vislielākie spriegumi tika novēroti šķērsvirzienā, un spriegumu attiecība garenvirzienā un slīpā virzienā pret šķērsvirzienu tika novērtēta kā 0,934–0,996.Sprieguma attiecību var noteikt, vienkārši dalot šo vērtību ar maksimālo šķērsspriegumu.Maksimālais spriegums atsperē rodas katra virsmas defekta augšpusē, kā parādīts 9.s attēlā.Novērotās sprieguma vērtības garenvirzienā, šķērsvirzienā un slīpā virzienā ir attiecīgi 2045, 2085 un 2049 MPa.Šo analīžu rezultāti liecina, ka šķērsvirsmas defektiem ir vistiešākā ietekme uz motora vārstu atsperu noguruma kalpošanas laiku.
Kā sākotnējais OT vada defekts tika izvēlēts V-veida defekts, kas, domājams, vistiešāk ietekmē dzinēja vārsta atsperes noguruma kalpošanas laiku, bet par defekta virzienu – šķērsvirziens.Šis defekts rodas ne tikai ārpusē, kur ražošanas laikā salūza dzinēja vārsta atspere, bet arī iekšpusē, kur vislielākais spriegums rodas sprieguma koncentrācijas dēļ ekspluatācijas laikā.Maksimālais defekta dziļums ir iestatīts uz 40 µm, ko var noteikt ar virpuļstrāvas defektu noteikšanu, un minimālais dziļums ir iestatīts uz dziļumu, kas atbilst 0,1% no 2,5 mm stieples diametra.Tāpēc defekta dziļums ir no 2,5 līdz 40 µm.Kā mainīgie tika izmantoti defektu dziļums, garums un platums ar garuma attiecību 0,1–1 un garuma attiecību 5–15, un tika novērtēta to ietekme uz atsperes noguruma izturību.3. tabulā ir uzskaitīti analītiskie apstākļi, kas noteikti, izmantojot atbildes virsmas metodoloģiju.
Automobiļu dzinēju vārstu atsperes tiek ražotas ar aukstu tinumu, rūdīšanu, strūklu strūklu un OT stieples siltuma regulēšanu.Ir jāņem vērā virsmas defektu izmaiņas atsperu izgatavošanas laikā, lai novērtētu OT vadu sākotnējo virsmas defektu ietekmi uz dzinēja vārstu atsperu noguruma kalpošanas laiku.Tāpēc šajā sadaļā tiek izmantota galīgo elementu analīze, lai prognozētu OT stieples virsmas defektu deformāciju katras atsperes izgatavošanas laikā.
Uz att.10 parāda aukstās uztīšanas procesu.Šī procesa laikā OT stieple tiek ievadīta stieples vadotnē ar padeves veltni.Stieples vadotne baro un atbalsta vadu, lai novērstu saliekšanos formēšanas procesā.Vads, kas iet caur stieples vadotni, ir saliekts ar pirmo un otro stieni, lai izveidotu spirāles atsperi ar vēlamo iekšējo diametru.Atsperes solis tiek iegūts, pārvietojot pakāpju instrumentu pēc viena apgrieziena.
Uz att.11.a attēlā parādīts galīgo elementu modelis, ko izmanto, lai novērtētu virsmas defektu ģeometrijas izmaiņas aukstās velmēšanas laikā.Stieples veidošanu galvenokārt pabeidz tinuma tapa.Tā kā oksīda slānis uz stieples virsmas darbojas kā smērviela, padeves veltņa berzes efekts ir niecīgs.Tāpēc aprēķina modelī padeves veltnis un stieples vadotne ir vienkāršoti kā bukse.Berzes koeficients starp OT stiepli un formēšanas instrumentu tika iestatīts uz 0,05.2D cietā korpusa plakne un fiksācijas nosacījumi tiek piemēroti līnijas kreisajam galam, lai to varētu padot X virzienā ar tādu pašu ātrumu kā padeves veltnis (0,6 m/s).Uz att.11.b attēlā parādīta apakšsimulācijas metode, ko izmanto nelielu defektu uzlikšanai vadiem.Lai ņemtu vērā virsmas defektu lielumu, apakšmodelis tiek izmantots divas reizes virsmas defektiem, kuru dziļums ir 20 µm vai vairāk, un trīs reizes virsmas defektiem, kuru dziļums ir mazāks par 20 µm.Virsmas defekti tiek uzklāti uz laukumiem, kas izveidoti ar vienādiem soļiem.Kopējā atsperes modelī taisnā stieples gabala garums ir 100 mm.Pirmajam apakšmodelim izmantojiet apakšmodeli 1, kura garums ir 3 mm, garenvirziena pozīcijā 75 mm no globālā modeļa.Šajā simulācijā tika izmantots trīsdimensiju (3D) sešstūra astoņu mezglu elements.Globālajā modelī un 1. apakšmodelī katra elementa minimālais sānu garums ir attiecīgi 0,5 un 0,2 mm.Pēc 1. apakšmodeļa analīzes 2. apakšmodelim tiek piemēroti virsmas defekti, un 2. apakšmodeļa garums un platums ir 3 reizes lielāks par virsmas defekta garumu, lai novērstu apakšmodeļa robežnosacījumu ietekmi. Turklāt 50% no garuma un platuma tiek izmantoti kā apakšmodeļa dziļums.2. apakšmodelī katra elementa minimālais sānu garums ir 0,005 mm.Galīgo elementu analīzei tika piemēroti noteikti virsmas defekti, kā parādīts 3.
Uz att.12 parāda sprieguma sadalījumu virsmas plaisās pēc spoles aukstās apstrādes.Vispārējais modelis un 1. apakšmodelis vienā un tajā pašā vietā uzrāda gandrīz vienādus spriegumus 1076 un 1079 MPa, kas apstiprina apakšmodelēšanas metodes pareizību.Lokālās sprieguma koncentrācijas rodas apakšmodeļa robežmalās.Acīmredzot tas ir saistīts ar apakšmodeļa robežnosacījumiem.Sprieguma koncentrācijas dēļ 2. apakšmodelis ar pielietotiem virsmas defektiem uzrāda 2449 MPa spriegumu defekta galā aukstās velmēšanas laikā.Kā parādīts 3. tabulā, virsmas defekti, kas identificēti ar reakcijas virsmas metodi, tika piemēroti atsperes iekšpusei.Galīgo elementu analīzes rezultāti parādīja, ka neviens no 13 virsmas defektu gadījumiem neizdevās.
Uztīšanas procesā visos tehnoloģiskajos procesos atsperes iekšpusē esošo virsmas defektu dziļums palielinājās par 0,1–2,62 µm (13.a att.), bet platums samazinājās par 1,8–35,79 µm (13.b att.), savukārt garums palielinājās par 0,72 –34,47 µm (13.c att.).Tā kā Aukstās velmēšanas procesā šķērsvirziena V-veida defekts tiek slēgts platumā, liecoties, tas tiek deformēts V-veida defektā ar stāvāku slīpumu nekā sākotnējais defekts.
Deformācijas OT stieples virsmas defektu dziļumā, platumā un garumā ražošanas procesā.
Uzklājiet virsmas defektus atsperes ārpusei un prognozējiet lūzuma iespējamību aukstās velmēšanas laikā, izmantojot galīgo elementu analīzi.Tabulā norādītajos apstākļos.3, nepastāv ārējās virsmas defektu iznīcināšanas iespējamība.Citiem vārdiem sakot, iznīcināšana nenotika virsmas defektu dziļumā no 2,5 līdz 40 µm.
Lai prognozētu kritiskos virsmas defektus, tika pētīti ārējie lūzumi aukstās velmēšanas laikā, palielinot defekta dziļumu no 40 µm līdz 5 µm.Uz att.14. attēlā redzami lūzumi gar virsmas defektiem.Lūzums notiek dziļuma (55 µm), platuma (2 µm) un garuma (733 µm) apstākļos.Virsmas defekta kritiskais dziļums ārpus atsperes izrādījās 55 μm.
Skrotis noņemšanas process nomāc plaisu augšanu un palielina noguruma kalpošanas laiku, radot atlikušo spiedes spriegumu noteiktā dziļumā no atsperes virsmas;tomēr tas izraisa sprieguma koncentrāciju, palielinot atsperes virsmas raupjumu, tādējādi samazinot atsperes noguruma pretestību.Tāpēc augstas stiprības atsperu ražošanai tiek izmantota sekundārā skrotis, lai kompensētu noguruma samazināšanos, ko izraisa virsmas raupjuma palielināšanās, ko izraisa skrotis.Divpakāpju skrotis var uzlabot virsmas raupjumu, maksimālo spiedes atlikušo spriegumu un virsmas spiedes atlikušo spriegumu, jo otrā skrotis tiek veikta pēc pirmās skrotis12,13,14.
Uz att.15 parādīts skrošu spridzināšanas procesa analītiskais modelis.Tika izveidots elastīgi plastmasas modelis, kurā 25 lodes tika nomestas OT līnijas mērķa lokālajā zonā skrošu spridzināšanai.Strūklas strūklas analīzes modelī kā sākotnējie defekti tika izmantoti aukstās tinuma laikā deformētās OT stieples virsmas defekti.Aukstās velmēšanas procesā radušos atlikušo spriegumu noņemšana ar rūdīšanu pirms skrošu strūklas procesa.Tika izmantotas sekojošas šāviena sfēras īpašības: blīvums (ρ): 7800 kg/m3, elastības modulis (E) – 210 GPa, Puasona koeficients (υ): 0,3.Berzes koeficients starp lodi un materiālu ir iestatīts uz 0,1.Pirmajā un otrajā kalšanas gājienā ar tādu pašu ātrumu 30 m/s tika izmesti šāvieni ar diametru 0,6 un 0,3 mm.Pēc skrošu strūklas procesa (citu ražošanas procesu starpā, kas parādīti 13. attēlā) virsmas defektu dziļums, platums un garums atsperē bija no -6,79 līdz 0,28 µm, no -4,24 līdz 1,22 µm un no -2,59 līdz 1,69. µm, attiecīgi µm.Materiāla virsmai perpendikulāri izmestā šāviņa plastiskās deformācijas dēļ samazinās defekta dziļums, jo īpaši ievērojami samazinās defekta platums.Acīmredzot defekts ticis slēgts plastiskās deformācijas dēļ, ko radījusi skrošu skrāpēšana.
Siltuma saraušanās procesā aukstās saraušanās un zemas temperatūras atlaidināšanas ietekme var vienlaikus iedarboties uz motora vārsta atsperi.Aukstā iestatījums palielina atsperes nospriegojuma līmeni, saspiežot to līdz augstākajam iespējamajam līmenim istabas temperatūrā.Tādā gadījumā, ja motora vārsta atspere ir noslogota virs materiāla tecēšanas robežas, motora vārsta atspere plastiski deformējas, palielinot tecēšanas robežu.Pēc plastiskās deformācijas vārsta atspere izliecas, bet palielinātā tecēšanas robeža nodrošina vārsta atsperes elastību faktiskajā darbībā.Atlaidināšana zemā temperatūrā uzlabo augstās temperatūrās darbojošos vārstu atsperu siltuma un deformācijas izturību2.
Virsmas defekti, kas deformēti skrošu strūklas laikā FE analīzē un atlikušā sprieguma lauks, kas izmērīts ar rentgenstaru difrakcijas (XRD) iekārtu, tika piemērots 2. apakšmodelim (8. att.), lai secinātu defektu izmaiņas siltuma saraušanās laikā.Atspere tika izstrādāta, lai darbotos elastīgā diapazonā, un tā tika saspiesta no brīvā augstuma 50,5 mm līdz stingrajam 21,8 mm augstumam, un pēc tam ļāva atgriezties sākotnējā 50,5 mm augstumā kā analīzes nosacījumu.Siltuma saraušanās laikā defekta ģeometrija mainās nenozīmīgi.Acīmredzot ar skrošu strūklu radītais atlikušais spiedes spriegums 800 MPa un vairāk nomāc virsmas defektu deformāciju.Pēc termiskās saraušanās (13. att.) virsmas defektu dziļums, platums un garums mainījās attiecīgi no -0,13 līdz 0,08 µm, no -0,75 līdz 0 µm un no 0,01 līdz 2,4 µm.
Uz att.16 salīdzina U-veida un V-veida defektu deformācijas vienāda dziļuma (40 µm), platuma (22 µm) un garuma (600 µm).U-veida un V-veida defektu platuma izmaiņas ir lielākas nekā garuma izmaiņas, ko rada aizvēršanās platuma virzienā aukstās velmēšanas un skrošu strūklas procesā.Salīdzinot ar U-veida defektiem, V-veida defekti veidojās salīdzinoši lielākā dziļumā un ar stāvākām nogāzēm, kas liecina, ka, pielietojot V-veida defektus, var izmantot konservatīvu pieeju.
Šajā sadaļā ir apskatīta sākotnējā defekta deformācija OT līnijā katram vārsta atsperes ražošanas procesam.Sākotnējais OT stieples defekts tiek uzlikts vārsta atsperes iekšpusei, kur ir sagaidāma kļūme lielo spriegumu dēļ atsperes darbības laikā.OT vadu šķērsvirziena V-veida virsmas defekti nedaudz palielinājās dziļumā un garumā un strauji samazinājās platumā, jo aukstā tinuma laikā liecās.Aizvēršanās platuma virzienā notiek skrotis ar nelielu defektu deformāciju vai bez tās galīgā siltuma iestatījuma laikā.Aukstās velmēšanas un skrošu velmēšanas procesā ir liela deformācija platuma virzienā plastiskās deformācijas dēļ.V-veida defekts vārsta atsperes iekšpusē tiek pārveidots par T-veida defektu platuma slēgšanas dēļ aukstās velmēšanas procesā.