310 Komponenti kimik i tubit të mbështjelljes prej çeliku inox, Efekti i defekteve sipërfaqësore në tela çeliku të ngurtësuar me vaj në jetën e lodhjes së burimeve të valvulave në motorët e automobilave

Faleminderit që vizituat Nature.com.Ju jeni duke përdorur një version të shfletuesit me mbështetje të kufizuar CSS.Për përvojën më të mirë, ju rekomandojmë të përdorni një shfletues të përditësuar (ose çaktivizoni modalitetin e përputhshmërisë në Internet Explorer).Përveç kësaj, për të siguruar mbështetje të vazhdueshme, ne e shfaqim sajtin pa stile dhe JavaScript.
Rrëshqitës që tregojnë tre artikuj për rrëshqitje.Përdorni butonat e pasëm dhe të ardhshëm për të lëvizur nëpër rrëshqitje, ose butonat e kontrolluesit të rrëshqitjes në fund për të lëvizur nëpër secilën rrëshqitje.

Tuba me mbështjellje çelik inox 310 / tuba me mbështjelljePërbërje kimikedhe përbërjen

Tabela e mëposhtme tregon përbërjen kimike të çelikut inox të klasës 310S.

10*1mm 9,25*1,24 mm 310 Furnizues tubi kapilar me mbështjellje

Vetitë fizike

Karakteristikat fizike të çelikut inox të klasës 310S janë paraqitur në tabelën e mëposhtme.

Vetitë mekanike

Tabela e mëposhtme përshkruan vetitë mekanike të çelikut inox të klasës 310S.

Vetitë termike

Karakteristikat termike të çelikut inox të klasës 310S janë dhënë në tabelën e mëposhtme.

Emërtime të tjera

Emërtime të tjera ekuivalente me çelik inox të klasës 310S janë renditur në tabelën e mëposhtme.

Qëllimi i këtij studimi është të vlerësojë jetëgjatësinë e lodhjes së një suste valvulash të një motori automobilistik kur aplikohen mikrodefekte në një tel të ngurtësuar me vaj të shkallës 2300 MPa (tel OT) me një thellësi kritike të defektit prej 2.5 mm në diametër.Së pari, deformimi i defekteve sipërfaqësore të telit OT gjatë prodhimit të sustës së valvulës u mor me analizën e elementeve të fundme duke përdorur metodat e subsimulimit, dhe stresi i mbetur i sustës së përfunduar u mat dhe u aplikua në modelin e analizës së stresit të sustës.Së dyti, analizoni forcën e sustës së valvulës, kontrolloni për stresin e mbetur dhe krahasoni nivelin e stresit të aplikuar me papërsosmëritë e sipërfaqes.Së treti, efekti i mikrodefekteve në jetëgjatësinë e lodhjes së sustave u vlerësua duke aplikuar stresin në defektet sipërfaqësore të marra nga analiza e forcës së sustave në kthesat SN të marra nga testi i lodhjes përkulëse gjatë rrotullimit të telit OT.Një thellësi defekti prej 40 µm është standardi aktual për menaxhimin e defekteve sipërfaqësore pa kompromentuar jetëgjatësinë e lodhjes.
Industria e automobilave ka një kërkesë të madhe për komponentë të lehtë të automobilave për të përmirësuar efikasitetin e karburantit të automjeteve.Kështu, përdorimi i çelikut të avancuar me forcë të lartë (AHSS) është rritur vitet e fundit.Sustat e valvulave të motorit të automobilave përbëhen kryesisht nga tela çeliku rezistent ndaj nxehtësisë, rezistente ndaj konsumit dhe jo të varur nga vaji i ngurtësuar (tela OT).
Për shkak të forcës së tyre të lartë në tërheqje (1900–2100 MPa), telat OT të përdorur aktualisht bëjnë të mundur zvogëlimin e madhësisë dhe masës së sustave të valvulave të motorit, përmirësojnë efikasitetin e karburantit duke reduktuar fërkimin me pjesët përreth1.Për shkak të këtyre avantazheve, përdorimi i shufrës teli me tension të lartë po rritet me shpejtësi dhe shufra teli me rezistencë ultra të lartë të klasës 2300MPa shfaqet njëri pas tjetrit.Sustat e valvulave në motorët e automobilave kërkojnë një jetë të gjatë shërbimi, sepse ato funksionojnë nën ngarkesa të larta ciklike.Për të përmbushur këtë kërkesë, prodhuesit zakonisht e konsiderojnë jetëgjatësinë e lodhjes më të madhe se 5,5×107 cikle kur projektojnë sustat e valvulave dhe aplikojnë stres të mbetur në sipërfaqen e sustave të valvulës nëpërmjet proceseve të zvogëlimit dhe tkurrjes së nxehtësisë për të përmirësuar jetëgjatësinë e lodhjes2.
Ka pasur mjaft studime mbi jetëgjatësinë e lodhjes së sustave spirale në automjete në kushte normale funksionimi.Gzal etj.Paraqiten analizat analitike, eksperimentale dhe të elementeve të fundme (FE) të sustave spirale eliptike me kënde të vogla spirale nën ngarkesë statike.Ky studim ofron një shprehje të qartë dhe të thjeshtë për vendndodhjen e stresit prerës maksimal kundrejt raportit të pamjes dhe indeksit të ngurtësisë, dhe gjithashtu ofron një pasqyrë analitike mbi stresin maksimal të prerjes, një parametër kritik në projektimet praktike3.Pastorcic et al.Përshkruhen rezultatet e analizës së shkatërrimit dhe lodhjes së një burimi spirale të hequr nga një makinë private pas dështimit në funksionim.Duke përdorur metoda eksperimentale, u ekzaminua një susta e thyer dhe rezultatet sugjerojnë se ky është një shembull i dështimit të lodhjes nga korrozioni4.vrima, etj. Janë zhvilluar disa modele të jetës së pranverës me regresion linear për të vlerësuar jetëgjatësinë e lodhjes së sustave spirale të automobilave.Putra dhe të tjerët.Për shkak të pabarazisë së sipërfaqes së rrugës, përcaktohet jeta e shërbimit të sustës spirale të makinës.Megjithatë, pak kërkime janë bërë se si defektet sipërfaqësore që ndodhin gjatë procesit të prodhimit ndikojnë në jetën e sustave të mbështjelljes së automobilave.
Defektet sipërfaqësore që ndodhin gjatë procesit të prodhimit mund të çojnë në përqendrim lokal të stresit në sustat e valvulave, gjë që redukton ndjeshëm jetëgjatësinë e tyre të lodhjes.Defektet sipërfaqësore të sustave të valvulave shkaktohen nga faktorë të ndryshëm, si defekte sipërfaqësore të lëndëve të para të përdorura, defekte në vegla, trajtimi i ashpër gjatë rrotullimit të ftohtë7.Defektet sipërfaqësore të lëndës së parë janë në formë V-je të pjerrët për shkak të rrotullimit të nxehtë dhe tërheqjes me shumë kalime, ndërsa defektet e shkaktuara nga mjeti formues dhe trajtimi i pakujdesshëm janë në formë U-je me pjerrësi të butë8,9,10,11.Defektet në formë V shkaktojnë përqendrime më të larta të stresit sesa defektet në formë U, kështu që kriteret e rrepta të menaxhimit të defekteve zakonisht zbatohen në materialin fillestar.
Standardet aktuale të menaxhimit të defekteve të sipërfaqes për telat OT përfshijnë ASTM A877/A877M-10, DIN EN 10270-2, JIS G 3561 dhe KS D 3580. DIN EN 10270-2 specifikon se thellësia e një defekti sipërfaqësor në diametrat e telit prej 5–0. 10 mm është më pak se 0,5-1% e diametrit të telit.Për më tepër, JIS G 3561 dhe KS D 3580 kërkojnë që thellësia e defekteve sipërfaqësore në shufrën e telit me diametër 0,5-8 mm të jetë më pak se 0,5% e diametrit të telit.Në ASTM A877/A877M-10, prodhuesi dhe blerësi duhet të bien dakord për thellësinë e lejueshme të defekteve sipërfaqësore.Për të matur thellësinë e një defekti në sipërfaqen e një teli, teli zakonisht gdhendet me acid klorhidrik, dhe më pas thellësia e defektit matet duke përdorur një mikrometër.Megjithatë, kjo metodë mund të matë vetëm defektet në zona të caktuara dhe jo në të gjithë sipërfaqen e produktit përfundimtar.Prandaj, prodhuesit përdorin testimin e rrymës vorbull gjatë procesit të tërheqjes së telit për të matur defektet sipërfaqësore në telin e prodhuar vazhdimisht;këto teste mund të matin thellësinë e defekteve të sipërfaqes deri në 40 µm.Teli çeliku i klasës 2300MPa në zhvillim ka forcë më të lartë në tërheqje dhe zgjatim më të ulët se teli ekzistues i çelikut 1900-2200MPa, kështu që jeta e lodhjes së pranverës së valvulës konsiderohet të jetë shumë e ndjeshme ndaj defekteve sipërfaqësore.Prandaj, është e nevojshme të kontrollohet siguria e aplikimit të standardeve ekzistuese për kontrollin e thellësisë së defekteve sipërfaqësore për tela çeliku të klasës 1900-2200 MPa deri në klasën e telit të çelikut 2300 MPa.
Qëllimi i këtij studimi është të vlerësojë jetëgjatësinë e lodhjes së një suste të valvulës së motorit të automobilave kur thellësia minimale e defektit e matshme nga testimi i rrymës vorbull (dmth. 40 µm) zbatohet në një tel OT të klasës 2300 MPa (diametri: 2,5 mm): defekt kritik thellesi .Kontributi dhe metodologjia e këtij studimi janë si më poshtë.
Si defekt fillestar në telin OT, është përdorur një defekt në formë V, i cili ndikon seriozisht në jetëgjatësinë e lodhjes, në drejtim tërthor në raport me boshtin e telit.Merrni parasysh raportin e dimensioneve (α) dhe gjatësisë (β) të një defekti sipërfaqësor për të parë efektin e thellësisë së tij (h), gjerësisë (w) dhe gjatësisë (l).Defektet sipërfaqësore ndodhin brenda sustës, ku së pari ndodh dështimi.
Për të parashikuar deformimin e defekteve fillestare në telin OT gjatë mbështjelljes së ftohtë, është përdorur një qasje nënsimuluese, e cila ka marrë parasysh kohën e analizës dhe madhësinë e defekteve sipërfaqësore, pasi defektet janë shumë të vogla në krahasim me telin OT.model global.
Sforcimet e mbetura të shtypjes në pranverë pas shkrirjes me goditje me dy faza u llogaritën me metodën e elementeve të fundme, rezultatet u krahasuan me matjet pas gjuajtjes me goditje për të konfirmuar modelin analitik.Përveç kësaj, sforcimet e mbetura në burimet e valvulave nga të gjitha proceset e prodhimit u matën dhe u aplikuan në analizën e forcës së sustës.
Sforcimet në defektet sipërfaqësore parashikohen duke analizuar forcën e sustave, duke marrë parasysh deformimin e defektit gjatë rrotullimit të ftohtë dhe stresin e mbetur në shtypje në sustën e përfunduar.
Testi i lodhjes së përkuljes rrotulluese u krye duke përdorur një tel OT të bërë nga i njëjti material si susta e valvulës.Për të korreluar stresin e mbetur dhe karakteristikat e vrazhdësisë së sipërfaqes të sustave të valvulave të fabrikuara me linjat OT, kthesat SN u morën duke rrotulluar testet e lodhjes së përkuljes pas aplikimit të rrahjes dhe rrotullimit me dy faza si procese paratrajtimi.
Rezultatet e analizës së forcës së sustës aplikohen në ekuacionin Goodman dhe në kurbën SN për të parashikuar jetëgjatësinë e lodhjes së sustës së valvulës, dhe gjithashtu vlerësohet efekti i thellësisë së defektit sipërfaqësor në jetëgjatësinë e lodhjes.
Në këtë studim, një tel i klasës OT 2300 MPa me një diametër prej 2,5 mm u përdor për të vlerësuar jetëgjatësinë e lodhjes së një suste të valvulës së motorit të automobilave.Së pari, u krye një provë elastike e telit për të marrë modelin e tij të thyerjes duktile.
Vetitë mekanike të telit OT janë marrë nga provat e tërheqjes përpara analizës së elementeve të fundme të procesit të mbështjelljes së ftohtë dhe forcës së sustës.Kurba sforcim-deformim i materialit u përcaktua duke përdorur rezultatet e provave në tërheqje me një shkallë deformimi prej 0,001 s-1, siç tregohet në fig.1. Përdoret teli SWONB-V dhe forca e tij e rrjedhjes, forca në tërheqje, moduli elastik dhe raporti i Poisson janë përkatësisht 2001.2MPa, 2316MPa, 206GPa dhe 0.3.Varësia e stresit nga tendosja e rrjedhës merret si më poshtë:
Oriz.2 ilustron procesin e thyerjes duktile.Materiali i nënshtrohet deformimit elastoplastik gjatë deformimit dhe materiali ngushtohet kur stresi në material arrin forcën e tij në tërheqje.Më pas, krijimi, rritja dhe shoqërimi i zbrazëtirave brenda materialit çojnë në shkatërrimin e materialit.
Modeli i thyerjes duktile përdor një model deformimi kritik të modifikuar nga stresi që merr parasysh efektin e stresit, dhe thyerja pas qafës përdor metodën e akumulimit të dëmtimit.Këtu, fillimi i dëmtimit shprehet si një funksion i sforcimit, triaksialitetit të stresit dhe shkallës së sforcimit.Triaksialiteti i stresit përcaktohet si vlera mesatare e përftuar nga pjesëtimi i stresit hidrostatik të shkaktuar nga deformimi i materialit deri në formimin e qafës nga sforcimi efektiv.Në metodën e akumulimit të dëmit, shkatërrimi ndodh kur vlera e dëmit arrin 1, dhe energjia e nevojshme për të arritur vlerën e dëmtimit prej 1 përcaktohet si energjia e shkatërrimit (Gf).Energjia e thyerjes korrespondon me rajonin e lakores së vërtetë të stresit-zhvendosjes së materialit nga koha e qafës deri në thyerjen.
Në rastin e çeliqeve konvencionale, në varësi të mënyrës së stresit, thyerja duktile, thyerja e prerjes ose thyerja e modalitetit të përzier ndodh për shkak të duktilitetit dhe thyerjes së prerjes, siç tregohet në figurën 3. Deformimi i thyerjes dhe triaksialiteti i stresit treguan vlera të ndryshme për modeli i thyerjes.
Dështimi i plastikës ndodh në një rajon që korrespondon me një treaksialitet të stresit prej më shumë se 1/3 (zona I), dhe sforcimi i thyerjes dhe treaksialiteti i stresit mund të konkludohen nga testet e tërheqjes në ekzemplarët me defekte sipërfaqësore dhe pika.Në zonën që korrespondon me treaksialitetin e stresit prej 0 ~ 1/3 (zona II), ndodh një kombinim i thyerjes duktile dhe dështimit në prerje (p.sh. përmes një testi përdredhjeje. Në zonën që korrespondon me treaksialitetin e stresit nga -1/3 në 0 (III), dështimi në prerje e shkaktuar nga ngjeshja dhe tendosja e thyerjes dhe triaksialiteti i stresit mund të përftohen me anë të testit përmbysës.
Për telat OT të përdorura në prodhimin e sustave të valvulave të motorit, është e nevojshme të merren parasysh thyerjet e shkaktuara nga kushte të ndryshme ngarkimi gjatë procesit të prodhimit dhe kushteve të aplikimit.Prandaj, testet e tërheqjes dhe përdredhjes u kryen për të aplikuar kriterin e sforcimit të dështimit, u mor parasysh efekti i triaksialitetit të stresit në çdo modalitet sforcimi dhe u krye analiza e elementeve të fundme elastoplastike në deformime të mëdha për të përcaktuar sasinë e ndryshimit në triaksialitetin e stresit.Mënyra e kompresimit nuk u konsiderua për shkak të kufizimit të përpunimit të mostrës, domethënë, diametri i telit OT është vetëm 2.5 mm.Tabela 1 liston kushtet e provës për tërheqjen dhe përdredhjen, si dhe triaksialitetin e stresit dhe sforcimin e thyerjes, të marra duke përdorur analizën e elementeve të fundme.
Deformimi i thyerjes së çeliqeve konvencionale treboshtore nën stres mund të parashikohet duke përdorur ekuacionin e mëposhtëm.
ku C1: \({\overline{{\varepsilon}_{0}}}^{pl}\) prerje e pastër (η = 0) dhe C2: \({\overline{{\varepsilon}_{0} } }^{pl}\) Tensioni njëaksial (η = η0 = 1/3).
Linjat e tendencës për çdo mënyrë stresi përftohen duke aplikuar vlerat e tendosjes së thyerjes C1 dhe C2 në ekuacion.(2);C1 dhe C2 janë marrë nga provat e tërheqjes dhe përdredhjes në mostrat pa defekte sipërfaqësore.Figura 4 tregon triaksialitetin e stresit dhe sforcimin e thyerjes të marra nga testet dhe linjat e tendencës të parashikuara nga ekuacioni.(2) Linja e prirjes e përftuar nga testi dhe lidhja midis triaksialitetit të stresit dhe tendosjes së thyerjes tregojnë një prirje të ngjashme.Deformimi i thyerjes dhe triaksialiteti i stresit për çdo mënyrë stresi, të marra nga aplikimi i linjave të tendencës, u përdorën si kriter për thyerjen duktile.
Energjia e thyerjes përdoret si një veti materiale për të përcaktuar kohën e thyerjes pas qafës dhe mund të merret nga provat e tërheqjes.Energjia e thyerjes varet nga prania ose mungesa e çarjeve në sipërfaqen e materialit, pasi koha e thyerjes varet nga përqendrimi i sforcimeve lokale.Figurat 5a-c tregojnë energjitë e thyerjes së kampioneve pa defekte sipërfaqësore dhe kampioneve me pika R0.4 ose R0.8 nga provat e tërheqjes dhe analiza e elementeve të fundme.Energjia e thyerjes korrespondon me zonën e kurbës së vërtetë të zhvendosjes së stresit nga qafa në kohën e thyerjes.
Energjia e thyerjes së një teli OT me defekte të imta sipërfaqësore u parashikua duke kryer teste tërheqëse në një tel OT me një thellësi defekti më të madhe se 40 µm, siç tregohet në Fig. 5d.Në testet e tërheqjes u përdorën dhjetë ekzemplarë me defekte dhe energjia mesatare e thyerjes u vlerësua në 29.12 mJ/mm2.
Defekti i standardizuar i sipërfaqes përcaktohet si raporti i thellësisë së defektit me diametrin e telit të pranverës së valvulës, pavarësisht nga gjeometria e defektit të sipërfaqes së telit OT që përdoret në prodhimin e sustave të valvulave të automobilave.Defektet e telit OT mund të klasifikohen në bazë të orientimit, gjeometrisë dhe gjatësisë.Edhe me të njëjtën thellësi defekti, niveli i stresit që vepron në një defekt sipërfaqësor në një susta ndryshon në varësi të gjeometrisë dhe orientimit të defektit, kështu që gjeometria dhe orientimi i defektit mund të ndikojnë në forcën e lodhjes.Prandaj, është e nevojshme të merret parasysh gjeometria dhe orientimi i defekteve që kanë ndikimin më të madh në jetëgjatësinë e lodhjes së një burimi në mënyrë që të zbatohen kritere të rrepta për menaxhimin e defekteve sipërfaqësore.Për shkak të strukturës së grimcave të imta të telit OT, jeta e tij e lodhjes është shumë e ndjeshme ndaj prerjes.Prandaj, defekti që shfaq përqendrimin më të lartë të stresit sipas gjeometrisë dhe orientimit të defektit duhet të përcaktohet si defekt fillestar duke përdorur analizën e elementeve të fundme.Në fig.6 tregon sustat e valvulave automobilistike të klasës 2300 MPa me forcë ultra të lartë të përdorur në këtë studim.
Defektet sipërfaqësore të telit OT ndahen në defekte të brendshme dhe defekte të jashtme sipas boshtit të sustës.Për shkak të përkuljes gjatë rrotullimit të ftohtë, sforcimi në shtypje dhe sforcimi në tërheqje veprojnë përkatësisht në pjesën e brendshme dhe të jashtme të sustave.Thyerja mund të shkaktohet nga defekte sipërfaqësore që shfaqen nga jashtë për shkak të sforcimeve në tërheqje gjatë rrotullimit të ftohtë.
Në praktikë, pranvera i nënshtrohet ngjeshjes dhe relaksimit periodik.Gjatë ngjeshjes së sustës, teli i çelikut rrotullohet dhe për shkak të përqendrimit të sforcimeve, sforcimi i prerjes brenda sustës është më i lartë se sforcimi i prerjes rrethuese7.Prandaj, nëse ka defekte sipërfaqësore brenda sustës, probabiliteti i thyerjes së sustës është më i madhi.Kështu, ana e jashtme e sustës (vendndodhja ku pritet dështimi gjatë prodhimit të sustave) dhe ana e brendshme (ku sforcimi është më i madh në aplikimin aktual) vendosen si vendndodhje të defekteve të sipërfaqes.
Gjeometria e defektit të sipërfaqes së linjave OT ndahet në formë U, formë V, Y dhe T-formë.Lloji Y dhe tipi T ekzistojnë kryesisht në defektet sipërfaqësore të lëndëve të para, dhe defektet e tipit U dhe të tipit V ndodhin për shkak të trajtimit të pakujdesshëm të mjeteve në procesin e rrotullimit të ftohtë.Për sa i përket gjeometrisë së defekteve të sipërfaqes në lëndët e para, defektet në formë U-je që lindin nga deformimi plastik jo uniform gjatë rrotullimit të nxehtë deformohen në defekte të tegelit në formë V-je, Y-je dhe T-je nën shtrirjen me shumë kalime8, 10.
Përveç kësaj, defektet në formë V, Y dhe T-je me pjerrësi të pjerrët të nivelit në sipërfaqe do t'i nënshtrohen përqendrimit të lartë të stresit gjatë funksionimit të sustës.Sustat e valvulave përkulen gjatë rrotullimit të ftohtë dhe rrotullohen gjatë funksionimit.Përqendrimet e stresit të defekteve në formë V dhe Y me përqendrime më të larta të stresit u krahasuan duke përdorur analizën e elementeve të fundme, ABAQUS - softuerin komercial të analizës së elementeve të fundme.Marrëdhënia sforcim-sforcim tregohet në figurën 1 dhe ekuacionin 1. (1) Ky simulim përdor një element dydimensional (2D) drejtkëndor me katër nyje, dhe gjatësia minimale e anës së elementit është 0.01 mm.Për modelin analitik, defekte në formë V dhe Y me thellësi 0,5 mm dhe një pjerrësi e defektit 2° u aplikuan në një model 2D të një teli me diametër 2,5 mm dhe gjatësi 7,5 mm.
Në fig.7a tregon përqendrimin e stresit të përkuljes në majë të çdo defekti kur një moment përkuljeje prej 1500 Nmm aplikohet në të dy skajet e çdo teli.Rezultatet e analizës tregojnë se sforcimet maksimale prej 1038.7 dhe 1025.8 MPa ndodhin në majat e defekteve në formë V dhe Y, përkatësisht.Në fig.7b tregon përqendrimin e stresit në krye të çdo defekti të shkaktuar nga përdredhja.Kur ana e majtë është e kufizuar dhe një çift rrotullues prej 1500 N∙mm aplikohet në anën e djathtë, i njëjti stres maksimal prej 1099 MPa ndodh në majat e defekteve në formë V dhe Y.Këto rezultate tregojnë se defektet e tipit V shfaqin stres më të lartë të përkuljes sesa defektet e tipit Y kur kanë të njëjtën thellësi dhe pjerrësi të defektit, por ato përjetojnë të njëjtin stres rrotullues.Prandaj, defektet sipërfaqësore në formë V dhe Y me të njëjtën thellësi dhe pjerrësi të defektit mund të normalizohen në ato në formë V me një stres maksimal më të lartë të shkaktuar nga përqendrimi i stresit.Raporti i madhësisë së defektit të tipit V përcaktohet si α = w/h duke përdorur thellësinë (h) dhe gjerësinë (w) të defekteve të tipit V dhe të tipit T;kështu, një defekt i tipit T (α ≈ 0), në vend të kësaj, gjeometria mund të përcaktohet nga struktura gjeometrike e një defekti të tipit V.Prandaj, defektet e tipit Y dhe të tipit T mund të normalizohen nga defektet e tipit V.Duke përdorur thellësinë (h) dhe gjatësinë (l), raporti i gjatësisë përcaktohet ndryshe si β = l/h.
Siç tregohet në figurën 811, drejtimet e defekteve sipërfaqësore të telave OT ndahen në drejtime gjatësore, tërthore dhe të pjerrëta, siç tregohet në figurën 811. Analiza e ndikimit të orientimit të defekteve sipërfaqësore në forcën e sustës nga elementi i fundëm metodë.
Në fig.9a tregon modelin e analizës së stresit të pranverës së valvulës së motorit.Si kusht analize, susta u ngjesh nga një lartësi e lirë prej 50,5 mm në një lartësi të fortë prej 21,8 mm, një stres maksimal prej 1086 MPa u krijua brenda sustës, siç tregohet në Fig. 9b.Meqenëse dështimi i burimeve aktuale të valvulave të motorit ndodh kryesisht brenda pranverës, prania e defekteve të sipërfaqes së brendshme pritet të ndikojë seriozisht në jetëgjatësinë e lodhjes së sustës.Prandaj, defektet sipërfaqësore në drejtimet gjatësore, tërthore dhe të pjerrëta aplikohen në pjesën e brendshme të sustave të valvulave të motorit duke përdorur teknika nën-modelimi.Tabela 2 tregon dimensionet e defekteve sipërfaqësore dhe stresin maksimal në çdo drejtim të defektit në ngjeshjen maksimale të sustës.Sforcimet më të larta janë vërejtur në drejtimin tërthor, dhe raporti i sforcimeve në drejtimin gjatësor dhe të zhdrejtë me drejtimin tërthor është vlerësuar si 0,934-0,996.Raporti i stresit mund të përcaktohet thjesht duke e ndarë këtë vlerë me stresin maksimal tërthor.Stresi maksimal në pranverë ndodh në krye të çdo defekti sipërfaqësor, siç tregohet në Fig. 9s.Vlerat e stresit të vërejtura në drejtimet gjatësore, tërthore dhe të pjerrëta janë përkatësisht 2045, 2085 dhe 2049 MPa.Rezultatet e këtyre analizave tregojnë se defektet e sipërfaqes tërthore kanë efektin më të drejtpërdrejtë në jetëgjatësinë e lodhjes së sustave të valvulave të motorit.
Një defekt në formë V, i cili supozohet se ndikon më drejtpërdrejt në jetëgjatësinë e lodhjes së sustës së valvulës së motorit, u zgjodh si defekt fillestar i telit OT dhe drejtimi tërthor u zgjodh si drejtim i defektit.Ky defekt nuk ndodh vetëm jashtë, ku susta e valvulës së motorit u prish gjatë prodhimit, por edhe brenda, ku stresi më i madh ndodh për shkak të përqendrimit të stresit gjatë funksionimit.Thellësia maksimale e defektit është vendosur në 40 µm, e cila mund të zbulohet nga zbulimi i defektit të rrymës vorbull dhe thellësia minimale vendoset në një thellësi që korrespondon me 0,1% të diametrit të telit 2,5 mm.Prandaj, thellësia e defektit është nga 2.5 në 40 μm.Si variabla u përdorën thellësia, gjatësia dhe gjerësia e defekteve me raport gjatësi 0.1~1 dhe raport gjatësi 5~15 dhe u vlerësua efekti i tyre në forcën e lodhjes së sustave.Tabela 3 liston kushtet analitike të përcaktuara duke përdorur metodologjinë e sipërfaqes së përgjigjes.
Sustat e valvulave të motorit të automobilave prodhohen nga mbështjellja e ftohtë, kalitja, shpërthimi me goditje dhe vendosja e nxehtësisë së telit OT.Ndryshimet në defektet e sipërfaqes gjatë fabrikimit të sustës duhet të merren parasysh për të vlerësuar efektin e defekteve fillestare të sipërfaqes në telat OT në jetëgjatësinë e lodhjes së sustave të valvulave të motorit.Prandaj, në këtë seksion, analiza e elementeve të fundme përdoret për të parashikuar deformimin e defekteve të sipërfaqes së telit OT gjatë prodhimit të çdo suste.
Në fig.10 tregon procesin e mbështjelljes së ftohtë.Gjatë këtij procesi, teli OT futet në udhëzuesin e telit nga ruli i furnizimit.Udhëzuesi i telit ushqen dhe mbështet telin për të parandaluar lakimin gjatë procesit të formimit.Teli që kalon nëpër udhëzuesin e telit përkulet nga shufrat e parë dhe të dytë për të formuar një pranverë spirale me diametrin e brendshëm të dëshiruar.Katrani i sustës prodhohet duke lëvizur mjetin e shkallëzimit pas një rrotullimi.
Në fig.11a tregon një model të elementeve të fundme që përdoret për të vlerësuar ndryshimin në gjeometrinë e defekteve të sipërfaqes gjatë rrotullimit të ftohtë.Formimi i telit kryhet kryesisht nga kunja e mbështjelljes.Meqenëse shtresa e oksidit në sipërfaqen e telit vepron si lubrifikant, efekti i fërkimit të rulit të ushqimit është i papërfillshëm.Prandaj, në modelin e llogaritjes, ruli i ushqimit dhe udhëzuesi i telit janë thjeshtuar si një tufë.Koeficienti i fërkimit midis telit OT dhe mjetit formues u vendos në 0.05.Plani i ngurtë i trupit 2D dhe kushtet e fiksimit aplikohen në skajin e majtë të linjës në mënyrë që të mund të ushqehet në drejtimin X me të njëjtën shpejtësi si rulja e furnizimit (0,6 m/s).Në fig.11b tregon metodën e nënsimulimit të përdorur për të aplikuar defekte të vogla në tela.Për të marrë parasysh madhësinë e defekteve sipërfaqësore, nënmodeli aplikohet dy herë për defekte sipërfaqësore me një thellësi prej 20 µm ose më shumë dhe tre herë për defekte sipërfaqësore me thellësi më të vogël se 20 µm.Defektet sipërfaqësore aplikohen në zonat e formuara me hapa të barabartë.Në modelin e përgjithshëm të sustës, gjatësia e pjesës së drejtë të telit është 100 mm.Për nënmodelin e parë, aplikoni nënmodelin 1 me gjatësi 3 mm në një pozicion gjatësor prej 75 mm nga modeli global.Ky simulim përdori një element tredimensional (3D) gjashtëkëndor me tetë nyje.Në modelin global dhe nënmodelin 1, gjatësia minimale anësore e secilit element është përkatësisht 0,5 dhe 0,2 mm.Pas analizës së nën-modelit 1, defektet e sipërfaqes aplikohen në nën-modelin 2, dhe gjatësia dhe gjerësia e nën-modelit 2 është 3 herë gjatësia e defektit të sipërfaqes për të eliminuar ndikimin e kushteve kufitare të nën-modelit, në Përveç kësaj, 50% e gjatësisë dhe gjerësisë përdoret si thellësi e nën-modelit.Në nën-modelin 2, gjatësia minimale anësore e secilit element është 0,005 mm.Disa defekte sipërfaqësore u aplikuan në analizën e elementeve të fundme siç tregohet në Tabelën 3.
Në fig.12 tregon shpërndarjen e stresit në çarjet sipërfaqësore pas punës së ftohtë të një spirale.Modeli i përgjithshëm dhe nënmodeli 1 tregojnë pothuajse të njëjtat sforcime prej 1076 dhe 1079 MPa në të njëjtin vend, gjë që konfirmon korrektësinë e metodës së nënmodelimit.Përqendrimet lokale të stresit ndodhin në skajet kufitare të nënmodelit.Me sa duket, kjo është për shkak të kushteve kufitare të nënmodelit.Për shkak të përqendrimit të stresit, nën-modeli 2 me defekte të sipërfaqes së aplikuar tregon një stres prej 2449 MPa në majë të defektit gjatë rrotullimit të ftohtë.Siç tregohet në tabelën 3, defektet sipërfaqësore të identifikuara nga metoda e sipërfaqes së përgjigjes u aplikuan në brendësi të sustave.Rezultatet e analizës së elementeve të fundme treguan se asnjë nga 13 rastet e defekteve sipërfaqësore nuk dështoi.
Gjatë procesit të mbështjelljes në të gjitha proceset teknologjike, thellësia e defekteve sipërfaqësore brenda burimit u rrit me 0,1-2,62 μm (Fig. 13a), dhe gjerësia u ul me 1,8-35,79 μm (Fig. 13b), ndërsa gjatësia u rrit me 0,72 –34,47 µm (Fig. 13c).Meqenëse defekti tërthor në formë V mbyllet në gjerësi duke u përkulur gjatë procesit të rrotullimit të ftohtë, ai deformohet në një defekt në formë V me një pjerrësi më të madhe se defekti origjinal.
Deformimi në thellësi, gjerësi dhe gjatësi të defekteve të sipërfaqes së telit OT në procesin e prodhimit.
Aplikoni defekte sipërfaqësore në pjesën e jashtme të sustave dhe parashikoni mundësinë e thyerjes gjatë rrotullimit të ftohtë duke përdorur Analizën e Elementeve të Fundit.Sipas kushteve të renditura në tabelë.3, nuk ka probabilitet të shkatërrimit të defekteve në sipërfaqen e jashtme.Me fjalë të tjera, asnjë shkatërrim nuk ndodhi në thellësinë e defekteve sipërfaqësore nga 2.5 në 40 μm.
Për të parashikuar defektet kritike të sipërfaqes, thyerjet e jashtme gjatë rrotullimit të ftohtë u hetuan duke rritur thellësinë e defektit nga 40 µm në 5 µm.Në fig.14 tregon thyerje përgjatë defekteve sipërfaqësore.Thyerja ndodh në kushtet e thellësisë (55 µm), gjerësisë (2 µm) dhe gjatësisë (733 µm).Thellësia kritike e një defekti sipërfaqësor jashtë burimit doli të jetë 55 μm.
Procesi i zbërthimit të goditjes shtyp rritjen e plasaritjeve dhe rrit jetëgjatësinë e lodhjes duke krijuar një stres të mbetur shtypës në një thellësi të caktuar nga sipërfaqja e sustës;megjithatë, ai nxit përqendrimin e stresit duke rritur vrazhdësinë e sipërfaqes së sustave, duke ulur kështu rezistencën ndaj lodhjes së sustave.Prandaj, teknologjia dytësore e zbërthimit të gjuajtjes përdoret për të prodhuar susta me forcë të lartë për të kompensuar reduktimin e jetëgjatësisë së lodhjes, të shkaktuar nga rritja e vrazhdësisë së sipërfaqes, e shkaktuar nga gërvishtja me goditje.Peening me dy faza mund të përmirësojë vrazhdësinë e sipërfaqes, stresin e mbetur në shtypje maksimale dhe stresin e mbetur të shtypjes sipërfaqësore, sepse gjurmimi i dytë i goditjes kryhet pas gjuajtjes së parë të goditjes12,13,14.
Në fig.15 tregon një model analitik të procesit të shpërthimit të zjarrit.U krijua një model elastik-plastik në të cilin 25 topa gjuajtje u hodhën në zonën lokale të synuar të linjës OT për shpërthim me goditje.Në modelin e analizës së shpërthimit me goditje, defektet sipërfaqësore të telit OT të deformuara gjatë mbështjelljes së ftohtë u përdorën si defekte fillestare.Heqja e sforcimeve të mbetura që lindin nga procesi i petëzimit në të ftohtë me kalitje përpara procesit të shpërthimit me goditje.Janë përdorur këto veti të sferës së gjuajtjes: dendësia (ρ): 7800 kg/m3, moduli elastik (E) – 210 GPa, raporti i Poisson-it (υ): 0,3.Koeficienti i fërkimit midis topit dhe materialit është vendosur në 0.1.Gjuajtjet me diametër 0,6 dhe 0,3 mm u hodhën me të njëjtën shpejtësi prej 30 m/s gjatë kalimit të parë dhe të dytë të falsifikimit.Pas procesit të shpërthimit me goditje (ndër proceseve të tjera të prodhimit të paraqitura në figurën 13), thellësia, gjerësia dhe gjatësia e defekteve të sipërfaqes brenda burimit varionin nga -6,79 në 0,28 µm, -4,24 në 1,22 µm dhe -2,59 në 1,69 µm, përkatësisht µm.Për shkak të deformimit plastik të predhës së hedhur pingul me sipërfaqen e materialit, thellësia e defektit zvogëlohet, në veçanti, gjerësia e defektit zvogëlohet ndjeshëm.Me sa duket, defekti është mbyllur për shkak të deformimit plastik të shkaktuar nga gjuajtja me plumb.
Gjatë procesit të tkurrjes së nxehtësisë, efektet e tkurrjes së ftohtë dhe pjekjes në temperaturë të ulët mund të veprojnë në pranverën e valvulës së motorit në të njëjtën kohë.Një mjedis i ftohtë maksimizon nivelin e tensionit të sustës duke e ngjeshur atë në nivelin më të lartë të mundshëm në temperaturën e dhomës.Në këtë rast, nëse susta e valvulës së motorit ngarkohet mbi forcën e rrjedhjes së materialit, susta e valvulës së motorit deformohet plastikisht, duke rritur forcën e rrjedhjes.Pas deformimit plastik, susta e valvulës përkulet, por forca e rritur e rrjedhjes siguron elasticitetin e sustës së valvulës në funksionimin aktual.Pjekja në temperaturë të ulët përmirëson rezistencën ndaj nxehtësisë dhe deformimit të sustave të valvulave që funksionojnë në temperatura të larta2.
Defektet sipërfaqësore të deformuara gjatë shpërthimit me goditje në analizën FE dhe fusha e stresit të mbetur e matur me pajisjet e difraksionit me rreze X (XRD) u aplikuan në nën-modelin 2 (Fig. 8) për të konstatuar ndryshimin e defekteve gjatë tkurrjes së nxehtësisë.Susta u projektua për të funksionuar në intervalin elastik dhe u ngjesh nga lartësia e lirë prej 50,5 mm në lartësinë e fortë prej 21,8 mm dhe më pas u lejua të kthehej në lartësinë e tij origjinale prej 50,5 mm si kusht analize.Gjatë tkurrjes së nxehtësisë, gjeometria e defektit ndryshon në mënyrë të parëndësishme.Me sa duket, sforcimi i mbetur në shtypje prej 800 MPa e lart, i krijuar nga shpërthimi me plumb, shtyp deformimin e defekteve sipërfaqësore.Pas tkurrjes së nxehtësisë (Fig. 13), thellësia, gjerësia dhe gjatësia e defekteve të sipërfaqes varionin nga -0,13 në 0,08 µm, nga -0,75 në 0 µm dhe nga 0,01 në 2,4 µm, respektivisht.
Në fig.16 krahason deformimet e defekteve në formë U dhe në formë V me të njëjtën thellësi (40 µm), gjerësi (22 µm) dhe gjatësi (600 µm).Ndryshimi i gjerësisë së defekteve në formë U dhe V është më i madh se ndryshimi në gjatësi, i cili shkaktohet nga mbyllja në drejtimin e gjerësisë gjatë procesit të petëzimit të ftohtë dhe shpërthimit.Krahasuar me defektet në formë U, defektet në formë V u formuan në një thellësi relativisht më të madhe dhe me pjerrësi më të pjerrëta, duke sugjeruar se mund të merret një qasje konservative kur aplikohen defekte në formë V.
Ky seksion diskuton deformimin e defektit fillestar në linjën OT për çdo proces të prodhimit të sustave të valvulave.Defekti fillestar i telit OT aplikohet në brendësi të sustës së valvulës ku pritet dështimi për shkak të streseve të larta gjatë funksionimit të sustës.Defektet tërthore të sipërfaqes në formë V të telave OT u rritën pak në thellësi dhe gjatësi dhe u ulën ndjeshëm në gjerësi për shkak të lakimit gjatë dredha-dredha të ftohtë.Mbyllja në drejtimin e gjerësisë ndodh gjatë zbërthimit të goditjes me deformim të vogël ose aspak të dukshëm të defektit gjatë vendosjes përfundimtare të nxehtësisë.Në procesin e rrotullimit të ftohtë dhe të gjuajtjes me gjuajtje, ka një deformim të madh në drejtimin e gjerësisë për shkak të deformimit plastik.Defekti në formë V brenda sustës së valvulës shndërrohet në një defekt në formë T për shkak të mbylljes së gjerësisë gjatë procesit të rrotullimit të ftohtë.