Komponen kimia tiub gegelung keluli tahan karat 310, Kesan Kecacatan Permukaan dalam Wayar Keluli Berkeras Minyak terhadap Hayat Kelesuan Spring Injap dalam Enjin Automotif

Terima kasih kerana melawat Nature.com.Anda menggunakan versi penyemak imbas dengan sokongan CSS terhad.Untuk pengalaman terbaik, kami mengesyorkan agar anda menggunakan penyemak imbas yang dikemas kini (atau lumpuhkan Mod Keserasian dalam Internet Explorer).Di samping itu, untuk memastikan sokongan berterusan, kami menunjukkan tapak tanpa gaya dan JavaScript.
Peluncur menunjukkan tiga artikel setiap slaid.Gunakan butang belakang dan seterusnya untuk bergerak melalui slaid, atau butang pengawal slaid di hujung untuk bergerak melalui setiap slaid.

Keluli tahan karat 310 tiub bergelung/tiub bergelungKomposisi kimiadan gubahan

Jadual berikut menunjukkan komposisi kimia keluli tahan karat gred 310S.

10*1mm 9.25*1.24 mm 310 Pembekal tiub bergelung kapilari keluli tahan karat

Ciri-ciri fizikal

Sifat fizikal keluli tahan karat gred 310S dipaparkan dalam jadual berikut.

Sifat Mekanikal

Jadual berikut menggariskan sifat mekanikal keluli tahan karat gred 310S.

Sifat Terma

Sifat terma keluli tahan karat gred 310S diberikan dalam jadual berikut.

Jawatan Lain

Penamaan lain yang setara dengan keluli tahan karat gred 310S disenaraikan dalam jadual berikut.

Tujuan kajian ini adalah untuk menilai hayat kelesuan spring injap enjin kereta apabila menggunakan mikrodefect pada wayar dikeraskan minyak gred 2300 MPa (wayar OT) dengan kedalaman kecacatan kritikal diameter 2.5 mm.Pertama, ubah bentuk kecacatan permukaan wayar OT semasa pembuatan spring injap diperolehi dengan analisis unsur terhingga menggunakan kaedah subsimulasi, dan tegasan baki spring siap diukur dan digunakan pada model analisis tegasan spring.Kedua, analisa kekuatan spring injap, periksa tegasan sisa, dan bandingkan tahap tegasan yang dikenakan dengan ketidaksempurnaan permukaan.Ketiga, kesan kecacatan mikro pada hayat lesu spring dinilai dengan menggunakan tegasan pada kecacatan permukaan yang diperoleh daripada analisis kekuatan spring kepada lengkung SN yang diperoleh daripada ujian kelesuan lentur semasa putaran wayar OT.Kedalaman kecacatan 40 µm ialah piawaian semasa untuk menguruskan kecacatan permukaan tanpa menjejaskan hayat keletihan.
Industri automotif mempunyai permintaan yang kukuh untuk komponen automotif ringan untuk meningkatkan kecekapan bahan api kenderaan.Oleh itu, penggunaan keluli kekuatan tinggi termaju (AHSS) telah meningkat dalam beberapa tahun kebelakangan ini.Spring injap enjin automotif terutamanya terdiri daripada wayar keluli tahan panas, tahan haus dan tidak kendur (wayar OT).
Disebabkan kekuatan tegangannya yang tinggi (1900–2100 MPa), wayar OT yang digunakan pada masa ini memungkinkan untuk mengurangkan saiz dan jisim spring injap enjin, meningkatkan kecekapan bahan api dengan mengurangkan geseran dengan bahagian sekeliling1.Disebabkan kelebihan ini, penggunaan rod wayar voltan tinggi semakin meningkat dengan pesat, dan rod wayar berkekuatan ultra tinggi kelas 2300MPa muncul satu demi satu.Spring injap dalam enjin automotif memerlukan hayat perkhidmatan yang panjang kerana ia beroperasi di bawah beban kitaran yang tinggi.Untuk memenuhi keperluan ini, pengilang biasanya mempertimbangkan hayat keletihan lebih daripada 5.5×107 kitaran apabila mereka bentuk spring injap dan menggunakan tekanan baki pada permukaan spring injap melalui proses pengecutan pukulan dan pengecutan haba untuk meningkatkan hayat keletihan2.
Terdapat beberapa kajian mengenai hayat keletihan spring heliks dalam kenderaan di bawah keadaan operasi biasa.Gzal et al.Analisis analitikal, eksperimen dan unsur terhingga (FE) bagi spring heliks elips dengan sudut heliks kecil di bawah beban statik dibentangkan.Kajian ini menyediakan ungkapan eksplisit dan mudah untuk lokasi tegasan ricih maksimum berbanding nisbah aspek dan indeks kekukuhan, dan juga memberikan cerapan analitik terhadap tegasan ricih maksimum, parameter kritikal dalam reka bentuk praktikal3.Pastorcic et al.Keputusan analisis kemusnahan dan keletihan spring heliks dikeluarkan dari kereta persendirian selepas kegagalan dalam operasi diterangkan.Menggunakan kaedah eksperimen, spring yang pecah telah diperiksa dan hasilnya menunjukkan bahawa ini adalah contoh kegagalan lesu kakisan4.hole, dsb. Beberapa model hayat spring regresi linear telah dibangunkan untuk menilai hayat keletihan spring heliks automotif.Putra dan lain-lain.Oleh kerana permukaan jalan yang tidak rata, hayat perkhidmatan spring heliks kereta ditentukan.Walau bagaimanapun, sedikit kajian telah dilakukan tentang bagaimana kecacatan permukaan yang berlaku semasa proses pembuatan menjejaskan hayat spring gegelung automotif.
Kecacatan permukaan yang berlaku semasa proses pembuatan boleh menyebabkan kepekatan tegasan tempatan dalam spring injap, yang mengurangkan hayat keletihannya dengan ketara.Kecacatan permukaan spring injap disebabkan oleh pelbagai faktor, seperti kecacatan permukaan bahan mentah yang digunakan, kecacatan pada alatan, pengendalian kasar semasa rolling sejuk7.Kecacatan permukaan bahan mentah berbentuk V curam disebabkan oleh penggulungan panas dan lukisan berbilang laluan, manakala kecacatan yang disebabkan oleh alat pembentuk dan pengendalian cuai adalah berbentuk U dengan cerun lembut8,9,10,11.Kecacatan berbentuk V menyebabkan kepekatan tegasan yang lebih tinggi daripada kecacatan berbentuk U, jadi kriteria pengurusan kecacatan yang ketat biasanya digunakan pada bahan permulaan.
Piawaian pengurusan kecacatan permukaan semasa untuk wayar OT termasuk ASTM A877/A877M-10, DIN EN 10270-2, JIS G 3561 dan KS D 3580. DIN EN 10270-2 menentukan bahawa kedalaman kecacatan permukaan pada diameter wayar 0.5– 10 mm adalah kurang daripada 0.5–1% daripada diameter wayar.Di samping itu, JIS G 3561 dan KS D 3580 memerlukan kedalaman kecacatan permukaan dalam rod dawai dengan diameter 0.5–8 mm kurang daripada 0.5% daripada diameter wayar.Dalam ASTM A877/A877M-10, pengilang dan pembeli mesti bersetuju tentang kedalaman kecacatan permukaan yang dibenarkan.Untuk mengukur kedalaman kecacatan pada permukaan wayar, wayar biasanya terukir dengan asid hidroklorik, dan kemudian kedalaman kecacatan diukur menggunakan mikrometer.Walau bagaimanapun, kaedah ini hanya boleh mengukur kecacatan di kawasan tertentu dan bukan pada keseluruhan permukaan produk akhir.Oleh itu, pengilang menggunakan ujian arus pusar semasa proses lukisan wayar untuk mengukur kecacatan permukaan dalam wayar yang dihasilkan secara berterusan;ujian ini boleh mengukur kedalaman kecacatan permukaan sehingga 40 µm.Dawai keluli gred 2300MPa yang sedang dibangunkan mempunyai kekuatan tegangan yang lebih tinggi dan pemanjangan yang lebih rendah daripada dawai keluli gred 1900-2200MPa sedia ada, jadi jangka hayat keletihan spring injap dianggap sangat sensitif terhadap kecacatan permukaan.Oleh itu, adalah perlu untuk menyemak keselamatan menggunakan piawaian sedia ada untuk mengawal kedalaman kecacatan permukaan bagi gred dawai keluli 1900-2200 MPa kepada gred dawai keluli 2300 MPa.
Tujuan kajian ini adalah untuk menilai hayat kelesuan spring injap enjin automotif apabila kedalaman kecacatan minimum yang boleh diukur dengan ujian arus pusar (iaitu 40 µm) digunakan pada wayar OT gred 2300 MPa (diameter: 2.5 mm): kecacatan kritikal kedalaman.Sumbangan dan metodologi kajian ini adalah seperti berikut.
Sebagai kecacatan awal dalam wayar OT, kecacatan berbentuk V digunakan, yang memberi kesan serius kepada hayat keletihan, dalam arah melintang berbanding paksi wayar.Pertimbangkan nisbah dimensi (α) dan panjang (β) kecacatan permukaan untuk melihat kesan kedalamannya (h), lebar (w), dan panjang (l).Kecacatan permukaan berlaku di dalam mata air, di mana kegagalan berlaku dahulu.
Untuk meramalkan ubah bentuk kecacatan awal dalam wayar OT semasa penggulungan sejuk, pendekatan sub-simulasi digunakan, yang mengambil kira masa analisis dan saiz kecacatan permukaan, kerana kecacatan adalah sangat kecil berbanding dengan wayar OT.model global.
Tegasan mampatan sisa pada musim bunga selepas peening pukulan dua peringkat dikira dengan kaedah elemen terhingga, hasilnya dibandingkan dengan pengukuran selepas peening pukulan untuk mengesahkan model analisis.Selain itu, tegasan baki dalam spring injap daripada semua proses pembuatan telah diukur dan digunakan untuk analisis kekuatan spring.
Tegasan dalam kecacatan permukaan diramalkan dengan menganalisis kekuatan spring, dengan mengambil kira ubah bentuk kecacatan semasa rolling sejuk dan tegasan mampatan baki dalam spring siap.
Ujian kelesuan lentur putaran telah dijalankan menggunakan wayar OT yang diperbuat daripada bahan yang sama dengan spring injap.Untuk mengaitkan tegasan sisa dan ciri-ciri kekasaran permukaan spring injap yang direka dengan garisan OT, lengkung SN diperoleh dengan ujian kelesuan lentur berputar selepas menggunakan peening dan kilasan pukulan dua peringkat sebagai proses prarawatan.
Keputusan analisis kekuatan spring digunakan pada persamaan Goodman dan lengkung SN untuk meramalkan hayat keletihan spring injap, dan kesan kedalaman kecacatan permukaan pada hayat keletihan juga dinilai.
Dalam kajian ini, wayar gred OT 2300 MPa dengan diameter 2.5 mm telah digunakan untuk menilai hayat kelesuan spring injap enjin automotif.Pertama, ujian tegangan dawai telah dijalankan untuk mendapatkan model patah mulurnya.
Sifat mekanikal wayar OT diperolehi daripada ujian tegangan sebelum analisis unsur terhingga proses belitan sejuk dan kekuatan spring.Lengkung tegasan-terikan bahan ditentukan menggunakan keputusan ujian tegangan pada kadar terikan 0.001 s-1, seperti yang ditunjukkan dalam rajah.1. Wayar SWONB-V digunakan, dan kekuatan hasil, kekuatan tegangan, modulus elastik dan nisbah Poisson masing-masing ialah 2001.2MPa, 2316MPa, 206GPa dan 0.3.Kebergantungan tegasan pada terikan aliran diperoleh seperti berikut:
nasi.2 menggambarkan proses patah mulur.Bahan mengalami ubah bentuk elastoplastik semasa ubah bentuk, dan bahan mengecil apabila tegasan dalam bahan mencapai kekuatan tegangannya.Selepas itu, penciptaan, pertumbuhan dan perkaitan lompang dalam bahan membawa kepada kemusnahan bahan.
Model patah mulur menggunakan model ubah bentuk kritikal yang diubah suai tegasan yang mengambil kira kesan tegasan, dan patah selepas leher menggunakan kaedah pengumpulan kerosakan.Di sini, permulaan kerosakan dinyatakan sebagai fungsi terikan, triaksialiti tegasan dan kadar terikan.Triaksialiti tegasan ditakrifkan sebagai nilai purata yang diperoleh dengan membahagikan tegasan hidrostatik yang disebabkan oleh ubah bentuk bahan sehingga pembentukan leher oleh tegasan berkesan.Dalam kaedah pengumpulan kerosakan, kemusnahan berlaku apabila nilai kerosakan mencapai 1, dan tenaga yang diperlukan untuk mencapai nilai kerosakan 1 ditakrifkan sebagai tenaga pemusnahan (Gf).Tenaga patah sepadan dengan kawasan lengkung anjakan tegasan sebenar bahan dari leher hingga masa patah.
Dalam kes keluli konvensional, bergantung kepada mod tegasan, patah mulur, patah ricih, atau patah mod campuran berlaku disebabkan oleh kemuluran dan patah ricih, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3. Terikan patah dan triaksialiti tegasan menunjukkan nilai yang berbeza untuk corak patah.
Kegagalan plastik berlaku di rantau yang sepadan dengan triaksialiti tegasan lebih daripada 1/3 (zon I), dan ketegangan patah dan triaksial tegasan boleh disimpulkan daripada ujian tegangan pada spesimen dengan kecacatan permukaan dan takuk.Di kawasan yang sepadan dengan triaksial tegasan 0 ~ 1/3 (zon II), gabungan patah mulur dan kegagalan ricih berlaku (iaitu melalui ujian kilasan. Di kawasan yang sepadan dengan triaksial tegasan dari -1/3 hingga 0 (III), kegagalan ricih yang disebabkan oleh mampatan, dan terikan patah dan triaksialiti tegasan boleh diperolehi dengan ujian menjengkelkan.
Untuk wayar OT yang digunakan dalam pembuatan spring injap enjin, adalah perlu untuk mengambil kira keretakan yang disebabkan oleh pelbagai keadaan pemuatan semasa proses pembuatan dan keadaan aplikasi.Oleh itu, ujian tegangan dan kilasan telah dijalankan untuk menggunakan kriteria terikan kegagalan, kesan triaksialiti tegasan pada setiap mod tegasan telah dipertimbangkan, dan analisis unsur terhingga elastoplastik pada regangan besar telah dilakukan untuk mengukur perubahan dalam triaksial tegasan.Mod mampatan tidak dipertimbangkan kerana had pemprosesan sampel, iaitu, diameter wayar OT hanya 2.5 mm.Jadual 1 menyenaraikan keadaan ujian untuk tegangan dan kilasan, serta triaksialiti tegasan dan terikan patah, yang diperoleh menggunakan analisis unsur terhingga.
Ketegangan patah bagi keluli triaksial konvensional di bawah tegasan boleh diramalkan menggunakan persamaan berikut.
di mana C1: \({\ overline{{\varepsilon}_{0}}}^{pl}\) clean cut (η = 0) dan C2: \({\ overline{{\varepsilon}_{0} } }^{pl}\) Ketegangan satu paksi (η = η0 = 1/3).
Garis arah aliran untuk setiap mod tegasan diperoleh dengan menggunakan nilai regangan patah C1 dan C2 dalam persamaan.(2);C1 dan C2 diperolehi daripada ujian tegangan dan kilasan pada sampel tanpa kecacatan permukaan.Rajah 4 menunjukkan triaksial tegasan dan regangan patah yang diperoleh daripada ujian dan garis arah aliran yang diramalkan oleh persamaan.(2) Garis arah aliran yang diperolehi daripada ujian dan hubungan antara triaksial tegasan dan regangan patah menunjukkan arah aliran yang sama.Regangan patah dan triaksialiti tegasan bagi setiap mod tegasan, yang diperoleh daripada penggunaan garis arah aliran, digunakan sebagai kriteria untuk patah mulur.
Tenaga pecah digunakan sebagai sifat bahan untuk menentukan masa untuk pecah selepas berleher dan boleh diperolehi daripada ujian tegangan.Tenaga patah bergantung pada kehadiran atau ketiadaan keretakan pada permukaan bahan, kerana masa untuk patah bergantung pada kepekatan tegasan tempatan.Rajah 5a-c menunjukkan tenaga patah bagi sampel tanpa kecacatan permukaan dan sampel dengan takuk R0.4 atau R0.8 daripada ujian tegangan dan analisis unsur terhingga.Tenaga patah sepadan dengan luas lengkung anjakan tegasan sebenar dari leher ke masa patah.
Tenaga patah bagi wayar OT dengan kecacatan permukaan halus telah diramalkan dengan melakukan ujian tegangan pada wayar OT dengan kedalaman kecacatan lebih daripada 40 µm, seperti ditunjukkan dalam Rajah 5d.Sepuluh spesimen dengan kecacatan telah digunakan dalam ujian tegangan dan purata tenaga patah dianggarkan pada 29.12 mJ/mm2.
Kecacatan permukaan piawai ditakrifkan sebagai nisbah kedalaman kecacatan kepada diameter wayar spring injap, tanpa mengira geometri kecacatan permukaan wayar OT yang digunakan dalam pembuatan spring injap automotif.Kecacatan wayar OT boleh dikelaskan berdasarkan orientasi, geometri dan panjang.Walaupun dengan kedalaman kecacatan yang sama, tahap tegasan yang bertindak pada kecacatan permukaan dalam spring berbeza-beza bergantung pada geometri dan orientasi kecacatan, jadi geometri dan orientasi kecacatan boleh menjejaskan kekuatan keletihan.Oleh itu, adalah perlu untuk mengambil kira geometri dan orientasi kecacatan yang mempunyai kesan yang paling besar terhadap hayat lesu spring untuk menggunakan kriteria yang ketat untuk menguruskan kecacatan permukaan.Disebabkan oleh struktur butiran halus wayar OT, hayat keletihannya sangat sensitif terhadap torehan.Oleh itu, kecacatan yang mempamerkan kepekatan tegasan tertinggi mengikut geometri dan orientasi kecacatan itu hendaklah ditetapkan sebagai kecacatan awal menggunakan analisis unsur terhingga.Pada rajah.6 menunjukkan pegas injap automotif kelas 2300 MPa kekuatan ultra tinggi yang digunakan dalam kajian ini.
Kecacatan permukaan wayar OT dibahagikan kepada kecacatan dalaman dan kecacatan luaran mengikut paksi spring.Disebabkan lenturan semasa gelek sejuk, tegasan mampatan dan tegasan tegangan bertindak masing-masing pada bahagian dalam dan luar spring.Patah boleh disebabkan oleh kecacatan permukaan yang kelihatan dari luar disebabkan oleh tegasan tegangan semasa rolling sejuk.
Dalam amalan, musim bunga tertakluk kepada pemampatan dan kelonggaran berkala.Semasa pemampatan spring, wayar keluli berpusing, dan disebabkan kepekatan tegasan, tegasan ricih di dalam spring adalah lebih tinggi daripada tegasan ricih di sekeliling7.Oleh itu, jika terdapat kecacatan permukaan di dalam spring, kebarangkalian pecah spring adalah yang paling besar.Oleh itu, bahagian luar spring (lokasi di mana kegagalan dijangka semasa pembuatan spring) dan bahagian dalam (di mana tegasan paling besar dalam aplikasi sebenar) ditetapkan sebagai lokasi kecacatan permukaan.
Geometri kecacatan permukaan garisan OT dibahagikan kepada bentuk-U, bentuk-V, bentuk-Y, dan bentuk-T.Jenis-Y dan jenis-T terutamanya wujud dalam kecacatan permukaan bahan mentah, dan kecacatan jenis U dan jenis V berlaku disebabkan oleh pengendalian alatan yang cuai dalam proses penggelek sejuk.Berkenaan dengan geometri kecacatan permukaan dalam bahan mentah, kecacatan berbentuk U yang timbul daripada ubah bentuk plastik tidak seragam semasa penggulungan panas diubah bentuk kepada kecacatan jahitan berbentuk V, berbentuk Y dan T di bawah regangan berbilang laluan8, 10.
Selain itu, kecacatan berbentuk V, berbentuk Y dan berbentuk T dengan kecondongan curam takuk pada permukaan akan dikenakan kepekatan tegasan yang tinggi semasa operasi spring.Spring injap membengkok semasa bergolek sejuk dan berpusing semasa operasi.Kepekatan tegasan kecacatan berbentuk V dan berbentuk Y dengan kepekatan tegasan yang lebih tinggi dibandingkan menggunakan analisis unsur terhingga, ABAQUS – perisian analisis unsur terhingga komersial.Hubungan tegasan-terikan ditunjukkan dalam Rajah 1 dan Persamaan 1. (1) Simulasi ini menggunakan elemen empat nod segi empat tepat dua dimensi (2D), dan panjang sisi elemen minimum ialah 0.01 mm.Untuk model analisis, kecacatan berbentuk V dan berbentuk Y dengan kedalaman 0.5 mm dan cerun kecacatan 2° digunakan pada model 2D wayar dengan diameter 2.5 mm dan panjang 7.5 mm.
Pada rajah.7a menunjukkan kepekatan tegasan lentur pada hujung setiap kecacatan apabila momen lentur 1500 Nmm dikenakan pada kedua-dua hujung setiap wayar.Keputusan analisis menunjukkan bahawa tegasan maksimum 1038.7 dan 1025.8 MPa masing-masing berlaku pada bahagian atas kecacatan berbentuk V dan Y.Pada rajah.7b menunjukkan kepekatan tegasan di bahagian atas setiap kecacatan yang disebabkan oleh kilasan.Apabila bahagian kiri dikekang dan tork 1500 N∙mm dikenakan pada bahagian kanan, tegasan maksimum yang sama sebanyak 1099 MPa berlaku pada hujung kecacatan berbentuk V dan berbentuk Y.Keputusan ini menunjukkan bahawa kecacatan jenis V menunjukkan tegasan lentur yang lebih tinggi daripada kecacatan jenis Y apabila ia mempunyai kedalaman dan cerun kecacatan yang sama, tetapi ia mengalami tegasan kilasan yang sama.Oleh itu, kecacatan permukaan berbentuk V dan berbentuk Y dengan kedalaman dan kecerunan yang sama kecacatan boleh dinormalisasi kepada yang berbentuk V dengan tegasan maksimum yang lebih tinggi disebabkan oleh kepekatan tegasan.Nisbah saiz kecacatan jenis V ditakrifkan sebagai α = w/j menggunakan kedalaman (h) dan lebar (w) kecacatan jenis V dan jenis T;Oleh itu, kecacatan jenis T (α ≈ 0) sebaliknya, geometri boleh ditakrifkan oleh struktur geometri kecacatan jenis V.Oleh itu, kecacatan jenis Y dan jenis T boleh dinormalkan oleh kecacatan jenis V.Menggunakan kedalaman (h) dan panjang (l), nisbah panjang ditakrifkan sebagai β = l/j.
Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 811, arah kecacatan permukaan wayar OT dibahagikan kepada arah membujur, melintang dan serong, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 811. Analisis pengaruh orientasi kecacatan permukaan pada kekuatan spring oleh unsur terhingga kaedah.
Pada rajah.9a menunjukkan model analisis tekanan spring injap enjin.Sebagai keadaan analisis, spring telah dimampatkan daripada ketinggian bebas 50.5 mm kepada ketinggian keras 21.8 mm, tegasan maksimum 1086 MPa dijana di dalam spring, seperti ditunjukkan dalam Rajah 9b.Memandangkan kegagalan spring injap enjin sebenar berlaku terutamanya dalam spring, kehadiran kecacatan permukaan dalaman dijangka memberi kesan serius kepada hayat keletihan spring.Oleh itu, kecacatan permukaan dalam arah membujur, melintang dan serong digunakan pada bahagian dalam spring injap enjin menggunakan teknik submodeling.Jadual 2 menunjukkan dimensi kecacatan permukaan dan tegasan maksimum dalam setiap arah kecacatan pada mampatan spring maksimum.Tegasan tertinggi diperhatikan dalam arah melintang, dan nisbah tegasan dalam arah membujur dan serong kepada arah melintang dianggarkan sebagai 0.934-0.996.Nisbah tegasan boleh ditentukan dengan hanya membahagikan nilai ini dengan tegasan melintang maksimum.Tegasan maksimum dalam spring berlaku pada bahagian atas setiap kecacatan permukaan, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 9s.Nilai tegasan yang diperhatikan dalam arah membujur, melintang, dan serong ialah 2045, 2085, dan 2049 MPa, masing-masing.Keputusan analisis ini menunjukkan bahawa kecacatan permukaan melintang mempunyai kesan yang paling langsung terhadap hayat keletihan spring injap enjin.
Kecacatan berbentuk V, yang diandaikan paling langsung menjejaskan hayat keletihan spring injap enjin, dipilih sebagai kecacatan awal wayar OT, dan arah melintang dipilih sebagai arah kecacatan.Kecacatan ini berlaku bukan sahaja di luar, di mana spring injap enjin pecah semasa pembuatan, tetapi juga di dalam, di mana tekanan terbesar berlaku disebabkan oleh kepekatan tegasan semasa operasi.Kedalaman kecacatan maksimum ditetapkan kepada 40 µm, yang boleh dikesan oleh pengesanan kecacatan arus pusar, dan kedalaman minimum ditetapkan kepada kedalaman sepadan dengan 0.1% daripada diameter wayar 2.5 mm.Oleh itu, kedalaman kecacatan adalah dari 2.5 hingga 40 µm.Kedalaman, panjang dan lebar kecacatan dengan nisbah panjang 0.1~1 dan nisbah panjang 5~15 digunakan sebagai pembolehubah, dan kesannya terhadap kekuatan keletihan spring dinilai.Jadual 3 menyenaraikan keadaan analisis yang ditentukan menggunakan metodologi permukaan tindak balas.
Spring injap enjin automotif dihasilkan oleh penggulungan sejuk, pembajaan, letupan tembakan dan tetapan haba wayar OT.Perubahan dalam kecacatan permukaan semasa fabrikasi spring mesti diambil kira untuk menilai kesan kecacatan permukaan awal dalam wayar OT ke atas hayat keletihan spring injap enjin.Oleh itu, dalam bahagian ini, analisis unsur terhingga digunakan untuk meramalkan ubah bentuk kecacatan permukaan wayar OT semasa pembuatan setiap spring.
Pada rajah.10 menunjukkan proses penggulungan sejuk.Semasa proses ini, wayar OT dimasukkan ke dalam panduan wayar oleh penggelek suapan.Panduan wayar menyuap dan menyokong wayar untuk mengelakkan lenturan semasa proses pembentukan.Dawai yang melalui pemandu wayar dibengkokkan oleh rod pertama dan kedua untuk membentuk spring gegelung dengan diameter dalam yang dikehendaki.Padang spring dihasilkan dengan menggerakkan alat melangkah selepas satu pusingan.
Pada rajah.11a menunjukkan model unsur terhingga yang digunakan untuk menilai perubahan dalam geometri kecacatan permukaan semasa gelek sejuk.Pembentukan wayar terutamanya diselesaikan oleh pin penggulungan.Oleh kerana lapisan oksida pada permukaan wayar bertindak sebagai pelincir, kesan geseran penggelek suapan adalah diabaikan.Oleh itu, dalam model pengiraan, penggelek suapan dan panduan wayar dipermudahkan sebagai sesendal.Pekali geseran antara wayar OT dan alat pembentuk ditetapkan kepada 0.05.Satah badan tegar 2D dan keadaan penetapan digunakan pada hujung kiri garisan supaya ia boleh disuap ke arah X pada kelajuan yang sama dengan penggelek suapan (0.6 m/s).Pada rajah.11b menunjukkan kaedah sub-simulasi yang digunakan untuk menggunakan kecacatan kecil pada wayar.Untuk mengambil kira saiz kecacatan permukaan, submodel digunakan dua kali untuk kecacatan permukaan dengan kedalaman 20 µm atau lebih dan tiga kali untuk kecacatan permukaan dengan kedalaman kurang daripada 20 µm.Kecacatan permukaan digunakan pada kawasan yang terbentuk dengan langkah yang sama.Dalam model keseluruhan spring, panjang sekeping dawai lurus ialah 100 mm.Untuk submodel pertama, gunakan submodel 1 dengan panjang 3mm pada kedudukan membujur 75mm daripada model global.Simulasi ini menggunakan elemen lapan nod heksagon tiga dimensi (3D).Dalam model global dan submodel 1, panjang sisi minimum setiap elemen ialah 0.5 dan 0.2 mm, masing-masing.Selepas analisis submodel 1, kecacatan permukaan digunakan pada submodel 2, dan panjang dan lebar submodel 2 ialah 3 kali panjang kecacatan permukaan untuk menghapuskan pengaruh keadaan sempadan submodel, dalam Selain itu, 50% daripada panjang dan lebar digunakan sebagai kedalaman sub-model.Dalam submodel 2, panjang sisi minimum setiap elemen ialah 0.005 mm.Kecacatan permukaan tertentu telah digunakan pada analisis unsur terhingga seperti ditunjukkan dalam Jadual 3.
Pada rajah.12 menunjukkan taburan tegasan dalam rekahan permukaan selepas kerja sejuk bagi gegelung.Model am dan submodel 1 menunjukkan hampir sama tegasan 1076 dan 1079 MPa di tempat yang sama, yang mengesahkan ketepatan kaedah submodeling.Kepekatan tegasan tempatan berlaku di tepi sempadan submodel.Nampaknya, ini disebabkan oleh syarat sempadan submodel.Disebabkan oleh kepekatan tegasan, sub-model 2 dengan kecacatan permukaan terpakai menunjukkan tegasan 2449 MPa pada hujung kecacatan semasa gelek sejuk.Seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 3, kecacatan permukaan yang dikenal pasti melalui kaedah permukaan tindak balas telah digunakan pada bahagian dalam spring.Keputusan analisis unsur terhingga menunjukkan tiada satu pun daripada 13 kes kecacatan permukaan yang gagal.
Semasa proses penggulungan dalam semua proses teknologi, kedalaman kecacatan permukaan di dalam spring meningkat sebanyak 0.1–2.62 µm (Rajah 13a), dan lebar berkurangan sebanyak 1.8–35.79 µm (Rajah 13b), manakala panjang meningkat sebanyak 0.72 –34.47 µm (Rajah 13c).Oleh kerana kecacatan berbentuk V melintang ditutup lebar dengan membongkok semasa proses guling sejuk, ia berubah bentuk menjadi kecacatan berbentuk V dengan cerun yang lebih curam daripada kecacatan asal.
Ubah bentuk dalam Kedalaman, Lebar dan Panjang Kecacatan Permukaan Wayar OT dalam Proses Pengilangan.
Sapukan kecacatan permukaan pada bahagian luar spring dan ramalkan kemungkinan pecah semasa bergolek sejuk menggunakan Analisis Elemen Terhad.Di bawah syarat yang disenaraikan dalam Jadual.3, tidak ada kebarangkalian pemusnahan kecacatan pada permukaan luar.Dalam erti kata lain, tiada kemusnahan berlaku pada kedalaman kecacatan permukaan dari 2.5 hingga 40 µm.
Untuk meramalkan kecacatan permukaan kritikal, keretakan luaran semasa rolling sejuk telah disiasat dengan meningkatkan kedalaman kecacatan daripada 40 µm kepada 5 µm.Pada rajah.14 menunjukkan keretakan di sepanjang kecacatan permukaan.Patah berlaku dalam keadaan kedalaman (55 µm), lebar (2 µm), dan panjang (733 µm).Kedalaman kritikal kecacatan permukaan di luar spring ternyata 55 μm.
Proses pening tembakan menyekat pertumbuhan retak dan meningkatkan hayat keletihan dengan mencipta tekanan mampatan sisa pada kedalaman tertentu dari permukaan spring;bagaimanapun, ia mendorong kepekatan tegasan dengan meningkatkan kekasaran permukaan spring, sekali gus mengurangkan rintangan keletihan spring.Oleh itu, teknologi peening pukulan sekunder digunakan untuk menghasilkan spring berkekuatan tinggi untuk mengimbangi pengurangan hayat keletihan yang disebabkan oleh peningkatan kekasaran permukaan yang disebabkan oleh pukulan peening.Peening pukulan dua peringkat boleh meningkatkan kekasaran permukaan, tegasan sisa mampatan maksimum, dan tegasan sisa mampatan permukaan kerana peening pukulan kedua dilakukan selepas peening pukulan pertama12,13,14.
Pada rajah.15 menunjukkan model analisis proses letupan tembakan.Model elastik-plastik telah dicipta di mana 25 bola patah dijatuhkan ke kawasan tempatan sasaran garisan OT untuk letupan pukulan.Dalam model analisis letupan pukulan, kecacatan permukaan wayar OT yang cacat semasa penggulungan sejuk digunakan sebagai kecacatan awal.Penyingkiran tegasan sisa yang timbul daripada proses guling sejuk dengan pembajaan sebelum proses letupan pukulan.Sifat sfera pukulan berikut digunakan: ketumpatan (ρ): 7800 kg/m3, modulus keanjalan (E) – 210 GPa, nisbah Poisson (υ): 0.3.Pekali geseran antara bola dan bahan ditetapkan kepada 0.1.Pukulan dengan diameter 0.6 dan 0.3 mm dikeluarkan pada kelajuan yang sama 30 m/s semasa hantaran tempa pertama dan kedua.Selepas proses letupan pukulan (antara proses pembuatan lain yang ditunjukkan dalam Rajah 13), kedalaman, lebar dan panjang kecacatan permukaan dalam spring adalah antara -6.79 hingga 0.28 µm, -4.24 hingga 1.22 µm, dan -2 .59 hingga 1.69 µm, masing-masing µm.Oleh kerana ubah bentuk plastik peluru yang dikeluarkan berserenjang dengan permukaan bahan, kedalaman kecacatan berkurangan, khususnya, lebar kecacatan berkurangan dengan ketara.Rupa-rupanya, kecacatan itu telah ditutup kerana ubah bentuk plastik yang disebabkan oleh pukulan peening.
Semasa proses pengecutan haba, kesan pengecutan sejuk dan penyepuhlindapan suhu rendah boleh bertindak pada spring injap enjin pada masa yang sama.Tetapan sejuk memaksimumkan tahap ketegangan spring dengan memampatkannya ke paras tertinggi yang mungkin pada suhu bilik.Dalam kes ini, jika spring injap enjin dimuatkan melebihi kekuatan hasil bahan, spring injap enjin berubah bentuk secara plastik, meningkatkan kekuatan hasil.Selepas ubah bentuk plastik, spring injap melentur, tetapi kekuatan hasil yang meningkat memberikan keanjalan spring injap dalam operasi sebenar.Penyepuhlindapan suhu rendah meningkatkan rintangan haba dan ubah bentuk spring injap yang beroperasi pada suhu tinggi2.
Kecacatan permukaan yang berubah bentuk semasa letupan pukulan dalam analisis FE dan medan tegasan baki yang diukur dengan peralatan pembelauan sinar-X (XRD) telah digunakan pada submodel 2 (Rajah 8) untuk membuat kesimpulan perubahan kecacatan semasa pengecutan haba.Spring direka bentuk untuk beroperasi dalam julat anjal dan telah dimampatkan daripada ketinggian bebasnya 50.5 mm kepada ketinggian teguhnya 21.8 mm dan kemudian dibenarkan kembali ke ketinggian asalnya 50.5 mm sebagai keadaan analisis.Semasa pengecutan haba, geometri kecacatan berubah secara tidak ketara.Nampaknya, tegasan mampatan sisa 800 MPa dan ke atas, yang dicipta oleh letupan tembakan, menindas ubah bentuk kecacatan permukaan.Selepas pengecutan haba (Rajah 13), kedalaman, lebar dan panjang kecacatan permukaan berbeza dari -0.13 hingga 0.08 µm, dari -0.75 hingga 0 µm, dan dari 0.01 hingga 2.4 µm, masing-masing.
Pada rajah.16 membandingkan ubah bentuk kecacatan berbentuk U dan berbentuk V dengan kedalaman yang sama (40 µm), lebar (22 µm) dan panjang (600 µm).Perubahan lebar kecacatan berbentuk U dan berbentuk V adalah lebih besar daripada perubahan panjang, yang disebabkan oleh penutupan dalam arah lebar semasa proses rolling sejuk dan letupan pukulan.Berbanding dengan kecacatan berbentuk U, kecacatan berbentuk V terbentuk pada kedalaman yang agak lebih besar dan dengan cerun yang lebih curam, menunjukkan bahawa pendekatan konservatif boleh diambil apabila menggunakan kecacatan berbentuk V.
Bahagian ini membincangkan ubah bentuk kecacatan awal dalam talian OT untuk setiap proses pembuatan spring injap.Kecacatan wayar OT awal digunakan pada bahagian dalam spring injap di mana kegagalan dijangka disebabkan oleh tegasan tinggi semasa operasi spring.Kecacatan permukaan berbentuk V melintang wayar OT meningkat sedikit dalam kedalaman dan panjang serta berkurangan lebar secara mendadak akibat lentur semasa belitan sejuk.Penutupan dalam arah lebar berlaku semasa pukulan peening dengan sedikit atau tiada ubah bentuk kecacatan yang ketara semasa tetapan haba akhir.Dalam proses rolling sejuk dan peening pukulan, terdapat ubah bentuk besar dalam arah lebar akibat ubah bentuk plastik.Kecacatan berbentuk V di dalam spring injap diubah menjadi kecacatan berbentuk T disebabkan oleh penutupan lebar semasa proses guling sejuk.