310 Тот баспайтын болаттан жасалған түтіктің химиялық құрамдас бөлігі, маймен шыңдалған болат сымның бетіндегі ақаулардың автомобиль қозғалтқыштарындағы клапан серіппелерінің шаршау мерзіміне әсері

Nature.com сайтына кіргеніңіз үшін рахмет.Сіз шектеулі CSS қолдауы бар шолғыш нұсқасын пайдаланып жатырсыз.Ең жақсы тәжірибе үшін жаңартылған шолғышты пайдалануды ұсынамыз (немесе Internet Explorer шолғышында үйлесімділік режимін өшіріңіз).Оған қоса, тұрақты қолдауды қамтамасыз ету үшін біз сайтты стильсіз және JavaScriptсіз көрсетеміз.
Әр слайдта үш мақаланы көрсететін слайдерлер.Слайдтар арқылы жылжу үшін артқа және келесі түймелерді немесе әр слайд бойынша жылжу үшін соңында слайд контроллері түймелерін пайдаланыңыз.

Тот баспайтын болаттан жасалған 310 ширатылған түтіктер / ширатылған түтіктерХимиялық құрамыжәне композиция

Келесі кестеде 310S маркалы тот баспайтын болаттың химиялық құрамы көрсетілген.

10*1мм 9,25*1,24 мм 310 Тот баспайтын болаттан жасалған капиллярлы орама түтік жеткізушілері

Физикалық қасиеттер

310S маркалы тот баспайтын болаттың физикалық қасиеттері келесі кестеде көрсетілген.

Механикалық қасиеттері

Келесі кестеде 310S маркалы тот баспайтын болаттың механикалық қасиеттері көрсетілген.

Жылу қасиеттері

310S маркалы тот баспайтын болаттың жылу қасиеттері келесі кестеде берілген.

Басқа белгілеулер

310S маркалы тот баспайтын болатқа баламалы басқа белгілер келесі кестеде берілген.

Бұл зерттеудің мақсаты диаметрі 2,5 мм сыни ақау тереңдігі бар 2300 МПа маркалы маймен шыңдалған сымға (ОТ сымы) микро ақауларды қолданған кезде автомобиль қозғалтқышының клапан серіппесі шаршау мерзімін бағалау болып табылады.Біріншіден, клапан серіппесін жасау кезінде ОТ сымының беткі ақауларының деформациясы субсимуляция әдістерін қолдану арқылы соңғы элементтерді талдау арқылы алынды, ал дайын серіппенің қалдық кернеуі өлшеніп, серіппелі кернеуді талдау үлгісіне қолданылды.Екіншіден, клапан серіппесінің беріктігін талдап, қалдық кернеудің бар-жоғын тексеріңіз және қолданылған кернеу деңгейін беттік кемшіліктермен салыстырыңыз.Үшіншіден, ОТ сымының айналуы кезіндегі иілу шаршау сынағы нәтижесінде алынған SN қисықтарына серіппе беріктігін талдау нәтижесінде алынған бет ақауларына кернеуді қолдану арқылы микро ақаулардың серіппенің шаршау мерзіміне әсері бағаланды.40 мкм ақау тереңдігі шаршау мерзімін төмендетпестен бет ақауларын басқарудың қазіргі стандарты болып табылады.
Автокөлік өнеркәсібі көліктердің отын тиімділігін арттыру үшін жеңіл автомобиль компоненттеріне үлкен сұранысқа ие.Осылайша, соңғы жылдары жоғары берік болатты (AHSS) пайдалану артып келеді.Автокөлік қозғалтқышының клапан серіппелері негізінен ыстыққа төзімді, тозуға төзімді және салбырап кетпейтін маймен шыңдалған болат сымдардан (ОТ сымдары) тұрады.
Созылу беріктігі жоғары болғандықтан (1900–2100 МПа) қазіргі уақытта қолданылатын ОТ сымдары қозғалтқыш клапандарының серіппелерінің көлемін және массасын азайтуға, қоршаған бөлшектермен үйкелісті азайту арқылы отын тиімділігін арттыруға мүмкіндік береді1.Осы артықшылықтардың арқасында жоғары вольтты сымды қолдану қарқынды түрде артып келеді және 2300МПа класты ультра жоғары беріктіктегі сымдар бірінен соң бірі пайда болады.Автокөлік қозғалтқыштарындағы клапан серіппелер ұзақ қызмет ету мерзімін талап етеді, өйткені олар жоғары циклдік жүктемелерде жұмыс істейді.Бұл талапты қанағаттандыру үшін өндірушілер әдетте клапан серіппелерін жобалау кезінде 5,5×107 циклден асатын шаршау мерзімін қарастырады және шаршау мерзімін ұзарту үшін атқылау және жылуды қысқарту процестері арқылы клапанның серіппелі бетіне қалдық кернеуді қолданады2.
Қалыпты жұмыс жағдайында көліктердегі бұрандалы серіппелердің шаршау мерзімі туралы біршама зерттеулер жүргізілді.Gzal және т.б.Статикалық жүктеме кезінде шағын спираль бұрыштары бар эллипс тәріздес бұрандалы серіппелердің аналитикалық, тәжірибелік және соңғы элементтік (ФЭ) талдаулары ұсынылған.Бұл зерттеу максималды ығысу кернеуінің арақатынасы мен қаттылық индексіне қарсы орналасуының анық және қарапайым өрнектерін қамтамасыз етеді, сонымен қатар практикалық конструкциялардағы маңызды параметр болып табылатын максималды ығысу кернеуі туралы аналитикалық түсінік береді3.Пасторцик және т.б.Жұмыс істемей қалғаннан кейін жеке автокөліктен алынған бұрандалы серіппенің бұзылуы мен қажуын талдау нәтижелері сипатталған.Эксперименттік әдістерді қолдана отырып, сынған серіппе зерттелді және нәтижелер бұл коррозиядан шаршау сәтсіздігінің мысалы болып табылады4.тесік және т.б. Автокөлік бұрандалы серіппелерінің шаршау мерзімін бағалау үшін бірнеше сызықтық регрессиялық серіппелі қызмет ету үлгілері әзірленді.Путра және басқалар.Жол төсемінің біркелкі еместігіне байланысты вагонның бұрандалы серіппенің қызмет ету мерзімі анықталады.Дегенмен, өндіріс процесінде пайда болатын беткі ақаулар автомобиль серіппелерінің қызмет ету мерзіміне қалай әсер ететіні туралы аз зерттеулер жүргізілді.
Өндіріс процесінде пайда болатын беттік ақаулар клапан серіппелеріндегі жергілікті кернеу концентрациясына әкелуі мүмкін, бұл олардың шаршау мерзімін айтарлықтай қысқартады.Клапан серіппелерінің беткі ақаулары әртүрлі факторлардың әсерінен пайда болады, мысалы, қолданылатын шикізаттың беткі ақаулары, құрал-саймандардың ақаулары, суықтай илектеу кезіндегі өрескел өңдеу7.Шикізаттың беткі ақаулары ыстық илектеу және көп өтпелі тарту салдарынан тік V-тәрізді, ал қалыптау құралы мен абайсыз өңдеуден туындаған ақаулар жұмсақ еңістермен U-тәрізді болады8,9,10,11.V-тәрізді ақаулар U-тәрізді ақауларға қарағанда кернеудің жоғары концентрациясын тудырады, сондықтан бастапқы материалға әдетте ақауларды басқарудың қатаң критерийлері қолданылады.
OT сымдарына арналған бет ақауларын басқарудың ағымдағы стандарттарына ASTM A877/A877M-10, DIN EN 10270-2, JIS G 3561 және KS D 3580 кіреді. DIN EN 10270-2 сым диаметрі бойынша бет ақауының тереңдігі 05–тен болатынын көрсетеді. 10 мм сым диаметрінің 0,5-1% -нан аз.Сонымен қатар, JIS G 3561 және KS D 3580 диаметрі 0,5–8 мм сым өзегінің бетіндегі ақаулардың тереңдігі сым диаметрінің 0,5% аз болуын талап етеді.ASTM A877/A877M-10 стандартында өндіруші мен сатып алушы беттік ақаулардың рұқсат етілген тереңдігі туралы келісуі керек.Сымның бетіндегі ақаудың тереңдігін өлшеу үшін әдетте сымды тұз қышқылымен өрнектейді, содан кейін микрометрдің көмегімен ақаудың тереңдігін өлшейді.Дегенмен, бұл әдіс түпкілікті өнімнің бүкіл бетінде емес, белгілі бір аумақтардағы ақауларды ғана өлшей алады.Сондықтан өндірушілер үздіксіз өндірілетін сымдағы бет ақауларын өлшеу үшін сым тарту процесінде құйынды ток сынауын пайдаланады;бұл сынақтар бетіндегі ақаулардың тереңдігін 40 мкм-ге дейін өлшей алады.Әзірлену үстіндегі 2300МПа маркалы болат сымның созылу беріктігі жоғары және қолданыстағы 1900-2200МПа болат сымға қарағанда ұзаруы төмен, сондықтан клапан серіппесі шаршау мерзімі беттік ақауларға өте сезімтал болып саналады.Сондықтан 1900-2200 МПа маркалы болат сым үшін беттік ақаулардың тереңдігін бақылаудың қолданыстағы стандарттарын 2300 МПа болат сымға дейін қолданудың қауіпсіздігін тексеру қажет.
Бұл зерттеудің мақсаты құйынды ток сынауымен өлшенетін ең аз ақау тереңдігі (яғни 40 мкм) 2300 МПа ОТ сымына (диаметрі: 2,5 мм) қолданылған кезде автомобиль қозғалтқышының клапан серіппесінің шаршау мерзімін бағалау болып табылады: сыни ақау тереңдігі.Бұл зерттеудің үлесі мен әдістемесі төмендегідей.
ОТ сымының бастапқы ақауы ретінде сым осіне қатысты көлденең бағытта шаршау мерзіміне елеулі әсер ететін V-тәрізді ақау қолданылды.Тереңдігінің (h), енінің (w) және ұзындығының (l) әсерін көру үшін бет ақауының өлшемдерінің (α) және ұзындығының (β) қатынасын қарастырыңыз.Беткі ақаулар серіппенің ішінде пайда болады, онда бұзылу бірінші орын алады.
Суық орау кезінде ОТ сымының бастапқы ақауларының деформациясын болжау үшін ОТ сымымен салыстырғанда ақаулар өте аз болғандықтан, талдау уақыты мен беттік ақаулардың өлшемін ескеретін қосалқы модельдеу тәсілі қолданылды.жаһандық модель.
Екі сатылы өңдеуден кейінгі серіппедегі қалдық қысу кернеулері шекті элементтер әдісімен есептелді, нәтижелер аналитикалық үлгіні растау үшін атқылаудан кейінгі өлшемдермен салыстырылды.Сонымен қатар, барлық өндірістік процестерден клапан серіппелеріндегі қалдық кернеулер өлшеніп, серіппе беріктігін талдауға қолданылды.
Беткі ақаулардағы кернеулерді суық илемдеу кезінде ақаудың деформациясын және дайын серіппедегі қалдық қысу кернеуін ескере отырып, серіппенің беріктігін талдау арқылы болжайды.
Айналмалы иілу шаршау сынағы клапан серіппесі сияқты материалдан жасалған ОТ сымын қолдану арқылы жүзеге асырылды.Дайындалған клапан серіппелерінің қалдық кернеуі мен бетінің кедір-бұдырлық сипаттамаларын OT желілерімен салыстыру үшін SN қисықтары алдын ала өңдеу процестері ретінде екі сатылы кесу мен бұралуды қолданғаннан кейін айналмалы иілу шаршау сынақтары арқылы алынды.
Серіппенің беріктігін талдау нәтижелері Гудман теңдеуі мен SN қисығына клапан серіппесінің шаршау мерзімін болжау үшін қолданылады, сонымен қатар беттік ақау тереңдігінің шаршау мерзіміне әсері де бағаланады.
Бұл зерттеуде автомобиль қозғалтқышының клапан серіппесінің шаршау мерзімін бағалау үшін диаметрі 2,5 мм болатын 2300 МПа OT маркалы сым пайдаланылды.Алдымен оның созылғыш сыну үлгісін алу үшін сымның созылу сынағы жүргізілді.
ОТ сымының механикалық қасиеттері суық орау процесін және серіппе беріктігін соңғы элементтерді талдау алдында созылу сынақтарынан алынды.Материалдың кернеу-деформация қисығы суретте көрсетілгендей 0,001 с-1 деформация жылдамдығында созылу сынақтарының нәтижелерін пайдалана отырып анықталды.1. SWONB-V сымы пайдаланылады және оның аққыштық шегі, созылу күші, серпімділік модулі және Пуассон қатынасы сәйкесінше 2001,2МПа, 2316МПа, 206ГПа және 0,3.Ағынның деформациясына кернеудің тәуелділігі келесі түрде алынады:
Күріш.2 иілгіш сыну процесін көрсетеді.Материал деформация кезінде эластопластикалық деформацияға ұшырайды, ал материалдағы кернеу оның созылу беріктігіне жеткенде материал тарылады.Кейіннен материал ішіндегі бос орындардың пайда болуы, өсуі және бірігуі материалдың бұзылуына әкеледі.
Иілгіш сыну үлгісі кернеудің әсерін ескеретін кернеумен модификацияланған сыни деформация моделін пайдаланады, ал мойыннан кейінгі сыну зақымдануды жинақтау әдісін қолданады.Мұнда зақымдануды бастау деформацияның, кернеудің үш осінің және деформация жылдамдығының функциясы ретінде көрсетіледі.Кернеудің үш осьтілігі материалдың мойынның пайда болуына дейін деформациялануынан туындаған гидростатикалық кернеуді тиімді кернеуге бөлу арқылы алынған орташа мән ретінде анықталады.Зақымдануды жинақтау әдісінде зақымдану мәні 1-ге жеткенде бұзылу орын алады, ал 1-ге дейінгі зақымдану мәніне жету үшін қажетті энергия жойылу энергиясы (Gf) ретінде анықталады.Сыну энергиясы материалдың мойыннан сыну уақытына дейінгі шын кернеу-орын ауыстыру қисығының аймағына сәйкес келеді.
Кәдімгі болаттар жағдайында кернеу режиміне байланысты иілгіш сыну, ығысу сынуы немесе аралас режимдегі сыну 3-суретте көрсетілгендей иілгіштік пен ығысу сынуына байланысты пайда болады. Сыну деформациясы мен кернеу үш осьті үшін әртүрлі мәндер көрсетті. сыну үлгісі.
Пластикалық бұзылу 1/3 (I аймақ) асатын кернеу үш осьтіктігіне сәйкес аймақта орын алады және сыну деформациясы мен кернеу үш осьтіктігін беттік ақаулары мен ойықтары бар үлгілердегі созылу сынақтарынан шығаруға болады.0 ~ 1/3 (II аймақ) кернеудің үш осьтіктігіне сәйкес аймақта иілгіш сыну мен ығысудың комбинациясы пайда болады (яғни бұралу сынағы арқылы. Кернеу үш осьтілігіне сәйкес аймақта -1/3-тен 0-ге дейін. (III), қысу нәтижесінде пайда болатын ығысу бұзылысы, сыну деформациясы мен кернеудің үш осьтілігін бұзу сынағы арқылы алуға болады.
Қозғалтқыш клапанының серіппелерін жасауда қолданылатын ОТ сымдары үшін дайындау процесінде және қолдану жағдайларында әртүрлі жүктеме жағдайларынан туындаған сынықтарды ескеру қажет.Сондықтан, үзілу деформация критерийін қолдану үшін созылу және бұралу сынақтары жүргізілді, кернеудің үш осьтілігінің әрбір кернеу режиміне әсері қарастырылды және кернеу үш осьтілігінің өзгеруін сандық анықтау үшін үлкен штаммдардағы эластопластикалық соңғы элементтерді талдау жүргізілді.Сығымдау режимі үлгіні өңдеудің шектелуіне байланысты қарастырылмады, атап айтқанда, ОТ сымының диаметрі небәрі 2,5 мм.1-кестеде соңғы элементтерді талдау арқылы алынған созылу және бұралу, сондай-ақ кернеудің үш осьтілігі мен сыну деформациясы үшін сынақ шарттары келтірілген.
Кәдімгі үш осьті болаттардың кернеу кезінде сыну деформациясын келесі теңдеу арқылы болжауға болады.
мұндағы C1: \({\overline{{\varepsilon}_{0}}}^{pl}\) таза кесу (η = 0) және C2: \({\overline{{\varepsilon}_{0}} }^{pl}\) Бір осьтік керілу (η = η0 = 1/3).
Әрбір кернеу режимі үшін тренд сызықтары теңдеудегі сыну деформациясының C1 және C2 мәндерін қолдану арқылы алынады.(2);С1 және С2 беттік ақаулары жоқ үлгілерде созылу және бұралу сынақтарынан алынады.4-суретте сынақтардан алынған кернеудің үш осьтілігі мен сыну деформациясы және теңдеумен болжанған тренд сызықтары көрсетілген.(2) Сынақтан алынған тренд сызығы және кернеудің үш осьтілігі мен сыну деформациясы арасындағы байланыс ұқсас үрдісті көрсетеді.Тренд сызықтарын қолдану нәтижесінде алынған әрбір кернеу режимі үшін сынудың деформациясы және кернеу үш осьтілігі иілгіш сынудың критерийлері ретінде пайдаланылды.
Үзілу энергиясы мойыннан кейін үзілу уақытын анықтау үшін материалдық қасиет ретінде пайдаланылады және оны созу сынақтарынан алуға болады.Сыну энергиясы материалдың бетінде жарықшақтардың болуына немесе болмауына байланысты, өйткені сыну уақыты жергілікті кернеулердің концентрациясына байланысты.5a-c суреттерінде беттік ақаулары жоқ үлгілердің және созылу сынақтары мен соңғы элементтерді талдаудан алынған R0,4 немесе R0,8 ойықтары бар үлгілердің сыну энергиялары көрсетілген.Сыну энергиясы мойыннан сыну уақытына дейінгі шын кернеу-ығысу қисығының ауданына сәйкес келеді.
Жіңішке беттік ақаулары бар ОТ сымының сыну энергиясы 5d-суретте көрсетілгендей ақау тереңдігі 40 мкм-ден асатын ОТ сымында созылу сынақтарын орындау арқылы болжалды.Созылу сынақтарында ақаулары бар он үлгі қолданылды және орташа сыну энергиясы 29,12 мДж/мм2 деп бағаланды.
Стандартталған бет ақауы автомобиль клапан серіппелерін жасауда қолданылатын ОТ сымының беттік ақау геометриясына қарамастан ақау тереңдігінің клапан серіппелі сымының диаметріне қатынасы ретінде анықталады.OT сым ақауларын бағдарға, геометрияға және ұзындыққа байланысты жіктеуге болады.Бірдей ақау тереңдігінің өзінде серіппедегі беттік ақауға әсер ететін кернеу деңгейі ақаудың геометриясы мен бағытына байланысты өзгереді, сондықтан ақаудың геометриясы мен бағыты шаршау беріктігіне әсер етуі мүмкін.Сондықтан беттік ақауларды басқарудың қатаң критерийлерін қолдану үшін серіппенің шаршау мерзіміне ең көп әсер ететін ақаулардың геометриясы мен бағытын ескеру қажет.ОТ сымының ұсақ түйіршікті құрылымына байланысты оның шаршау мерзімі ойықтарға өте сезімтал.Сондықтан ақаудың геометриясы мен бағыты бойынша кернеудің ең жоғары концентрациясын көрсететін ақау соңғы элементтерді талдау арқылы бастапқы ақау ретінде белгіленуі керек.Суретте.6 осы зерттеуде пайдаланылған өте жоғары беріктігі 2300 МПа класс автомобиль клапан серіппелерін көрсетеді.
ОТ сымының беткі ақаулары серіппелі осі бойынша ішкі ақаулар және сыртқы ақаулар болып бөлінеді.Суық илемдеу кезінде иілу салдарынан серіппенің ішкі және сыртқы жағында сығылу кернеуі және созылу кернеуі әсер етеді.Сыну суық илемдеу кезінде созылу кернеулерінен сырттан пайда болатын беттік ақаулардан туындауы мүмкін.
Практикада серіппе мерзімді қысу мен релаксацияға ұшырайды.Серіппенің қысылуы кезінде болат сым бұралып, кернеулердің шоғырлануына байланысты серіппе ішіндегі ығысу кернеуі қоршаған ығысу кернеуінен жоғары болады7.Сондықтан серіппенің ішінде беткі ақаулар болса, серіппенің үзілу ықтималдығы ең үлкен.Осылайша, серіппенің сыртқы жағы (серіппе жасау кезінде істен шығуы күтілетін орын) және ішкі жағы (нақты қолдану кезінде кернеу ең көп болатын жер) беткі ақаулардың орындары ретінде белгіленеді.
ОТ сызықтарының беттік ақау геометриясы U-тәрізді, V-пішінді, Y-пішінді және Т-тәрізді болып бөлінеді.Y типті және Т типті негізінен шикізаттың беткі ақауларында болады, ал U типті және V типті ақаулар салқын илемдеу процесінде құралдарды ұқыпсыз ұстаудан болады.Шикізат бетіндегі ақаулардың геометриясына келетін болсақ, ыстықтай илемдеу кезінде біркелкі емес пластикалық деформациядан туындайтын U-тәрізді ақаулар көп өтпелі созу кезінде V-тәрізді, Y-тәрізді және Т-тәрізді тігіс ақауларына деформацияланады8, 10.
Сонымен қатар, бетіндегі ойықтың тік еңісі бар V-тәрізді, Y-тәрізді және Т-тәрізді ақаулар серіппенің жұмысы кезінде жоғары кернеу концентрациясына ұшырайды.Суық илемдеу кезінде клапан серіппелер майысқан және жұмыс кезінде бұралған.V-тәрізді және Y-тәрізді ақаулардың кернеу концентрациясы жоғары кернеу концентрациясы соңғы элементтерді талдау, ABAQUS – коммерциялық соңғы элементтерді талдау бағдарламалық құралын пайдалану арқылы салыстырылды.Кернеу-деформация байланысы 1-суретте және 1-теңдеуде көрсетілген. (1) Бұл модельдеу екі өлшемді (2D) төртбұрышты төрт түйінді элементті пайдаланады және элементтің ең аз жағы ұзындығы 0,01 мм.Аналитикалық модель үшін диаметрі 2,5 мм және ұзындығы 7,5 мм сымның 2D үлгісіне тереңдігі 0,5 мм және ақаудың еңісі 2° болатын V-тәрізді және Y-тәрізді ақаулар қолданылды.
Суретте.7а әр сымның екі ұшына 1500 Нмм иілу моменті қолданылған кезде әрбір ақаудың ұшында иілу кернеуінің концентрациясын көрсетеді.Талдау нәтижелері 1038,7 және 1025,8 МПа максималды кернеулер сәйкесінше V-тәрізді және Y-тәрізді ақаулардың төбесінде болатынын көрсетеді.Суретте.7b бұралу нәтижесінде туындаған әрбір ақаудың жоғарғы жағындағы кернеу концентрациясын көрсетеді.Сол жағы шектеліп, оң жаққа 1500 Н∙мм айналу моменті қолданылғанда, V-тәрізді және Y-тәрізді ақаулардың ұштарында бірдей максималды кернеу 1099 МПа пайда болады.Бұл нәтижелер ақаудың тереңдігі мен көлбеуі бірдей болғанда, V типті ақаулар Y типті ақауларға қарағанда жоғары иілу кернеуін көрсететінін көрсетеді, бірақ олар бірдей бұралу кернеуін сезінеді.Сондықтан ақаудың тереңдігі мен көлбеуі бірдей V-тәрізді және Y-тәрізді беттік ақауларды кернеу концентрациясынан туындаған максималды кернеуі жоғары V-тәрізділерге қалыпқа келтіруге болады.V типті ақаулардың өлшемдерінің арақатынасы V типті және Т типті ақаулардың тереңдігін (h) және енін (w) пайдалану арқылы α = w/h ретінде анықталады;осылайша, Т-типті ақау (α ≈ 0) орнына, геометрияны V типті ақаудың геометриялық құрылымымен анықтауға болады.Сондықтан Y типті және Т типті ақауларды V типті ақаулар арқылы қалыпқа келтіруге болады.Тереңдікті (h) және ұзындықты (l) пайдалана отырып, ұзындық қатынасы әйтпесе β = л/сағ ретінде анықталады.
811-суретте көрсетілгендей, ОТ сымдарының беткі ақауларының бағыттары 811-суретте көрсетілгендей бойлық, көлденең және көлбеу бағыттарға бөлінеді. Шекті элемент арқылы серіппенің беріктігіне беттік ақаулардың бағдарлануының әсерін талдау. әдіс.
Суретте.9a қозғалтқыш клапанының серіппелі кернеуін талдау үлгісін көрсетеді.Талдау шарты ретінде серіппе 50,5 мм бос биіктіктен 21,8 мм қатты биіктікке дейін сығылды, 9б-суретте көрсетілгендей серіппе ішінде 1086 МПа максималды кернеу пайда болды.Қозғалтқыш клапанының серіппелерінің істен шығуы негізінен серіппеде болатындықтан, ішкі бетіндегі ақаулардың болуы серіппенің шаршау мерзіміне елеулі әсер етеді деп күтілуде.Сондықтан бойлық, көлденең және көлбеу бағыттағы беттік ақаулар қосалқы модельдеу әдістерін қолдана отырып, қозғалтқыш клапанының серіппелерінің ішкі бөлігіне қолданылады.2-кестеде беттік ақаулардың өлшемдері және серіппелі максималды қысу кезінде ақаудың әрбір бағыты бойынша максималды кернеу көрсетілген.Ең жоғары кернеулер көлденең бағытта байқалды, ал бойлық және көлбеу бағыттардағы кернеулердің көлденең бағытқа қатынасы 0,934–0,996 деп бағаланды.Кернеу коэффициентін бұл мәнді максималды көлденең кернеуге бөлу арқылы анықтауға болады.Серіппедегі максималды кернеу 9-суретте көрсетілгендей әрбір бет ақауының жоғарғы жағында болады.Бойлық, көлденең және қиғаш бағытта байқалатын кернеу мәндері сәйкесінше 2045, 2085 және 2049 МПа.Бұл талдаулардың нәтижелері көлденең бетінің ақаулары қозғалтқыш клапанының серіппелерінің шаршау мерзіміне ең тікелей әсер ететінін көрсетеді.
ОТ сымының бастапқы ақауы ретінде қозғалтқыш клапанының серіппесінің шаршау мерзіміне тікелей әсер ететін V-тәрізді ақау таңдалды, ал ақаудың бағыты ретінде көлденең бағыт таңдалды.Бұл ақау өндіріс кезінде қозғалтқыш клапаны серіппесі сынған сыртта ғана емес, сонымен қатар жұмыс кезінде кернеудің шоғырлануына байланысты ең үлкен кернеу пайда болатын ішінде де болады.Ең үлкен ақау тереңдігі құйынды ток ақауларын анықтау арқылы анықталуы мүмкін 40 мкм, ал ең төменгі тереңдік 2,5 мм сым диаметрінің 0,1% сәйкес келетін тереңдікке орнатылады.Демек, ақаудың тереңдігі 2,5-тен 40 мкм-ге дейін.Айнымалылар ретінде ұзындық қатынасы 0,1~1 және ұзындығы 5~15 болатын ақаулардың тереңдігі, ұзындығы және ені қолданылды және олардың серіппенің қажу беріктігіне әсері бағаланды.3-кестеде жауап беру бетінің әдістемесі арқылы анықталған аналитикалық шарттар келтірілген.
Автокөлік қозғалтқышының клапан серіппесі ОТ сымын салқын орау, шынықтыру, атқылау және қыздыру арқылы жасалады.Қозғалтқыш клапандарының серіппелерінің шаршау мерзіміне ОТ сымдарындағы бастапқы бет ақауларының әсерін бағалау үшін серіппелерді дайындау кезінде бетіндегі ақаулардың өзгеруін ескеру қажет.Сондықтан, бұл бөлімде әрбір серіппе жасау кезінде ОТ сым бетінің ақауларының деформациясын болжау үшін соңғы элементтерді талдау қолданылады.
Суретте.10 суық орау процесін көрсетеді.Бұл процесс барысында ОТ сымы беру шығыршығы арқылы сым бағыттағышына беріледі.Сым бағыттағышы қалыптау процесінде иілуді болдырмау үшін сымды береді және қолдайды.Сым бағыттағышы арқылы өтетін сым бірінші және екінші шыбықтармен бүгіліп, қажетті ішкі диаметрі бар орам серіппесі пайда болады.Серіппе қадамы қадамдық құралды бір айналымнан кейін жылжыту арқылы жасалады.
Суретте.11а суық илемдеу кезінде бет ақауларының геометриясының өзгеруін бағалау үшін қолданылатын соңғы элементтер моделін көрсетеді.Сымның қалыптауы негізінен орама пинмен аяқталады.Сымның бетіндегі оксид қабаты майлаушы ретінде әрекет ететіндіктен, бергіш роликтің үйкеліс әсері шамалы.Сондықтан есептеу үлгісінде беріліс ролик пен сым бағыттағыш втулка ретінде жеңілдетілген.ОТ сымы мен қалыптау құралы арасындағы үйкеліс коэффициенті 0,05 деп белгіленді.2D қатты дене жазықтығы мен бекіту шарттары желінің сол жақ шетіне X бағытында беру шығыршығы сияқты жылдамдықпен (0,6 м/с) берілуі үшін қолданылады.Суретте.11b сымдарға шағын ақауларды қолдану үшін қолданылатын қосалқы модельдеу әдісін көрсетеді.Тереңдігі 20 мкм және одан жоғары бет ақаулары үшін қосалқы үлгі екі рет және тереңдігі 20 мкм-ден аз бет ақаулары үшін үш рет беттік ақаулардың мөлшерін есепке алу үшін қолданылады.Беттік ақаулар бірдей қадамдармен қалыптасқан аймақтарға қолданылады.Серіппенің жалпы үлгісінде сымның тікелей бөлігінің ұзындығы 100 мм.Бірінші ішкі үлгі үшін ұзындығы 3 мм болатын 1 қосалқы үлгіні жаһандық үлгіден 75 мм бойлық позицияға қолданыңыз.Бұл модельдеу үш өлшемді (3D) алтыбұрышты сегіз түйінді элементті пайдаланды.Жаһандық үлгіде және 1-ші қосалқы модельде әрбір элементтің ең аз жағы ұзындығы сәйкесінше 0,5 және 0,2 мм.1-шағын үлгіні талдағаннан кейін 2-үлгіге бет ақаулары қолданылады, ал 2-үлгінің ұзындығы мен ені кіші модель шекаралық жағдайларының әсерін жою үшін беттік ақаудың ұзындығынан 3 есе көп. қосымша үлгінің тереңдігі ретінде ұзындығы мен енінің 50% пайдаланылады.2 қосалқы үлгіде әрбір элементтің ең аз жағы ұзындығы 0,005 мм.Белгілі бір беттік ақаулар 3-кестеде көрсетілгендей соңғы элементтерді талдауға қолданылды.
Суретте.12 катушканы суық өңдеуден кейін беттік жарықтардағы кернеудің таралуын көрсетеді.Жалпы үлгі мен 1-ші субмодель бір жерде бірдей дерлік 1076 және 1079 МПа кернеулерді көрсетеді, бұл субмодельдеу әдісінің дұрыстығын растайды.Жергілікті кернеу концентрациясы субмодельдің шекаралық шеттерінде орын алады.Шамасы, бұл субмодельдің шекаралық шарттарына байланысты.Стресс концентрациясына байланысты беттік ақаулары бар 2 қосалқы үлгіде суық илемдеу кезінде ақаудың ұшында 2449 МПа кернеу көрсетіледі.3-кестеде көрсетілгендей, жауап беті әдісімен анықталған бет ақаулары серіппенің ішкі жағына қолданылды.Ақырлы элементтерді талдау нәтижелері беттік ақаулардың 13 жағдайының ешқайсысы сәтсіздікке ұшырамағанын көрсетті.
Барлық технологиялық процестерде орау процесінде серіппе ішіндегі беткі ақаулардың тереңдігі 0,1–2,62 мкм (13а-сурет), ал ені 1,8–35,79 мкм (сурет 13б) азайып, ұзындығы 0,72 мкм-ге өсті. –34,47 мкм (Cурет 13c).Көлденең V-тәрізді ақау суық илемдеу кезінде иілу арқылы ені бойынша жабылатындықтан, ол бастапқы ақауға қарағанда тік еңісі бар V-тәрізді ақауға деформацияланады.
Өндіріс процесінде ОТ сым бетінің ақауларының тереңдігі, ені және ұзындығының деформациясы.
Серіппенің сыртына бет ақауларын жағыңыз және ақырғы элементтерді талдау арқылы суық илемдеу кезінде сыну ықтималдығын болжаңыз.Кестеде көрсетілген шарттарда.3, сыртқы бетіндегі ақаулардың жойылу ықтималдығы жоқ.Басқаша айтқанда, 2,5-тен 40 мкм-ге дейінгі беттік ақаулардың тереңдігінде бұзылулар болған жоқ.
Бетінің сыни ақауларын болжау үшін ақау тереңдігін 40 мкм-ден 5 мкм-ге дейін арттыру арқылы суық илемдеу кезінде сыртқы сынықтар зерттелді.Суретте.14 беттік ақаулар бойындағы сынықтарды көрсетеді.Сыну тереңдік (55 мкм), ені (2 мкм) және ұзындық (733 мкм) жағдайында орын алады.Серіппе сыртындағы беттік ақаудың сыни тереңдігі 55 мкм болып шықты.
Кесу процесі серіппе бетінен белгілі бір тереңдікте қалдық қысу кернеуін жасау арқылы жарықшақтардың өсуін басады және шаршау мерзімін арттырады;дегенмен серіппенің бетінің кедір-бұдырлығын арттыру арқылы кернеу концентрациясын индукциялайды, осылайша серіппенің шаршауға төзімділігін төмендетеді.Сондықтан қайта өңдеу технологиясы жоғары беріктігі бар серіппелерді өндіру үшін, тегістеу нәтижесінде пайда болған беттің кедір-бұдырының артуына байланысты шаршау мерзімінің қысқаруын өтеу үшін қолданылады.Екі сатылы тегістеу бетінің кедір-бұдырлығын, максималды қысу қалдық кернеуін және беттік қысу қалдық кернеуін жақсартуы мүмкін, себебі екінші реттік сырлау бірінші оқтаудан кейін орындалады12,13,14.
Суретте.15 атқылау процесінің аналитикалық үлгісін көрсетеді.Серпімді-пластикалық модель жасалды, онда ату үшін OT желісінің мақсатты жергілікті аймағына 25 доп түсірілді.Атқылауды талдау үлгісінде бастапқы ақаулар ретінде суық орау кезінде деформацияланған ОТ сымының беткі ақаулары пайдаланылды.Салқын илемдеу процесінде пайда болатын қалдық кернеулерді атқылау процесінің алдында шынықтыру арқылы жою.Ату шарының келесі қасиеттері қолданылды: тығыздық (ρ): 7800 кг/м3, серпімділік модулі (E) – 210 ГПа, Пуассон қатынасы (υ): 0,3.Шар мен материал арасындағы үйкеліс коэффициенті 0,1-ге тең.Бірінші және екінші соғу өту кезінде диаметрі 0,6 және 0,3 мм кадрлар бірдей 30 м/с жылдамдықпен шығарылды.Атқылау процесінен кейін (13-суретте көрсетілген басқа өндірістік процестермен қатар) серіппедегі бет ақауларының тереңдігі, ені және ұзындығы -6,79-дан 0,28 мкм-ге дейін, -4,24-тен 1,22 мкм-ге дейін және -2 ,59-дан 1,69-ға дейін ауытқиды. мкм, тиісінше мкм.Материалдың бетіне перпендикуляр лақтырылған снарядтың пластикалық деформациясы салдарынан ақаудың тереңдігі төмендейді, атап айтқанда, ақаудың ені айтарлықтай азаяды.Шамасы, ақау оқтау нәтижесінде пайда болған пластикалық деформацияға байланысты жабылған.
Жылулық кішірейту процесі кезінде суық шөгу мен төмен температурада жасыту әсерлері бір уақытта қозғалтқыш клапанының серіппесіне әсер етуі мүмкін.Суық параметр серіппенің кернеу деңгейін бөлме температурасында мүмкін болатын ең жоғары деңгейге дейін қысу арқылы барынша арттырады.Бұл жағдайда қозғалтқыш клапанының серіппесі материалдың аққыштық шегінен жоғары жүктелсе, қозғалтқыш клапанының серіппесі пластикалық деформацияланып, аққыштық күшін арттырады.Пластикалық деформациядан кейін клапан серіппесі бүгіледі, бірақ жоғары аққыштық күші клапан серіппесінің нақты жұмыс кезінде серпімділігін қамтамасыз етеді.Төмен температурада жасыту жоғары температурада жұмыс істейтін клапан серіппелерінің жылу және деформацияға төзімділігін жақсартады2.
FE талдауында атқылау кезінде деформацияланған беттік ақаулар және рентгендік дифракциялық (XRD) жабдығымен өлшенген қалдық кернеу өрісі жылуды азайту кезінде ақаулардың өзгеруін анықтау үшін 2-ші кіші үлгіге (8-сурет) қолданылды.Серіппе серпімділік диапазонында жұмыс істеуге арналған және оның 50,5 мм бос биіктігінен 21,8 мм берік биіктігіне дейін сығылды, содан кейін талдау шарты ретінде бастапқы биіктігі 50,5 мм-ге оралуға мүмкіндік берді.Жылудың кішіреюі кезінде ақаудың геометриясы шамалы өзгереді.Шамасы, 800 МПа және одан жоғары қалдық қысу кернеуі, атқылау кезінде пайда болады, бет ақауларының деформациясын басады.Жылулық жиырылғаннан кейін (13-сурет) бет ақауларының тереңдігі, ені және ұзындығы сәйкесінше -0,13-0,08 мкм, -0,75-тен 0 мкм және 0,01-ден 2,4 мкм-ге дейін өзгерді.
Суретте.16 бірдей тереңдіктегі (40 мкм), ені (22 мкм) және ұзындықтағы (600 мкм) U-тәрізді және V-тәрізді ақаулардың деформацияларын салыстырады.U-тәрізді және V-тәрізді ақаулардың енінің өзгеруі ұзындықтың өзгеруінен үлкенірек болады, бұл суық илемдеу және атқылау кезінде ені бағытында жабылу нәтижесінде пайда болады.U-тәрізді ақаулармен салыстырғанда, V-тәрізді ақаулар салыстырмалы түрде үлкенірек тереңдікте және тік еңістерде пайда болды, бұл V-тәрізді ақауларды қолданғанда консервативті тәсілді қолдануға болады деп болжайды.
Бұл бөлімде клапан серіппесін жасаудың әрбір процесі үшін ОТ желісіндегі бастапқы ақаудың деформациясы талқыланады.Бастапқы ОТ сым ақауы клапан серіппесінің ішкі жағына қолданылады, онда серіппенің жұмысы кезіндегі жоғары кернеулердің салдарынан істен шығу күтіледі.ОТ сымдарының көлденең V-тәрізді бетінің ақаулары суық орау кезінде иілу салдарынан тереңдігі мен ұзындығы аздап өсті және ені күрт төмендеді.Ені бағытында жабу соңғы қыздыру параметрі кезінде аз немесе мүлде байқалмайтын ақаулық деформациямен оқтау кезінде орын алады.Суық илемдеу және оқтау процесінде пластикалық деформацияға байланысты ені бағытында үлкен деформация болады.Клапан серіппесі ішіндегі V-тәрізді ақау суық илемдеу процесінде ені жабылуына байланысты Т-тәрізді ақауға айналады.