310 Χημικό συστατικό σωλήνα πηνίου από ανοξείδωτο χάλυβα, Επίδραση επιφανειακών ελαττωμάτων σε χαλύβδινο σύρμα σκληρυμένου με λάδι στη διάρκεια ζωής κόπωσης των ελατηρίων βαλβίδων σε κινητήρες αυτοκινήτων

Σας ευχαριστούμε που επισκεφτήκατε το Nature.com.Χρησιμοποιείτε μια έκδοση προγράμματος περιήγησης με περιορισμένη υποστήριξη CSS.Για την καλύτερη εμπειρία, συνιστούμε να χρησιμοποιήσετε ένα ενημερωμένο πρόγραμμα περιήγησης (ή να απενεργοποιήσετε τη λειτουργία συμβατότητας στον Internet Explorer).Επιπλέον, για να διασφαλίσουμε τη συνεχή υποστήριξη, εμφανίζουμε τον ιστότοπο χωρίς στυλ και JavaScript.
Ρυθμιστικά που εμφανίζουν τρία άρθρα ανά διαφάνεια.Χρησιμοποιήστε τα κουμπιά πίσω και επόμενο για να μετακινηθείτε στις διαφάνειες ή τα κουμπιά του ελεγκτή ολίσθησης στο τέλος για να μετακινηθείτε σε κάθε διαφάνεια.

Σπειροειδής σωλήνες από ανοξείδωτο χάλυβα 310 / σπειροειδής σωλήνεςΧημική σύνθεσηκαι σύνθεση

Ο παρακάτω πίνακας δείχνει τη χημική σύνθεση του ανοξείδωτου χάλυβα ποιότητας 310S.

Προμηθευτές τριχοειδών σπειροειδών σωλήνων 10*1mm 9,25*1,24 mm 310

Φυσικές ιδιότητες

Οι φυσικές ιδιότητες του ανοξείδωτου χάλυβα ποιότητας 310S εμφανίζονται στον παρακάτω πίνακα.

Μηχανικές ιδιότητες

Ο παρακάτω πίνακας περιγράφει τις μηχανικές ιδιότητες του ανοξείδωτου χάλυβα ποιότητας 310S.

Θερμικές Ιδιότητες

Οι θερμικές ιδιότητες του ανοξείδωτου χάλυβα ποιότητας 310S δίνονται στον παρακάτω πίνακα.

Άλλες ονομασίες

Άλλες ονομασίες ισοδύναμες με τον ανοξείδωτο χάλυβα ποιότητας 310S παρατίθενται στον παρακάτω πίνακα.

Ο σκοπός αυτής της μελέτης είναι να αξιολογήσει τη διάρκεια κόπωσης ενός ελατηρίου βαλβίδας ενός κινητήρα αυτοκινήτου κατά την εφαρμογή μικροελαττωμάτων σε ένα σκληρυμένο με λάδι σύρμα βαθμού 2300 MPa (σύρμα OT) με κρίσιμο βάθος ελαττώματος 2,5 mm σε διάμετρο.Πρώτον, η παραμόρφωση των επιφανειακών ελαττωμάτων του σύρματος OT κατά την κατασκευή του ελατηρίου βαλβίδας λήφθηκε με ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων χρησιμοποιώντας μεθόδους υποπροσομοίωσης και η υπολειμματική τάση του τελειωμένου ελατηρίου μετρήθηκε και εφαρμόστηκε στο μοντέλο ανάλυσης τάσης ελατηρίου.Δεύτερον, αναλύστε την αντοχή του ελατηρίου της βαλβίδας, ελέγξτε για υπολειπόμενη τάση και συγκρίνετε το επίπεδο της εφαρμοζόμενης τάσης με τις ατέλειες της επιφάνειας.Τρίτον, η επίδραση των μικροελαττωμάτων στη διάρκεια ζωής κόπωσης του ελατηρίου αξιολογήθηκε εφαρμόζοντας την τάση στα επιφανειακά ελαττώματα που λήφθηκαν από την ανάλυση αντοχής ελατηρίου στις καμπύλες SN που ελήφθησαν από τη δοκιμή κόπωσης κάμψης κατά την περιστροφή του σύρματος OT.Ένα βάθος ελαττώματος 40 μm είναι το τρέχον πρότυπο για τη διαχείριση επιφανειακών ελαττωμάτων χωρίς να διακυβεύεται η διάρκεια ζωής της κόπωσης.
Η αυτοκινητοβιομηχανία έχει μεγάλη ζήτηση για ελαφριά εξαρτήματα αυτοκινήτων για τη βελτίωση της απόδοσης καυσίμου των οχημάτων.Έτσι, η χρήση προηγμένου χάλυβα υψηλής αντοχής (AHSS) αυξάνεται τα τελευταία χρόνια.Τα ελατήρια βαλβίδων κινητήρων αυτοκινήτων αποτελούνται κυρίως από ανθεκτικά στη θερμότητα, ανθεκτικά στη φθορά και μη κρεμασμένα χαλύβδινα σύρματα σκληρυμένα με λάδι (σύρματα OT).
Λόγω της υψηλής αντοχής τους σε εφελκυσμό (1900–2100 MPa), τα καλώδια OT που χρησιμοποιούνται σήμερα καθιστούν δυνατή τη μείωση του μεγέθους και της μάζας των ελατηρίων βαλβίδων του κινητήρα, βελτιώνοντας την απόδοση καυσίμου μειώνοντας την τριβή με τα γύρω μέρη1.Λόγω αυτών των πλεονεκτημάτων, η χρήση καλωδίων υψηλής τάσης αυξάνεται ραγδαία και η συρμάτινη ράβδος εξαιρετικά υψηλής αντοχής κατηγορίας 2300 MPa εμφανίζεται η μία μετά την άλλη.Τα ελατήρια βαλβίδων στους κινητήρες αυτοκινήτων απαιτούν μεγάλη διάρκεια ζωής επειδή λειτουργούν κάτω από υψηλά κυκλικά φορτία.Για να ικανοποιηθεί αυτή η απαίτηση, οι κατασκευαστές συνήθως θεωρούν διάρκεια ζωής μεγαλύτερη από 5,5×107 κύκλους όταν σχεδιάζουν ελατήρια βαλβίδας και εφαρμόζουν υπολειπόμενη τάση στην επιφάνεια του ελατηρίου της βαλβίδας μέσω διεργασιών κοψίματος και θερμικής συρρίκνωσης για να βελτιώσουν τη διάρκεια ζωής κόπωσης2.
Έχουν γίνει αρκετές μελέτες σχετικά με τη διάρκεια κόπωσης των ελικοειδών ελατηρίων σε οχήματα υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας.Οι Gzal et al.Παρουσιάζονται αναλυτικές, πειραματικές και πεπερασμένες αναλύσεις (FE) ελλειπτικών ελικοειδών ελατηρίων με μικρές γωνίες ελίκωσης υπό στατικό φορτίο.Αυτή η μελέτη παρέχει μια σαφή και απλή έκφραση για τη θέση της μέγιστης διατμητικής τάσης έναντι του λόγου διαστάσεων και του δείκτη ακαμψίας, και παρέχει επίσης αναλυτική εικόνα για τη μέγιστη διατμητική τάση, μια κρίσιμη παράμετρο σε πρακτικούς σχεδιασμούς3.Pastorcic et al.Περιγράφονται τα αποτελέσματα της ανάλυσης της καταστροφής και της κόπωσης ενός ελικοειδούς ελατηρίου που αφαιρέθηκε από ιδιωτικό αυτοκίνητο μετά από αστοχία λειτουργίας.Χρησιμοποιώντας πειραματικές μεθόδους, εξετάστηκε ένα σπασμένο ελατήριο και τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι αυτό είναι ένα παράδειγμα αστοχίας λόγω κόπωσης από διάβρωση4.οπή, κ.λπ. Αρκετά μοντέλα ζωής ελατηρίου γραμμικής παλινδρόμησης έχουν αναπτυχθεί για την αξιολόγηση της διάρκειας κόπωσης των ελικοειδών ελατηρίων αυτοκινήτου.Putra και άλλοι.Λόγω της ανομοιομορφίας του οδοστρώματος, καθορίζεται η διάρκεια ζωής του ελικοειδούς ελατηρίου του αυτοκινήτου.Ωστόσο, λίγη έρευνα έχει γίνει σχετικά με το πώς τα επιφανειακά ελαττώματα που συμβαίνουν κατά τη διαδικασία κατασκευής επηρεάζουν τη διάρκεια ζωής των σπειροειδών ελατηρίων αυτοκινήτου.
Επιφανειακά ελαττώματα που συμβαίνουν κατά τη διαδικασία κατασκευής μπορεί να οδηγήσουν σε συγκέντρωση τοπικής καταπόνησης στα ελατήρια βαλβίδων, γεγονός που μειώνει σημαντικά τη διάρκεια κόπωσης τους.Τα επιφανειακά ελαττώματα των ελατηρίων βαλβίδων προκαλούνται από διάφορους παράγοντες, όπως ελαττώματα επιφάνειας των πρώτων υλών που χρησιμοποιούνται, ελαττώματα στα εργαλεία, τραχύς χειρισμός κατά την ψυχρή έλαση7.Τα επιφανειακά ελαττώματα της πρώτης ύλης είναι απότομα σχήματος V λόγω θερμής έλασης και έλξης πολλαπλών περασμάτων, ενώ τα ελαττώματα που προκαλούνται από το εργαλείο διαμόρφωσης και τον απρόσεκτο χειρισμό είναι σχήματος U με απαλές κλίσεις8,9,10,11.Τα ελαττώματα σχήματος V προκαλούν υψηλότερες συγκεντρώσεις τάσεων από τα ελαττώματα σχήματος U, επομένως συνήθως εφαρμόζονται αυστηρά κριτήρια διαχείρισης ελαττωμάτων στο αρχικό υλικό.
Τα τρέχοντα πρότυπα διαχείρισης ελαττωμάτων επιφάνειας για καλώδια OT περιλαμβάνουν τα ASTM A877/A877M-10, DIN EN 10270-2, JIS G 3561 και KS D 3580. Το DIN EN 10270-2 προσδιορίζει ότι το βάθος ενός ελαττώματος επιφάνειας σε διαμέτρους καλωδίων 5–0. Τα 10 mm είναι λιγότερο από 0,5–1% της διαμέτρου του σύρματος.Επιπλέον, το JIS G 3561 και το KS D 3580 απαιτούν το βάθος των επιφανειακών ελαττωμάτων σε συρμάτινη ράβδο με διάμετρο 0,5–8 mm να είναι μικρότερο από το 0,5% της διαμέτρου του σύρματος.Στο ASTM A877/A877M-10, ο κατασκευαστής και ο αγοραστής πρέπει να συμφωνήσουν σχετικά με το επιτρεπόμενο βάθος των επιφανειακών ελαττωμάτων.Για τη μέτρηση του βάθους ενός ελαττώματος στην επιφάνεια ενός σύρματος, το σύρμα συνήθως χαράσσεται με υδροχλωρικό οξύ και στη συνέχεια το βάθος του ελαττώματος μετράται χρησιμοποιώντας ένα μικρόμετρο.Ωστόσο, αυτή η μέθοδος μπορεί να μετρήσει ελαττώματα μόνο σε ορισμένες περιοχές και όχι σε ολόκληρη την επιφάνεια του τελικού προϊόντος.Ως εκ τούτου, οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν δοκιμές δινορευμάτων κατά τη διαδικασία τραβήγματος σύρματος για να μετρήσουν τα ελαττώματα της επιφάνειας σε σύρμα που παράγεται συνεχώς.Αυτές οι δοκιμές μπορούν να μετρήσουν το βάθος των επιφανειακών ελαττωμάτων έως και 40 μm.Το σύρμα χάλυβα ποιότητας 2300MPa υπό ανάπτυξη έχει υψηλότερη αντοχή εφελκυσμού και χαμηλότερη επιμήκυνση από το υπάρχον χαλύβδινο σύρμα ποιότητας 1900-2200 MPa, επομένως η διάρκεια ζωής της κούρασης του ελατηρίου βαλβίδας θεωρείται ότι είναι πολύ ευαίσθητη σε επιφανειακά ελαττώματα.Επομένως, είναι απαραίτητο να ελεγχθεί η ασφάλεια της εφαρμογής των υφιστάμενων προτύπων για τον έλεγχο του βάθους των επιφανειακών ελαττωμάτων για χαλύβδινο σύρμα ποιότητας 1900-2200 MPa έως χαλύβδινο σύρμα ποιότητας 2300 MPa.
Ο σκοπός αυτής της μελέτης είναι να αξιολογήσει τη διάρκεια ζωής κόπωσης ενός ελατηρίου βαλβίδας κινητήρα αυτοκινήτου όταν το ελάχιστο βάθος ελαττώματος που μπορεί να μετρηθεί με δοκιμή δινορευμάτων (δηλαδή 40 μm) εφαρμόζεται σε ένα καλώδιο OT ποιότητας 2300 MPa (διάμετρος: 2,5 mm): κρίσιμο ελάττωμα βάθος .Η συνεισφορά και η μεθοδολογία αυτής της μελέτης έχουν ως εξής.
Ως αρχικό ελάττωμα στο καλώδιο OT, χρησιμοποιήθηκε ένα ελάττωμα σε σχήμα V, το οποίο επηρεάζει σοβαρά τη διάρκεια ζωής της κόπωσης, στην εγκάρσια κατεύθυνση σε σχέση με τον άξονα του σύρματος.Εξετάστε την αναλογία των διαστάσεων (α) και του μήκους (β) ενός ελαττώματος επιφάνειας για να δείτε την επίδραση του βάθους (h), του πλάτους (w) και του μήκους (l).Τα επιφανειακά ελαττώματα εμφανίζονται μέσα στο ελατήριο, όπου εμφανίζεται πρώτα η αστοχία.
Για την πρόβλεψη της παραμόρφωσης των αρχικών ελαττωμάτων στο σύρμα OT κατά την ψυχρή περιέλιξη, χρησιμοποιήθηκε μια προσέγγιση υποπροσομοίωσης, η οποία έλαβε υπόψη τον χρόνο ανάλυσης και το μέγεθος των επιφανειακών ελαττωμάτων, καθώς τα ελαττώματα είναι πολύ μικρά σε σύγκριση με το καλώδιο OT.παγκόσμιο μοντέλο.
Οι υπολειμματικές θλιπτικές τάσεις το ελατήριο μετά από κοψίματα βολής δύο σταδίων υπολογίστηκαν με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων, τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν με τις μετρήσεις μετά την βολή για να επιβεβαιωθεί το αναλυτικό μοντέλο.Επιπλέον, μετρήθηκαν οι υπολειμματικές τάσεις στα ελατήρια βαλβίδων από όλες τις διαδικασίες κατασκευής και εφαρμόστηκαν στην ανάλυση αντοχής ελατηρίου.
Οι τάσεις σε επιφανειακά ελαττώματα προβλέπονται με ανάλυση της αντοχής του ελατηρίου, λαμβάνοντας υπόψη την παραμόρφωση του ελαττώματος κατά την ψυχρή έλαση και την υπολειπόμενη θλιπτική τάση στο τελειωμένο ελατήριο.
Η δοκιμή κόπωσης με περιστροφική κάμψη διεξήχθη χρησιμοποιώντας ένα σύρμα OT κατασκευασμένο από το ίδιο υλικό με το ελατήριο της βαλβίδας.Προκειμένου να συσχετιστούν τα χαρακτηριστικά υπολειπόμενης τάσης και τραχύτητας επιφάνειας των κατασκευασμένων ελατηρίων βαλβίδας με τις γραμμές OT, οι καμπύλες SN λήφθηκαν με περιστρεφόμενες δοκιμές κόπωσης κάμψης μετά την εφαρμογή διόγκωσης και στρέψης σε δύο στάδια ως διαδικασίες προεπεξεργασίας.
Τα αποτελέσματα της ανάλυσης αντοχής ελατηρίου εφαρμόζονται στην εξίσωση Goodman και στην καμπύλη SN για την πρόβλεψη της διάρκειας ζωής της κόπωσης του ελατηρίου της βαλβίδας και αξιολογείται επίσης η επίδραση του βάθους επιφανειακών ελαττωμάτων στη διάρκεια ζωής της κόπωσης.
Σε αυτή τη μελέτη, ένα σύρμα ποιότητας OT 2300 MPa με διάμετρο 2,5 mm χρησιμοποιήθηκε για την αξιολόγηση της διάρκειας κόπωσης ενός ελατηρίου βαλβίδας κινητήρα αυτοκινήτου.Αρχικά, πραγματοποιήθηκε δοκιμή εφελκυσμού του σύρματος για να ληφθεί το μοντέλο όλκιμου σπασίματος του.
Οι μηχανικές ιδιότητες του σύρματος OT ελήφθησαν από δοκιμές εφελκυσμού πριν από την ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων της διαδικασίας ψυχρής περιέλιξης και της αντοχής του ελατηρίου.Η καμπύλη τάσης-παραμόρφωσης του υλικού προσδιορίστηκε χρησιμοποιώντας τα αποτελέσματα δοκιμών εφελκυσμού με ρυθμό παραμόρφωσης 0,001 s-1, όπως φαίνεται στο σχήμα.1. Χρησιμοποιείται σύρμα SWONB-V και η αντοχή διαρροής, η αντοχή εφελκυσμού, ο συντελεστής ελαστικότητας και ο λόγος Poisson είναι 2001,2MPa, 2316MPa, 206GPa και 0,3 αντίστοιχα.Η εξάρτηση της τάσης από την τάση ροής προκύπτει ως εξής:
Ρύζι.2 απεικονίζει τη διαδικασία όλκιμου κατάγματος.Το υλικό υφίσταται ελαστοπλαστική παραμόρφωση κατά την παραμόρφωση και το υλικό στενεύει όταν η τάση στο υλικό φτάσει στην αντοχή του σε εφελκυσμό.Στη συνέχεια, η δημιουργία, η ανάπτυξη και ο συνδυασμός κενών μέσα στο υλικό οδηγεί στην καταστροφή του υλικού.
Το μοντέλο όλκιμου κατάγματος χρησιμοποιεί ένα μοντέλο κρίσιμης παραμόρφωσης τροποποιημένο με τάση που λαμβάνει υπόψη την επίδραση της τάσης και το κάταγμα μετά τον λαιμό χρησιμοποιεί τη μέθοδο συσσώρευσης ζημιάς.Εδώ, η έναρξη της βλάβης εκφράζεται ως συνάρτηση της τάσης, της τριαξονικότητας της τάσης και του ρυθμού παραμόρφωσης.Η τριαξονική τάση ορίζεται ως η μέση τιμή που προκύπτει από τη διαίρεση της υδροστατικής τάσης που προκαλείται από την παραμόρφωση του υλικού μέχρι το σχηματισμό του λαιμού με την αποτελεσματική τάση.Στη μέθοδο συσσώρευσης ζημιών, η καταστροφή συμβαίνει όταν η τιμή της ζημιάς φτάσει το 1 και η ενέργεια που απαιτείται για να φτάσει στην τιμή της ζημιάς 1 ορίζεται ως η ενέργεια καταστροφής (Gf).Η ενέργεια θραύσης αντιστοιχεί στην περιοχή της πραγματικής καμπύλης τάσης-μετατόπισης του υλικού από το χρόνο του λαιμού έως το χρόνο θραύσης.
Στην περίπτωση των συμβατικών χάλυβων, ανάλογα με τον τρόπο καταπόνησης, συμβαίνει όλκιμη θραύση, θραύση διάτμησης ή θραύση μεικτού τρόπου λειτουργίας λόγω πλαστιμότητας και θραύσης διάτμησης, όπως φαίνεται στο σχήμα 3. Η τάση θραύσης και η τριαξονική τάση έδειξαν διαφορετικές τιμές για την μοτίβο κατάγματος.
Η πλαστική αστοχία εμφανίζεται σε μια περιοχή που αντιστοιχεί σε τριαξονικότητα τάσης μεγαλύτερη από 1/3 (ζώνη I), και η τριαξονική τάση θραύσης και τάσης μπορούν να συναχθούν από τις δοκιμές εφελκυσμού σε δείγματα με επιφανειακά ελαττώματα και εγκοπές.Στην περιοχή που αντιστοιχεί στην τριαξονικότητα τάσης 0 ~ 1/3 (ζώνη II), εμφανίζεται ένας συνδυασμός όλκιμης θραύσης και διατμητικής αστοχίας (δηλαδή μέσω δοκιμής στρέψης. Στην περιοχή που αντιστοιχεί στην τριαξονική τάση από -1/3 έως 0 (III), η διατμητική αστοχία που προκαλείται από συμπίεση, και η τριαξονική καταπόνηση και τάση θραύσης μπορούν να ληφθούν με δοκιμή ανατροπής.
Για τα καλώδια OT που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή ελατηρίων βαλβίδων κινητήρα, είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη τα σπασίματα που προκαλούνται από διάφορες συνθήκες φόρτισης κατά τη διαδικασία κατασκευής και τις συνθήκες εφαρμογής.Ως εκ τούτου, πραγματοποιήθηκαν δοκιμές εφελκυσμού και στρέψης για την εφαρμογή του κριτηρίου παραμόρφωσης αστοχίας, ελήφθη υπόψη η επίδραση της τριαξονικότητας τάσης σε κάθε τρόπο τάσης και πραγματοποιήθηκε ανάλυση ελαστοπλαστικής πεπερασμένων στοιχείων σε μεγάλες παραμορφώσεις για να ποσοτικοποιηθεί η αλλαγή στην τριαξονικότητα τάσης.Ο τρόπος συμπίεσης δεν ελήφθη υπόψη λόγω του περιορισμού της επεξεργασίας του δείγματος, δηλαδή, η διάμετρος του σύρματος OT είναι μόνο 2,5 mm.Ο Πίνακας 1 παραθέτει τις συνθήκες δοκιμής για τον εφελκυσμό και τη στρέψη, καθώς και την τριαξονική τάση και την καταπόνηση θραύσης, που λαμβάνονται με τη χρήση της ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων.
Η τάση θραύσης των συμβατικών τριαξονικών χάλυβων υπό τάση μπορεί να προβλεφθεί χρησιμοποιώντας την ακόλουθη εξίσωση.
όπου C1: \({\overline{{\varepsilon}_{0}}}^{pl}\) καθαρή κοπή (η = 0) και C2: \({\overline{{\varepsilon}_{0} } }^{pl}\) Μονοαξονική τάση (η = η0 = 1/3).
Οι γραμμές τάσης για κάθε τρόπο λειτουργίας τάσης λαμβάνονται με την εφαρμογή των τιμών παραμόρφωσης θραύσης C1 και C2 στην εξίσωση.(2);Τα C1 και C2 λαμβάνονται από δοκιμές εφελκυσμού και στρέψης σε δείγματα χωρίς επιφανειακά ελαττώματα.Το σχήμα 4 δείχνει την τριαξονική τάση και την τάση θραύσης που προέκυψαν από τις δοκιμές και τις γραμμές τάσης που προβλέπονται από την εξίσωση.(2) Η γραμμή τάσης που προέκυψε από τη δοκιμή και η σχέση μεταξύ τριαξονικής τάσης και καταπόνησης θραύσης δείχνουν παρόμοια τάση.Η καταπόνηση θραύσης και η τριαξονική τάση για κάθε τρόπο τάσης, που προέκυψαν από την εφαρμογή των γραμμών τάσης, χρησιμοποιήθηκαν ως κριτήρια για την όλκιμη θραύση.
Η ενέργεια θραύσης χρησιμοποιείται ως ιδιότητα υλικού για τον προσδιορισμό του χρόνου θραύσης μετά τον αυχένα και μπορεί να ληφθεί από δοκιμές εφελκυσμού.Η ενέργεια θραύσης εξαρτάται από την παρουσία ή απουσία ρωγμών στην επιφάνεια του υλικού, αφού ο χρόνος μέχρι τη θραύση εξαρτάται από τη συγκέντρωση των τοπικών τάσεων.Τα σχήματα 5a-c δείχνουν τις ενέργειες θραύσης δειγμάτων χωρίς επιφανειακά ελαττώματα και δειγμάτων με εγκοπές R0.4 ή R0.8 από δοκιμές εφελκυσμού και ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων.Η ενέργεια θραύσης αντιστοιχεί στην περιοχή της πραγματικής καμπύλης τάσης-μετατόπισης από τον αυχένα έως τον χρόνο θραύσης.
Η ενέργεια θραύσης ενός σύρματος OT με λεπτές επιφανειακές ατέλειες προβλέφθηκε με την εκτέλεση δοκιμών εφελκυσμού σε ένα σύρμα OT με βάθος ελαττώματος μεγαλύτερο από 40 μm, όπως φαίνεται στο Σχ. 5δ.Δέκα δείγματα με ελαττώματα χρησιμοποιήθηκαν στις δοκιμές εφελκυσμού και η μέση ενέργεια θραύσης υπολογίστηκε σε 29,12 mJ/mm2.
Το τυποποιημένο ελάττωμα επιφάνειας ορίζεται ως ο λόγος του βάθους του ελαττώματος προς τη διάμετρο του σύρματος ελατηρίου βαλβίδας, ανεξάρτητα από τη γεωμετρία του ελαττώματος επιφάνειας του σύρματος OT που χρησιμοποιείται στην κατασκευή ελατηρίων βαλβίδας αυτοκινήτου.Τα ελαττώματα του καλωδίου OT μπορούν να ταξινομηθούν με βάση τον προσανατολισμό, τη γεωμετρία και το μήκος.Ακόμη και με το ίδιο βάθος ελαττώματος, το επίπεδο τάσης που επενεργεί σε ένα επιφανειακό ελάττωμα σε ένα ελατήριο ποικίλλει ανάλογα με τη γεωμετρία και τον προσανατολισμό του ελαττώματος, επομένως η γεωμετρία και ο προσανατολισμός του ελαττώματος μπορεί να επηρεάσει την αντοχή σε κόπωση.Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη η γεωμετρία και ο προσανατολισμός των ελαττωμάτων που έχουν τη μεγαλύτερη επίδραση στη διάρκεια ζωής ενός ελατηρίου σε κόπωση προκειμένου να εφαρμοστούν αυστηρά κριτήρια για τη διαχείριση επιφανειακών ελαττωμάτων.Λόγω της δομής των λεπτών κόκκων του σύρματος OT, η διάρκεια ζωής του είναι πολύ ευαίσθητη στις εγκοπές.Ως εκ τούτου, το ελάττωμα που παρουσιάζει την υψηλότερη συγκέντρωση τάσης σύμφωνα με τη γεωμετρία και τον προσανατολισμό του ελαττώματος θα πρέπει να καθοριστεί ως το αρχικό ελάττωμα χρησιμοποιώντας την ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων.Στο σχ.Το 6 δείχνει τα εξαιρετικά υψηλής αντοχής ελατήρια βαλβίδων αυτοκινήτου κατηγορίας 2300 MPa που χρησιμοποιούνται σε αυτή τη μελέτη.
Τα επιφανειακά ελαττώματα του σύρματος OT χωρίζονται σε εσωτερικά ελαττώματα και εξωτερικά ελαττώματα ανάλογα με τον άξονα του ελατηρίου.Λόγω της κάμψης κατά την ψυχρή έλαση, η θλιπτική τάση και η τάση εφελκυσμού δρουν στο εσωτερικό και στο εξωτερικό του ελατηρίου αντίστοιχα.Η θραύση μπορεί να προκληθεί από επιφανειακά ελαττώματα που εμφανίζονται εξωτερικά λόγω τάσεων εφελκυσμού κατά την ψυχρή έλαση.
Στην πράξη, το ελατήριο υπόκειται σε περιοδική συμπίεση και χαλάρωση.Κατά τη συμπίεση του ελατηρίου, το χαλύβδινο σύρμα συστρέφεται και λόγω της συγκέντρωσης των τάσεων, η διατμητική τάση στο εσωτερικό του ελατηρίου είναι μεγαλύτερη από την περιβάλλουσα διατμητική τάση7.Επομένως, εάν υπάρχουν επιφανειακά ελαττώματα μέσα στο ελατήριο, η πιθανότητα να σπάσει το ελατήριο είναι η μεγαλύτερη.Έτσι, η εξωτερική πλευρά του ελατηρίου (η θέση όπου αναμένεται αστοχία κατά την κατασκευή του ελατηρίου) και η εσωτερική πλευρά (όπου η τάση είναι μεγαλύτερη στην πραγματική εφαρμογή) ορίζονται ως θέσεις των επιφανειακών ελαττωμάτων.
Η γεωμετρία επιφανειακών ελαττωμάτων των γραμμών OT χωρίζεται σε σχήμα U, σχήμα V, σχήμα Y και σχήμα T.Ο τύπος Υ και ο τύπος Τ υπάρχουν κυρίως στα επιφανειακά ελαττώματα των πρώτων υλών και τα ελαττώματα τύπου U και τύπου V εμφανίζονται λόγω απρόσεκτου χειρισμού των εργαλείων στη διαδικασία ψυχρής έλασης.Όσον αφορά τη γεωμετρία των επιφανειακών ελαττωμάτων των πρώτων υλών, τα ελαττώματα σχήματος U που προκύπτουν από ανομοιόμορφη πλαστική παραμόρφωση κατά τη διάρκεια της θερμής έλασης παραμορφώνονται σε ελαττώματα ραφής σχήματος V, σχήματος Υ και σχήματος Τ υπό τάνυση πολλαπλών περασμάτων8, 10.
Επιπλέον, ελαττώματα σχήματος V, σχήματος Υ και σχήματος Τ με απότομες κλίσεις της εγκοπής στην επιφάνεια θα υπόκεινται σε υψηλή συγκέντρωση τάσεων κατά τη λειτουργία του ελατηρίου.Τα ελατήρια βαλβίδας κάμπτονται κατά την ψυχρή έλαση και στρίβουν κατά τη λειτουργία.Οι συγκεντρώσεις τάσεων των ελαττωμάτων σχήματος V και σχήματος Υ με υψηλότερες συγκεντρώσεις τάσεων συγκρίθηκαν χρησιμοποιώντας ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων, ABAQUS – εμπορικό λογισμικό ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων.Η σχέση τάσης-παραμόρφωσης φαίνεται στο Σχήμα 1 και στην Εξίσωση 1. (1) Αυτή η προσομοίωση χρησιμοποιεί ένα δισδιάστατο (2D) ορθογώνιο στοιχείο τεσσάρων κόμβων και το ελάχιστο μήκος πλευράς του στοιχείου είναι 0,01 mm.Για το αναλυτικό μοντέλο, ελαττώματα σχήματος V και σχήματος Υ με βάθος 0,5 mm και κλίση του ελαττώματος 2° εφαρμόστηκαν σε ένα μοντέλο 2D ενός σύρματος με διάμετρο 2,5 mm και μήκος 7,5 mm.
Στο σχ.Το σχήμα 7a δείχνει τη συγκέντρωση της τάσης κάμψης στο άκρο κάθε ελαττώματος όταν εφαρμόζεται ροπή κάμψης 1500 Nmm και στα δύο άκρα κάθε σύρματος.Τα αποτελέσματα της ανάλυσης δείχνουν ότι οι μέγιστες τάσεις των 1038,7 και 1025,8 MPa εμφανίζονται στις κορυφές των ελαττωμάτων σχήματος V και σχήματος Υ, αντίστοιχα.Στο σχ.Το σχήμα 7b δείχνει τη συγκέντρωση τάσης στην κορυφή κάθε ελαττώματος που προκαλείται από στρέψη.Όταν η αριστερή πλευρά είναι περιορισμένη και μια ροπή 1500 N∙mm εφαρμόζεται στη δεξιά πλευρά, η ίδια μέγιστη τάση των 1099 MPa εμφανίζεται στις άκρες των ελαττωμάτων σχήματος V και σχήματος Υ.Αυτά τα αποτελέσματα δείχνουν ότι τα ελαττώματα τύπου V παρουσιάζουν μεγαλύτερη τάση κάμψης από τα ελαττώματα τύπου Υ όταν έχουν το ίδιο βάθος και κλίση του ελαττώματος, αλλά αντιμετωπίζουν την ίδια στρεπτική τάση.Επομένως, ελαττώματα επιφανειών σχήματος V και σχήματος Υ με το ίδιο βάθος και κλίση του ελαττώματος μπορούν να ομαλοποιηθούν σε σχήματος V με υψηλότερη μέγιστη τάση που προκαλείται από τη συγκέντρωση τάσεων.Η αναλογία μεγέθους ελαττώματος τύπου V ορίζεται ως α = w/h χρησιμοποιώντας το βάθος (h) και το πλάτος (w) των ελαττωμάτων τύπου V και τύπου T.Έτσι, ένα ελάττωμα τύπου Τ (α ≈ 0), η γεωμετρία μπορεί να οριστεί από τη γεωμετρική δομή ενός ελαττώματος τύπου V.Επομένως, τα ελαττώματα τύπου Υ και τύπου Τ μπορούν να ομαλοποιηθούν με ελαττώματα τύπου V.Χρησιμοποιώντας το βάθος (h) και το μήκος (l), ο λόγος μήκους ορίζεται διαφορετικά ως β = l/h.
Όπως φαίνεται στο Σχήμα 811, οι κατευθύνσεις των επιφανειακών ελαττωμάτων των συρμάτων OT χωρίζονται σε διαμήκεις, εγκάρσιες και λοξές κατευθύνσεις, όπως φαίνεται στο Σχήμα 811. Ανάλυση της επίδρασης του προσανατολισμού των επιφανειακών ελαττωμάτων στην αντοχή του ελατηρίου από το πεπερασμένο στοιχείο μέθοδος.
Στο σχ.Το 9α δείχνει το μοντέλο ανάλυσης τάσης ελατηρίου βαλβίδας κινητήρα.Ως συνθήκη ανάλυσης, το ελατήριο συμπιέστηκε από ένα ελεύθερο ύψος 50,5 mm σε ένα σκληρό ύψος 21,8 mm, μια μέγιστη τάση 1086 MPa δημιουργήθηκε μέσα στο ελατήριο, όπως φαίνεται στο Σχ. 9β.Δεδομένου ότι η αστοχία των πραγματικών ελατηρίων βαλβίδας κινητήρα συμβαίνει κυρίως μέσα στο ελατήριο, η παρουσία ελαττωμάτων στην εσωτερική επιφάνεια αναμένεται να επηρεάσει σοβαρά τη διάρκεια ζωής του ελατηρίου λόγω κόπωσης.Επομένως, επιφανειακά ελαττώματα στις διαμήκεις, εγκάρσιες και λοξές κατευθύνσεις εφαρμόζονται στο εσωτερικό των ελατηρίων βαλβίδων κινητήρα χρησιμοποιώντας τεχνικές υπομοντελοποίησης.Ο Πίνακας 2 δείχνει τις διαστάσεις των επιφανειακών ελαττωμάτων και τη μέγιστη τάση σε κάθε κατεύθυνση του ελαττώματος στη μέγιστη συμπίεση του ελατηρίου.Οι υψηλότερες τάσεις παρατηρήθηκαν στην εγκάρσια διεύθυνση και ο λόγος των τάσεων στη διαμήκη και πλάγια κατεύθυνση προς την εγκάρσια διεύθυνση υπολογίστηκε σε 0,934–0,996.Ο λόγος τάσεων μπορεί να προσδιοριστεί με απλή διαίρεση αυτής της τιμής με τη μέγιστη εγκάρσια τάση.Η μέγιστη τάση στο ελατήριο εμφανίζεται στην κορυφή κάθε ελαττώματος επιφάνειας, όπως φαίνεται στο Σχ. 9s.Οι τιμές τάσεων που παρατηρούνται στη διαμήκη, εγκάρσια και πλάγια κατεύθυνση είναι 2045, 2085 και 2049 MPa, αντίστοιχα.Τα αποτελέσματα αυτών των αναλύσεων δείχνουν ότι τα ελαττώματα της εγκάρσιας επιφάνειας έχουν την πιο άμεση επίδραση στη διάρκεια ζωής κόπωσης των ελατηρίων βαλβίδων κινητήρα.
Ως αρχικό ελάττωμα του καλωδίου OT επιλέχθηκε ένα ελάττωμα σχήματος V, το οποίο θεωρείται ότι επηρεάζει πιο άμεσα τη διάρκεια κόπωσης του ελατηρίου της βαλβίδας του κινητήρα, και η εγκάρσια κατεύθυνση επιλέχθηκε ως κατεύθυνση του ελαττώματος.Αυτό το ελάττωμα εμφανίζεται όχι μόνο στο εξωτερικό, όπου το ελατήριο της βαλβίδας του κινητήρα έσπασε κατά την κατασκευή, αλλά και στο εσωτερικό, όπου η μεγαλύτερη καταπόνηση εμφανίζεται λόγω της συγκέντρωσης τάσης κατά τη λειτουργία.Το μέγιστο βάθος ελαττώματος έχει οριστεί στα 40 μm, το οποίο μπορεί να ανιχνευθεί με ανίχνευση ελαττώματος δινορευμάτων και το ελάχιστο βάθος ορίζεται σε βάθος που αντιστοιχεί στο 0,1% της διαμέτρου του σύρματος 2,5 mm.Επομένως, το βάθος του ελαττώματος είναι από 2,5 έως 40 μm.Το βάθος, το μήκος και το πλάτος των ελαττωμάτων με λόγο μήκους 0,1~1 και λόγο μήκους 5~15 χρησιμοποιήθηκαν ως μεταβλητές και αξιολογήθηκε η επίδρασή τους στην αντοχή σε κόπωση του ελατηρίου.Ο Πίνακας 3 παραθέτει τις αναλυτικές συνθήκες που προσδιορίστηκαν χρησιμοποιώντας τη μεθοδολογία επιφάνειας απόκρισης.
Τα ελατήρια βαλβίδων κινητήρων αυτοκινήτων κατασκευάζονται με ψυχρή περιέλιξη, σκλήρυνση, αμμοβολή και θερμική ρύθμιση σύρματος OT.Οι αλλαγές στα ελαττώματα της επιφάνειας κατά την κατασκευή του ελατηρίου πρέπει να ληφθούν υπόψη για την αξιολόγηση της επίδρασης των αρχικών επιφανειακών ελαττωμάτων στα καλώδια OT στη διάρκεια ζωής κόπωσης των ελατηρίων βαλβίδας κινητήρα.Επομένως, σε αυτή την ενότητα, η ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων χρησιμοποιείται για την πρόβλεψη της παραμόρφωσης των ελαττωμάτων της επιφάνειας του σύρματος OT κατά την κατασκευή κάθε ελατηρίου.
Στο σχ.10 δείχνει τη διαδικασία ψυχρής περιέλιξης.Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, το καλώδιο OT τροφοδοτείται στον συρμάτινο οδηγό από τον κύλινδρο τροφοδοσίας.Ο συρμάτινος οδηγός τροφοδοτεί και υποστηρίζει το σύρμα για να αποτρέψει την κάμψη κατά τη διαδικασία διαμόρφωσης.Το σύρμα που διέρχεται από τον συρμάτινο οδηγό κάμπτεται από την πρώτη και τη δεύτερη ράβδο για να σχηματίσει ένα σπειροειδές ελατήριο με την επιθυμητή εσωτερική διάμετρο.Το βήμα του ελατηρίου παράγεται με τη μετακίνηση του βηματικού εργαλείου μετά από μία περιστροφή.
Στο σχ.Το 11α δείχνει ένα μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων που χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση της αλλαγής στη γεωμετρία των επιφανειακών ελαττωμάτων κατά την ψυχρή έλαση.Η διαμόρφωση του σύρματος ολοκληρώνεται κυρίως από τον πείρο περιέλιξης.Δεδομένου ότι το στρώμα οξειδίου στην επιφάνεια του σύρματος δρα ως λιπαντικό, η επίδραση τριβής του κυλίνδρου τροφοδοσίας είναι αμελητέα.Επομένως, στο μοντέλο υπολογισμού, ο κύλινδρος τροφοδοσίας και ο συρμάτινος οδηγός απλοποιούνται ως δακτύλιος.Ο συντελεστής τριβής μεταξύ του σύρματος OT και του εργαλείου διαμόρφωσης ορίστηκε στο 0,05.Το δισδιάστατο άκαμπτο επίπεδο αμαξώματος και οι συνθήκες στερέωσης εφαρμόζονται στο αριστερό άκρο της γραμμής έτσι ώστε να μπορεί να τροφοδοτηθεί προς την κατεύθυνση Χ με την ίδια ταχύτητα με τον κύλινδρο τροφοδοσίας (0,6 m/s).Στο σχ.Το 11b δείχνει τη μέθοδο υποπροσομοίωσης που χρησιμοποιείται για την εφαρμογή μικρών ελαττωμάτων στα καλώδια.Για να ληφθεί υπόψη το μέγεθος των επιφανειακών ελαττωμάτων, το υπομοντέλο εφαρμόζεται δύο φορές για επιφανειακά ελαττώματα με βάθος 20 μm ή περισσότερο και τρεις φορές για ελαττώματα επιφάνειας με βάθος μικρότερο από 20 μm.Τα ελαττώματα της επιφάνειας εφαρμόζονται σε περιοχές που σχηματίζονται με ίσα βήματα.Στο συνολικό μοντέλο του ελατηρίου, το μήκος του ευθύγραμμου κομματιού σύρματος είναι 100 mm.Για το πρώτο υπομοντέλο, εφαρμόστε το υπομοντέλο 1 με μήκος 3 mm σε μια διαμήκη θέση 75 mm από το καθολικό μοντέλο.Αυτή η προσομοίωση χρησιμοποίησε ένα τρισδιάστατο (3D) εξαγωνικό στοιχείο οκτώ κόμβων.Στο καθολικό μοντέλο και στο υπομοντέλο 1, το ελάχιστο μήκος πλευράς κάθε στοιχείου είναι 0,5 και 0,2 mm, αντίστοιχα.Μετά την ανάλυση του υπομοντέλου 1, τα ελαττώματα επιφάνειας εφαρμόζονται στο υπομοντέλο 2 και το μήκος και το πλάτος του υπομοντέλου 2 είναι 3 φορές το μήκος του ελαττώματος επιφάνειας για να εξαλειφθεί η επίδραση των οριακών συνθηκών του υπομοντέλου, στο Επιπλέον, το 50% του μήκους και του πλάτους χρησιμοποιείται ως βάθος του υπομοντέλου.Στο υπομοντέλο 2, το ελάχιστο μήκος πλευράς κάθε στοιχείου είναι 0,005 mm.Ορισμένα επιφανειακά ελαττώματα εφαρμόστηκαν στην ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων όπως φαίνεται στον Πίνακα 3.
Στο σχ.Το σχήμα 12 δείχνει την κατανομή της τάσης στις επιφανειακές ρωγμές μετά από ψυχρή επεξεργασία ενός πηνίου.Το γενικό μοντέλο και το υπομοντέλο 1 δείχνουν σχεδόν τις ίδιες τάσεις 1076 και 1079 MPa στην ίδια θέση, γεγονός που επιβεβαιώνει την ορθότητα της μεθόδου υπομοντελοποίησης.Οι τοπικές συγκεντρώσεις τάσεων εμφανίζονται στα οριακά άκρα του υπομοντέλου.Προφανώς, αυτό οφείλεται στις οριακές συνθήκες του υπομοντέλου.Λόγω της συγκέντρωσης τάσεων, το υπομοντέλο 2 με εφαρμοζόμενα ελαττώματα επιφάνειας εμφανίζει τάση 2449 MPa στο άκρο του ελαττώματος κατά την ψυχρή έλαση.Όπως φαίνεται στον Πίνακα 3, τα ελαττώματα της επιφάνειας που εντοπίστηκαν με τη μέθοδο της επιφάνειας απόκρισης εφαρμόστηκαν στο εσωτερικό του ελατηρίου.Τα αποτελέσματα της ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων έδειξαν ότι καμία από τις 13 περιπτώσεις επιφανειακών ελαττωμάτων δεν απέτυχε.
Κατά τη διαδικασία περιέλιξης σε όλες τις τεχνολογικές διεργασίες, το βάθος των επιφανειακών ελαττωμάτων μέσα στο ελατήριο αυξήθηκε κατά 0,1–2,62 μm (Εικ. 13a) και το πλάτος μειώθηκε κατά 1,8–35,79 μm (Εικ. 13β), ενώ το μήκος αυξήθηκε κατά 0,72 –34,47 µm (Εικ. 13γ).Δεδομένου ότι το εγκάρσιο ελάττωμα σχήματος V κλείνει σε πλάτος με κάμψη κατά τη διαδικασία ψυχρής έλασης, παραμορφώνεται σε ένα ελάττωμα σχήματος V με μεγαλύτερη κλίση από το αρχικό ελάττωμα.
Παραμόρφωση σε βάθος, πλάτος και μήκος ελαττωμάτων επιφάνειας καλωδίου OT στη διαδικασία κατασκευής.
Εφαρμόστε ελαττώματα επιφάνειας στο εξωτερικό του ελατηρίου και προβλέψτε την πιθανότητα θραύσης κατά την ψυχρή έλαση χρησιμοποιώντας την ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων.Υπό τις συνθήκες που αναφέρονται στον Πίνακα.3, δεν υπάρχει πιθανότητα καταστροφής ελαττωμάτων στην εξωτερική επιφάνεια.Με άλλα λόγια, δεν σημειώθηκε καταστροφή στο βάθος των επιφανειακών ελαττωμάτων από 2,5 έως 40 μm.
Για την πρόβλεψη κρίσιμων επιφανειακών ελαττωμάτων, διερευνήθηκαν εξωτερικά σπασίματα κατά την ψυχρή έλαση αυξάνοντας το βάθος του ελαττώματος από 40 μm σε 5 μm.Στο σχ.14 δείχνει κατάγματα κατά μήκος επιφανειακών ελαττωμάτων.Το κάταγμα συμβαίνει υπό συνθήκες βάθους (55 μm), πλάτους (2 μm) και μήκους (733 μm).Το κρίσιμο βάθος ενός επιφανειακού ελαττώματος έξω από το ελατήριο αποδείχθηκε ότι ήταν 55 μm.
Η διαδικασία σπασίματος καταστέλλει την ανάπτυξη ρωγμών και αυξάνει τη διάρκεια ζωής της κόπωσης δημιουργώντας μια υπολειπόμενη θλιπτική τάση σε ένα ορισμένο βάθος από την επιφάνεια του ελατηρίου.Ωστόσο, προκαλεί συγκέντρωση τάσης αυξάνοντας την επιφανειακή τραχύτητα του ελατηρίου, μειώνοντας έτσι την αντοχή του ελατηρίου στην κόπωση.Ως εκ τούτου, η δευτερεύουσα τεχνολογία κοψίματος χρησιμοποιείται για την παραγωγή ελατηρίων υψηλής αντοχής για την αντιστάθμιση της μείωσης της διάρκειας κόπωσης που προκαλείται από την αύξηση της τραχύτητας της επιφάνειας που προκαλείται από το κοψίδι.Το κοψίδι σε δύο στάδια μπορεί να βελτιώσει την τραχύτητα της επιφάνειας, τη μέγιστη υπολειμματική τάση συμπίεσης και την υπολειπόμενη τάση συμπίεσης της επιφάνειας, επειδή η δεύτερη βολή εκτελείται μετά την πρώτη βολή12,13,14.
Στο σχ.Το Σχήμα 15 δείχνει ένα αναλυτικό μοντέλο της διαδικασίας της αμμοβολής.Δημιουργήθηκε ένα ελαστικό-πλαστικό μοντέλο στο οποίο 25 σφαίρες έπεσαν στην περιοχή στόχου της γραμμής OT για βολή.Στο μοντέλο ανάλυσης βολής, χρησιμοποιήθηκαν ως αρχικά ελαττώματα επιφανειακά ελαττώματα του σύρματος OT που παραμορφώθηκαν κατά τη διάρκεια της ψυχρής περιέλιξης.Αφαίρεση των υπολειμματικών τάσεων που προκύπτουν από τη διαδικασία ψυχρής έλασης με σκλήρυνση πριν από τη διαδικασία της αμμοβολής.Χρησιμοποιήθηκαν οι ακόλουθες ιδιότητες της σφαίρας βολής: πυκνότητα (ρ): 7800 kg/m3, μέτρο ελαστικότητας (Ε) – 210 GPa, λόγος Poisson (υ): 0,3.Ο συντελεστής τριβής μεταξύ της μπάλας και του υλικού ορίζεται σε 0,1.Βολές με διάμετρο 0,6 και 0,3 mm εκτοξεύτηκαν με την ίδια ταχύτητα 30 m/s κατά το πρώτο και το δεύτερο πέρασμα σφυρηλάτησης.Μετά τη διαδικασία της αμμοβολής (μεταξύ άλλων διαδικασιών παραγωγής που φαίνονται στο σχήμα 13), το βάθος, το πλάτος και το μήκος των επιφανειακών ελαττωμάτων εντός του ελατηρίου κυμαίνονταν από -6,79 έως 0,28 μm, -4,24 έως 1,22 μm και -2,59 έως 1,69 μm, αντίστοιχα μm.Λόγω της πλαστικής παραμόρφωσης του βλήματος που εκτοξεύεται κάθετα στην επιφάνεια του υλικού, το βάθος του ελαττώματος μειώνεται, ειδικότερα, το πλάτος του ελαττώματος μειώνεται σημαντικά.Προφανώς, το ελάττωμα ήταν κλειστό λόγω πλαστικής παραμόρφωσης που προκλήθηκε από βολή.
Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας θερμικής συρρίκνωσης, τα αποτελέσματα της ψυχρής συρρίκνωσης και της ανόπτησης σε χαμηλή θερμοκρασία μπορούν να δράσουν στο ελατήριο της βαλβίδας του κινητήρα ταυτόχρονα.Μια ψυχρή ρύθμιση μεγιστοποιεί το επίπεδο τάσης του ελατηρίου συμπιέζοντάς το στο υψηλότερο δυνατό επίπεδο σε θερμοκρασία δωματίου.Σε αυτήν την περίπτωση, εάν το ελατήριο της βαλβίδας κινητήρα φορτωθεί πάνω από την αντοχή διαρροής του υλικού, το ελατήριο της βαλβίδας κινητήρα παραμορφώνεται πλαστικά, αυξάνοντας την αντοχή διαρροής.Μετά την πλαστική παραμόρφωση, το ελατήριο της βαλβίδας κάμπτεται, αλλά η αυξημένη αντοχή διαρροής παρέχει την ελαστικότητα του ελατηρίου της βαλβίδας στην πραγματική λειτουργία.Η ανόπτηση σε χαμηλή θερμοκρασία βελτιώνει την αντίσταση στη θερμότητα και την παραμόρφωση των ελατηρίων βαλβίδων που λειτουργούν σε υψηλές θερμοκρασίες2.
Τα επιφανειακά ελαττώματα που παραμορφώθηκαν κατά τη διάρκεια της εκτόξευσης με βολή στην ανάλυση FE και το πεδίο υπολειπόμενης τάσης που μετρήθηκε με εξοπλισμό περίθλασης ακτίνων Χ (XRD) εφαρμόστηκαν στο υπομοντέλο 2 (Εικ. 8) για να συναχθεί η αλλαγή στα ελαττώματα κατά τη συρρίκνωση θερμότητας.Το ελατήριο σχεδιάστηκε για να λειτουργεί στην ελαστική περιοχή και συμπιέστηκε από το ελεύθερο ύψος του 50,5 mm στο σταθερό ύψος του 21,8 mm και στη συνέχεια αφέθηκε να επιστρέψει στο αρχικό του ύψος των 50,5 mm ως συνθήκη ανάλυσης.Κατά τη θερμική συρρίκνωση, η γεωμετρία του ελαττώματος αλλάζει ασήμαντα.Προφανώς, η υπολειπόμενη θλιπτική τάση των 800 MPa και άνω, που δημιουργείται από την εκτόξευση, καταστέλλει την παραμόρφωση των επιφανειακών ελαττωμάτων.Μετά τη θερμική συρρίκνωση (Εικ. 13), το βάθος, το πλάτος και το μήκος των επιφανειακών ελαττωμάτων κυμαίνονταν από -0,13 έως 0,08 μm, από -0,75 έως 0 μm και από 0,01 έως 2,4 μm, αντίστοιχα.
Στο σχ.16 συγκρίνει παραμορφώσεις ελαττωμάτων σχήματος U και σχήματος V του ίδιου βάθους (40 μm), πλάτους (22 μm) και μήκους (600 μm).Η αλλαγή στο πλάτος των ελαττωμάτων σχήματος U και σχήματος V είναι μεγαλύτερη από τη μεταβολή του μήκους, η οποία προκαλείται από το κλείσιμο στην κατεύθυνση του πλάτους κατά τη διαδικασία ψυχρής έλασης και αμμοβολής.Σε σύγκριση με τα ελαττώματα σχήματος U, τα ελαττώματα σχήματος V σχηματίστηκαν σε σχετικά μεγαλύτερο βάθος και με πιο απότομες κλίσεις, γεγονός που υποδηλώνει ότι μπορεί να ακολουθηθεί μια συντηρητική προσέγγιση κατά την εφαρμογή ελαττωμάτων σχήματος V.
Αυτή η ενότητα εξετάζει την παραμόρφωση του αρχικού ελαττώματος στη γραμμή OT για κάθε διαδικασία κατασκευής ελατηρίου βαλβίδας.Το αρχικό ελάττωμα του σύρματος OT εφαρμόζεται στο εσωτερικό του ελατηρίου της βαλβίδας όπου αναμένεται αστοχία λόγω των υψηλών καταπονήσεων κατά τη λειτουργία του ελατηρίου.Τα εγκάρσια ελαττώματα της επιφάνειας σχήματος V των συρμάτων OT αυξήθηκαν ελαφρώς σε βάθος και μήκος και μειώθηκαν απότομα σε πλάτος λόγω κάμψης κατά την ψυχρή περιέλιξη.Το κλείσιμο στην κατεύθυνση του πλάτους λαμβάνει χώρα κατά τη διάρκεια της βολής με μικρή ή καθόλου αξιοσημείωτη παραμόρφωση ελαττώματος κατά την τελική ρύθμιση θερμότητας.Στη διαδικασία της ψυχρής έλασης και της βολής, υπάρχει μεγάλη παραμόρφωση στην κατεύθυνση του πλάτους λόγω πλαστικής παραμόρφωσης.Το ελάττωμα σχήματος V μέσα στο ελατήριο της βαλβίδας μετατρέπεται σε ελάττωμα σχήματος Τ λόγω του κλεισίματος του πλάτους κατά τη διαδικασία ψυχρής έλασης.