310 Roesvrye staal spoelbuis chemiese komponent, effek van oppervlakdefekte in oliegeharde staaldraad op die moegheidslewe van klepvere in motorenjins

Dankie dat jy Nature.com besoek het.Jy gebruik 'n blaaierweergawe met beperkte CSS-ondersteuning.Vir die beste ervaring, beveel ons aan dat jy 'n opgedateerde blaaier gebruik (of versoenbaarheidsmodus in Internet Explorer deaktiveer).Daarbenewens, om deurlopende ondersteuning te verseker, wys ons die webwerf sonder style en JavaScript.
Sliders wat drie artikels per skyfie wys.Gebruik die terug- en volgende-knoppies om deur die skyfies te beweeg, of die skyfiebeheerknoppies aan die einde om deur elke skyfie te beweeg.

Vlekvrye staal 310 opgerolde buise / opgerolde buiseChemiese samestellingen samestelling

Die volgende tabel toon die chemiese samestelling van graad 310S vlekvrye staal.

10*1mm 9.25*1.24 mm 310 Vlekvrye staal kapillêre opgerolde buisverskaffers

Fisiese eienskappe

Die fisiese eienskappe van graad 310S vlekvrye staal word in die volgende tabel vertoon.

Meganiese eienskappe

Die volgende tabel skets die meganiese eienskappe van graad 310S vlekvrye staal.

Termiese eienskappe

Die termiese eienskappe van graad 310S vlekvrye staal word in die volgende tabel gegee.

Ander benamings

Ander benamings gelykstaande aan graad 310S vlekvrye staal word in die volgende tabel gelys.

Die doel van hierdie studie is om die vermoeidheidslewe van 'n klepveer van 'n motorenjin te evalueer wanneer mikrodefekte toegepas word op 'n olieverharde draad van 2300 MPa-graad (OT-draad) met 'n kritieke defekdiepte van 2.5 mm in deursnee.Eerstens is die vervorming van die oppervlakdefekte van die OT-draad tydens die vervaardiging van die klepveer verkry deur eindige element analise deur gebruik te maak van subsimulasie metodes, en die oorblywende spanning van die voltooide veer is gemeet en toegepas op die veerspanning analise model.Tweedens, ontleed die sterkte van die klepveer, kyk vir oorblywende spanning en vergelyk die vlak van toegepaste spanning met oppervlakonvolmaakthede.Derdens is die effek van mikrodefekte op die vermoeiingslewe van die veer geëvalueer deur die spanning op oppervlakdefekte wat verkry is vanaf die veersterkte-analise toe te pas op die SN-krommes verkry vanaf die buigmoegheidstoets tydens rotasie van die draad OT.’n Defekdiepte van 40 µm is die huidige standaard vir die bestuur van oppervlakdefekte sonder om die moegheidslewe in te boet.
Die motorbedryf het 'n sterk vraag na liggewig-motorkomponente om die brandstofdoeltreffendheid van voertuie te verbeter.Die gebruik van gevorderde hoë sterkte staal (AHSS) het dus die afgelope paar jaar toegeneem.Motorenjinklepvere bestaan ​​hoofsaaklik uit hittebestande, slytvaste en nie-sakkende oliegeharde staaldrade (OT-drade).
As gevolg van hul hoë treksterkte (1900–2100 MPa), maak die tans gebruikte OT-drade dit moontlik om die grootte en massa van enjinklepvere te verminder, brandstofdoeltreffendheid te verbeter deur wrywing met omliggende dele te verminder1.As gevolg van hierdie voordele neem die gebruik van hoogspanningsdraad vinnig toe, en ultrahoësterkte draadstaaf van 2300MPa-klas verskyn een na die ander.Klepvere in motorenjins vereis 'n lang lewensduur omdat hulle onder hoë sikliese vragte werk.Om aan hierdie vereiste te voldoen, neem vervaardigers tipies 'n moegheidslewe van meer as 5,5×107 siklusse in ag wanneer klepvere ontwerp word en pas oorblywende spanning op die klepveeroppervlak toe deur skootpen- en hittekrimpprosesse om die moegheidslewe te verbeter2.
Daar is 'n hele paar studies oor die vermoeidheidslewe van heliese vere in voertuie onder normale bedryfstoestande.Gzal et al.Analitiese, eksperimentele en eindige element (FE) ontledings van elliptiese heliese vere met klein helikshoeke onder statiese lading word aangebied.Hierdie studie verskaf 'n eksplisiete en eenvoudige uitdrukking vir die ligging van maksimum skuifspanning versus aspekverhouding en styfheidsindeks, en verskaf ook analitiese insig in maksimum skuifspanning, 'n kritieke parameter in praktiese ontwerpe3.Pastorcic et al.Die resultate van die ontleding van die vernietiging en moegheid van 'n spiraalveer wat van 'n privaat motor verwyder is na mislukking in werking word beskryf.Met behulp van eksperimentele metodes is 'n gebreekte veer ondersoek en die resultate dui daarop dat dit 'n voorbeeld is van korrosie-moegheidsmislukking4.gat, ens. Verskeie lineêre regressieweerlewensmodelle is ontwikkel om die moegheidslewe van motorhelikale vere te evalueer.Putra en ander.As gevolg van die ongelykheid van die padoppervlak word die lewensduur van die heliese veer van die motor bepaal.Min navorsing is egter gedoen oor hoe oppervlakdefekte wat tydens die vervaardigingsproses voorkom, die lewensduur van motorspiraalvere beïnvloed.
Oppervlakdefekte wat tydens die vervaardigingsproses voorkom, kan lei tot plaaslike spanningskonsentrasie in klepvere, wat hul vermoeidheidslewe aansienlik verminder.Oppervlakdefekte van klepvere word deur verskeie faktore veroorsaak, soos oppervlakdefekte van die grondstowwe wat gebruik word, defekte in gereedskap, rowwe hantering tydens koue rol7.Die oppervlakdefekte van die grondstof is steil V-vormig as gevolg van warmrol en veelvuldige trek, terwyl die defekte wat veroorsaak word deur die vormgereedskap en sorgelose hantering U-vormig is met sagte hellings8,9,10,11.V-vormige defekte veroorsaak hoër spanningskonsentrasies as U-vormige defekte, dus word streng gebrekbestuurskriteria gewoonlik op die beginmateriaal toegepas.
Huidige oppervlakdefekbestuurstandaarde vir OT-drade sluit ASTM A877/A877M-10, DIN EN 10270-2, JIS G 3561 en KS D 3580 in. DIN EN 10270-2 spesifiseer dat die diepte van 'n oppervlakdefek op draaddiameters van 0,5–2 10 mm is minder as 0,5–1% van die draaddeursnee.Daarbenewens vereis JIS G 3561 en KS D 3580 dat die diepte van oppervlakdefekte in draadstaaf met 'n deursnee van 0,5–8 mm minder as 0,5% van die draaddeursnee moet wees.In ASTM A877/A877M-10 moet die vervaardiger en koper ooreenkom oor die toelaatbare diepte van oppervlakdefekte.Om die diepte van 'n defek op die oppervlak van 'n draad te meet, word die draad gewoonlik met soutsuur geëts, en dan word die diepte van die defek met 'n mikrometer gemeet.Hierdie metode kan egter slegs defekte in sekere areas meet en nie op die hele oppervlak van die finale produk nie.Daarom gebruik vervaardigers werwelstroomtoetsing tydens die draadtrekproses om oppervlakdefekte in voortdurend vervaardigde draad te meet;hierdie toetse kan die diepte van oppervlakdefekte tot 40 µm meet.Die 2300MPa graad staaldraad wat ontwikkel word, het 'n hoër treksterkte en laer verlenging as die bestaande 1900-2200MPa graad staaldraad, dus word die klepveer-moegheidslewe as baie sensitief vir oppervlakdefekte beskou.Daarom is dit nodig om die veiligheid na te gaan van die toepassing van bestaande standaarde vir die beheer van die diepte van oppervlakdefekte vir staaldraad graad 1900-2200 MPa tot staaldraad graad 2300 MPa.
Die doel van hierdie studie is om die vermoeidheidslewe van 'n motorenjinklepveer te evalueer wanneer die minimum foutdiepte meetbaar deur wervelstroomtoetsing (dws 40 µm) toegepas word op 'n 2300 MPa graad OT-draad (deursnee: 2.5 mm): kritieke fout diepte.Die bydrae en metodologie van hierdie studie is soos volg.
As die aanvanklike defek in die OT-draad is 'n V-vormige defek gebruik, wat die vermoeiingslewe ernstig beïnvloed, in die dwarsrigting relatief tot die draad-as.Beskou die verhouding van die afmetings (α) en lengte (β) van 'n oppervlakafwyking om die effek van sy diepte (h), breedte (w) en lengte (l) te sien.Oppervlakdefekte kom binne die veer voor, waar mislukking eerste voorkom.
Om die vervorming van aanvanklike defekte in OT-draad tydens koue wikkeling te voorspel, is 'n sub-simulasiebenadering gebruik, wat die ontledingstyd en die grootte van oppervlakdefekte in ag geneem het, aangesien die defekte baie klein is in vergelyking met OT-draad.globale model.
Die oorblywende drukspannings in die lente na twee-stadium skootpening is bereken deur die eindige element metode, die resultate is vergelyk met die metings na skootpen om die analitiese model te bevestig.Daarbenewens is residuele spannings in klepvere van alle vervaardigingsprosesse gemeet en toegepas op veersterkte-analise.
Spannings in oppervlakdefekte word voorspel deur die sterkte van die veer te ontleed, met inagneming van die vervorming van die defek tydens kouerol en die oorblywende drukspanning in die voltooide veer.
Die rotasie-buigmoegheidstoets is uitgevoer met behulp van 'n OT-draad gemaak van dieselfde materiaal as die klepveer.Ten einde die oorblywende spanning en oppervlakruwheid-eienskappe van die vervaardigde klepvere met die OT-lyne te korreleer, is SN-krommes verkry deur roterende buigmoegheidstoetse na die toepassing van twee-stadium skootpening en torsie as voorbehandelingsprosesse.
Die resultate van die veersterkte-analise word toegepas op die Goodman-vergelyking en die SN-kromme om die klepveervermoeidheidslewe te voorspel, en die effek van oppervlakfekdiepte op die moegheidslewe word ook geëvalueer.
In hierdie studie is 'n 2300 MPa OT-graaddraad met 'n deursnee van 2.5 mm gebruik om die moegheidslewe van 'n motorenjinklepveer te evalueer.Eerstens is 'n trektoets van die draad uitgevoer om sy rekbare breukmodel te verkry.
Die meganiese eienskappe van OT-draad is verkry uit trektoetse voor eindige element-analise van die koue wikkelproses en veersterkte.Die spanning-rek-kromme van die materiaal is bepaal deur gebruik te maak van die resultate van trektoetse teen 'n rektempo van 0.001 s-1, soos in fig.1. SWONB-V draad word gebruik, en sy treksterkte, treksterkte, elastiese modulus en Poisson se verhouding is onderskeidelik 2001.2MPa, 2316MPa, 206GPa en 0.3.Die afhanklikheid van spanning op vloeivervorming word soos volg verkry:
Rys.2 illustreer die rekbare breukproses.Die materiaal ondergaan elastoplastiese vervorming tydens vervorming, en die materiaal vernou wanneer die spanning in die materiaal sy treksterkte bereik.Vervolgens lei die skepping, groei en assosiasie van leemtes binne die materiaal tot die vernietiging van die materiaal.
Die rekbare breukmodel gebruik 'n spanning-gemodifiseerde kritiese vervormingsmodel wat die effek van spanning in ag neem, en na-nekbreuk gebruik die skade-akkumulasie-metode.Hier word skade-inisiasie uitgedruk as 'n funksie van vervorming, spanning-triaksialiteit en vervormingstempo.Die spanning-drie-aksialiteit word gedefinieer as die gemiddelde waarde wat verkry word deur die hidrostatiese spanning wat veroorsaak word deur die vervorming van die materiaal tot by die vorming van die nek deur die effektiewe spanning te deel.In die skade-akkumulasiemetode vind vernietiging plaas wanneer die skadewaarde 1 bereik, en die energie wat nodig is om die skadewaarde van 1 te bereik word gedefinieer as die vernietigingsenergie (Gf).Die breukenergie stem ooreen met die gebied van die ware spanning-verplasing-kromme van die materiaal vanaf nek- tot breuktyd.
In die geval van konvensionele staal, afhangende van die spanningsmodus, vind rekbare breuk, skuifbreuk of gemengde modus breuk plaas as gevolg van rekbaarheid en skuifbreuk, soos getoon in Figuur 3. Die breukvervorming en spanningdrieasbaarheid het verskillende waardes getoon vir die fraktuur patroon.
Plastiese mislukking vind plaas in 'n gebied wat ooreenstem met 'n spanning-triaksialiteit van meer as 1/3 (sone I), en die breukvervorming en spanning-triaksialiteit kan afgelei word uit trektoetse op monsters met oppervlakdefekte en kepe.In die area wat ooreenstem met die spanning-triaksialiteit van 0 ~ 1/3 (sone II), vind 'n kombinasie van rekbare breuk en skuifversaking plaas (dws deur 'n torsietoets. In die area wat ooreenstem met die spanning-triaksialiteit van -1/3 tot 0 (III), skuifversaking wat veroorsaak word deur kompressie, en breukvervorming en spanningdrie-aksialiteit kan verkry word deur ontstellende toets.
Vir OT-drade wat gebruik word in die vervaardiging van enjinklepvere, is dit nodig om die frakture wat veroorsaak word deur verskeie laaitoestande tydens die vervaardigingsproses en toedieningstoestande in ag te neem.Daarom is trek- en torsietoetse uitgevoer om die breekvervormingskriterium toe te pas, die effek van spanningdrie-aksialiteit op elke spanningsmodus is oorweeg, en elastoplastiese eindige-element-analise by groot vervormings is uitgevoer om die verandering in spanningdriaksialiteit te kwantifiseer.Die kompressiemodus is nie oorweeg nie as gevolg van die beperking van monsterverwerking, naamlik die deursnee van die OT-draad is slegs 2.5 mm.Tabel 1 lys die toetstoestande vir trek- en torsie, sowel as spanningdrie-aksialiteit en breukvervorming, verkry deur gebruik te maak van eindige element-analise.
Die breukvervorming van konvensionele drieassige staalsoorte onder spanning kan met behulp van die volgende vergelyking voorspel word.
waar C1: \({\overline{{\varepsilon}_{0}}}^{pl}\) skoon snit (η = 0) en C2: \({\overline{{\varepsilon}_{0} } }^{pl}\) Eenassige spanning (η = η0 = 1/3).
Die tendenslyne vir elke spanningsmodus word verkry deur die breukvervormingswaardes C1 en C2 in die vergelyking toe te pas.(2);C1 en C2 word verkry uit trek- en wringtoetse op monsters sonder oppervlakdefekte.Figuur 4 toon die spanningdrie-aksialiteit en breukvervorming verkry uit die toetse en die tendenslyne wat deur die vergelyking voorspel word.(2) Die tendenslyn verkry uit die toets en die verwantskap tussen spanningdrieaksialiteit en breukvervorming toon 'n soortgelyke neiging.Die breukvervorming en spanningdrieaksialiteit vir elke spanningsmodus, verkry uit die toepassing van tendenslyne, is as kriteria vir rekbare breuk gebruik.
Breekenergie word as 'n wesenlike eienskap gebruik om die tyd te bepaal om te breek na inhaling en kan verkry word uit trektoetse.Die breukenergie hang af van die teenwoordigheid of afwesigheid van krake op die oppervlak van die materiaal, aangesien die tyd tot breuk afhang van die konsentrasie van plaaslike spannings.Figure 5a-c toon die breukenergieë van monsters sonder oppervlakdefekte en monsters met R0.4 of R0.8 kepe van trektoetse en eindige element analise.Die breukenergie stem ooreen met die area van die ware spanning-verplasingskromme van nek- tot breuktyd.
Die breukenergie van 'n OT-draad met fyn oppervlakdefekte is voorspel deur trektoetse uit te voer op 'n OT-draad met 'n defekdiepte groter as 40 µm, soos getoon in Fig. 5d.Tien monsters met defekte is in die trektoetse gebruik en die gemiddelde breukenergie is op 29.12 mJ/mm2 geskat.
Die gestandaardiseerde oppervlakdefek word gedefinieer as die verhouding van die diepte van die defek tot die deursnee van die klepveerdraad, ongeag die oppervlakdefekgeometrie van die OT-draad wat in die vervaardiging van motorklepvere gebruik word.OT-draaddefekte kan geklassifiseer word op grond van oriëntasie, geometrie en lengte.Selfs met dieselfde defekdiepte, wissel die vlak van spanning wat op 'n oppervlakdefek in 'n veer inwerk na gelang van die geometrie en oriëntasie van die defek, dus kan die geometrie en oriëntasie van die defek vermoeiingssterkte beïnvloed.Daarom is dit nodig om die geometrie en oriëntasie van defekte wat die grootste impak op die vermoeiingslewe van 'n veer het, in ag te neem om streng kriteria toe te pas vir die bestuur van oppervlakdefekte.As gevolg van die fynkorrelstruktuur van OT-draad, is die moegheidslewe daarvan baie sensitief vir kerf.Daarom moet die defek wat die hoogste spanningskonsentrasie toon volgens die geometrie en oriëntasie van die defek, vasgestel word as die aanvanklike defek deur gebruik te maak van eindige element analise.Op fig.6 toon die ultrahoësterkte 2300 MPa-klas motorklepvere wat in hierdie studie gebruik is.
Oppervlakdefekte van OT-draad word verdeel in interne defekte en eksterne defekte volgens die veer-as.As gevolg van die buiging tydens koue rol, werk drukspanning en trekspanning onderskeidelik aan die binnekant en buitekant van die veer in.Breking kan veroorsaak word deur oppervlakdefekte wat van buite af voorkom as gevolg van trekspannings tydens koue rol.
In die praktyk word die lente aan periodieke kompressie en ontspanning onderwerp.Tydens die saampersing van die veer draai die staaldraad, en as gevolg van die konsentrasie van spannings is die skuifspanning binne die veer hoër as die omringende skuifspanning7.As daar dus oppervlakdefekte binne die veer is, is die waarskynlikheid dat die veer breek die grootste.Dus word die buitekant van die veer (die plek waar mislukking verwag word tydens die vervaardiging van die veer) en die binnekant (waar die spanning die grootste is in die werklike toediening) as die liggings van die oppervlakdefekte gestel.
Die oppervlakdefekgeometrie van OT-lyne word verdeel in U-vorm, V-vorm, Y-vorm en T-vorm.Y-tipe en T-tipe bestaan ​​hoofsaaklik in die oppervlakdefekte van grondstowwe, en U-tipe en V-tipe defekte kom voor as gevolg van sorgelose hantering van gereedskap in die kouerolproses.Met betrekking tot die geometrie van oppervlakdefekte in grondstowwe, word U-vormige defekte wat voortspruit uit nie-eenvormige plastiese vervorming tydens warmrol, vervorm in V-vormige, Y-vormige en T-vormige naatdefekte onder meervoudige strekking8, 10.
Daarbenewens sal V-vormige, Y-vormige en T-vormige defekte met steil hellings van die kerf op die oppervlak aan hoë spanningskonsentrasie onderwerp word tydens die werking van die veer.Klepvere buig tydens koue rol en draai tydens werking.Spanningskonsentrasies van V-vormige en Y-vormige defekte met hoër spanningskonsentrasies is vergelyk met behulp van eindige element analise, ABAQUS – kommersiële eindige element analise sagteware.Die spanning-vervorming-verwantskap word in Figuur 1 en Vergelyking 1 getoon. (1) Hierdie simulasie gebruik 'n tweedimensionele (2D) reghoekige viernodus-element, en die minimum sylengte van die element is 0.01 mm.Vir die analitiese model is V-vormige en Y-vormige defekte met 'n diepte van 0.5 mm en 'n helling van die defek van 2° toegepas op 'n 2D-model van 'n draad met 'n deursnee van 2.5 mm en 'n lengte van 7.5 mm.
Op fig.7a toon die buigspanningskonsentrasie aan die punt van elke defek wanneer 'n buigmoment van 1500 Nmm aan beide ente van elke draad toegepas word.Die resultate van die analise toon dat die maksimum spannings van 1038.7 en 1025.8 MPa onderskeidelik aan die bokant van V-vormige en Y-vormige defekte voorkom.Op fig.7b toon die spanningskonsentrasie aan die bokant van elke defek wat deur torsie veroorsaak word.Wanneer die linkerkant beperk word en 'n wringkrag van 1500 N∙mm aan die regterkant toegepas word, vind dieselfde maksimum spanning van 1099 MPa plaas by die punte van die V-vormige en Y-vormige defekte.Hierdie resultate toon dat V-tipe defekte hoër buigspanning as Y-tipe defekte vertoon wanneer hulle dieselfde diepte en helling van die defek het, maar hulle ervaar dieselfde torsiespanning.Daarom kan V-vormige en Y-vormige oppervlakdefekte met dieselfde diepte en helling van die defek genormaliseer word na V-vormiges met 'n hoër maksimum spanning wat veroorsaak word deur spanningskonsentrasie.Die V-tipe defekgrootteverhouding word gedefinieer as α = w/h deur die diepte (h) en breedte (w) van die V-tipe en T-tipe defekte te gebruik;dus, 'n T-tipe defek (α ≈ 0) in plaas daarvan, kan die meetkunde gedefinieer word deur die geometriese struktuur van 'n V-tipe defek.Daarom kan Y-tipe en T-tipe defekte genormaliseer word deur V-tipe defekte.Deur diepte (h) en lengte (l) te gebruik, word die lengteverhouding andersins gedefinieer as β = l/h.
Soos getoon in Figuur 811, word die rigtings van oppervlakdefekte van OT-drade verdeel in longitudinale, dwars- en skuinsrigtings, soos in Figuur 811 getoon. Ontleding van die invloed van die oriëntasie van oppervlakdefekte op die sterkte van die veer deur die eindige element metode.
Op fig.9a toon die enjinklepveerspanningsontledingsmodel.As 'n ontledingstoestand is die veer saamgepers vanaf 'n vrye hoogte van 50.5 mm tot 'n harde hoogte van 21.8 mm, 'n maksimum spanning van 1086 MPa is binne die veer gegenereer, soos in Fig. 9b getoon.Aangesien die mislukking van werklike enjinklepvere hoofsaaklik binne die veer voorkom, word verwag dat die teenwoordigheid van interne oppervlakdefekte die vermoeiingslewe van die veer ernstig sal beïnvloed.Daarom word oppervlakdefekte in die lengte-, dwars- en skuinsrigtings aan die binnekant van enjinklepvere toegepas deur gebruik te maak van submodelleringstegnieke.Tabel 2 toon die afmetings van oppervlakdefekte en die maksimum spanning in elke rigting van die defek by maksimum veerkompressie.Die hoogste spannings is in die dwarsrigting waargeneem, en die verhouding van spannings in die lengte- en skuinsrigtings tot die dwarsrigting is as 0.934–0.996 beraam.Die spanningsverhouding kan bepaal word deur eenvoudig hierdie waarde deur die maksimum dwarsspanning te deel.Die maksimum spanning in die veer kom aan die bokant van elke oppervlakdefek voor, soos getoon in Fig. 9s.Die spanningswaardes wat in die lengte-, dwars- en skuinsrigtings waargeneem word, is onderskeidelik 2045, 2085 en 2049 MPa.Die resultate van hierdie ontledings toon dat dwarsoppervlakdefekte die mees direkte effek op die vermoeiingslewe van enjinklepvere het.
'n V-vormige defek, wat aanvaar word om die vermoeidheidslewe van die enjinklepveer die meeste direk te beïnvloed, is gekies as die aanvanklike defek van die OT-draad, en die dwarsrigting is gekies as die rigting van die defek.Hierdie gebrek kom nie net buite voor waar die enjinklepveer tydens vervaardiging gebreek het nie, maar ook binne, waar die grootste spanning plaasvind as gevolg van spanningskonsentrasie tydens werking.Die maksimum foutdiepte is ingestel op 40 µm, wat deur wervelstroomfoutopsporing opgespoor kan word, en die minimum diepte is ingestel op 'n diepte wat ooreenstem met 0.1% van die 2.5 mm draaddiameter.Daarom is die diepte van die defek van 2,5 tot 40 µm.Diepte, lengte en breedte van foute met 'n lengteverhouding van 0.1~1 en 'n lengteverhouding van 5~15 is as veranderlikes gebruik, en die effek daarvan op die vermoeiingssterkte van die veer is geëvalueer.Tabel 3 lys die analitiese toestande wat met behulp van die responsoppervlakmetodologie bepaal is.
Motorenjinklepvere word vervaardig deur koue wikkeling, tempering, skootskietwerk en hitteverstelling van OT-draad.Veranderinge in oppervlakdefekte tydens veervervaardiging moet in ag geneem word om die effek van aanvanklike oppervlakdefekte in OT-drade op die moegheidslewe van enjinklepvere te evalueer.Daarom, in hierdie afdeling, word eindige element analise gebruik om die vervorming van OT draad oppervlak defekte tydens die vervaardiging van elke veer te voorspel.
Op fig.10 toon die koue wikkelproses.Tydens hierdie proses word die OT-draad deur die voerroller in die draadgeleier gevoer.Die draadgeleider voer en ondersteun die draad om te verhoed dat dit buig tydens die vormingsproses.Die draad wat deur die draadgeleider gaan, word deur die eerste en tweede stawe gebuig om 'n kronkelveer met die verlangde binnedeursnee te vorm.Die veersteek word geproduseer deur die trapwerktuig na een omwenteling te beweeg.
Op fig.11a toon 'n eindige element model wat gebruik word om die verandering in die geometrie van oppervlakdefekte tydens koue rol te evalueer.Die vorming van die draad word hoofsaaklik deur die wikkelpen voltooi.Aangesien die oksiedlaag op die oppervlak van die draad as smeermiddel optree, is die wrywingseffek van die voerrol weglaatbaar.Daarom, in die berekeningsmodel, word die voerrol en die draadgeleiding as 'n bus vereenvoudig.Die wrywingskoëffisiënt tussen die OT-draad en die vormgereedskap is op 0.05 gestel.Die 2D rigiede liggaamsvlak en fiksasietoestande word aan die linkerkant van die lyn toegepas sodat dit in die X-rigting gevoer kan word teen dieselfde spoed as die voerrol (0,6 m/s).Op fig.11b toon die subsimulasiemetode wat gebruik word om klein defekte op drade toe te pas.Om die grootte van oppervlakdefekte in ag te neem, word die submodel twee keer toegepas vir oppervlakdefekte met 'n diepte van 20 µm of meer en drie keer vir oppervlakdefekte met 'n diepte van minder as 20 µm.Oppervlakdefekte word toegepas op areas wat met gelyke stappe gevorm word.In die algehele model van die veer is die lengte van die reguit stuk draad 100 mm.Vir die eerste submodel, pas submodel 1 toe met 'n lengte van 3 mm tot 'n longitudinale posisie van 75 mm vanaf die globale model.Hierdie simulasie het 'n driedimensionele (3D) seskantige agtknoopelement gebruik.In die globale model en submodel 1 is die minimum sylengte van elke element onderskeidelik 0,5 en 0,2 mm.Na ontleding van submodel 1 word oppervlakdefekte op submodel 2 toegepas, en die lengte en breedte van submodel 2 is 3 keer die lengte van die oppervlakdefek om die invloed van die submodel-grenstoestande uit te skakel. Daarbenewens word 50% van die lengte en breedte as die diepte van die submodel gebruik.In submodel 2 is die minimum sylengte van elke element 0,005 mm.Sekere oppervlakdefekte is toegepas op die eindige element-analise soos in Tabel 3 getoon.
Op fig.12 toon die verspreiding van spanning in oppervlakkrake na koue bewerking van 'n spoel.Die algemene model en submodel 1 toon amper dieselfde spannings van 1076 en 1079 MPa op dieselfde plek, wat die korrektheid van die submodelleringsmetode bevestig.Plaaslike spanningskonsentrasies kom by die grensrande van die submodel voor.Dit is blykbaar te wyte aan die randvoorwaardes van die submodel.As gevolg van spanningskonsentrasie toon submodel 2 met toegepaste oppervlakdefekte 'n spanning van 2449 MPa aan die punt van die defek tydens koue rol.Soos in Tabel 3 getoon, is die oppervlakdefekte wat deur die responsoppervlakmetode geïdentifiseer is, aan die binnekant van die veer toegepas.Die resultate van die eindige element-analise het getoon dat geen van die 13 gevalle van oppervlakdefekte misluk het nie.
Tydens die kronkelproses in alle tegnologiese prosesse het die diepte van oppervlakdefekte binne die veer met 0,1–2,62 µm toegeneem (Fig. 13a), en die breedte het met 1,8–35,79 µm (Fig. 13b) afgeneem, terwyl die lengte met 0,72 toegeneem het. –34.47 µm (Fig. 13c).Aangesien die dwars V-vormige defek in die breedte toegemaak word deur te buig tydens die kouerolproses, word dit vervorm in 'n V-vormige defek met 'n steiler helling as die oorspronklike defek.
Vervorming in diepte, breedte en lengte van OT-draadoppervlakdefekte in die vervaardigingsproses.
Dien oppervlakdefekte aan die buitekant van die veer toe en voorspel die waarskynlikheid van breek tydens koue rol deur gebruik te maak van Eindige Element Analise.Onder die voorwaardes gelys in Tabel.3, daar is geen waarskynlikheid van vernietiging van defekte in die buitenste oppervlak.Met ander woorde, geen vernietiging het plaasgevind op die diepte van oppervlakdefekte van 2.5 tot 40 µm nie.
Om kritieke oppervlakdefekte te voorspel, is eksterne frakture tydens kouerol ondersoek deur die defekdiepte van 40 µm na 5 µm te verhoog.Op fig.14 toon frakture langs oppervlakdefekte.Breuk vind plaas onder toestande van diepte (55 µm), breedte (2 µm) en lengte (733 µm).Die kritieke diepte van 'n oppervlakdefek buite die veer was 55 μm.
Die skootmaakproses onderdruk kraakgroei en verhoog die moegheidslewe deur 'n oorblywende drukspanning op 'n sekere diepte vanaf die veeroppervlak te skep;dit veroorsaak egter spanningskonsentrasie deur die oppervlakruwheid van die veer te verhoog en sodoende die vermoeiingsweerstand van die veer te verminder.Daarom word sekondêre skootpentegnologie gebruik om hoësterkvere te vervaardig om te vergoed vir die vermindering in vermoeidheidslewe wat veroorsaak word deur die toename in oppervlakruwheid wat veroorsaak word deur skootpen.Twee-stadium skootpening kan oppervlakgrofheid, maksimum drukresiduspanning en oppervlakdrukresidueerspanning verbeter omdat die tweede skootpening uitgevoer word na die eerste skootpening12,13,14.
Op fig.15 toon 'n analitiese model van die skootskietproses.'n Elastiese-plastiek-model is geskep waarin 25 skootballe in die plaaslike teikengebied van die OT-lyn vir skootskietery laat val is.In die skietskietontledingsmodel is oppervlakdefekte van die OT-draad wat tydens koue wikkeling vervorm is, as aanvanklike defekte gebruik.Verwydering van oorblywende spanning wat voortspruit uit die kouerolproses deur temper voor die skootskietproses.Die volgende eienskappe van die skootsfeer is gebruik: digtheid (ρ): 7800 kg/m3, elastiese modulus (E) – 210 GPa, Poisson se verhouding (υ): 0.3.Die wrywingskoëffisiënt tussen die bal en die materiaal word op 0.1 gestel.Skote met 'n deursnee van 0,6 en 0,3 mm is tydens die eerste en tweede smeepasse teen dieselfde spoed van 30 m/s uitgeskiet.Na die skietskietproses (onder ander vervaardigingsprosesse getoon in Figuur 13), het die diepte, breedte en lengte van oppervlakdefekte binne die veer gewissel van -6,79 tot 0,28 µm, -4,24 tot 1,22 µm, en -2,59 tot 1,69 µm, onderskeidelik µm.As gevolg van die plastiese vervorming van die projektiel wat loodreg op die oppervlak van die materiaal uitgewerp word, verminder die diepte van die defek, veral die breedte van die defek word aansienlik verminder.Blykbaar is die defek toegemaak weens plastiese vervorming wat deur skootpen veroorsaak is.
Tydens die hittekrimpproses kan die uitwerking van kouekrimping en laetemperatuurgloeiing terselfdertyd op die enjinklepveer inwerk.’n Koue instelling maksimeer die spanningsvlak van die veer deur dit by kamertemperatuur tot sy hoogste moontlike vlak saam te druk.In hierdie geval, as die enjinklepveer bo die vloeisterkte van die materiaal gelaai word, vervorm die enjinklepveer plasties, wat die vloeisterkte verhoog.Na plastiese vervorming buig die klepveer, maar die verhoogde treksterkte verskaf die elastisiteit van die klepveer in werklike werking.Lae temperatuur uitgloeiing verbeter hitte- en vervormingsweerstand van klepvere wat by hoë temperature werk2.
Oppervlakdefekte wat vervorm is tydens skootskietwerk in FE-analise en die oorblywende spanningsveld gemeet met X-straaldiffraksie (XRD) toerusting is op submodel 2 (Fig. 8) toegepas om die verandering in defekte tydens hittekrimping af te lei.Die veer is ontwerp om in die elastiese reeks te werk en is saamgepers vanaf sy vrye hoogte van 50.5 mm tot sy ferm hoogte van 21.8 mm en dan toegelaat om terug te keer na sy oorspronklike hoogte van 50.5 mm as 'n ontledingstoestand.Tydens hittekrimping verander die geometrie van die defek onbeduidend.Blykbaar onderdruk die oorblywende drukspanning van 800 MPa en hoër, geskep deur skietskietwerk, die vervorming van oppervlakdefekte.Na hittekrimping (Fig. 13), het die diepte, breedte en lengte van oppervlakdefekte onderskeidelik van -0.13 tot 0.08 µm, van -0.75 tot 0 µm en van 0.01 tot 2.4 µm gewissel.
Op fig.16 vergelyk vervormings van U-vormige en V-vormige defekte van dieselfde diepte (40 µm), breedte (22 µm) en lengte (600 µm).Die verandering in breedte van U-vormige en V-vormige defekte is groter as die verandering in lengte, wat veroorsaak word deur die sluiting in die breedterigting tydens die kouerol- en skootskietproses.In vergelyking met U-vormige defekte, het V-vormige defekte op 'n relatief groter diepte en met steiler hellings gevorm, wat daarop dui dat 'n konserwatiewe benadering gevolg kan word wanneer V-vormige defekte toegepas word.
Hierdie afdeling bespreek die vervorming van die aanvanklike defek in die OT-lyn vir elke klepveer-vervaardigingsproses.Die aanvanklike OT-draaddefek word aan die binnekant van die klepveer toegepas waar mislukking verwag word as gevolg van die hoë spannings tydens werking van die veer.Die dwars V-vormige oppervlakdefekte van die OT-drade het effens in diepte en lengte toegeneem en skerp in breedte afgeneem as gevolg van buiging tydens koue wikkeling.Toemaak in die breedte rigting vind plaas tydens skootpen met min of geen merkbare defek vervorming tydens die finale hitte instelling.In die proses van koudrol en skootpen is daar 'n groot vervorming in die breedterigting as gevolg van plastiese vervorming.Die V-vormige defek binne die klepveer word omskep in 'n T-vormige defek as gevolg van breedte sluiting tydens die koue rol proses.