310 Hemijska komponenta cijevi zavojnice od nehrđajućeg čelika, Utjecaj površinskih defekata u uljem kaljenoj čeličnoj žici na vijek trajanja opruge ventila u automobilskim motorima

Hvala vam što ste posjetili Nature.com.Koristite verziju pretraživača sa ograničenom podrškom za CSS.Za najbolje iskustvo, preporučujemo da koristite ažurirani pretraživač (ili onemogućite način kompatibilnosti u Internet Exploreru).Osim toga, kako bismo osigurali stalnu podršku, prikazujemo stranicu bez stilova i JavaScripta.
Klizači koji prikazuju tri članka po slajdu.Koristite dugmad za nazad i sledeće da se krećete kroz slajdove ili dugmad kontrolora slajdova na kraju za kretanje kroz svaki slajd.

Namotane cijevi /namotane cijevi od nehrđajućeg čelika 310Hemijski sastavi sastav

Sledeća tabela prikazuje hemijski sastav nerđajućeg čelika 310S.

10*1mm 9,25*1,24 mm 310 Dobavljači kapilarnih namotanih cijevi od nehrđajućeg čelika

Physical Properties

Fizička svojstva nehrđajućeg čelika 310S su prikazana u sljedećoj tabeli.

Mehanička svojstva

Sljedeća tabela prikazuje mehanička svojstva nehrđajućeg čelika 310S.

Thermal Properties

Termička svojstva nerđajućeg čelika 310S su data u sledećoj tabeli.

Druge oznake

Ostale oznake ekvivalentne nehrđajućem čeliku 310S navedene su u sljedećoj tabeli.

Svrha ovog istraživanja je procijeniti vijek trajanja opruge ventila automobilskog motora pri nanošenju mikrodefekta na uljem kaljenu žicu od 2300 MPa (OT žica) s kritičnom dubinom defekta od 2,5 mm u prečniku.Prvo je deformacija površinskih defekata OT žice prilikom izrade opruge ventila dobivena analizom konačnih elemenata primjenom subsimulacijskih metoda, a zaostalo naprezanje gotove opruge je izmjereno i primijenjeno na model analize naprezanja opruge.Drugo, analizirajte snagu opruge ventila, provjerite zaostalo naprezanje i uporedite nivo primijenjenog naprezanja sa površinskim nesavršenostima.Treće, utjecaj mikrodefekta na vijek trajanja opruge procijenjen je primjenom naprezanja na površinske defekte dobivene analizom čvrstoće opruge na SN krivulje dobivene ispitivanjem zamora pri savijanju tijekom rotacije žice OT.Dubina defekta od 40 µm je trenutni standard za upravljanje površinskim defektima bez ugrožavanja vijeka trajanja.
Automobilska industrija ima snažnu potražnju za lakim automobilskim komponentama kako bi se poboljšala potrošnja goriva u vozilima.Stoga se posljednjih godina povećava upotreba naprednog čelika visoke čvrstoće (AHSS).Opruge ventila za automobilske motore uglavnom se sastoje od čeličnih žica otpornih na toplinu, otpornost na habanje i ne opuštene u ulju kaljene čelične žice (OT žice).
Zbog svoje visoke vlačne čvrstoće (1900–2100 MPa), trenutno korištene OT žice omogućavaju smanjenje veličine i mase opruga ventila motora, poboljšavaju efikasnost goriva smanjenjem trenja sa okolnim dijelovima1.Zbog ovih prednosti, upotreba visokonaponske žičane šipke se brzo povećava, a jedna za drugom pojavljuju se žičane šipke ultra visoke čvrstoće klase 2300MPa.Opruge ventila u automobilskim motorima zahtijevaju dug vijek trajanja jer rade pod velikim cikličkim opterećenjima.Da bi ispunili ovaj zahtjev, proizvođači obično uzimaju u obzir vijek trajanja zamora veći od 5,5×107 ciklusa kada dizajniraju opruge ventila i primjenjuju zaostalo naprezanje na površinu opruge ventila kroz procese mjenjanja i toplinskog skupljanja kako bi se poboljšao vijek trajanja2.
Bilo je dosta studija o vijeku zamora spiralnih opruga u vozilima u normalnim radnim uvjetima.Gzal et al.Prikazane su analitičke, eksperimentalne i analize konačnih elemenata (FE) eliptičnih spiralnih opruga s malim uglovima spirale pod statičkim opterećenjem.Ova studija daje eksplicitan i jednostavan izraz za lokaciju maksimalnog posmičnog naprezanja naspram omjera širine i indeksa krutosti, a također pruža analitički uvid u maksimalno posmično naprezanje, kritični parametar u praktičnim projektima3.Pastorčić i dr.Opisani su rezultati analize uništenja i zamora spiralne opruge uklonjene iz privatnog automobila nakon kvara u radu.Eksperimentalnim metodama ispitana je slomljena opruga i rezultati sugeriraju da se radi o primjeru kvara korozijskim zamorom4.rupa, itd. Razvijeno je nekoliko modela životnog vijeka opruga linearne regresije za procjenu vijeka zamora automobilskih spiralnih opruga.Putra i drugi.Zbog neravnine kolovozne površine određuje se vijek trajanja spiralne opruge automobila.Međutim, malo je istraživanja urađeno o tome kako površinski defekti koji se javljaju tokom procesa proizvodnje utiču na životni vijek automobilskih opruga.
Površinski defekti koji nastaju tijekom procesa proizvodnje mogu dovesti do lokalne koncentracije naprezanja u oprugama ventila, što značajno smanjuje njihov vijek trajanja.Površinske defekte ventilskih opruga uzrokuju različiti faktori, kao što su površinski nedostaci korišćenih sirovina, defekti alata, grubo rukovanje tokom hladnog valjanja7.Površinski defekti sirovine su strmo V-oblika zbog vrućeg valjanja i višeprolaznog izvlačenja, dok su defekti uzrokovani alatom za oblikovanje i nepažljivim rukovanjem u obliku slova U sa blagim nagibima8,9,10,11.Defekti u obliku slova V uzrokuju veće koncentracije naprezanja nego defekti u obliku slova U, tako da se na početni materijal obično primjenjuju strogi kriteriji upravljanja defektima.
Trenutni standardi upravljanja površinskim defektima za OT žice uključuju ASTM A877/A877M-10, DIN EN 10270-2, JIS G 3561 i KS D 3580. DIN EN 10270-2 navodi da je dubina površinskog defekta na prečnicima žice od 0,5– 10 mm je manje od 0,5-1% prečnika žice.Osim toga, JIS G 3561 i KS D 3580 zahtijevaju da dubina površinskih defekata u šipki promjera 0,5-8 mm bude manja od 0,5% prečnika žice.U ASTM A877/A877M-10, proizvođač i kupac moraju se dogovoriti o dozvoljenoj dubini površinskih defekata.Da bi se izmjerila dubina defekta na površini žice, žica se obično nagriza klorovodičnom kiselinom, a zatim se dubina defekta mjeri mikrometrom.Međutim, ova metoda može mjeriti nedostatke samo na određenim područjima, a ne na cijeloj površini finalnog proizvoda.Stoga proizvođači koriste ispitivanje vrtložnim strujama tokom procesa izvlačenja žice za mjerenje površinskih nedostataka u kontinuirano proizvedenoj žici;ovi testovi mogu mjeriti dubinu površinskih defekata do 40 µm.Čelična žica od 2300MPa koja se razvija ima veću vlačnu čvrstoću i niže izduženje od postojeće čelične žice od 1900-2200MPa, tako da se vijek trajanja opruge ventila smatra vrlo osjetljivim na površinske defekte.Stoga je potrebno provjeriti sigurnost primjene postojećih standarda za kontrolu dubine površinskih defekata od čelične žice klase 1900-2200 MPa do čelične žice klase 2300 MPa.
Svrha ove studije je procijeniti vijek trajanja opruge ventila automobilskog motora kada se minimalna dubina kvara mjerljiva ispitivanjem vrtložnim strujama (tj. 40 µm) primjenjuje na OT žicu od 2300 MPa (prečnik: 2,5 mm): kritična greška dubina .Doprinos i metodologija ove studije su sljedeći.
Kao početni defekt na OT žici korišten je defekt u obliku slova V, koji ozbiljno utječe na vijek trajanja, u poprečnom smjeru u odnosu na osu žice.Uzmite u obzir omjer dimenzija (α) i dužine (β) površinskog defekta da biste vidjeli učinak njegove dubine (h), širine (w) i dužine (l).Površinski defekti nastaju unutar opruge, gdje prvo dolazi do kvara.
Za predviđanje deformacije početnih defekata u OT žici tijekom hladnog namotaja korišten je subsimulacijski pristup koji je uzeo u obzir vrijeme analize i veličinu površinskih defekata, budući da su defekti vrlo mali u odnosu na OT žicu.globalni model.
Preostala tlačna naprezanja u oprugi nakon dvostupanjske mlaznice izračunata su metodom konačnih elemenata, a rezultati su uspoređeni s mjerenjima nakon sačmarenja kako bi se potvrdio analitički model.Osim toga, mjerena su zaostala naprezanja u oprugama ventila iz svih proizvodnih procesa i primijenjena na analizu čvrstoće opruge.
Naponi u površinskim defektima predviđaju se analizom čvrstoće opruge, uzimajući u obzir deformaciju defekta pri hladnom valjanju i zaostalo tlačno naprezanje u gotovoj oprugi.
Ispitivanje zamora pri rotacionom savijanju provedeno je korištenjem OT žice izrađene od istog materijala kao i opruga ventila.Kako bi se povezale karakteristike preostalog naprezanja i hrapavosti površine proizvedenih opruga ventila sa OT linijama, SN krivulje su dobivene ispitivanjem zamora rotirajućim savijanjem nakon primjene dvostupanjske mlaznice i torzije kao procesa predobrade.
Rezultati analize čvrstoće opruge primjenjuju se na Goodmanovu jednadžbu i SN krivulju za predviđanje zamornog vijeka opruge ventila, a također se ocjenjuje utjecaj dubine defekta površine na vijek trajanja zamora.
U ovoj studiji, 2300 MPa OT grade žica promjera 2,5 mm je korištena za procjenu vijeka zamora opruge ventila automobilskog motora.Najprije je provedeno vlačno ispitivanje žice kako bi se dobio njen model duktilnog loma.
Mehanička svojstva OT žice dobivena su ispitivanjem zatezanja prije analize konačnih elemenata procesa hladnog namotavanja i čvrstoće opruge.Krivulja napon-deformacija materijala određena je na osnovu rezultata vlačnih ispitivanja pri brzini deformacije od 0,001 s-1, kao što je prikazano na sl.1. Korišćena je žica SWONB-V, a njena granica tečenja, zatezna čvrstoća, modul elastičnosti i Poissonov odnos su 2001,2MPa, 2316MPa, 206GPa i 0,3 respektivno.Ovisnost naprezanja o deformaciji strujanja dobiva se na sljedeći način:
Rice.2 ilustruje proces duktilnog loma.Materijal je podvrgnut elastoplastičnoj deformaciji tijekom deformacije, a materijal se sužava kada napon u materijalu dostigne svoju vlačnu čvrstoću.Nakon toga, stvaranje, rast i povezivanje praznina unutar materijala dovode do uništenja materijala.
Model duktilnog loma koristi model kritične deformacije modificiranog naprezanjem koji uzima u obzir učinak naprezanja, a lom nakon vrata koristi metodu akumulacije oštećenja.Ovdje je početak oštećenja izražen kao funkcija deformacije, triaksijalnosti napona i brzine deformacije.Triaksijalnost naprezanja se definira kao prosječna vrijednost dobivena dijeljenjem hidrostatičkog naprezanja uzrokovanog deformacijom materijala do formiranja grla efektivnim naprezanjem.U metodi akumulacije štete, do uništenja dolazi kada vrijednost oštećenja dostigne 1, a energija potrebna za postizanje vrijednosti štete od 1 definira se kao energija uništenja (Gf).Energija loma odgovara području prave krivulje naprezanje-pomak materijala od grla do vremena loma.
U slučaju konvencionalnih čelika, ovisno o načinu naprezanja, duktilni lom, smični lom ili mješoviti način loma nastaju zbog duktilnosti i posmičnog loma, kao što je prikazano na slici 3. Deformacija loma i triaksijalnost naprezanja pokazali su različite vrijednosti za uzorak frakture.
Plastični lom se javlja u području koje odgovara triaksijalnosti napona većoj od 1/3 (zona I), a deformacija loma i troosnost naprezanja mogu se zaključiti iz vlačnih ispitivanja na uzorcima s površinskim defektima i zarezima.U području koje odgovara triaksijalnosti napona od 0 ~ 1/3 (zona II), dolazi do kombinacije duktilnog loma i smičnog loma (tj. kroz test torzije. U području koje odgovara triaksijalnosti napona od -1/3 do 0 (III), posmični lom uzrokovan kompresijom, te lomno naprezanje i troaksijalnost naprezanja mogu se dobiti testom narušavanja.
Za OT žice koje se koriste u proizvodnji opruga ventila motora, potrebno je uzeti u obzir lomove uzrokovane različitim uvjetima opterećenja tokom procesa proizvodnje i uvjetima primjene.Stoga su provedena vlačna i torzijska ispitivanja kako bi se primijenio kriterij deformacije sloma, uzet je u obzir učinak triaksijalnosti naprezanja na svaki način naprezanja, a provedena je elastoplastična analiza konačnih elemenata pri velikim deformacijama kako bi se kvantificirala promjena triaksijalnosti naprezanja.Način kompresije nije uzet u obzir zbog ograničenja obrade uzorka, naime, promjer OT žice je samo 2,5 mm.U tablici 1. navedeni su uvjeti ispitivanja zatezanja i torzije, kao i troosnost naprezanja i deformacija loma, dobiveni analizom konačnih elemenata.
Deformacija loma konvencionalnih triaksijalnih čelika pod naprezanjem može se predvidjeti pomoću sljedeće jednadžbe.
gdje je C1: \({\overline{{\varepsilon}_{0}}}^{pl}\) čist rez (η = 0) i C2: \({\overline{{\varepsilon}_{0} } }^{pl}\) Jednoosna napetost (η = η0 = 1/3).
Linije trenda za svaki način naprezanja dobijaju se primjenom vrijednosti deformacije loma C1 i C2 u jednadžbi.(2);C1 i C2 su dobiveni ispitivanjem zatezanja i torzije na uzorcima bez površinskih defekata.Slika 4 prikazuje triaksijalnost napona i deformaciju loma dobivene iz ispitivanja i linije trenda predviđene jednadžbom.(2) Linija trenda dobivena testom i odnos između triaksijalnosti naprezanja i deformacije loma pokazuju sličan trend.Deformacija loma i triaksijalnost napona za svaki način naprezanja, dobiveni primjenom linija trenda, korišteni su kao kriteriji za duktilni lom.
Energija loma se koristi kao svojstvo materijala za određivanje vremena lomljenja nakon grlića i može se dobiti iz testova zatezanja.Energija loma ovisi o prisutnosti ili odsustvu pukotina na površini materijala, budući da vrijeme do loma ovisi o koncentraciji lokalnih naprezanja.Na slikama 5a-c prikazane su energije loma uzoraka bez površinskih defekata i uzoraka sa zarezima R0,4 ili R0,8 iz vlačnih ispitivanja i analize konačnih elemenata.Energija loma odgovara području prave krivulje napon-pomak od vrata do vremena loma.
Energija loma OT žice s finim površinskim defektima predviđena je izvođenjem zateznih ispitivanja na OT žici s dubinom defekta većom od 40 µm, kao što je prikazano na slici 5d.Za vlačna ispitivanja korišteno je deset uzoraka s defektima, a prosječna energija loma procijenjena je na 29,12 mJ/mm2.
Standardizirani površinski defekt definira se kao omjer dubine defekta i promjera žice opruge ventila, bez obzira na geometriju površinskog defekta OT žice koja se koristi u proizvodnji automobilskih opruga ventila.Defekti OT žice mogu se klasifikovati na osnovu orijentacije, geometrije i dužine.Čak i uz istu dubinu defekta, razina naprezanja koja djeluje na površinski defekt u oprugi varira ovisno o geometriji i orijentaciji defekta, tako da geometrija i orijentacija defekta mogu utjecati na čvrstoću na zamor.Stoga je potrebno uzeti u obzir geometriju i orijentaciju defekata koji imaju najveći utjecaj na vijek trajanja opruge kako bi se primijenili strogi kriteriji za upravljanje površinskim defektima.Zbog finozrnaste strukture OT žice, njen vijek trajanja je vrlo osjetljiv na zarezivanje.Stoga, defekt koji pokazuje najveću koncentraciju naprezanja prema geometriji i orijentaciji defekta treba utvrditi kao početni defekt analizom konačnih elemenata.Na sl.6 prikazuje opruge automobilskih ventila ultra-visoke čvrstoće klase 2300 MPa korištene u ovoj studiji.
Površinski defekti OT žice se prema osi opruge dijele na unutrašnje i vanjske defekte.Zbog savijanja pri hladnom valjanju, tlačno i vlačno naprezanje djeluju na unutrašnju i vanjsku stranu opruge.Lom može biti uzrokovan površinskim defektima koji se pojavljuju izvana zbog vlačnih naprezanja tijekom hladnog valjanja.
U praksi je opruga podvrgnuta periodičnoj kompresiji i opuštanju.Prilikom sabijanja opruge čelična žica se uvija, a zbog koncentracije naprezanja, posmični napon unutar opruge veći je od okolnog posmičnog naprezanja7.Stoga, ako postoje površinski nedostaci unutar opruge, vjerovatnoća pucanja opruge je najveća.Dakle, vanjska strana opruge (mjesto gdje se očekuje kvar tijekom proizvodnje opruge) i unutrašnja strana (gdje je naprezanje najveće u stvarnoj primjeni) postavljaju se kao lokacije površinskih defekata.
Geometrija površinskog defekta OT linija podijeljena je na U-oblik, V-oblik, Y-oblik i T-oblik.Y-tip i T-tip uglavnom postoje u površinskim defektima sirovina, a defekti tipa U i V nastaju zbog nepažljivog rukovanja alatom u procesu hladnog valjanja.S obzirom na geometriju površinskih defekata u sirovinama, defekti u obliku slova U koji nastaju zbog neujednačene plastične deformacije tijekom vrućeg valjanja deformiraju se u defekte šava u obliku slova V, Y i T pri višeprolaznom istezanju8, 10.
Osim toga, defekti u obliku slova V, Y i T sa strmim nagibima zareza na površini bit će izloženi visokoj koncentraciji naprezanja tijekom rada opruge.Opruge ventila se savijaju tokom hladnog valjanja i uvijaju tokom rada.Koncentracije naprezanja defekta u obliku slova V i Y s većim koncentracijama naprezanja uspoređene su primjenom analize konačnih elemenata, ABAQUS – komercijalnog softvera za analizu konačnih elemenata.Odnos napon-deformacija prikazan je na slici 1 i jednadžbi 1. (1) Ova simulacija koristi dvodimenzionalni (2D) pravokutni element sa četiri čvora, a minimalna duljina stranice elementa je 0,01 mm.Za analitički model, defekti u obliku slova V i Y sa dubinom od 0,5 mm i nagibom defekta od 2° primijenjeni su na 2D model žice promjera 2,5 mm i dužine 7,5 mm.
Na sl.Slika 7a prikazuje koncentraciju naprezanja savijanja na vrhu svakog defekta kada se moment savijanja od 1500 Nmm primjenjuje na oba kraja svake žice.Rezultati analize pokazuju da se maksimalna naprezanja od 1038,7 i 1025,8 MPa javljaju na vrhovima defekta u obliku slova V, odnosno Y.Na sl.7b prikazuje koncentraciju naprezanja na vrhu svakog defekta uzrokovanog torzijom.Kada je lijeva strana ograničena i moment od 1500 N∙mm primijenjen na desnu stranu, isti maksimalni napon od 1099 MPa javlja se na vrhovima defekata u obliku slova V i Y.Ovi rezultati pokazuju da defekti tipa V pokazuju veće naprezanje savijanja od defekta Y tipa kada imaju istu dubinu i nagib defekta, ali doživljavaju isto torzijsko naprezanje.Stoga se površinski defekti u obliku slova V i Y s istom dubinom i nagibom defekta mogu normalizirati na one u obliku slova V s većim maksimalnim naprezanjem uzrokovanim koncentracijom naprezanja.Odnos veličine defekta tipa V definiran je kao α = w/h koristeći dubinu (h) i širinu (w) defekata tipa V i T;dakle, defekt T-tipa (α ≈ 0) umjesto toga, geometrija se može definirati geometrijskom strukturom defekta V-tipa.Stoga se defekti tipa Y i T-tipa mogu normalizirati defektima tipa V.Koristeći dubinu (h) i dužinu (l), odnos dužina se inače definira kao β = l/h.
Kao što je prikazano na slici 811, pravci površinskih defekata OT žica podijeljeni su na uzdužni, poprečni i kosi smjer, kao što je prikazano na slici 811. Analiza utjecaja orijentacije površinskih defekata na čvrstoću opruge konačnim elementom metoda.
Na sl.9a prikazuje model analize opruge ventila motora.Kao uvjet analize, opruga je bila komprimirana sa slobodne visine od 50,5 mm do tvrde visine od 21,8 mm, a unutar opruge je stvoreno maksimalno naprezanje od 1086 MPa, kao što je prikazano na slici 9b.Budući da se kvar stvarnih opruga ventila motora uglavnom događa unutar opruge, očekuje se da će prisustvo unutrašnjih površinskih defekata ozbiljno utjecati na vijek trajanja opruge.Stoga se površinski defekti u uzdužnom, poprečnom i kosom smjeru primjenjuju na unutrašnjost opruga ventila motora primjenom tehnika submodeliranja.U tabeli 2 prikazane su dimenzije površinskih defekata i maksimalno naprezanje u svakom smjeru defekta pri maksimalnoj kompresiji opruge.Najveća naprezanja uočena su u poprečnom smjeru, a omjer naprezanja u uzdužnom i kosom smjeru prema poprečnom smjeru procijenjen je na 0,934–0,996.Omjer naprezanja se može odrediti jednostavnim dijeljenjem ove vrijednosti sa maksimalnim poprečnim naprezanjem.Maksimalni napon u oprugi se javlja na vrhu svakog površinskog defekta, kao što je prikazano na slici 9s.Uočene vrijednosti naprezanja u uzdužnom, poprečnom i kosom smjeru su 2045, 2085 i 2049 MPa, respektivno.Rezultati ovih analiza pokazuju da defekti poprečne površine imaju najdirektniji utjecaj na vijek trajanja opruga ventila motora.
Defekt u obliku slova V, za koji se pretpostavlja da najdirektnije utječe na vijek trajanja opruge ventila motora, odabran je kao početni defekt OT žice, a poprečni smjer je odabran kao smjer defekta.Ovaj kvar se javlja ne samo izvana, gdje je opruga ventila motora pukla tokom proizvodnje, već i iznutra, gdje dolazi do najvećeg naprezanja zbog koncentracije naprezanja tokom rada.Maksimalna dubina kvara je postavljena na 40 µm, što se može detektovati detekcijom kvara vrtložnim strujama, a minimalna dubina je postavljena na dubinu koja odgovara 0,1% prečnika žice od 2,5 mm.Stoga je dubina defekta od 2,5 do 40 µm.Dubina, dužina i širina pukotina s omjerom dužina od 0,1~1 i omjerom dužina od 5~15 korištene su kao varijable, te je ocijenjen njihov utjecaj na zamornu čvrstoću opruge.U tabeli 3 navedeni su analitički uvjeti određeni korištenjem metodologije površine odziva.
Opruge ventila za automobilske motore proizvode se hladnim namotavanjem, kaljenjem, pjeskarenjem i toplinskim podešavanjem OT žice.Promjene u površinskim defektima tokom proizvodnje opruge moraju se uzeti u obzir kako bi se procijenio učinak početnih površinskih defekata u OT žicama na vijek trajanja opruga ventila motora.Stoga se u ovom odjeljku koristi analiza konačnih elemenata za predviđanje deformacija površinskih defekata OT žice tokom izrade svake opruge.
Na sl.10 prikazuje proces hladnog namotavanja.Tokom ovog procesa, OT žica se dovodi u vodilicu žice pomoću valjka za uvlačenje.Vodilica žice dovodi i podržava žicu kako bi se spriječilo savijanje tokom procesa oblikovanja.Žica koja prolazi kroz vodilicu žice savija se od strane prve i druge šipke kako bi se formirala spiralna opruga željenog unutrašnjeg prečnika.Korak opruge se proizvodi pomicanjem koračnog alata nakon jednog okretaja.
Na sl.11a prikazan je model konačnih elemenata koji se koristi za procjenu promjene geometrije površinskih defekata tijekom hladnog valjanja.Formiranje žice se uglavnom završava klinom za namotavanje.S obzirom da sloj oksida na površini žice djeluje kao mazivo, učinak trenja dovodnog valjka je zanemariv.Stoga su u proračunskom modelu dovodni valjak i vodilica žice pojednostavljeni kao čaura.Koeficijent trenja između OT žice i alata za oblikovanje postavljen je na 0,05.2D ravan krutog tijela i uvjeti fiksacije primjenjuju se na lijevi kraj linije tako da se može uvlačiti u smjeru X istom brzinom kao i valjak za uvlačenje (0,6 m/s).Na sl.11b prikazuje metodu subsimulacije koja se koristi za primjenu malih defekata na žice.Da bi se uzela u obzir veličina površinskih defekata, podmodel se primjenjuje dva puta za površinske defekte dubine od 20 µm ili više i tri puta za površinske defekte dubine manje od 20 µm.Površinski defekti se nanose na površine formirane jednakim koracima.U ukupnom modelu opruge, dužina ravnog komada žice je 100 mm.Za prvi podmodel, primijenite podmodel 1 dužine 3 mm na uzdužni položaj od 75 mm od globalnog modela.Ova simulacija koristila je trodimenzionalni (3D) heksagonalni element sa osam čvorova.U globalnom modelu i podmodelu 1, minimalna bočna dužina svakog elementa je 0,5 odnosno 0,2 mm.Nakon analize podmodela 1, površinski defekti se primjenjuju na podmodel 2, a dužina i širina podmodela 2 su 3 puta veće od dužine površinskog defekta kako bi se eliminisao uticaj graničnih uslova podmodela, u Osim toga, 50% dužine i širine se koristi kao dubina podmodela.U podmodelu 2, minimalna bočna dužina svakog elementa je 0,005 mm.Određeni površinski defekti primijenjeni su na analizu konačnih elemenata kao što je prikazano u Tablici 3.
Na sl.Slika 12 prikazuje raspodjelu naprezanja u površinskim pukotinama nakon hladnog rada zavojnice.Opći model i podmodel 1 pokazuju gotovo ista naprezanja od 1076 i 1079 MPa na istom mjestu, što potvrđuje ispravnost metode submodeliranja.Lokalne koncentracije naprezanja javljaju se na graničnim rubovima podmodela.Očigledno, to je zbog graničnih uslova podmodela.Zbog koncentracije naprezanja, podmodel 2 s primijenjenim površinskim defektima pokazuje naprezanje od 2449 MPa na vrhu defekta tijekom hladnog valjanja.Kao što je prikazano u tablici 3, površinski defekti identificirani metodom odzivne površine naneseni su na unutrašnjost opruge.Rezultati analize konačnih elemenata pokazali su da nijedan od 13 slučajeva površinskih defekata nije uspio.
Tokom procesa namotavanja u svim tehnološkim procesima, dubina površinskih defekata unutar opruge se povećala za 0,1–2,62 µm (slika 13a), a širina se smanjila za 1,8–35,79 µm (slika 13b), dok je dužina povećana za 0,72 –34,47 µm (slika 13c).Budući da je poprečni defekt u obliku slova V zatvoren po širini savijanjem tokom procesa hladnog valjanja, on se deformira u defekt u obliku slova V sa strmijim nagibom od prvobitnog defekta.
Deformacija u dubini, širini i dužini površinskih defekata OT žice u procesu proizvodnje.
Nanesite površinske defekte na vanjsku stranu opruge i predvidite vjerovatnoću loma tokom hladnog valjanja koristeći analizu konačnih elemenata.Pod uslovima navedenim u tabeli.3, ne postoji vjerovatnoća uništenja defekata na vanjskoj površini.Drugim riječima, na dubini površinskih defekata od 2,5 do 40 µm nije došlo do destrukcije.
Da bi se predvidjeli kritični površinski defekti, istraženi su vanjski lomovi tijekom hladnog valjanja povećanjem dubine defekta sa 40 µm na 5 µm.Na sl.14 prikazuje lomove duž površinskih defekata.Lom se javlja u uslovima dubine (55 µm), širine (2 µm) i dužine (733 µm).Pokazalo se da je kritična dubina površinskog defekta izvan opruge 55 μm.
Proces sačmarenja potiskuje rast pukotina i povećava vijek trajanja stvarajući zaostalo tlačno naprezanje na određenoj dubini od površine opruge;međutim, on inducira koncentraciju naprezanja povećanjem hrapavosti površine opruge, čime se smanjuje otpor opruge na zamor.Zbog toga se tehnologija sekundarnog pjenačenja koristi za proizvodnju opruga visoke čvrstoće kako bi se nadoknadilo smanjenje vijeka trajanja zamora uzrokovano povećanjem hrapavosti površine uzrokovane pjenačenjem.Dvostupanjski mlazni postupak može poboljšati hrapavost površine, maksimalno tlačno zaostalo naprezanje i površinsko tlačno zaostalo naprezanje jer se drugo mjehurićenje izvodi nakon prvog šuta12,13,14.
Na sl.15 prikazan je analitički model procesa pjeskarenja.Napravljen je elastično-plastični model u kojem je 25 lopti bačeno u ciljno lokalno područje OT linije za pjeskarenje.U modelu analize pjeskarenjem, površinski defekti OT žice deformirani tijekom hladnog namotavanja korišteni su kao početni defekti.Uklanjanje zaostalih naprezanja nastalih u procesu hladnog valjanja kaljenjem prije procesa pjeskarenja.Korištena su sljedeća svojstva sačmarske kugle: gustina (ρ): 7800 kg/m3, modul elastičnosti (E) – 210 GPa, Poissonov koeficijent (υ): 0,3.Koeficijent trenja između kuglice i materijala postavljen je na 0,1.Sačme promjera 0,6 i 0,3 mm izbačene su istom brzinom od 30 m/s tokom prvog i drugog prolaza kovanja.Nakon procesa peskarenja (između ostalih proizvodnih procesa prikazanih na slici 13), dubina, širina i dužina površinskih defekata unutar opruge kretale su se od -6,79 do 0,28 µm, -4,24 do 1,22 µm i -2,59 do 1,69 µm, odnosno µm.Zbog plastične deformacije projektila izbačenog okomito na površinu materijala, dubina defekta se smanjuje, a posebno se širina defekta značajno smanjuje.Očigledno, defekt je zatvoren zbog plastične deformacije uzrokovane brizganjem.
Tokom procesa termičkog skupljanja, efekti hladnog skupljanja i niskotemperaturnog žarenja mogu istovremeno djelovati na oprugu ventila motora.Hladna postavka maksimizira nivo napetosti opruge tako što je kompresuje na najviši mogući nivo na sobnoj temperaturi.U tom slučaju, ako je opruga ventila motora opterećena iznad granice popuštanja materijala, opruga ventila motora se plastično deformira, povećavajući granicu tečenja.Nakon plastične deformacije, opruga ventila se savija, ali povećana granica popuštanja osigurava elastičnost opruge ventila u stvarnom radu.Niskotemperaturno žarenje poboljšava otpornost na toplinu i deformaciju ventilskih opruga koje rade na visokim temperaturama2.
Površinski defekti deformirani tijekom pjeskarenja u FE analizi i polje zaostalog naprezanja izmjereno opremom za rendgensku difrakciju (XRD) primijenjeni su na podmodel 2 (Sl. 8) kako bi se zaključila promjena defekata tijekom toplinskog skupljanja.Opruga je projektovana da radi u elastičnom opsegu i sabijena je sa svoje slobodne visine od 50,5 mm do svoje čvrste visine od 21,8 mm, a zatim je ostavljena da se vrati na svoju prvobitnu visinu od 50,5 mm kao uslov analize.Tokom termičkog skupljanja, geometrija defekta se neznatno mijenja.Očigledno, zaostalo tlačno naprezanje od 800 MPa i više, nastalo pjeskarenjem, potiskuje deformaciju površinskih defekata.Nakon toplinskog skupljanja (slika 13), dubina, širina i dužina površinskih defekata varirala je od -0,13 do 0,08 µm, od -0,75 do 0 µm, odnosno od 0,01 do 2,4 µm.
Na sl.16 upoređuje deformacije defekta U-oblika i V-oblika iste dubine (40 µm), širine (22 µm) i dužine (600 µm).Promjena širine defekata u obliku slova U i V je veća od promjene dužine, što je uzrokovano zatvaranjem u smjeru širine tijekom procesa hladnog valjanja i pjeskarenja.U usporedbi s defektima u obliku slova U, defekti u obliku slova V formirani su na relativno većoj dubini i sa strmijim nagibima, što sugerira da se može primijeniti konzervativan pristup prilikom primjene defekata u obliku slova V.
Ovaj odjeljak govori o deformaciji početnog defekta u OT liniji za svaki proizvodni proces opruge ventila.Početni defekt OT žice se primjenjuje na unutrašnjost opruge ventila gdje se očekuje kvar zbog velikih naprezanja tokom rada opruge.Poprečni površinski defekti OT žica u obliku slova V neznatno su se povećali u dubini i dužini i naglo smanjili u širinu zbog savijanja tijekom hladnog namotavanja.Zatvaranje u smjeru širine se događa tokom mjehurićenja sa malo ili nimalo primjetnih deformacija defekata tokom konačnog zagrijavanja.U procesu hladnog valjanja i sačmarenja dolazi do velikih deformacija u smjeru širine zbog plastične deformacije.Defekt u obliku slova V unutar opruge ventila pretvara se u defekt u obliku slova T zbog zatvaranja širine tokom procesa hladnog valjanja.