310 Paslanmayan polad boru kəmərinin kimyəvi komponenti, Yağla bərkidilmiş polad məftildəki səth qüsurlarının avtomobil mühərriklərində valf yaylarının yorğunluq müddətinə təsiri

Nature.com saytına daxil olduğunuz üçün təşəkkür edirik.Siz məhdud CSS dəstəyi ilə brauzer versiyasından istifadə edirsiniz.Ən yaxşı təcrübə üçün sizə yenilənmiş brauzerdən istifadə etməyi tövsiyə edirik (və ya Internet Explorer-də Uyğunluq rejimini söndürün).Bundan əlavə, davamlı dəstəyi təmin etmək üçün biz saytı üslub və JavaScript olmadan göstəririk.
Hər slaydda üç məqalə göstərən slayderlər.Slaydlar arasında hərəkət etmək üçün geri və sonrakı düymələrdən və ya hər slaydda hərəkət etmək üçün sonundakı slayd nəzarətçi düymələrindən istifadə edin.

Paslanmayan polad 310 qıvrımlı borular / qıvrılmış borularKimyəvi birləşməvə tərkibi

Aşağıdakı cədvəl 310S dərəcəli paslanmayan poladın kimyəvi tərkibini göstərir.

10*1mm 9.25*1.24 mm 310 Paslanmayan polad kapilyar qıvrımlı boru təchizatçıları

Fiziki xüsusiyyətlər

310S dərəcəli paslanmayan poladın fiziki xassələri aşağıdakı cədvəldə göstərilir.

Mexaniki xüsusiyyətləri

Aşağıdakı cədvəl 310S dərəcəli paslanmayan poladın mexaniki xüsusiyyətlərini əks etdirir.

İstilik xassələri

310S dərəcəli paslanmayan poladın istilik xüsusiyyətləri aşağıdakı cədvəldə verilmişdir.

Digər təyinatlar

310S dərəcəli paslanmayan poladına ekvivalent olan digər təyinatlar aşağıdakı cədvəldə verilmişdir.

Bu tədqiqatın məqsədi 2,5 mm diametrdə kritik qüsur dərinliyi olan 2300 MPa dərəcəli (OT məftil) yağla bərkidilmiş naqillərə mikroqüsurlar tətbiq edərkən avtomobil mühərrikinin klapan yayınının yorğunluq müddətini qiymətləndirməkdir.Əvvəlcə klapan yayının hazırlanması zamanı OT naqilinin səth qüsurlarının deformasiyası subsimulasiya üsullarından istifadə etməklə sonlu elementlər analizi ilə alınmış və hazır yayının qalıq gərginliyi ölçülərək yay gərginliyinin təhlili modelinə tətbiq edilmişdir.İkincisi, valve yayının gücünü təhlil edin, qalıq gərginliyi yoxlayın və tətbiq olunan gərginliyin səviyyəsini səth qüsurları ilə müqayisə edin.Üçüncüsü, OT məftilinin fırlanması zamanı əyilmə yorğunluğu sınağından əldə edilən SN əyrilərinə yayın möhkəmliyi təhlilindən alınan səth qüsurlarına gərginlik tətbiq edilməklə mikroqüsurların yayın yorğunluq müddətinə təsiri qiymətləndirilmişdir.40 µm qüsur dərinliyi yorğunluq müddətini itirmədən səth qüsurlarını idarə etmək üçün mövcud standartdır.
Avtomobil sənayesində avtomobillərin yanacaq səmərəliliyini artırmaq üçün yüngül avtomobil komponentlərinə güclü tələbat var.Beləliklə, son illərdə qabaqcıl yüksək möhkəmlikli poladdan (AHSS) istifadə artır.Avtomobil mühərriki klapan yayları əsasən istiliyədavamlı, aşınmaya davamlı və sallanmayan yağla bərkidilmiş polad məftillərdən (OT məftillərindən) ibarətdir.
Yüksək dartılma gücü (1900–2100 MPa) sayəsində hazırda istifadə olunan OT naqilləri mühərrik klapan yaylarının ölçüsünü və kütləsini azaltmağa, ətraf hissələrlə sürtünməni azaltmaqla yanacağın səmərəliliyini yaxşılaşdırmağa imkan verir1.Bu üstünlüklərə görə yüksək gərginlikli tel çubuğun istifadəsi sürətlə artır və 2300MPa sinifli ultra yüksək möhkəmlikli tel çubuq bir-birinin ardınca peyda olur.Avtomobil mühərriklərindəki klapan yayları yüksək tsiklik yüklər altında işlədikləri üçün uzun xidmət müddəti tələb edir.Bu tələbi yerinə yetirmək üçün istehsalçılar adətən klapan yaylarını layihələndirərkən yorğunluq müddətini 5,5×107 dövrədən çox hesab edirlər və yorğunluğun ömrünü yaxşılaşdırmaq üçün klapan yayın səthinə zərbə vurma və istilik büzüşmə prosesləri vasitəsilə qalıq gərginlik tətbiq edirlər2.
Normal iş şəraitində avtomobillərdə spiral yayların yorğunluq müddəti ilə bağlı kifayət qədər tədqiqatlar aparılmışdır.Gzal və b.Statik yük altında kiçik spiral bucaqlı elliptik spiral yayların analitik, eksperimental və sonlu elementlər (FE) analizləri təqdim olunur.Bu tədqiqat aspekt nisbəti və sərtlik indeksinə qarşı maksimum kəsmə gərginliyinin yerinin açıq və sadə ifadəsini təqdim edir, həmçinin praktik dizaynlarda kritik parametr olan maksimum kəsmə gərginliyinə analitik fikir verir3.Pastorcic et al.İstismarda nasazlıqdan sonra şəxsi avtomobildən çıxarılan spiral yayının məhv edilməsi və yorğunluğunun təhlilinin nəticələri təsvir edilmişdir.Eksperimental üsullardan istifadə edərək, qırıq yay tədqiq edildi və nəticələr bunun korroziya yorğunluğunun uğursuzluğunun bir nümunəsi olduğunu göstərir4.deşik və s. Avtomobil spiral yaylarının yorğunluq müddətini qiymətləndirmək üçün bir neçə xətti reqressiya yay ömrü modeli hazırlanmışdır.Putra və başqaları.Yol səthinin qeyri-bərabərliyi səbəbindən avtomobilin spiral yayınının xidmət müddəti müəyyən edilir.Bununla belə, istehsal prosesi zamanı baş verən səth qüsurlarının avtomobil yaylarının ömrünə necə təsir etdiyinə dair az araşdırma aparılmışdır.
İstehsal prosesi zamanı baş verən səth qüsurları klapan yaylarında yerli gərginliyin konsentrasiyasına səbəb ola bilər ki, bu da onların yorğunluq müddətini əhəmiyyətli dərəcədə azaldır.Vana yaylarının səthi qüsurları müxtəlif amillərdən, məsələn, istifadə olunan xammalın səthi qüsurlarından, alətlərdəki qüsurlardan, soyuq yayma zamanı kobud rəftardan qaynaqlanır7.Xammalın səthi qüsurları isti yayma və çoxkeçidli çəkmə nəticəsində dik V-şəkilli, formalaşdırma aləti və ehtiyatsız davranma nəticəsində yaranan qüsurlar isə yumşaq yamaclarla U-şəkillidir8,9,10,11.V-şəkilli qüsurlar U-şəkilli qüsurlara nisbətən daha yüksək gərginlik konsentrasiyalarına səbəb olur, buna görə də ilkin materiala adətən qüsurların idarə olunması üçün ciddi meyarlar tətbiq edilir.
OT naqilləri üçün mövcud səth qüsurlarının idarə edilməsi standartlarına ASTM A877/A877M-10, DIN EN 10270-2, JIS G 3561 və KS D 3580 daxildir. DIN EN 10270-2 05-05 diametrli naqillərdə səth qüsurunun dərinliyini müəyyən edir. 10 mm telin diametrinin 0,5-1% -dən azdır.Bundan əlavə, JIS G 3561 və KS D 3580 0,5-8 mm diametrli məftil çubuğundakı səth qüsurlarının dərinliyinin naqil diametrinin 0,5% -dən az olmasını tələb edir.ASTM A877/A877M-10-da istehsalçı və alıcı səth qüsurlarının icazə verilən dərinliyi barədə razılığa gəlməlidir.Telin səthindəki qüsurun dərinliyini ölçmək üçün məftil adətən xlorid turşusu ilə işlənir və sonra mikrometrdən istifadə edərək qüsurun dərinliyi ölçülür.Bununla belə, bu üsul yalnız müəyyən sahələrdə qüsurları ölçə bilər və son məhsulun bütün səthində deyil.Buna görə də, istehsalçılar davamlı istehsal olunan teldə səth qüsurlarını ölçmək üçün məftil çəkmə prosesi zamanı burulğan cərəyanı testindən istifadə edirlər;bu testlər 40 µm-ə qədər səth qüsurlarının dərinliyini ölçə bilər.Hazırlanma mərhələsində olan 2300MPa dərəcəli polad məftil, mövcud 1900-2200MPa dərəcəli polad məftildən daha yüksək dartılma gücünə və daha az uzanmağa malikdir, buna görə də klapan yayının yorğunluq müddəti səth qüsurlarına çox həssas hesab olunur.Buna görə, 1900-2200 MPa polad məftil dərəcəli 2300 MPa polad məftil üçün səth qüsurlarının dərinliyinə nəzarət etmək üçün mövcud standartların tətbiqinin təhlükəsizliyini yoxlamaq lazımdır.
Bu tədqiqatın məqsədi burulğan cərəyanı sınağı ilə ölçülə bilən minimum qüsur dərinliyi (yəni 40 µm) 2300 MPa dərəcəli OT naqilinə (diametr: 2,5 mm) tətbiq edildikdə avtomobil mühərriki klapan yayının yorğunluq müddətini qiymətləndirməkdir: kritik qüsur dərinlik.Bu tədqiqatın töhfəsi və metodologiyası aşağıdakılardır.
OT naqilində ilkin qüsur kimi naqilin oxuna nisbətən eninə istiqamətdə yorğunluq müddətinə ciddi təsir göstərən V formalı qüsurdan istifadə edilmişdir.Səth qüsurunun dərinliyinin (h), eninin (w) və uzunluğunun (l) təsirini görmək üçün onun ölçüləri (α) və uzunluğu (β) nisbətini nəzərdən keçirin.Səth qüsurları ilk növbədə uğursuzluğun meydana gəldiyi yay içərisində baş verir.
Soyuq sarma zamanı OT naqilində ilkin qüsurların deformasiyasını proqnozlaşdırmaq üçün OT naqili ilə müqayisədə qüsurlar çox kiçik olduğundan analiz vaxtını və səth qüsurlarının ölçüsünü nəzərə alan alt simulyasiya yanaşmasından istifadə edilmişdir.qlobal model.
Sonlu elementlər üsulu ilə ikimərhələli vuruşdan sonra yayda qalıq sıxılma gərginlikləri hesablanmış, nəticələr analitik modeli təsdiqləmək üçün iynə vurmadan sonrakı ölçmələrlə müqayisə edilmişdir.Bundan əlavə, bütün istehsal proseslərindən klapan yaylarında qalıq gərginliklər ölçüldü və yayın gücü təhlilinə tətbiq edildi.
Soyuq yayma zamanı qüsurun deformasiyası və hazır yayda qalıq sıxılma gərginliyi nəzərə alınmaqla, yayın möhkəmliyinin təhlili ilə səth qüsurlarında gərginliklər proqnozlaşdırılır.
Fırlanma əyilmə yorğunluğu testi klapan yayı ilə eyni materialdan hazırlanmış OT telindən istifadə etməklə həyata keçirilmişdir.Hazırlanmış klapan yaylarının qalıq gərginliyini və səthi pürüzlülük xüsusiyyətlərini OT xətləri ilə əlaqələndirmək üçün SN əyriləri iki mərhələli atış və burulma prosesini ilkin emal prosesləri kimi tətbiq etdikdən sonra fırlanan əyilmə yorğunluq testləri ilə əldə edilmişdir.
Yayın gücü təhlilinin nəticələri klapan yayının yorğunluğunu proqnozlaşdırmaq üçün Qudman tənliyinə və SN əyrisinə tətbiq edilir və səth qüsurunun dərinliyinin yorğunluq müddətinə təsiri də qiymətləndirilir.
Bu işdə, avtomobil mühərriki klapan yayının yorğunluq müddətini qiymətləndirmək üçün diametri 2,5 mm olan 2300 MPa OT dərəcəli tel istifadə edilmişdir.Birincisi, onun çevik qırılma modelini əldə etmək üçün telin dartılma sınağı aparıldı.
OT telinin mexaniki xassələri soyuq sarma prosesinin və yayın gücünün sonlu element analizindən əvvəl dartılma sınaqlarından əldə edilmişdir.Materialın gərginlik-deformasiya əyrisi, şəkildə göstərildiyi kimi 0,001 s-1 deformasiya sürətində dartılma sınaqlarının nəticələrindən istifadə etməklə müəyyən edilmişdir.1. SWONB-V məftilindən istifadə edilir və onun məhsuldarlığı, dartılma gücü, elastik modulu və Puisson nisbəti müvafiq olaraq 2001.2MPa, 2316MPa, 206GPa və 0.3-dür.Gərginliyin axın deformasiyasından asılılığı aşağıdakı kimi alınır:
düyü.2 çevik qırılma prosesini göstərir.Material deformasiya zamanı elastoplastik deformasiyaya uğrayır, materialdakı gərginlik dartılma gücünə çatdıqda isə material daralır.Sonradan materialın daxilində boşluqların yaranması, böyüməsi və birləşməsi materialın məhvinə səbəb olur.
Çevik qırılma modelində gərginliyin təsirini nəzərə alan gərginliklə dəyişdirilmiş kritik deformasiya modelindən, boyundan sonrakı qırılmada isə zərərin yığılması metodundan istifadə edilir.Burada zərərin başlanması deformasiya, gərginliyin üçbucaqlılığı və deformasiya dərəcəsinin funksiyası kimi ifadə edilir.Gərginliyin üçoxluluğu materialın boyun əmələ gəlməsinə qədər deformasiyası nəticəsində yaranan hidrostatik gərginliyi effektiv gərginliyə bölməklə əldə edilən orta qiymət kimi müəyyən edilir.Zərərin yığılması metodunda zərərin dəyəri 1-ə çatdıqda məhvetmə baş verir və 1-lik zərər dəyərinə çatmaq üçün tələb olunan enerji məhvetmə enerjisi (Gf) olaraq təyin olunur.Qırılma enerjisi materialın boyundan qırılma vaxtına qədər həqiqi gərginlik-yerdəyişmə əyrisinin bölgəsinə uyğundur.
Adi poladlar vəziyyətində, gərginlik rejimindən asılı olaraq çevik qırılma, kəsilmə sınığı və ya qarışıq rejimdə qırılma Şəkil 3-də göstərildiyi kimi çeviklik və kəsilmə qırılması səbəbindən baş verir. qırıq nümunəsi.
Plastik qırılma, 1/3-dən çox (I zona) gərginlik üçoxluluğuna uyğun gələn bölgədə baş verir və qırılma deformasiyası və gərginlik üçoxluluğu səth qüsurları və çentikləri olan nümunələrdəki dartılma sınaqlarından çıxarıla bilər.0 ~ 1/3 (II zona) gərginlik üçoxluluğuna uyğun olan sahədə çevik qırılma və kəsilmənin birləşməsi baş verir (yəni burulma sınağı vasitəsilə. Gərginliyin üçoxluluğuna uyğun olan sahədə -1/3-dən 0-a qədər) (III), sıxılma nəticəsində yaranan kəsilmə pozğunluğu, qırılma deformasiyası və gərginlik üçbucaqlılığı pozucu testlə əldə edilə bilər.
Mühərrik klapan yaylarının istehsalında istifadə olunan OT naqilləri üçün istehsal prosesi və tətbiq şərtləri zamanı müxtəlif yükləmə şəraiti nəticəsində yaranan qırılmaları nəzərə almaq lazımdır.Buna görə də, qırılma deformasiya meyarını tətbiq etmək üçün dartılma və burulma sınaqları aparıldı, gərginlik üçoxluluğunun hər bir gərginlik rejiminə təsiri nəzərdən keçirildi və gərginlik üçoxluluğundakı dəyişikliyin kəmiyyətini müəyyən etmək üçün böyük deformasiyalarda elastoplastik sonlu elementlərin təhlili aparıldı.Nümunə emalının məhdudlaşdırılması səbəbindən sıxılma rejimi nəzərə alınmadı, yəni OT telinin diametri cəmi 2,5 mm-dir.Cədvəl 1-də sonlu elementlərin təhlilindən istifadə etməklə əldə edilmiş dartılma və burulma, həmçinin gərginlik üçoxluluğu və qırılma deformasiyası üçün sınaq şərtləri verilmişdir.
Stress altında şərti üçoxlu poladların qırılma deformasiyasını aşağıdakı tənlikdən istifadə etməklə proqnozlaşdırmaq olar.
burada C1: \({\overline{{\varepsilon}_{0}}}^{pl}\) təmiz kəsmə (η = 0) və C2: \({\overline{{\varepsilon}_{0} } }^{pl}\) Biroxlu gərginlik (η = η0 = 1/3).
Hər bir gərginlik rejimi üçün trend xətləri tənlikdə C1 və C2 qırılma deformasiya dəyərlərini tətbiq etməklə əldə edilir.(2);C1 və C2 səth qüsurları olmayan nümunələrdə dartılma və burulma sınaqlarından əldə edilir.Şəkil 4-də sınaqlardan əldə edilən gərginlik üçoxluluğu və qırılma deformasiyası və tənliklə proqnozlaşdırılan trend xətləri göstərilir.(2) Sınaqdan əldə edilən tendensiya xətti və gərginliyin üçoxluluğu ilə qırılma deformasiyası arasındakı əlaqə oxşar tendensiya göstərir.Hər bir gərginlik rejimi üçün tendensiya xətlərinin tətbiqindən əldə edilən qırılma deformasiyası və gərginliyin üçbucaqlılığı çevik qırılma üçün meyar kimi istifadə edilmişdir.
Qırılma enerjisi, boyun əyildikdən sonra qırılma vaxtını təyin etmək üçün maddi xüsusiyyət kimi istifadə olunur və gərginlik testlərindən əldə edilə bilər.Qırılma enerjisi materialın səthində çatların olub-olmamasından asılıdır, çünki qırılma vaxtı yerli gərginliklərin konsentrasiyasından asılıdır.Şəkil 5a-c səthi qüsurları olmayan nümunələrin və dartılma sınaqlarından və sonlu elementlərin təhlilindən R0.4 və ya R0.8 çentikli nümunələrin qırılma enerjilərini göstərir.Sınıq enerjisi boyundan qırılma vaxtına qədər həqiqi gərginlik-yerdəyişmə əyrisinin sahəsinə uyğundur.
İncə səth qüsurları olan OT naqilin qırılma enerjisi Şəkil 5d-də göstərildiyi kimi qüsur dərinliyi 40 µm-dən çox olan OT naqili üzərində dartılma sınaqlarının aparılması ilə proqnozlaşdırılıb.Dartma sınaqlarında qüsurları olan on nümunədən istifadə edilmişdir və orta qırılma enerjisi 29,12 mJ/mm2 olaraq qiymətləndirilmişdir.
Standartlaşdırılmış səth qüsuru, avtomobil klapan yaylarının istehsalında istifadə olunan OT telinin səth qüsurunun həndəsəsindən asılı olmayaraq, qüsurun dərinliyinin klapan yay telinin diametrinə nisbəti kimi müəyyən edilir.OT tel qüsurları oriyentasiya, həndəsə və uzunluğa görə təsnif edilə bilər.Eyni qüsur dərinliyi ilə belə, yayda səth qüsuruna təsir edən gərginlik səviyyəsi qüsurun həndəsəsindən və oriyentasiyasından asılı olaraq dəyişir, buna görə də qüsurun həndəsəsi və oriyentasiyası yorğunluq gücünə təsir göstərə bilər.Buna görə də, səth qüsurlarını idarə etmək üçün ciddi meyarları tətbiq etmək üçün yayın yorğunluq müddətinə ən çox təsir edən qüsurların həndəsəsini və istiqamətini nəzərə almaq lazımdır.OT telinin incə taxıl quruluşuna görə onun yorğunluq müddəti çentiklərə çox həssasdır.Buna görə də, qüsurun həndəsəsinə və oriyentasiyasına görə ən yüksək gərginlik konsentrasiyasını nümayiş etdirən qüsur sonlu elementlərin təhlilindən istifadə edərək ilkin qüsur kimi təyin edilməlidir.Əncirdə.Şəkil 6, bu işdə istifadə edilən ultra yüksək güclü 2300 MPa sinif avtomobil klapan yaylarını göstərir.
OT telinin səthi qüsurları yay oxuna görə daxili qüsurlara və xarici qüsurlara bölünür.Soyuq yayma zamanı əyilmə səbəbiylə, sıxılma gərginliyi və dartılma gərginliyi müvafiq olaraq yayın içərisinə və xaricinə təsir göstərir.Soyuq yayma zamanı dartılma gərginliyi nəticəsində kənardan görünən səth qüsurları nəticəsində qırılma yarana bilər.
Praktikada yay dövri sıxılma və rahatlamaya məruz qalır.Yayın sıxılması zamanı polad məftil bükülür və gərginliklərin konsentrasiyası səbəbindən yayın daxilində kəsmə gərginliyi ətrafdakı kəsilmə gərginliyindən yüksək olur7.Buna görə də, yayın içərisində səth qüsurları varsa, yayın qırılma ehtimalı ən böyükdür.Beləliklə, yayın xarici tərəfi (yayın istehsalı zamanı nasazlığın gözlənildiyi yer) və daxili tərəfi (faktiki tətbiqdə gərginliyin ən böyük olduğu yer) səth qüsurlarının yerləri kimi təyin olunur.
OT xətlərinin səthi qüsur həndəsəsi U-şəkilli, V-şəkilli, Y-şəkilli və T-şəkilli olmaqla bölünür.Y tipli və T tipli əsasən xammalın səthi qüsurlarında, U tipli və V tipli qüsurlar isə soyuq yayma prosesində alətlərlə ehtiyatsız davranma nəticəsində yaranır.Xammaldakı səth qüsurlarının həndəsəsinə gəlincə, isti yayma zamanı qeyri-bərabər plastik deformasiya nəticəsində yaranan U-şəkilli qüsurlar çoxkeçidli dartılma zamanı V-şəkilli, Y-şəkilli və T-şəkilli tikiş qüsurlarına deformasiya olunur8, 10.
Bundan əlavə, səthdəki çentiklərin dik meylləri olan V-şəkilli, Y-şəkilli və T-formalı qüsurlar yayın istismarı zamanı yüksək gərginlik konsentrasiyasına məruz qalacaqlar.Valf yayları soyuq yayma zamanı əyilir və əməliyyat zamanı bükülür.V-şəkilli və Y-şəkilli qüsurların daha yüksək gərginlik konsentrasiyası olan gərginlik konsentrasiyaları sonlu elementlər analizi, ABAQUS – kommersiya sonlu elementlərin təhlili proqramından istifadə etməklə müqayisə edilmişdir.Gərginlik-deformasiya əlaqəsi Şəkil 1 və tənlik 1-də göstərilmişdir. (1) Bu simulyasiya iki ölçülü (2D) düzbucaqlı dörd düyünlü elementdən istifadə edir və elementin minimum yan uzunluğu 0,01 mm-dir.Analitik model üçün diametri 2,5 mm və uzunluğu 7,5 mm olan naqilin 2D modelinə dərinliyi 0,5 mm və qüsurun mailliyi 2° olan V formalı və Y formalı qüsurlar tətbiq edilmişdir.
Əncirdə.Şəkil 7a, hər bir telin hər iki ucuna 1500 Nmm əyilmə anı tətbiq edildikdə, hər bir qüsurun ucunda əyilmə gərginliyinin konsentrasiyasını göstərir.Təhlillərin nəticələri göstərir ki, 1038,7 və 1025,8 MPa maksimum gərginliklər müvafiq olaraq V formalı və Y formalı qüsurların zirvələrində baş verir.Əncirdə.7b, burulma nəticəsində yaranan hər bir qüsurun yuxarı hissəsindəki gərginlik konsentrasiyasını göstərir.Sol tərəf məhdudlaşdırıldıqda və sağ tərəfə 1500 N∙mm fırlanma momenti tətbiq edildikdə, V formalı və Y formalı qüsurların uclarında eyni maksimum 1099 MPa gərginlik yaranır.Bu nəticələr göstərir ki, V tipli qüsurlar qüsurun eyni dərinliyinə və yamacına malik olduqda Y tipli qüsurlara nisbətən daha yüksək əyilmə gərginliyi nümayiş etdirirlər, lakin eyni burulma gərginliyini yaşayırlar.Buna görə də, qüsurun dərinliyi və mailliyi eyni olan V-şəkilli və Y-şəkilli səth qüsurları gərginliyin konsentrasiyası nəticəsində yaranan daha yüksək maksimum gərginliyə malik V-şəkilli olanlara normallaşdırıla bilər.V tipli qüsurların ölçüsü nisbəti V tipli və T tipli qüsurların dərinliyindən (h) və enindən (w) istifadə etməklə α = w/h kimi müəyyən edilir;beləliklə, T tipli qüsur (α ≈ 0) əvəzinə, həndəsə V tipli qüsurun həndəsi quruluşu ilə müəyyən edilə bilər.Buna görə də Y tipli və T tipli qüsurlar V tipli qüsurlarla normallaşdırıla bilər.Dərinlik (h) və uzunluq (l) istifadə edərək, uzunluq nisbəti əks halda β = l/h kimi müəyyən edilir.
Şəkil 811-də göstərildiyi kimi, OT naqillərinin səth qüsurlarının istiqamətləri Şəkil 811-də göstərildiyi kimi uzununa, eninə və maili istiqamətlərə bölünür. Sonlu element tərəfindən səth qüsurlarının yayın möhkəmliyinə təsirinin təhlili. üsul.
Əncirdə.9a mühərrik klapan yayın gərginliyinin təhlili modelini göstərir.Təhlil şərti olaraq, yay 50,5 mm sərbəst hündürlükdən 21,8 mm sərt hündürlüyə qədər sıxılmış, 9b-də göstərildiyi kimi yayın daxilində 1086 MPa maksimum gərginlik yaranmışdır.Faktiki mühərrik klapan yaylarının sıradan çıxması əsasən yay daxilində baş verdiyindən, daxili səth qüsurlarının mövcudluğunun yayın yorğunluq müddətinə ciddi təsir edəcəyi gözlənilir.Buna görə də, uzununa, eninə və maili istiqamətlərdə səth qüsurları alt modelləşdirmə üsullarından istifadə edərək mühərrik klapan yaylarının içərisinə tətbiq olunur.Cədvəl 2 maksimum yayın sıxılma zamanı səth qüsurlarının ölçülərini və qüsurun hər bir istiqamətində maksimum gərginliyi göstərir.Ən yüksək gərginliklər eninə istiqamətdə müşahidə olunub, uzununa və maillik istiqamətlərdə olan gərginliklərin eninə istiqamətə nisbəti 0,934-0,996 kimi qiymətləndirilib.Gərginlik nisbəti sadəcə bu dəyəri maksimum eninə gərginliyə bölmək yolu ilə müəyyən edilə bilər.Yayda maksimum gərginlik 9s-də göstərildiyi kimi hər bir səth qüsurunun yuxarı hissəsində baş verir.Uzunlamasına, eninə və maili istiqamətlərdə müşahidə edilən gərginlik dəyərləri müvafiq olaraq 2045, 2085 və 2049 MPa-dır.Bu təhlillərin nəticələri göstərir ki, eninə səth qüsurları mühərrik klapan yaylarının yorğunluq müddətinə ən birbaşa təsir göstərir.
Mühərrikin klapan yayının yorğunluq müddətinə ən çox birbaşa təsir etdiyi güman edilən V formalı qüsur OT naqilinin ilkin qüsuru, qüsurun istiqaməti kimi isə eninə istiqamət seçilmişdir.Bu qüsur yalnız istehsal zamanı mühərrik klapan yayının qırıldığı çöldə deyil, həm də əməliyyat zamanı gərginliyin konsentrasiyası səbəbindən ən böyük gərginliyin baş verdiyi içəridə baş verir.Maksimum qüsur dərinliyi burulğan cərəyanının qüsurlarının aşkarlanması ilə aşkar edilə bilən 40 µm, minimum dərinlik isə 2,5 mm telin diametrinin 0,1%-nə uyğun olan dərinliyə təyin edilmişdir.Buna görə qüsurun dərinliyi 2,5 ilə 40 mikron arasındadır.Dəyişənlər kimi uzunluq nisbəti 0,1~1 və uzunluq nisbəti 5~15 olan qüsurların dərinliyi, uzunluğu və eni istifadə edilmiş və yayın yorulma gücünə təsiri qiymətləndirilmişdir.Cədvəl 3-də cavab səthi metodologiyasından istifadə etməklə müəyyən edilmiş analitik şərtlər verilmişdir.
Avtomobil mühərriki klapan yayları OT naqilinin soyuq sarılması, temperlənməsi, partladılması və istilik tənzimlənməsi ilə istehsal olunur.OT naqillərində ilkin səth qüsurlarının mühərrik klapan yaylarının yorğunluq müddətinə təsirini qiymətləndirmək üçün yay istehsalı zamanı səth qüsurlarının dəyişməsi nəzərə alınmalıdır.Buna görə də, bu bölmədə hər yayın istehsalı zamanı OT naqil səthi qüsurlarının deformasiyasını proqnozlaşdırmaq üçün sonlu elementlərin təhlilindən istifadə olunur.
Əncirdə.10 soyuq sarma prosesini göstərir.Bu proses zamanı OT teli qidalandırıcı rulon vasitəsilə naqil bələdçisinə verilir.Tel bələdçisi formalaşma prosesində əyilmənin qarşısını almaq üçün teli qidalandırır və dəstəkləyir.Tel bələdçisindən keçən tel birinci və ikinci çubuqlar tərəfindən bükülür ki, istənilən daxili diametrli bir rulon yayı meydana gətirir.Yay meydançası pilləli aləti bir inqilabdan sonra hərəkət etdirərək istehsal olunur.
Əncirdə.Şəkil 11a soyuq yayma zamanı səth qüsurlarının həndəsəsindəki dəyişikliyi qiymətləndirmək üçün istifadə olunan sonlu element modelini göstərir.Telin formalaşması əsasən sarma sancağı ilə tamamlanır.Telin səthindəki oksid təbəqəsi sürtkü kimi fəaliyyət göstərdiyindən, qidalandırıcı rulonun sürtünmə təsiri əhəmiyyətsizdir.Buna görə də, hesablama modelində, qidalandırıcı rulon və tel bələdçisi bir kol kimi sadələşdirilmişdir.OT naqili ilə formalaşdırma aləti arasında sürtünmə əmsalı 0,05-ə təyin edilmişdir.2D sərt gövdə müstəvisi və fiksasiya şərtləri xəttin sol ucuna tətbiq edilir ki, o, X istiqamətində qidalanma rulonu ilə eyni sürətlə (0,6 m/s) qidalana bilsin.Əncirdə.11b naqillərə kiçik qüsurları tətbiq etmək üçün istifadə edilən alt simulyasiya metodunu göstərir.Səth qüsurlarının ölçüsünü nəzərə almaq üçün alt model 20 µm və ya daha çox dərinlikdə olan səth qüsurları üçün iki dəfə və dərinliyi 20 µm-dən az olan səth qüsurları üçün üç dəfə tətbiq olunur.Səth qüsurları bərabər addımlarla əmələ gələn sahələrə tətbiq olunur.Yayın ümumi modelində düz tel parçasının uzunluğu 100 mm-dir.Birinci alt model üçün, qlobal modeldən 75 mm uzununa mövqeyə 3 mm uzunluğunda submodel 1 tətbiq edin.Bu simulyasiya üçölçülü (3D) altıbucaqlı səkkiz düyünlü elementdən istifadə etmişdir.Qlobal modeldə və alt model 1-də hər bir elementin minimum yan uzunluğu müvafiq olaraq 0,5 və 0,2 mm-dir.1-ci alt modelin təhlilindən sonra alt modelin sərhəd şərtlərinin təsirini aradan qaldırmaq üçün 2-ci alt modelə səth qüsurları tətbiq edilir və yarımmodel 2-nin uzunluğu və eni səth qüsurunun uzunluğundan 3 dəfə çoxdur. əlavə olaraq, alt modelin dərinliyi kimi uzunluğun və eninin 50%-i istifadə olunur.2-ci alt modeldə hər bir elementin minimum yan uzunluğu 0,005 mm-dir.Cədvəl 3-də göstərildiyi kimi sonlu elementlərin təhlilinə müəyyən səth qüsurları tətbiq edilmişdir.
Əncirdə.Şəkil 12, rulonun soyuq işləməsindən sonra səth çatlarında gərginliyin paylanmasını göstərir.Ümumi model və alt model 1 eyni yerdə demək olar ki, eyni 1076 və 1079 MPa gərginliklərini göstərir ki, bu da submodelləşdirmə metodunun düzgünlüyünü təsdiqləyir.Yerli gərginlik konsentrasiyaları alt modelin sərhəd kənarlarında baş verir.Görünür, bu, alt modelin sərhəd şərtləri ilə bağlıdır.Stress konsentrasiyasına görə, tətbiq olunan səth qüsurları ilə 2-ci alt model soyuq yayma zamanı qüsurun ucunda 2449 MPa gərginliyi göstərir.Cədvəl 3-də göstərildiyi kimi, cavab səthi üsulu ilə müəyyən edilmiş səth qüsurları yayın içərisinə tətbiq edilmişdir.Sonlu elementlər təhlilinin nəticələri göstərdi ki, səth qüsurlarının 13 halının heç biri uğursuzluqla nəticələnməyib.
Bütün texnoloji proseslərdə dolama prosesində yayın daxilində səth qüsurlarının dərinliyi 0,1-2,62 µm artmışdır (şəkil 13a), eni isə 1,8-35,79 µm azalmışdır (şəkil 13b), uzunluğu isə 0,72 artmışdır. –34,47 µm (Şəkil 13c).Eninə V-şəkilli qüsur soyuq yayma prosesində əyilərək eni bağlandığından, ilkin qüsurdan daha dik yamacla deformasiyaya uğrayaraq V formalı qüsura çevrilir.
İstehsal prosesində OT məftilinin səthi qüsurlarının dərinliyində, enində və uzunluğunda deformasiya.
Yayın kənarına səth qüsurlarını tətbiq edin və Sonlu Elementlərin Analizi ilə soyuq yayma zamanı qırılma ehtimalını proqnozlaşdırın.Cədvəldə göstərilən şərtlərə uyğun olaraq.3, xarici səthdə qüsurların məhv olma ehtimalı yoxdur.Başqa sözlə, səth qüsurlarının 2,5-dən 40 mkm-ə qədər dərinliyində heç bir dağıntı baş verməmişdir.
Kritik səth qüsurlarını proqnozlaşdırmaq üçün soyuq yayma zamanı xarici qırılmalar qüsur dərinliyini 40 µm-dən 5 µm-ə qədər artırmaqla araşdırıldı.Əncirdə.14 səth qüsurları boyunca qırıqları göstərir.Sınıq dərinlik (55 µm), genişlik (2 µm) və uzunluq (733 µm) şəraitində baş verir.Yayın xaricindəki səth qüsurunun kritik dərinliyi 55 μm oldu.
Püskürtmə prosesi yayın səthindən müəyyən bir dərinlikdə qalıq sıxılma gərginliyi yaratmaqla çatların böyüməsini boğur və yorğunluq müddətini artırır;bununla belə, yayın səthinin pürüzlülüyünü artırmaqla gərginliyin konsentrasiyasına səbəb olur və beləliklə yayın yorğunluq müqavimətini azaldır.Buna görə də, səth pürüzlülüyünün artması nəticəsində yaranan yorğunluq müddətinin azaldılmasını kompensasiya etmək üçün yüksək möhkəmlikli yaylar istehsal etmək üçün ikinci dərəcəli ovma texnologiyasından istifadə olunur.İki mərhələli ştamplama səthin pürüzlülüyünü, maksimum sıxılma qalıq gərginliyini və səthin sıxılma qalıq gərginliyini yaxşılaşdıra bilər, çünki ikinci vuruş birinci vuruşdan sonra həyata keçirilir12,13,14.
Əncirdə.Şəkil 15 atışma prosesinin analitik modelini göstərir.Elastik-plastik model yaradılmışdır ki, burada 25 güllə atışları üçün OT xəttinin hədəf yerli sahəsinə atılır.Atışma analizi modelində ilkin qüsurlar kimi soyuq sarğı zamanı deformasiyaya uğramış OT telinin səthi qüsurlarından istifadə edilmişdir.Soyuq yayma prosesindən yaranan qalıq gərginliklərin atışma prosesindən əvvəl temperləmə yolu ilə aradan qaldırılması.Atış sferasının aşağıdakı xüsusiyyətlərindən istifadə edilmişdir: sıxlıq (ρ): 7800 kq/m3, elastik modul (E) – 210 GPa, Puasson nisbəti (υ): 0,3.Top və material arasında sürtünmə əmsalı 0,1 olaraq təyin edilmişdir.Birinci və ikinci döymə ötürmələri zamanı 0,6 və 0,3 mm diametrli atışlar eyni 30 m/s sürətlə atıldı.Atışma prosesindən sonra (Şəkil 13-də göstərilən digər istehsal prosesləri arasında) yay daxilində səth qüsurlarının dərinliyi, eni və uzunluğu -6,79 ilə 0,28 µm, -4,24 ilə 1,22 µm və -2 ,59 ilə 1,69 arasında dəyişdi. µm, müvafiq olaraq µm.Materialın səthinə perpendikulyar şəkildə atılan mərminin plastik deformasiyası səbəbindən qüsurun dərinliyi azalır, xüsusən də qüsurun eni əhəmiyyətli dərəcədə azalır.Göründüyü kimi, defekt ştamplama nəticəsində yaranan plastik deformasiyaya görə bağlanıb.
İstilik büzülmə prosesi zamanı soyuq büzülmə və aşağı temperaturda yumşalma təsiri eyni zamanda mühərrik klapan yayına təsir göstərə bilər.Soyuq rejim, yayın otaq temperaturunda mümkün olan ən yüksək səviyyəyə qədər sıxaraq gərginlik səviyyəsini artırır.Bu halda, mühərrik klapanının yayı materialın axıcılıq gücündən yuxarı yüklənirsə, mühərrik klapanının yayı plastik deformasiyaya uğrayaraq, axma gücünü artırır.Plastik deformasiyadan sonra klapan yayı bükülür, lakin artan axma gücü faktiki əməliyyatda klapan yayının elastikliyini təmin edir.Aşağı temperaturda yumşalma yüksək temperaturda işləyən klapan yaylarının istilik və deformasiya müqavimətini yaxşılaşdırır2.
FE analizində atışma zamanı deformasiyaya uğramış səth qüsurları və rentgen şüalarının difraksiya (XRD) avadanlığı ilə ölçülmüş qalıq gərginlik sahəsi istilik büzülməsi zamanı qüsurların dəyişməsini müəyyən etmək üçün 2-ci alt modelə (şək. 8) tətbiq edilmişdir.Yay elastik diapazonda işləmək üçün nəzərdə tutulmuşdur və 50,5 mm-lik sərbəst hündürlüyündən 21,8 mm-lik möhkəm hündürlüyünə qədər sıxılmış və sonra analiz şərti kimi orijinal 50,5 mm hündürlüyünə qayıtmağa icazə verilmişdir.İstilik büzülməsi zamanı qüsurun həndəsəsi əhəmiyyətsiz şəkildə dəyişir.Göründüyü kimi, atışma nəticəsində yaranan 800 MPa və daha yüksək qalıq sıxılma gərginliyi səth qüsurlarının deformasiyasını boğur.İstilik büzülməsindən sonra (Şəkil 13) səth qüsurlarının dərinliyi, eni və uzunluğu müvafiq olaraq -0,13 ilə 0,08 µm, -0,75 ilə 0 µm və 0,01 ilə 2,4 µm arasında dəyişdi.
Əncirdə.16 eyni dərinlikdə (40 µm), enində (22 µm) və uzunluqda (600 µm) U-şəkilli və V-formalı qüsurların deformasiyalarını müqayisə edir.U-şəkilli və V-şəkilli qüsurların eninin dəyişməsi uzunluq dəyişikliyindən daha böyükdür ki, bu da soyuq yayma və atışma prosesində eni istiqamətində bağlanma nəticəsində yaranır.U-şəkilli qüsurlarla müqayisədə, V-şəkilli qüsurların nisbətən daha böyük dərinlikdə və daha dik yamaclarda əmələ gəlməsi, V-şəkilli qüsurların tətbiqi zamanı mühafizəkar yanaşmanın mümkünlüyünü göstərir.
Bu bölmədə hər bir klapan yayı istehsalı prosesi üçün OT xəttindəki ilkin qüsurun deformasiyası müzakirə olunur.İlkin OT tel qüsuru yayın istismarı zamanı yüksək gərginliklər səbəbindən nasazlığın gözlənildiyi klapan yayının içərisinə tətbiq olunur.OT naqillərinin eninə V formalı səth qüsurları soyuq sarğı zamanı əyilmə nəticəsində dərinlik və uzunluqda bir qədər artmış və eni kəskin şəkildə azalmışdır.Genişlik istiqamətində qapanma, son istilik ayarı zamanı az və ya heç nəzərə çarpan qüsur deformasiyası ilə vuruş zamanı baş verir.Soyuq yayma və ştamplama prosesində plastik deformasiyaya görə eni istiqamətində böyük deformasiya olur.Soyuq yayma prosesində eninin bağlanması səbəbindən klapan yayının içərisindəki V formalı qüsur T şəkilli qüsura çevrilir.