310 Stainless steel coil tube chemical component , Epekto ng mga Depekto sa Ibabaw sa Oil-Hardened Steel Wire sa Fatigue Life ng Valve Springs sa Automotive Engines

Salamat sa pagbisita sa Nature.com.Gumagamit ka ng bersyon ng browser na may limitadong suporta sa CSS.Para sa pinakamagandang karanasan, inirerekomenda namin na gumamit ka ng na-update na browser (o huwag paganahin ang Compatibility Mode sa Internet Explorer).Bilang karagdagan, upang matiyak ang patuloy na suporta, ipinapakita namin ang site na walang mga istilo at JavaScript.
Mga slider na nagpapakita ng tatlong artikulo sa bawat slide.Gamitin ang likod at susunod na mga pindutan upang lumipat sa mga slide, o ang mga pindutan ng slide controller sa dulo upang lumipat sa bawat slide.

Hindi kinakalawang na asero 310 coiled tubes /coiled tubingKomposisyong kemikalat komposisyon

Ang sumusunod na talahanayan ay nagpapakita ng kemikal na komposisyon ng grade 310S hindi kinakalawang na asero.

10*1mm 9.25*1.24 mm 310 Hindi kinakalawang na asero na mga supplier ng capillary coiled tube

Mga Katangiang Pisikal

Ang mga pisikal na katangian ng grade 310S hindi kinakalawang na asero ay ipinapakita sa sumusunod na talahanayan.

Mga Katangiang Mekanikal

Ang sumusunod na talahanayan ay binabalangkas ang mga mekanikal na katangian ng grade 310S hindi kinakalawang na asero.

Katangiang thermal

Ang mga thermal properties ng grade 310S stainless steel ay ibinibigay sa sumusunod na talahanayan.

Iba pang mga pagtatalaga

Ang iba pang mga pagtatalaga na katumbas ng grade 310S na hindi kinakalawang na asero ay nakalista sa sumusunod na talahanayan.

Ang layunin ng pag-aaral na ito ay suriin ang buhay ng pagkapagod ng isang valve spring ng isang makina ng sasakyan kapag nag-aaplay ng mga microdefect sa isang oil-hardened wire na 2300 MPa grade (OT wire) na may kritikal na depth depth na 2.5 mm ang diameter.Una, ang pagpapapangit ng mga depekto sa ibabaw ng OT wire sa panahon ng paggawa ng valve spring ay nakuha sa pamamagitan ng finite element analysis gamit ang subsimulation method, at ang natitirang stress ng natapos na spring ay sinusukat at inilapat sa spring stress analysis model.Pangalawa, pag-aralan ang lakas ng valve spring, suriin ang natitirang stress, at ihambing ang antas ng inilapat na stress sa mga imperfections sa ibabaw.Pangatlo, ang epekto ng mga microdefect sa nakakapagod na buhay ng tagsibol ay nasuri sa pamamagitan ng paglalapat ng stress sa mga depekto sa ibabaw na nakuha mula sa pagsusuri ng lakas ng tagsibol sa SN curves na nakuha mula sa flexural fatigue test sa panahon ng pag-ikot ng wire OT.Ang lalim ng depekto na 40 µm ay ang kasalukuyang pamantayan para sa pamamahala ng mga depekto sa ibabaw nang hindi nakompromiso ang buhay ng pagkapagod.
Ang industriya ng automotive ay may malakas na pangangailangan para sa magaan na mga bahagi ng automotive upang mapabuti ang kahusayan ng gasolina ng mga sasakyan.Kaya, ang paggamit ng advanced high strength steel (AHSS) ay tumataas sa mga nakaraang taon.Ang mga automotive engine valve spring ay pangunahing binubuo ng heat-resistant, wear-resistant at non-sagging oil-hardened steel wires (OT wires).
Dahil sa kanilang mataas na tensile strength (1900–2100 MPa), ginagawang posible ng kasalukuyang ginagamit na OT wires na bawasan ang laki at masa ng engine valve springs, mapabuti ang fuel efficiency sa pamamagitan ng pagbabawas ng friction sa mga nakapaligid na bahagi1.Dahil sa mga pakinabang na ito, ang paggamit ng mataas na boltahe na wire rod ay mabilis na tumataas, at ang ultra-high-strength wire rod ng 2300MPa class ay lilitaw nang isa-isa.Ang mga valve spring sa mga automotive engine ay nangangailangan ng mahabang buhay ng serbisyo dahil gumagana ang mga ito sa ilalim ng mataas na cyclic load.Upang matugunan ang kinakailangang ito, karaniwang isinasaalang-alang ng mga tagagawa ang buhay ng pagkapagod na higit sa 5.5 × 107 na mga cycle kapag nagdidisenyo ng mga valve spring at naglalagay ng natitirang diin sa ibabaw ng balbula sa spring sa pamamagitan ng mga proseso ng shot peening at heat shrink upang mapabuti ang buhay ng pagkapagod2.
Nagkaroon ng ilang mga pag-aaral sa nakakapagod na buhay ng mga helical spring sa mga sasakyan sa ilalim ng normal na mga kondisyon ng operating.Gzal et al.Ang analytical, experimental at finite element (FE) na pagsusuri ng mga elliptical helical spring na may maliit na helix na anggulo sa ilalim ng static load ay ipinakita.Ang pag-aaral na ito ay nagbibigay ng tahasan at simpleng pagpapahayag para sa lokasyon ng maximum shear stress versus aspect ratio at stiffness index, at nagbibigay din ng analytical insight sa maximum shear stress, isang kritikal na parameter sa mga praktikal na disenyo3.Pastorcic et al.Ang mga resulta ng pagsusuri ng pagkasira at pagkapagod ng isang helical spring na inalis mula sa isang pribadong kotse pagkatapos ng pagkabigo sa operasyon ay inilarawan.Gamit ang mga eksperimentong pamamaraan, ang isang sirang spring ay sinuri at ang mga resulta ay nagmumungkahi na ito ay isang halimbawa ng pagkabigo sa pagkapagod ng kaagnasan4.hole, atbp. Maraming mga linear regression spring life model ang binuo para suriin ang fatigue life ng automotive helical spring.Putra at iba pa.Dahil sa hindi pantay ng ibabaw ng kalsada, natutukoy ang buhay ng serbisyo ng helical spring ng kotse.Gayunpaman, maliit na pananaliksik ang ginawa kung paano nakakaapekto ang mga depekto sa ibabaw na nangyayari sa panahon ng proseso ng pagmamanupaktura sa buhay ng mga automotive coil spring.
Ang mga depekto sa ibabaw na nangyayari sa panahon ng proseso ng pagmamanupaktura ay maaaring humantong sa lokal na konsentrasyon ng stress sa mga valve spring, na makabuluhang binabawasan ang kanilang buhay ng pagkapagod.Ang mga depekto sa ibabaw ng mga valve spring ay sanhi ng iba't ibang mga kadahilanan, tulad ng mga depekto sa ibabaw ng mga hilaw na materyales na ginamit, mga depekto sa mga tool, magaspang na paghawak sa panahon ng malamig na rolling7.Ang mga depekto sa ibabaw ng hilaw na materyal ay matarik na V-shaped dahil sa mainit na rolling at multi-pass drawing, habang ang mga depekto na dulot ng forming tool at pabaya sa paghawak ay U-shaped na may banayad na slope8,9,10,11.Ang mga hugis-V na depekto ay nagdudulot ng mas mataas na konsentrasyon ng stress kaysa sa mga depektong hugis-U, kaya ang mahigpit na pamantayan sa pamamahala ng depekto ay karaniwang inilalapat sa panimulang materyal.
Kasama sa kasalukuyang mga pamantayan sa pamamahala ng depekto sa ibabaw para sa mga OT wire ang ASTM A877/A877M-10, DIN EN 10270-2, JIS G 3561, at KS D 3580. Tinutukoy ng DIN EN 10270-2 na ang lalim ng depekto sa ibabaw sa mga diameter ng wire na 0.5– Ang 10 mm ay mas mababa sa 0.5–1% ng diameter ng wire.Bilang karagdagan, ang JIS G 3561 at KS D 3580 ay nangangailangan na ang lalim ng mga depekto sa ibabaw sa wire rod na may diameter na 0.5–8 mm ay mas mababa sa 0.5% ng diameter ng wire.Sa ASTM A877/A877M-10, dapat magkasundo ang tagagawa at mamimili sa pinapayagang lalim ng mga depekto sa ibabaw.Upang sukatin ang lalim ng isang depekto sa ibabaw ng isang wire, ang wire ay karaniwang naka-ukit ng hydrochloric acid, at pagkatapos ay ang lalim ng depekto ay sinusukat gamit ang isang micrometer.Gayunpaman, masusukat lamang ng pamamaraang ito ang mga depekto sa ilang partikular na lugar at hindi sa buong ibabaw ng huling produkto.Samakatuwid, ang mga tagagawa ay gumagamit ng eddy current testing sa panahon ng proseso ng pagguhit ng wire upang sukatin ang mga depekto sa ibabaw sa patuloy na ginawang wire;masusukat ng mga pagsubok na ito ang lalim ng mga depekto sa ibabaw hanggang 40 µm.Ang 2300MPa grade steel wire na nasa ilalim ng development ay may mas mataas na tensile strength at mas mababang elongation kaysa sa kasalukuyang 1900-2200MPa grade steel wire, kaya ang valve spring fatigue life ay itinuturing na napakasensitibo sa surface defects.Samakatuwid, kinakailangang suriin ang kaligtasan ng paglalapat ng mga umiiral na pamantayan para sa pagkontrol sa lalim ng mga depekto sa ibabaw para sa steel wire grade 1900-2200 MPa hanggang steel wire grade 2300 MPa.
Ang layunin ng pag-aaral na ito ay suriin ang buhay ng pagkapagod ng isang automotive engine valve spring kapag ang pinakamababang flaw depth na nasusukat ng eddy current testing (ibig sabihin, 40 µm) ay inilapat sa isang 2300 MPa grade OT wire (diameter: 2.5 mm): critical flaw lalim .Ang kontribusyon at pamamaraan ng pag-aaral na ito ay ang mga sumusunod.
Bilang paunang depekto sa OT wire, ginamit ang isang hugis-V na depekto, na seryosong nakakaapekto sa buhay ng pagkapagod, sa nakahalang direksyon na nauugnay sa wire axis.Isaalang-alang ang ratio ng mga dimensyon (α) at ​​haba (β) ng isang depekto sa ibabaw upang makita ang epekto ng lalim nito (h), lapad (w), at haba (l).Ang mga depekto sa ibabaw ay nangyayari sa loob ng tagsibol, kung saan unang nangyari ang pagkabigo.
Upang mahulaan ang pagpapapangit ng mga paunang depekto sa OT wire sa panahon ng malamig na paikot-ikot, ginamit ang isang sub-simulation na diskarte, na isinasaalang-alang ang oras ng pagsusuri at ang laki ng mga depekto sa ibabaw, dahil ang mga depekto ay napakaliit kumpara sa OT wire.pandaigdigang modelo.
Ang mga natitirang compressive stress sa tagsibol pagkatapos ng dalawang yugto ng pagbaril sa peening ay kinakalkula sa pamamagitan ng paraan ng finite element, ang mga resulta ay inihambing sa mga sukat pagkatapos ng shot peening upang kumpirmahin ang analytical model.Bilang karagdagan, ang mga natitirang stress sa mga bukal ng balbula mula sa lahat ng mga proseso ng pagmamanupaktura ay sinusukat at inilapat sa pagsusuri ng lakas ng tagsibol.
Ang mga stress sa mga depekto sa ibabaw ay hinuhulaan sa pamamagitan ng pagsusuri sa lakas ng tagsibol, na isinasaalang-alang ang pagpapapangit ng depekto sa panahon ng malamig na pag-roll at ang natitirang compressive stress sa natapos na tagsibol.
Ang rotational bending fatigue test ay isinagawa gamit ang isang OT wire na ginawa mula sa parehong materyal tulad ng valve spring.Upang maiugnay ang natitirang stress at mga katangian ng pagkamagaspang sa ibabaw ng mga gawa-gawang bukal ng balbula sa mga linya ng OT, nakuha ang mga kurba ng SN sa pamamagitan ng pag-ikot ng mga pagsubok sa pagkapagod ng baluktot pagkatapos maglapat ng dalawang yugto ng pagbaril at pamamaluktot bilang mga proseso ng pretreatment.
Ang mga resulta ng pagsusuri ng lakas ng tagsibol ay inilapat sa Goodman equation at sa SN curve upang mahulaan ang buhay ng pagkapagod ng tagsibol ng balbula, at ang epekto ng lalim ng depekto sa ibabaw sa buhay ng pagkapagod ay sinusuri din.
Sa pag-aaral na ito, ginamit ang isang 2300 MPa OT grade wire na may diameter na 2.5 mm upang suriin ang buhay ng pagkapagod ng isang automotive engine valve spring.Una, isang tensile test ng wire ang isinagawa upang makuha ang ductile fracture model nito.
Ang mga mekanikal na katangian ng OT wire ay nakuha mula sa tensile tests bago ang finite element analysis ng cold winding process at spring strength.Ang stress-strain curve ng materyal ay tinutukoy gamit ang mga resulta ng tensile test sa isang strain rate na 0.001 s-1, tulad ng ipinapakita sa fig.1. Ginagamit ang SWONB-V wire, at ang yield strength nito, tensile strength, elastic modulus at Poisson's ratio ay 2001.2MPa, 2316MPa, 206GPa at 0.3 ayon sa pagkakabanggit.Ang dependence ng stress sa flow strain ay nakuha bilang mga sumusunod:
kanin.2 ay naglalarawan ng proseso ng ductile fracture.Ang materyal ay sumasailalim sa elastoplastic deformation sa panahon ng pagpapapangit, at ang materyal ay lumiliit kapag ang stress sa materyal ay umabot sa lakas ng makunat nito.Kasunod nito, ang paglikha, paglaki at pag-uugnay ng mga void sa loob ng materyal ay humahantong sa pagkasira ng materyal.
Gumagamit ang ductile fracture model ng stress-modified critical deformation model na isinasaalang-alang ang epekto ng stress, at ang post-necking fracture ay gumagamit ng damage accumulation method.Dito, ang pagsisimula ng pinsala ay ipinahayag bilang isang function ng strain, stress triaxiality, at strain rate.Ang stress triaxiality ay tinukoy bilang ang average na halaga na nakuha sa pamamagitan ng paghahati ng hydrostatic stress na dulot ng pagpapapangit ng materyal hanggang sa pagbuo ng leeg ng epektibong stress.Sa paraan ng pag-iipon ng pinsala, ang pagkasira ay nangyayari kapag ang halaga ng pinsala ay umabot sa 1, at ang enerhiya na kinakailangan upang maabot ang halaga ng pinsala na 1 ay tinukoy bilang ang enerhiya ng pagkasira (Gf).Ang enerhiya ng bali ay tumutugma sa rehiyon ng tunay na kurba ng stress-displacement ng materyal mula sa leeg hanggang sa oras ng pagkabali.
Sa kaso ng conventional steels, depende sa stress mode, ductile fracture, shear fracture, o mixed mode fracture ay nangyayari dahil sa ductility at shear fracture, tulad ng ipinapakita sa Figure 3. Ang fracture strain at stress triaxiality ay nagpakita ng iba't ibang halaga para sa pattern ng bali.
Ang plastic failure ay nangyayari sa isang rehiyon na tumutugma sa isang stress triaxiality na higit sa 1/3 (zone I), at ang fracture strain at stress triaxiality ay maaaring mahihinuha mula sa mga tensile test sa mga specimen na may mga depekto sa ibabaw at notch.Sa lugar na naaayon sa stress triaxiality ng 0 ~ 1/3 (zone II), isang kumbinasyon ng ductile fracture at shear failure ay nangyayari (ibig sabihin sa pamamagitan ng torsion test. Sa lugar na tumutugma sa stress triaxiality mula -1/3 hanggang 0 (III), shear failure na dulot ng compression, at fracture strain at stress triaxiality ay maaaring makuha sa pamamagitan ng upsetting test.
Para sa mga OT wire na ginagamit sa paggawa ng mga engine valve spring, kinakailangang isaalang-alang ang mga bali na dulot ng iba't ibang kondisyon ng paglo-load sa panahon ng proseso ng pagmamanupaktura at mga kondisyon ng aplikasyon.Samakatuwid, ang mga tensile at torsion test ay isinagawa upang mailapat ang failure strain criterion, ang epekto ng stress triaxiality sa bawat stress mode ay isinasaalang-alang, at ang elastoplastic finite element analysis sa malalaking strains ay isinagawa upang mabilang ang pagbabago sa stress triaxiality.Ang compression mode ay hindi isinasaalang-alang dahil sa limitasyon ng sample processing, ibig sabihin, ang diameter ng OT wire ay 2.5 mm lamang.Ang talahanayan 1 ay naglilista ng mga kondisyon ng pagsubok para sa makunat at pamamaluktot, pati na rin ang triaxiality ng stress at fracture strain, na nakuha gamit ang pagsusuri ng finite element.
Ang fracture strain ng conventional triaxial steels sa ilalim ng stress ay maaaring mahulaan gamit ang sumusunod na equation.
kung saan ang C1: \({\overline{{\varepsilon}_{0}}}^{pl}\) clean cut (η = 0) at C2: \({\overline{{\varepsilon}_{0} } }^{pl}\) Uniaxial tension (η = η0 = 1/3).
Ang mga linya ng trend para sa bawat mode ng stress ay nakuha sa pamamagitan ng paglalapat ng mga halaga ng fracture strain C1 at C2 sa equation.(2);Ang C1 at C2 ay nakukuha mula sa tensile at torsion test sa mga sample na walang mga depekto sa ibabaw.Ipinapakita ng Figure 4 ang stress triaxiality at fracture strain na nakuha mula sa mga pagsubok at ang mga linya ng trend na hinulaang ng equation.(2) Ang linya ng trend na nakuha mula sa pagsubok at ang relasyon sa pagitan ng stress triaxiality at fracture strain ay nagpapakita ng katulad na trend.Ang fracture strain at stress triaxiality para sa bawat stress mode, na nakuha mula sa aplikasyon ng mga linya ng trend, ay ginamit bilang pamantayan para sa ductile fracture.
Ang break energy ay ginagamit bilang isang materyal na ari-arian upang matukoy ang oras na masira pagkatapos ng necking at maaaring makuha mula sa tensile tests.Ang enerhiya ng bali ay nakasalalay sa pagkakaroon o kawalan ng mga bitak sa ibabaw ng materyal, dahil ang oras ng pagkabali ay nakasalalay sa konsentrasyon ng mga lokal na stress.Ipinapakita ng mga figure 5a-c ang mga fracture energies ng mga sample na walang mga depekto sa ibabaw at mga sample na may R0.4 o R0.8 notches mula sa mga tensile test at finite element analysis.Ang enerhiya ng bali ay tumutugma sa lugar ng tunay na kurba ng stress-displacement mula sa leeg hanggang sa oras ng bali.
Ang enerhiya ng pagkabali ng isang OT wire na may pinong mga depekto sa ibabaw ay hinulaang sa pamamagitan ng pagsasagawa ng mga tensile test sa isang OT wire na may depth na lalim na higit sa 40 µm, tulad ng ipinapakita sa Fig. 5d.Sampung specimens na may mga depekto ang ginamit sa mga tensile test at ang average na fracture energy ay tinatayang nasa 29.12 mJ/mm2.
Ang standardized surface defect ay tinukoy bilang ratio ng lalim ng depekto sa diameter ng valve spring wire, anuman ang surface defect geometry ng OT wire na ginamit sa paggawa ng mga automotive valve spring.Maaaring uriin ang mga depekto sa OT wire batay sa oryentasyon, geometry, at haba.Kahit na may parehong lalim ng depekto, ang antas ng stress na kumikilos sa isang depekto sa ibabaw sa isang spring ay nag-iiba depende sa geometry at oryentasyon ng depekto, kaya ang geometry at oryentasyon ng depekto ay maaaring makaapekto sa lakas ng pagkapagod.Samakatuwid, kinakailangang isaalang-alang ang geometry at oryentasyon ng mga depekto na may pinakamalaking epekto sa buhay ng pagkapagod ng isang spring upang mailapat ang mahigpit na pamantayan para sa pamamahala ng mga depekto sa ibabaw.Dahil sa pinong istraktura ng butil ng OT wire, ang buhay ng pagkapagod nito ay napakasensitibo sa notching.Samakatuwid, ang depekto na nagpapakita ng pinakamataas na konsentrasyon ng stress ayon sa geometry at oryentasyon ng depekto ay dapat na maitatag bilang paunang depekto gamit ang pagtatasa ng finite element.Sa fig.6 ay nagpapakita ng ultra-high strength na 2300 MPa class na automotive valve spring na ginamit sa pag-aaral na ito.
Ang mga depekto sa ibabaw ng OT wire ay nahahati sa mga panloob na depekto at panlabas na mga depekto ayon sa spring axis.Dahil sa baluktot sa panahon ng malamig na rolling, ang compressive stress at tensile stress ay kumikilos sa loob at labas ng spring, ayon sa pagkakabanggit.Ang bali ay maaaring sanhi ng mga depekto sa ibabaw na lumilitaw mula sa labas dahil sa tensile stresses sa panahon ng cold rolling.
Sa pagsasagawa, ang tagsibol ay sumasailalim sa pana-panahong pag-compress at pagpapahinga.Sa panahon ng compression ng spring, ang steel wire ay umiikot, at dahil sa konsentrasyon ng mga stress, ang shear stress sa loob ng spring ay mas mataas kaysa sa nakapalibot na shear stress7.Samakatuwid, kung may mga depekto sa ibabaw sa loob ng tagsibol, ang posibilidad na masira ang tagsibol ay ang pinakamalaking.Kaya, ang panlabas na bahagi ng tagsibol (ang lokasyon kung saan inaasahan ang pagkabigo sa panahon ng paggawa ng tagsibol) at ang panloob na bahagi (kung saan ang stress ay pinakamalaki sa aktwal na aplikasyon) ay nakatakda bilang mga lokasyon ng mga depekto sa ibabaw.
Ang surface defect geometry ng OT lines ay nahahati sa U-shape, V-shape, Y-shape, at T-shape.Pangunahing umiiral ang Y-type at T-type sa mga depekto sa ibabaw ng mga hilaw na materyales, at ang U-type at V-type na mga depekto ay nangyayari dahil sa walang ingat na paghawak ng mga tool sa cold rolling process.Tungkol sa geometry ng mga depekto sa ibabaw sa mga hilaw na materyales, ang mga depektong hugis-U na nagmumula sa hindi pare-parehong pagpapapangit ng plastik sa panahon ng mainit na pag-roll ay na-deform sa hugis-V, hugis-Y at hugis-T na mga depekto sa tahi sa ilalim ng multi-pass stretching8, 10.
Bilang karagdagan, ang hugis-V, hugis-Y at hugis-T na mga depekto na may matarik na hilig ng bingaw sa ibabaw ay sasailalim sa mataas na konsentrasyon ng stress sa panahon ng pagpapatakbo ng tagsibol.Ang mga balbula spring ay yumuko sa panahon ng malamig na pag-ikot at pag-twist sa panahon ng operasyon.Ang mga konsentrasyon ng stress ng hugis-V at hugis-Y na mga depekto na may mas mataas na konsentrasyon ng stress ay inihambing gamit ang pagtatasa ng finite element, ABAQUS – komersyal na software ng pagtatasa ng finite element.Ang ugnayan ng stress-strain ay ipinapakita sa Figure 1 at Equation 1. (1) Gumagamit ang simulation na ito ng two-dimensional (2D) rectangular four-node na elemento, at ang minimum na haba ng gilid ng elemento ay 0.01 mm.Para sa analytical model, ang V-shaped at Y-shaped na mga depekto na may lalim na 0.5 mm at isang slope ng depekto na 2° ay inilapat sa isang 2D na modelo ng isang wire na may diameter na 2.5 mm at isang haba ng 7.5 mm.
Sa fig.Ang 7a ay nagpapakita ng bending stress concentration sa dulo ng bawat depekto kapag ang isang bending moment na 1500 Nmm ay inilapat sa magkabilang dulo ng bawat wire.Ang mga resulta ng pagsusuri ay nagpapakita na ang pinakamataas na stress ng 1038.7 at 1025.8 MPa ay nangyayari sa mga tuktok ng hugis-V at hugis-Y na mga depekto, ayon sa pagkakabanggit.Sa fig.Ipinapakita ng 7b ang konsentrasyon ng stress sa tuktok ng bawat depekto na dulot ng pamamaluktot.Kapag ang kaliwang bahagi ay napilitan at ang isang metalikang kuwintas na 1500 N∙mm ay inilapat sa kanang bahagi, ang parehong maximum na diin na 1099 MPa ay nangyayari sa mga dulo ng hugis-V at hugis-Y na mga depekto.Ang mga resultang ito ay nagpapakita na ang mga V-type na depekto ay nagpapakita ng mas mataas na bending stress kaysa sa Y-type na mga depekto kapag sila ay may parehong lalim at slope ng depekto, ngunit sila ay nakakaranas ng parehong torsional stress.Samakatuwid, ang hugis-V at hugis-Y na mga depekto sa ibabaw na may parehong lalim at slope ng depekto ay maaaring gawing normal sa mga hugis-V na may mas mataas na maximum na stress na dulot ng konsentrasyon ng stress.Ang V-type defect size ratio ay tinukoy bilang α = w/h gamit ang lalim (h) at lapad (w) ng mga V-type at T-type na mga depekto;kaya, isang T-type na depekto (α ≈ 0) sa halip, ang geometry ay maaaring tukuyin ng geometric na istraktura ng isang V-type na depekto.Samakatuwid, ang Y-type at T-type na mga depekto ay maaaring gawing normal sa pamamagitan ng V-type na mga depekto.Gamit ang lalim (h) at haba (l), ang ratio ng haba ay tinukoy bilang β = l/h.
Tulad ng ipinapakita sa Figure 811, ang mga direksyon ng mga depekto sa ibabaw ng mga OT wire ay nahahati sa mga longitudinal, transverse at oblique na direksyon, tulad ng ipinapakita sa Figure 811. Pagsusuri ng impluwensya ng oryentasyon ng mga depekto sa ibabaw sa lakas ng spring ng may hangganan na elemento paraan.
Sa fig.9a ay nagpapakita ng engine valve spring stress analysis model.Bilang isang kondisyon ng pagsusuri, ang spring ay na-compress mula sa isang libreng taas na 50.5 mm hanggang sa isang matigas na taas na 21.8 mm, isang maximum na stress ng 1086 MPa ay nabuo sa loob ng spring, tulad ng ipinapakita sa Fig. 9b.Dahil ang pagkabigo ng aktwal na mga bukal ng balbula ng makina ay pangunahing nangyayari sa loob ng tagsibol, ang pagkakaroon ng mga panloob na depekto sa ibabaw ay inaasahang seryosong makakaapekto sa buhay ng pagkapagod ng tagsibol.Samakatuwid, ang mga depekto sa ibabaw sa longitudinal, transverse at oblique na mga direksyon ay inilalapat sa loob ng engine valve springs gamit ang mga sub-modeling techniques.Ipinapakita ng talahanayan 2 ang mga sukat ng mga depekto sa ibabaw at ang pinakamataas na diin sa bawat direksyon ng depekto sa maximum na spring compression.Ang pinakamataas na mga stress ay sinusunod sa transverse na direksyon, at ang ratio ng mga stress sa longitudinal at pahilig na direksyon sa transverse na direksyon ay tinatantya bilang 0.934-0.996.Ang ratio ng stress ay maaaring matukoy sa pamamagitan lamang ng paghahati ng halagang ito sa pinakamataas na transverse stress.Ang pinakamataas na stress sa tagsibol ay nangyayari sa tuktok ng bawat depekto sa ibabaw, tulad ng ipinapakita sa Fig. 9s.Ang mga halaga ng stress na sinusunod sa longitudinal, transverse, at oblique na direksyon ay 2045, 2085, at 2049 MPa, ayon sa pagkakabanggit.Ang mga resulta ng mga pag-aaral na ito ay nagpapakita na ang mga transverse surface defect ay may direktang epekto sa fatigue life ng engine valve spring.
Ang isang hugis-V na depekto, na ipinapalagay na pinaka direktang nakakaapekto sa buhay ng pagkapagod ng engine valve spring, ay pinili bilang paunang depekto ng OT wire, at ang transverse na direksyon ay pinili bilang direksyon ng depekto.Ang depekto na ito ay nangyayari hindi lamang sa labas, kung saan nasira ang balbula ng engine sa panahon ng paggawa, kundi pati na rin sa loob, kung saan ang pinakamalaking stress ay nangyayari dahil sa konsentrasyon ng stress sa panahon ng operasyon.Ang maximum na depth ng flaw ay nakatakda sa 40 µm, na maaaring matukoy ng eddy current flaw detection, at ang minimum na depth ay nakatakda sa lalim na tumutugma sa 0.1% ng 2.5 mm wire diameter.Samakatuwid, ang lalim ng depekto ay mula 2.5 hanggang 40 µm.Ang lalim, haba, at lapad ng mga bahid na may ratio ng haba na 0.1~1 at ratio ng haba na 5~15 ay ginamit bilang mga variable, at nasuri ang epekto nito sa lakas ng pagkapagod ng spring.Inililista ng talahanayan 3 ang mga kundisyong analitikal na tinutukoy gamit ang pamamaraang ibabaw ng tugon.
Ang mga automotive engine valve spring ay ginawa sa pamamagitan ng cold winding, tempering, shot blasting at heat setting ng OT wire.Ang mga pagbabago sa mga depekto sa ibabaw sa panahon ng paggawa ng tagsibol ay dapat isaalang-alang upang masuri ang epekto ng mga paunang depekto sa ibabaw sa mga OT wire sa buhay ng pagkapagod ng mga bukal ng balbula ng engine.Samakatuwid, sa seksyong ito, ginagamit ang pagtatasa ng finite element upang mahulaan ang pagpapapangit ng mga depekto sa ibabaw ng OT wire sa panahon ng paggawa ng bawat spring.
Sa fig.Ipinapakita ng 10 ang proseso ng malamig na paikot-ikot.Sa prosesong ito, ang OT wire ay ipinapasok sa wire guide ng feed roller.Ang wire guide ay nagpapakain at sumusuporta sa wire upang maiwasan ang pagbaluktot sa panahon ng proseso ng pagbuo.Ang wire na dumadaan sa wire guide ay baluktot ng una at pangalawang rods upang bumuo ng coil spring na may nais na inside diameter.Ang spring pitch ay ginawa sa pamamagitan ng paggalaw ng stepping tool pagkatapos ng isang rebolusyon.
Sa fig.Ang 11a ay nagpapakita ng isang modelo ng may hangganan na elemento na ginamit upang suriin ang pagbabago sa geometry ng mga depekto sa ibabaw sa panahon ng malamig na rolling.Ang pagbuo ng wire ay pangunahing nakumpleto ng winding pin.Dahil ang oxide layer sa ibabaw ng wire ay nagsisilbing lubricant, ang friction effect ng feed roller ay bale-wala.Samakatuwid, sa modelo ng pagkalkula, ang feed roller at ang wire guide ay pinasimple bilang isang bushing.Ang koepisyent ng friction sa pagitan ng OT wire at ng forming tool ay nakatakda sa 0.05.Ang 2D rigid body plane at mga kundisyon ng pag-aayos ay inilalapat sa kaliwang dulo ng linya upang maipakain ito sa direksyong X sa parehong bilis ng feed roller (0.6 m/s).Sa fig.Ipinapakita ng 11b ang paraan ng sub-simulation na ginamit upang maglapat ng maliliit na depekto sa mga wire.Upang isaalang-alang ang laki ng mga depekto sa ibabaw, ang submodel ay inilapat nang dalawang beses para sa mga depekto sa ibabaw na may lalim na 20 µm o higit pa at tatlong beses para sa mga depekto sa ibabaw na may lalim na mas mababa sa 20 µm.Ang mga depekto sa ibabaw ay inilalapat sa mga lugar na nabuo na may pantay na hakbang.Sa pangkalahatang modelo ng spring, ang haba ng tuwid na piraso ng wire ay 100 mm.Para sa unang submodel, ilapat ang submodel 1 na may haba na 3mm sa isang longitudinal na posisyon na 75mm mula sa pandaigdigang modelo.Gumamit ang simulation na ito ng three-dimensional (3D) hexagonal na eight-node na elemento.Sa pandaigdigang modelo at submodel 1, ang pinakamababang haba ng gilid ng bawat elemento ay 0.5 at 0.2 mm, ayon sa pagkakabanggit.Pagkatapos ng pagsusuri ng sub-model 1, inilalapat ang mga surface defect sa sub-model 2, at ang haba at lapad ng sub-model 2 ay 3 beses ang haba ng surface defect para maalis ang impluwensya ng mga kondisyon ng hangganan ng sub-model, sa Bilang karagdagan, 50% ng haba at lapad ang ginagamit bilang lalim ng sub-modelo.Sa sub-modelo 2, ang pinakamababang haba ng gilid ng bawat elemento ay 0.005 mm.Ang ilang mga depekto sa ibabaw ay inilapat sa pagsusuri ng finite element tulad ng ipinapakita sa Talahanayan 3.
Sa fig.Ipinapakita ng 12 ang pamamahagi ng stress sa mga bitak sa ibabaw pagkatapos ng malamig na paggana ng isang coil.Ang pangkalahatang modelo at submodel 1 ay nagpapakita ng halos parehong mga stress ng 1076 at 1079 MPa sa parehong lugar, na nagpapatunay sa kawastuhan ng paraan ng submodeling.Ang mga lokal na konsentrasyon ng stress ay nangyayari sa mga gilid ng hangganan ng submodel.Tila, ito ay dahil sa mga kondisyon ng hangganan ng submodel.Dahil sa konsentrasyon ng stress, ang sub-modelo 2 na may inilapat na mga depekto sa ibabaw ay nagpapakita ng stress na 2449 MPa sa dulo ng depekto sa panahon ng malamig na pag-roll.Tulad ng ipinapakita sa Talahanayan 3, ang mga depekto sa ibabaw na kinilala ng paraan ng ibabaw ng tugon ay inilapat sa loob ng tagsibol.Ang mga resulta ng pagsusuri ng finite element ay nagpakita na wala sa 13 kaso ng mga depekto sa ibabaw ang nabigo.
Sa panahon ng paikot-ikot na proseso sa lahat ng teknolohikal na proseso, ang lalim ng mga depekto sa ibabaw sa loob ng tagsibol ay tumaas ng 0.1–2.62 µm (Larawan 13a), at ang lapad ay bumaba ng 1.8–35.79 µm (Larawan 13b), habang ang haba ay tumaas ng 0.72 –34.47 µm (Larawan 13c).Dahil ang nakahalang V-shaped defect ay sarado sa lapad sa pamamagitan ng baluktot sa panahon ng cold rolling process, ito ay deformed sa isang hugis-V na depekto na may mas matarik na slope kaysa sa orihinal na depekto.
Deformation sa Lalim, Lapad at Haba ng OT Wire Surface Defects sa Proseso ng Paggawa.
Ilapat ang mga depekto sa ibabaw sa labas ng tagsibol at hulaan ang posibilidad ng pagbasag sa panahon ng cold rolling gamit ang Finite Element Analysis.Sa ilalim ng mga kondisyong nakalista sa Talahanayan.3, walang posibilidad ng pagkasira ng mga depekto sa panlabas na ibabaw.Sa madaling salita, walang pagkasira ang naganap sa lalim ng mga depekto sa ibabaw mula 2.5 hanggang 40 µm.
Upang mahulaan ang mga kritikal na depekto sa ibabaw, ang mga panlabas na bali sa panahon ng cold rolling ay sinisiyasat sa pamamagitan ng pagtaas ng lalim ng depekto mula 40 µm hanggang 5 µm.Sa fig.Ang 14 ay nagpapakita ng mga bali sa mga depekto sa ibabaw.Ang bali ay nangyayari sa ilalim ng mga kondisyon ng lalim (55 µm), lapad (2 µm), at haba (733 µm).Ang kritikal na lalim ng isang depekto sa ibabaw sa labas ng tagsibol ay naging 55 μm.
Ang proseso ng shot peening ay pinipigilan ang paglaki ng crack at pinapataas ang buhay ng pagkapagod sa pamamagitan ng paglikha ng natitirang compressive stress sa isang tiyak na lalim mula sa ibabaw ng spring;gayunpaman, ito ay nagpapahiwatig ng konsentrasyon ng stress sa pamamagitan ng pagtaas ng pagkamagaspang sa ibabaw ng tagsibol, kaya binabawasan ang paglaban sa pagkapagod ng tagsibol.Samakatuwid, ang pangalawang shot peening na teknolohiya ay ginagamit upang makabuo ng mataas na lakas ng mga bukal upang mabayaran ang pagbawas sa buhay ng pagkapagod na dulot ng pagtaas ng pagkamagaspang sa ibabaw na dulot ng shot peening.Maaaring mapabuti ng two-stage shot peening ang surface roughness, maximum compressive residual stress, at surface compressive residual stress dahil ang pangalawang shot peening ay ginagawa pagkatapos ng unang shot peening12,13,14.
Sa fig.15 ay nagpapakita ng isang analytical na modelo ng proseso ng shot blasting.Ang isang elastic-plastic na modelo ay nilikha kung saan 25 shotballs ang ibinagsak sa target na lokal na lugar ng OT line para sa shot blasting.Sa modelo ng pagtatasa ng shot blasting, ang mga depekto sa ibabaw ng OT wire na na-deform sa panahon ng malamig na paikot-ikot ay ginamit bilang mga paunang depekto.Pag-alis ng mga natitirang stress na nagmumula sa proseso ng cold rolling sa pamamagitan ng tempering bago ang proseso ng shot blasting.Ang mga sumusunod na katangian ng shot sphere ay ginamit: density (ρ): 7800 kg/m3, elastic modulus (E) – 210 GPa, Poisson's ratio (υ): 0.3.Ang koepisyent ng friction sa pagitan ng bola at ng materyal ay nakatakda sa 0.1.Ang mga shot na may diameter na 0.6 at 0.3 mm ay inilabas sa parehong bilis na 30 m/s sa una at pangalawang forging pass.Pagkatapos ng proseso ng shot blasting (kabilang sa iba pang mga proseso ng pagmamanupaktura na ipinapakita sa Figure 13), ang lalim, lapad, at haba ng mga depekto sa ibabaw sa loob ng spring ay mula -6.79 hanggang 0.28 µm, -4.24 hanggang 1.22 µm, at -2 .59 hanggang 1.69 µm, ayon sa pagkakabanggit µm.Dahil sa plastic deformation ng projectile ejected patayo sa ibabaw ng materyal, ang lalim ng depekto ay bumababa, lalo na, ang lapad ng depekto ay makabuluhang nabawasan.Tila, ang depekto ay sarado dahil sa plastic deformation na dulot ng shot peening.
Sa panahon ng proseso ng pag-urong ng init, ang mga epekto ng malamig na pag-urong at mababang temperatura na pagsusubo ay maaaring kumilos sa spring valve ng engine nang sabay.Pina-maximize ng malamig na setting ang antas ng tensyon ng spring sa pamamagitan ng pag-compress nito sa pinakamataas na posibleng antas nito sa temperatura ng kuwarto.Sa kasong ito, kung ang engine valve spring ay na-load sa itaas ng yield strength ng materyal, ang engine valve spring ay plasticly deforms, na nagpapataas ng yield strength.Pagkatapos ng plastic deformation, ang balbula spring flexes, ngunit ang tumaas na lakas ng ani ay nagbibigay ng pagkalastiko ng balbula spring sa aktwal na operasyon.Ang mababang temperatura na pagsusubo ay nagpapabuti sa init at deformation resistance ng mga valve spring na tumatakbo sa mataas na temperatura2.
Ang mga depekto sa ibabaw na na-deform sa panahon ng shot blasting sa pagsusuri ng FE at ang natitirang stress field na sinusukat gamit ang X-ray diffraction (XRD) na kagamitan ay inilapat sa sub-modelo 2 (Fig. 8) upang mahinuha ang pagbabago sa mga depekto sa panahon ng pag-urong ng init.Ang spring ay idinisenyo upang gumana sa nababanat na hanay at na-compress mula sa libreng taas nito na 50.5 mm hanggang sa matatag na taas nito na 21.8 mm at pagkatapos ay pinahintulutang bumalik sa orihinal nitong taas na 50.5 mm bilang isang kondisyon ng pagsusuri.Sa panahon ng pag-urong ng init, hindi gaanong nagbabago ang geometry ng depekto.Tila, ang natitirang compressive stress na 800 MPa at sa itaas, na nilikha ng shot blasting, ay pinipigilan ang pagpapapangit ng mga depekto sa ibabaw.Pagkatapos ng pag-urong ng init (Larawan 13), ang lalim, lapad, at haba ng mga depekto sa ibabaw ay nag-iiba mula -0.13 hanggang 0.08 µm, mula -0.75 hanggang 0 µm, at mula 0.01 hanggang 2.4 µm, ayon sa pagkakabanggit.
Sa fig.Inihahambing ng 16 ang mga deformasyon ng hugis-U at hugis-V na mga depekto ng parehong lalim (40 µm), lapad (22 µm) at haba (600 µm).Ang pagbabago sa lapad ng hugis-U at hugis-V na mga depekto ay mas malaki kaysa sa pagbabago sa haba, na sanhi ng pagsasara sa direksyon ng lapad sa panahon ng proseso ng cold rolling at shot blasting.Kung ikukumpara sa mga depektong hugis-U, ang mga depektong hugis-V ay nabuo sa medyo mas malalim at may mas matarik na mga dalisdis, na nagmumungkahi na ang isang konserbatibong diskarte ay maaaring gawin kapag nag-aaplay ng mga depekto na hugis-V.
Tinatalakay ng seksyong ito ang pagpapapangit ng paunang depekto sa linya ng OT para sa bawat proseso ng paggawa ng valve spring.Ang paunang OT wire defect ay inilapat sa loob ng valve spring kung saan inaasahan ang pagkabigo dahil sa mataas na stress sa panahon ng operasyon ng spring.Ang mga transverse V-shaped surface defects ng OT wires ay bahagyang tumaas sa lalim at haba at biglang nabawasan ang lapad dahil sa baluktot sa panahon ng malamig na paikot-ikot.Ang pagsasara sa direksyon ng lapad ay nangyayari sa panahon ng shot peening na may kaunti o walang kapansin-pansing deformation sa panahon ng huling setting ng init.Sa proseso ng cold rolling at shot peening, mayroong malaking deformation sa lapad na direksyon dahil sa plastic deformation.Ang hugis-V na depekto sa loob ng valve spring ay nagiging T-shaped na depekto dahil sa lapad na pagsasara sa panahon ng cold rolling process.