Componente chimicu di tubu di bobina d'acciaio inossidabile 310, Effettu di difetti di superficia in filu d'acciaio induritu à l'oliu nantu à a vita di fatigue di e molle di valvule in i motori di l'automobile

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Tubi spiralati in acciaio inox 310 / tubi spiralatiCumpusizioni chimicaè cumpusizioni

A tavula seguente mostra a cumpusizioni chimica di l'acciaio inox 310S.

10 * 1mm 9.25 * 1.24 mm 310 Fornitori di tubi capillari in acciaio inox 310

Pruprietà fisica

E proprietà fisiche di l'acciaio inox di qualità 310S sò affissate in a tabella seguente.

Pruprietà meccanica

A tavula seguente delinea e proprietà meccaniche di l'acciaio inox 310S.

Pruprietà termale

E proprietà termali di l'acciaio inox 310S di qualità sò datu in a tabella chì seguita.

Altre designazioni

Altre designazioni equivalenti à l'acciaio inox di qualità 310S sò listate in a tavula seguente.

U scopu di stu studiu hè di valutà a vita di fatigue di una molla di valvula di un mutore di l'automobile quandu si applica microdifetti à un filu indurita à l'oliu di 2300 MPa (filo OT) cù una prufundità critica di difettu di 2,5 mm di diametru.Prima, a deformazione di i difetti di a superficia di u filu OT durante a fabricazione di a molla di a valvula hè stata ottenuta da l'analisi di elementi finiti cù metudi di subsimulazione, è u stress residuale di a primavera finita hè stata misurata è appiicata à u mudellu di analisi di stress di primavera.Siconda, analizà a forza di a molla di a valvula, verificate u stress residuale, è paragunate u livellu di stress applicatu cù imperfezioni di a superficia.In terzu, l'effettu di i microdifetti nantu à a vita di fatigue di a molla hè statu evaluatu appiendu l'estresse nantu à i difetti di a superficia ottenuta da l'analisi di forza di a molla à e curve SN ottenute da a prova di fatigue flexural durante a rotazione di u filu OT.Una prufundità di difettu di 40 µm hè u standard attuale per a gestione di i difetti di a superficia senza compromette a vita di fatigue.
L'industria di l'automobile hà una forte dumanda di cumpunenti di l'automobile ligeri per migliurà l'efficienza di carburante di i veiculi.Cusì, l'usu di l'acciaio d'alta resistenza avanzata (AHSS) hè aumentatu in l'ultimi anni.E surgenti di valvula di u mutore di l'automobile sò principalmente custituiti da fili d'acciaio induritu à l'oliu resistenti à u calore, resistenti à l'usura è senza sagging (fili OT).
A causa di a so forza di tensione elevata (1900-2100 MPa), i fili OT attualmente usati permettenu di riduce a dimensione è a massa di e molle di valvula di u mutore, migliurà l'efficienza di carburante riducendu l'attrito cù e parti circundante1.A causa di sti vantaghji, l'usu di u filu d'alta tensione hè in crescita rapidamente, è u filu di filu ultra-alta resistenza di a classe 2300MPa appare unu dopu l'altru.E molle di valvule in i motori di l'automobile necessitanu una longa vita di serviziu perchè operanu sottu carichi ciclichi elevati.Per risponde à questu requisitu, i pruduttori generalmente cunsidereghjanu a vita di fatigue più grande di 5,5 × 107 cicli quandu cuncepiscenu e molle di valvola è applicanu stress residuale à a superficia di a molla di valvola per via di processi di pallinatura è termoretrazione per migliurà a vita di fatigue2.
Ci hè statu uni pochi di studii nantu à a vita di fatigue di e surgenti helical in i veiculi in cundizioni normali di u funziunamentu.Gzal et al.Analisi analitiche, sperimentali è elementi finiti (FE) di molle ellittiche ellittiche cù picculi anguli di helix sottu carica statica sò presentati.Stu studiu furnisce una espressione esplicita è simplice per a situazione di u massimu sforzu di taglio versus rapportu d'aspettu è indice di rigidità, è furnisce ancu una visione analitica di u sforzu di taglio massimu, un paràmetru criticu in i disinni pratichi3.Pastorcic et al.I risultati di l'analisi di a distruzzione è a fatigue di una primavera helical eliminata da una vittura privata dopu a fallimentu in l'operazione sò descritte.Utilizendu metudi spirimintali, una primavera rotta hè stata esaminata è i risultati suggerenu chì questu hè un esempiu di fallimentu di fatigue di corrosione4.pirtusu, etc.. Diversi mudelli di vita di primavera di regressione lineale sò stati sviluppati per valutà a vita di fatigue di surgenti helical di l'automobile.Putra è altri.A causa di l'irregularità di a superficia stradale, a vita di serviziu di a molla elicoidale di a vittura hè determinata.Tuttavia, poca ricerca hè stata fatta nantu à cumu i difetti di a superficia chì si verificanu durante u prucessu di fabricazione affettanu a vita di e molle di l'automobile.
I difetti di a superficia chì si trovanu durante u prucessu di fabricazione ponu purtà à una concentrazione di stress lucale in e surgenti di valvula, chì riduce significativamente a so vita di fatigue.I difetti di a superficia di e surghjenti di a valvula sò causati da diversi fattori, cum'è i difetti di a superficia di a materia prima utilizata, i difetti in l'arnesi, a manipolazione ruvida durante u rolling à friddu7.I difetti di a superficia di a materia prima sò in forma di V per via di u rolling caldu è di u disegnu multi-pass, mentre chì i difetti causati da l'uttellu di furmazione è a manipolazione trascurata sò in forma di U cù pendii gentili8,9,10,11.I difetti in forma di V causanu concentrazioni di stress più altu ch'è i difetti in forma di U, per quessa, i criterii stretti di gestione di difetti sò generalmente applicati à u materiale di partenza.
L'attuale standard di gestione di difetti di superficia per i fili OT include ASTM A877 / A877M-10, DIN EN 10270-2, JIS G 3561, è KS D 3580. DIN EN 10270-2 specifica chì a prufundità di un difettu di superficia nantu à diametri di filu di 0,5– 10 mm hè menu di 0,5-1% di u diametru di u filu.Inoltre, JIS G 3561 è KS D 3580 esigenu chì a prufundità di i difetti di a superficia in u filu di filu cù un diametru di 0,5-8 mm sia menu di 0,5% di u diametru di u filu.In ASTM A877/A877M-10, u fabricatore è l'acquirente devenu accunsentì nantu à a prufundità permessa di i difetti di a superficia.Per misurà a prufundità di un difettu nantu à a superficia di un filu, u filu hè generalmente incisu cù l'acidu clorhidric, è poi a prufundità di u difettu hè misurata cù un micrometru.Tuttavia, stu metudu pò misurà i difetti solu in certi spazii è micca in tutta a superficia di u pruduttu finali.Per quessa, i pruduttori utilizanu teste di corrente di Foucault durante u prucessu di trafilamentu per misurà i difetti di a superficia in u filu prodottu in continuu;sti testi ponu misurà a prufundità di i difetti di a superficia finu à 40 µm.U filu d'acciaio di qualità 2300MPa in sviluppu hà una forza di trazione più alta è un allungamentu più bassu di u filu d'acciaio di qualità 1900-2200MPa esistente, cusì a vita di fatigue di a molla di a valvola hè cunsiderata assai sensibile à i difetti di a superficia.Per quessa, hè necessariu di verificà a sicurità di l'applicazioni di e norme esistenti per u cuntrollu di a prufundità di i difetti di a superficia per u filu d'acciaio di qualità 1900-2200 MPa à u filu d'acciaio di qualità 2300 MPa.
U scopu di stu studiu hè di valutà a vita di fatigue di una molla di valvula di u mutore di l'automobile quandu a prufundità minima di difettu misurabile da teste di corrente di Foucault (ie 40 µm) hè applicata à un filu OT di qualità 2300 MPa (diametru: 2,5 mm): difettu criticu. prufundità.A cuntribuzione è a metodulugia di stu studiu sò i seguenti.
Cum'è u difettu iniziale in u filu OT, un difettu in forma di V hè stata utilizata, chì affetta seriamente a vita di fatigue, in a direzzione trasversale relative à l'assi di u filu.Considérez le rapport des dimensions (α) et longueur (β) d'un défaut de surface pour voir l'effet de sa profondeur (h), largeur (w) et longueur (l).I difetti di a superficia si trovanu in a primavera, induve u fallimentu hè prima.
Per predichendu a deformazione di i difetti iniziali in u filu OT durante u bobinamentu friddu, hè stata utilizata un approcciu di sub-simulazione, chì hà pigliatu in contu u tempu d'analisi è a dimensione di i difetti di a superficia, postu chì i difetti sò assai chjuchi cumparatu cù u filu OT.mudellu glubale.
L'estressi compressivi residuali in a primavera dopu à a pallinatura in dui fasi sò stati calculati da u metudu di l'elementu finitu, i risultati sò stati paragunati cù e misurazioni dopu a pallinatura per cunfirmà u mudellu analiticu.Inoltre, i stresses residuali in e surgenti di valvula da tutti i prucessi di fabricazione sò stati misurati è appiicati à l'analisi di forza di primavera.
L'estressi in i difetti di a superficia sò previsti per l'analisi di a forza di a primavera, tenendu in contu a deformazione di u difettu durante u rolling friddu è u stress compressive residuale in a primavera finita.
A prova di fatigue di curvatura rotazionale hè stata realizata cù un filu OT fattu da u listessu materiale cum'è a molla di valvula.Per correlate e caratteristiche di stress residuale è rugosità di a superficia di e molle di valvule fabbricate à e linee OT, e curve SN sò state ottenute da teste di fatigue di curvatura rotante dopu l'applicazione di pallinatura è torsione in dui fasi cum'è prucessi di pretrattamentu.
I risultati di l'analisi di forza di a molla sò appiicati à l'equazioni Goodman è a curva SN per predichendu a vita di fatigue di a molla di valvola, è l'effettu di a prufundità di difetti di a superficia nantu à a vita di fatigue hè ancu evaluatu.
In questu studiu, un filu di qualità 2300 MPa OT cù un diametru di 2,5 mm hè stata utilizata per evaluà a vita di fatigue di una primavera di valvula di u mutore di l'automobile.Prima, una prova di tensione di u filu hè stata realizata per ottene u so mudellu di frattura duttile.
E proprietà meccaniche di u filu OT sò stati ottenuti da e teste di trazione prima di l'analisi di elementi finiti di u prucessu di bobinamentu à friddu è a forza di primavera.A curva di tensione-deformazione di u materiale hè stata determinata utilizendu i risultati di e teste di trazione à una rata di deformazione di 0,001 s-1, cum'è mostra in a fig.1. U filu SWONB-V hè adupratu, è a so forza di rendiment, a forza di tensione, u modulu elasticu è u rapportu di Poisson sò 2001.2MPa, 2316MPa, 206GPa è 0.3 rispettivamente.A dipendenza di u stress à u flussu di u flussu hè ottenuta cum'è seguente:
Risu.2 illustra u prucessu di frattura duttile.U materiale hè sottumessu à una deformazione elastoplastica durante a deformazione, è u materiale si restringe quandu u stress in u materiale righjunghji a so forza di tensione.In seguitu, a creazione, a crescita è l'associazione di vuoti in u materiale portanu à a distruzzione di u materiale.
U mudellu di frattura ductile usa un mudellu di deformazione critica modificata da u stress chì piglia in contu l'effettu di u stress, è a frattura post-necking usa u metudu di accumulazione di danni.Quì, l'iniziazione di dannu hè espressa in funzione di a tensione, a triaxialità di stress è a rata di strain.A triaxialità di stress hè definita cum'è u valore mediu ottenutu dividendu u stress idrostaticu causatu da a deformazione di u materiale finu à a furmazione di u collu da u stress efficace.In u metudu di accumulazione di danni, a distruzzione si trova quandu u valore di danni righjunghji 1, è l'energia necessaria per ghjunghje à u valore di danni di 1 hè definita cum'è l'energia di distruzzione (Gf).L'energia di frattura currisponde à a regione di a vera curva di spostamentu di stress di u materiale da u collu à u tempu di frattura.
In u casu di l'acciai cunvinziunali, sicondu u modu di stress, a frattura duttile, a frattura di taglio, o a frattura di modalità mista si trova per via di a duttilità è a frattura di cisura, cum'è mostra in a Figura 3. A deformazione di frattura è a triaxialità di stress mostranu valori diffirenti per u mudellu di frattura.
U fallimentu plasticu si trova in una regione chì currisponde à una triaxialità di stress di più di 1/3 (zona I), è a deformazione di frattura è a triaxialità di stress pò esse dedotta da e prove di trazione nantu à esemplari cù difetti di superficia è tacche.In l'area chì currisponde à a triaxialità di tensione di 0 ~ 1/3 (zona II), una cumminazione di frattura duttile è fallimentu di cisura si trova (vale à dì à traversu una prova di torsione. In l'area chì currisponde à a triaxialità di stress da -1/3 à 0). (III), fallimentu di tagliolu causatu da a compressione, è a tensione di frattura è a triaxialità di stress pò esse ottenuta da una prova di sconvolgimento.
Per i fili OT utilizati in a fabricazione di molle di valvula di u mutore, hè necessariu di piglià in contu e fratture causate da diverse cundizioni di carica durante u prucessu di fabricazione è e cundizioni di l'applicazione.Per quessa, i testi di trazione è di torsione sò stati realizati per applicà u criteriu di deformazione di fallimentu, l'effettu di a triaxialità di stress in ogni modu di stress hè statu cunsideratu, è l'analisi di elementi finiti elastoplastici à grandi ceppi hè stata realizata per quantificà u cambiamentu di triaxialità di stress.U modu di cumpressione ùn hè statu cunsideratu per via di a limitazione di u prucessu di mostra, vale à dì, u diametru di u filu OT hè solu 2,5 mm.A Tabella 1 elenca e cundizioni di prova per a trazione è a torsione, è ancu a triaxialità di stress è a deformazione di frattura, ottenuta cù l'analisi di elementi finiti.
A deformazione di frattura di l'acciai triassiali cunvinziunali sottu stress pò esse predichendu cù l'equazioni seguenti.
dove C1: \({\overline{{\varepsilon}_{0}}}^{pl}\) taglio netto (η = 0) e C2: \({\overline{{\varepsilon}_{0} } }^{pl}\) Tensione uniaxiale (η = η0 = 1/3).
E linee di tendenza per ogni modu di stress sò ottenute appiendu i valori di deformazione di frattura C1 è C2 in l'equazioni.(2);C1 è C2 sò ottenuti da teste di trazione è di torsione nantu à campioni senza difetti di a superficia.A Figura 4 mostra a triaxialità di stress è a deformazione di frattura ottenuta da e teste è e linee di tendenza previste da l'equazioni.(2) A linea di tendenza ottenuta da a prova è a relazione trà a triaxialità di stress è a tensione di frattura mostranu una tendenza simile.A tensione di frattura è a triaxialità di stress per ogni modu di stress, ottenuta da l'applicazione di e linee di tendenza, sò stati usati cum'è criteri per a frattura duttile.
L'energia di rottura hè aduprata cum'è una pruprietà materiale per determinà u tempu di rompe dopu à u collu è pò esse ottenuta da e teste di tensione.L'energia di frattura dipende da a prisenza o l'absenza di cracke nantu à a superficia di u materiale, postu chì u tempu di frattura dipende da a cuncentrazione di e tensioni lucali.I figuri 5a-c mostranu l'energie di frattura di campioni senza difetti di a superficia è campioni cù tacche R0.4 o R0.8 da teste di trazione è analisi di elementi finiti.L'energia di frattura currisponde à l'area di a vera curva di spostamentu di stress da u collu à u tempu di frattura.
L'energia di frattura di un filu OT cù difetti di a superficia fine hè stata prevista da a realizazione di teste di tensione nantu à un filu OT cù una prufundità di difettu più grande di 40 µm, cum'è mostra in Fig. 5d.Dece specimens cù difetti sò stati utilizati in i testi di tensione è l'energia di frattura media hè stata stimata à 29,12 mJ / mm2.
U difettu di a superficia standardizata hè definitu cum'è u rapportu di a prufundità di u difettu à u diametru di u filu di a molla di valvola, indipendentemente da a geometria di difettu di a superficia di u filu OT utilizatu in a fabricazione di molle di valvola di l'automobile.I difetti di filu OT ponu esse classificati in basa di l'orientazione, a geometria è a lunghezza.Ancu cù a stessa prufundità di difettu, u livellu di stress chì agisce nantu à un difettu di a superficia in una primavera varieghja secondu a geometria è l'orientazione di u difettu, cusì a geometria è l'orientazione di u difettu pò influenzà a forza di fatigue.Per quessa, hè necessariu di piglià in contu a geometria è l'orientazione di i difetti chì anu u più grande impattu nantu à a vita di fatigue di una primavera per applicà criteri stretti per a gestione di i difetti di a superficia.A causa di a struttura di grana fina di u filu OT, a so vita di fatigue hè assai sensibile à a notching.Dunque, u difettu chì mostra a più alta concentrazione di stress secondu a geometria è l'orientazione di u difettu deve esse stabilitu cum'è u difettu iniziale utilizendu l'analisi di elementi finiti.Nantu à fig.6 mostra a molla di valvola di l'automobile di classe 2300 MPa ultra-alta resistenza utilizata in stu studiu.
I difetti di a superficia di u filu OT sò divisi in difetti interni è difetti esterni secondu l'assi di primavera.A causa di a curvatura durante u rolling à friddu, u stress cumpressivu è u stress tensile agisce in l'internu è fora di a primavera, rispettivamente.A frattura pò esse causata da difetti di a superficia chì appariscenu da l'esternu per via di tensioni di tensione durante u laminazione à friddu.
In pratica, a primavera hè sottumessu à a compressione periodica è a rilassazione.Duranti a cumpressione di a molla, u filu d'acciaio si torce, è per via di a cuncentrazione di e tensioni, u sforzu di cisura in a primavera hè più altu ch'è u stress di cisura circundante7.Per quessa, s'ellu ci sò difetti di a superficia in a primavera, a probabilità di rupture di primavera hè a più grande.Cusì, u latu esternu di a primavera (u locu induve u fallimentu hè previstu durante a fabricazione di a primavera) è u latu internu (induve u stress hè più grande in l'applicazione attuale) sò stabiliti cum'è i lochi di i difetti di a superficia.
A geometria di difetti di a superficia di e linee OT hè divisa in forma di U, forma di V, forma di Y è forma di T.Y-type è T-tipu esisti principarmenti in i difetti di a superficia di materie prime, è i difetti di tipu U è V si verificanu per via di una manipulazione imprudente di arnesi in u prucessu di laminazione à friddu.In quantu à a geometria di i difetti di a superficia in a materia prima, i difetti in forma di U derivanti da una deformazione plastica non uniforme durante u laminazione à caldu sò deformati in difetti di cucitura in forma di V, Y è in forma di T sottu stretching multi-pass8, 10.
Inoltre, i difetti in forma di V, in forma di Y è in forma di T cù inclinazioni ripida di a tacca nantu à a superficia seranu sottumessi à una alta concentrazione di stress durante l'operazione di a primavera.Le molle di valvola si piegano durante il laminazione a freddo e si torcono durante l'operazione.E cuncintrazioni di stress di difetti in forma di V è in forma di Y cù concentrazioni di stress più altu sò stati paragunati cù l'analisi di elementi finiti, ABAQUS - software di analisi di elementi finiti cummerciale.A relazione stress-strain hè mostrata in Figura 1 è Equation 1. (1) Questa simulazione usa un elementu rettangulare di quattru nodi bidimensionali (2D), è a lunghezza minima di l'elementu hè 0,01 mm.Per u mudellu analiticu, i difetti in forma di V è Y cù una prufundità di 0,5 mm è una pendenza di u difettu di 2 ° sò stati appiicati à un mudellu 2D di un filu cù un diametru di 2,5 mm è una lunghezza di 7,5 mm.
Nantu à fig.7a mostra a cuncentrazione di tensione di curvatura à a punta di ogni difettu quandu un momentu di curvatura di 1500 Nmm hè applicatu à e duie estremità di ogni filu.I risultati di l'analisi mostranu chì l'estressi massimi di 1038,7 è 1025,8 MPa si trovanu in a cima di difetti in forma di V è Y, rispettivamente.Nantu à fig.7b mostra a cuncentrazione di stress in cima di ogni difettu causatu da a torsione.Quandu u latu manca hè custrettu è un torque di 1500 N∙mm hè appiicatu à u latu drittu, u stessu stress massimu di 1099 MPa si trova à i punte di i difetti in forma di V è Y.Questi risultati mostranu chì i difetti di u tipu V presentanu una tensione di curvatura più altu ch'è i difetti di u tipu Y quandu anu a stessa prufundità è a pendenza di u difettu, ma sperimentanu a stessa tensione di torsione.Dunque, i difetti di a superficia in forma di V è in forma di Y cù a listessa prufundità è a pendenza di u difettu ponu esse nurmalizzati à quelli in forma di V cù un stress massimu più altu causatu da a concentrazione di stress.U rapportu di a dimensione di u difettu in V hè definitu cum'è α = w/h utilizendu a prufundità (h) è a larghezza (w) di i difetti di u tipu V è T;cusì, un difettu di tipu T (α ≈ 0) invece, a geometria pò esse definita da a struttura geomètrica di un difettu di tipu V.Per quessa, i difetti di tipu Y è T-tipu ponu esse nurmalizzati da difetti di tipu V.En utilisant la profondeur (h) et la longueur (l), le rapport de longueur est autrement défini comme β = l/h.
Comu mostra in Figura 811, i direzzione di i difetti di a superficia di i fili OT sò spartuti in direzzione longitudinale, trasversale è oblicu, cum'è mostra in Figura 811. Analisi di l'influenza di l'orientazione di i difetti di a superficia nantu à a forza di a primavera da l'elementu finitu. metudu.
Nantu à fig.9a mostra u mudellu di analisi di tensione di a molla di valvola di u mutore.Cum'è una cundizione d'analisi, a primavera hè stata cumpressa da una altezza libera di 50,5 mm à una altezza dura di 21,8 mm, un stress massimu di 1086 MPa hè stata generata in a primavera, cum'è mostra in Fig. 9b.Siccomu u fallimentu di e surgenti di valvula di u mutore attuale si trova principalmente in a primavera, a presenza di difetti di a superficia interna hè prevista per affettà seriamente a vita di fatigue di a primavera.Per quessa, i difetti di a superficia in a direzzione longitudinale, trasversale è oblicu sò appiicati à l'internu di e surgenti di valvula di u mutore cù tecniche di sub-modeling.A Tabella 2 mostra e dimensioni di i difetti di a superficia è a tensione massima in ogni direzzione di u difettu à a compressione massima di primavera.L'estressi più altu sò stati osservati in a direzzione trasversale, è a ratio di stress in a direzzione longitudinale è oblicu à a direzzione trasversale hè stata stimata cum'è 0,934-0,996.U rapportu di stress pò esse determinatu solu dividendu stu valore da a tensione massima trasversale.U stress massimu in a primavera si trova à a cima di ogni difettu di a superficia, cum'è mostra in Fig.I valori di stress osservati in a direzzione longitudinale, trasversale è oblique sò rispettivamente 2045, 2085 è 2049 MPa.I risultati di sti analisi mostranu chì i difetti di a superficia trasversali anu l'effettu più direttu nantu à a vita di fatigue di e surgenti di valvula di u mutore.
Un difettu in forma di V, chì si assume chì a più diretta affetta a vita di fatigue di a molla di valvula di u mutore, hè statu sceltu cum'è u difettu iniziale di u filu OT, è a direzzione trasversale hè stata scelta cum'è a direzzione di u difettu.Stu difettu si trova micca solu fora, induve a molla di a valvula di u mutore si rompe durante a fabricazione, ma ancu in l'internu, induve u più grande stress si trova per via di a cuncentrazione di stress durante l'operazione.A prufundità massima di difettu hè stabilita à 40 µm, chì pò esse rilevata da a rilevazione di difetti di corrente di Foucault, è a prufundità minima hè stabilita à una prufundità chì currisponde à 0,1% di u diametru di u filu di 2,5 mm.Dunque, a prufundità di u difettu hè da 2,5 à 40 µm.A prufundità, a lunghezza è a larghezza di i difetti cù un rapportu di lunghezza di 0,1 ~ 1 è un rapportu di lunghezza di 5 ~ 15 sò stati utilizati cum'è variàbili, è u so effettu nantu à a forza di fatigue di a primavera hè stata evaluata.A Tabella 3 elenca e cundizioni analitiche determinate cù a metodulugia di a superficia di risposta.
E molle di valvole di u mutore di l'automobile sò fabbricate da l'avvolgimentu à freddo, a tempera, a granigliatura è l'impostazione di calore di filu OT.I cambiamenti in i difetti di a superficia durante a fabricazione di a primavera deve esse cunsideratu per evaluà l'effettu di i difetti di a superficia iniziale in i fili OT nantu à a vita di fatigue di e surgenti di valvula di u mutore.Dunque, in questa sezione, l'analisi di l'elementu finitu hè aduprata per predichendu a deformazione di i difetti di a superficia di u filu OT durante a fabricazione di ogni primavera.
Nantu à fig.10 mostra u prucessu di avvolgimentu friddu.Duranti stu prucessu, u filu OT hè alimentatu in a guida di filu da u roller d'alimentazione.A guida di filu alimenta è sustene u filu per impedisce a curvatura durante u prucessu di furmazione.U filu chì passa per a guida di filu hè curvatu da a prima è a seconda verga per furmà una molla di bobina cù u diametru internu desideratu.U pitch di primavera hè pruduciutu movendu l'utillita di stepping dopu una rivoluzione.
Nantu à fig.11a mostra un mudellu di elementi finiti utilizatu per valutà u cambiamentu in a geometria di i difetti di a superficia durante u laminazione à friddu.A furmazione di u filu hè principarmenti cumpletata da u pin di bobina.Siccomu a capa d'ossidu nantu à a superficia di u filu agisce cum'è un lubricante, l'effettu di attritu di u roller d'alimentazione hè insignificante.Per quessa, in u mudellu di calculu, u roller d'alimentazione è a guida di filu sò simplificati cum'è un bushing.U coefficient di attritu trà u filu OT è l'uttellu di furmazione hè statu stabilitu à 0,05.U pianu di u corpu rigidu 2D è e cundizioni di fissazione sò appiicati à l'estremità sinistra di a linea in modu chì pò esse alimentatu in a direzzione X à a stessa velocità di u roller d'alimentazione (0,6 m / s).Nantu à fig.11b mostra u metudu di sub-simulazione utilizatu per applicà i picculi difetti à i fili.Per piglià in contu a dimensione di i difetti di a superficia, u sottumodellu hè appiicatu duie volte per i difetti di a superficia cù una prufundità di 20 µm o più è trè volte per i difetti di a superficia cù una prufundità di menu di 20 µm.I difetti di a superficia sò appiicati à i spazii formati cù passi uguali.In u mudellu generale di a primavera, a durata di u pezzu drittu di filu hè 100 mm.Per u primu submodel, applicà u submodel 1 cù una lunghezza di 3mm à una pusizione longitudinale di 75mm da u mudellu globale.Questa simulazione hà utilizatu un elementu esagonale tridimensionale (3D) di ottu nodi.In u mudellu glubale è u sottumodel 1, a lunghezza minima di ogni elementu hè 0,5 è 0,2 mm, rispettivamente.Dopu l'analisi di u sub-mudellu 1, i difetti di a superficia sò appiicati à u sub-mudellu 2, è a lunghezza è a larghezza di u sub-mudellu 2 hè 3 volte a durata di u difettu di a superficia per eliminà l'influenza di e cundizioni di cunfini di u sub-mudellu, in Inoltre, u 50% di a lunghezza è a larghezza hè aduprata cum'è a prufundità di u sottu-mudellu.In u sub-mudellu 2, a lunghezza minima di ogni elementu hè 0,005 mm.Certi difetti di a superficia sò stati applicati à l'analisi di elementi finiti cum'è mostra in a Table 3.
Nantu à fig.12 mostra a distribuzione di stress in i cracks di a superficia dopu à u travagliu à friddu di una bobina.U mudellu generale è u submodel 1 mostranu quasi i stessi stresses di 1076 è 1079 MPa in u stessu locu, chì cunfirmanu a correttezza di u metudu di submodeling.E cuncentrazioni di stress lucali si trovanu à i bordi di u cunfini di u sottumodel.Apparentemente, questu hè duvuta à e cundizioni di cunfini di u sottumodel.A causa di a cuncentrazione di stress, u sottumodel 2 cù difetti di a superficia applicata mostra un stress di 2449 MPa à a punta di u difettu durante u laminazione à friddu.Comu mostra in a Tabella 3, i difetti di a superficia identificati da u metudu di a superficia di risposta sò stati appiicati à l'internu di a primavera.I risultati di l'analisi di l'elementi finiti anu dimustratu chì nimu di i 13 casi di difetti di a superficia fiascatu.
Duranti u prucessu di bobina in tutti i prucessi tecnologichi, a prufundità di i difetti di a superficia in a primavera hà aumentatu da 0,1 à 2,62 µm (Fig. 13a), è a larghezza diminuite da 1,8 à 35,79 µm (Fig. 13b), mentre chì a durata aumenta da 0,72. –34,47 µm (Fig. 13c).Siccomu u difettu trasversale in forma di V hè chjusu in larghezza per curvatura durante u prucessu di laminazione fridda, hè deformatu in un difettu in forma di V cù una pendenza più ripida chì u difettu originale.
Deformazione in a prufundità, a larghezza è a lunghezza di i difetti di a superficia di u filu OT in u prucessu di fabricazione.
Applicà i difetti di a superficia à l'esternu di a primavera è predichendu a probabilità di rottura durante u rollu à friddu cù l'Analisi di Elementi Finiti.Sottu à e cundizioni elencate in Table.3, ùn ci hè micca probabilità di distruzzione di difetti in a superficia esterna.In altre parolle, ùn ci hè micca distruzzione à a prufundità di i difetti di a superficia da 2,5 à 40 µm.
Per predichendu i difetti di a superficia critica, e fratture esterne durante u laminazione à fredu sò state investigate aumentendu a prufundità di u difettu da 40 µm à 5 µm.Nantu à fig.14 mostra fratture longu i difetti di a superficia.A frattura si trova in cundizioni di prufundità (55 µm), larghezza (2 µm) è lunghezza (733 µm).A prufundità critica di un difettu di a superficia fora di a primavera hè stata di 55 μm.
U prucessu di peening shot suppresses a crescita di crack è aumenta a vita di fatigue creendu un stress compressive residuale à una certa prufundità da a superficia di primavera;in ogni modu, induce a cuncentrazione di stress aumentendu a rugosità di a superficia di a primavera, riducendu cusì a resistenza di fatigue di a primavera.Dunque, a tecnulugia di pallinatura secundaria hè aduprata per pruduce molle d'alta resistenza per cumpensà a riduzione di a vita di fatigue causata da l'aumentu di a rugosità di a superficia causata da a pallinatura.A pallinatura in dui fasi pò migliurà a rugosità di a superficia, u stress residuale di compressione massima, è u stress residuale di compressione di a superficia perchè a seconda pallinatura hè realizata dopu à a prima peening 12,13,14.
Nantu à fig.15 mostra un mudellu analiticu di u prucessu di granigliatura.Un mudellu elasticu-plasticu hè statu creatu in u quale 25 shotballs sò stati abbandunati in l'area lucale di destinazione di a linea OT per a sparatura.In u mudellu di analisi di granigliatura, i difetti di a superficia di u filu OT deformatu durante u bobinamentu friddu sò stati utilizati cum'è difetti iniziali.Eliminazione di e tensioni residuali derivanti da u prucessu di laminazione à fredu per tremping prima di u prucessu di granigliatura.E seguenti proprietà di a sfera di colpu sò stati utilizati: densità (ρ): 7800 kg/m3, modulu elasticu (E) - 210 GPa, rapportu di Poisson (υ): 0,3.U coefficient di attritu trà a bola è u materiale hè stabilitu à 0,1.I colpi cù un diametru di 0,6 è 0,3 mm sò stati espulsi à a listessa vitezza di 30 m / s durante u primu è u sicondu passaghju di forgiatura.Dopu à u prucessu di granagliatura (tra l'altri prucessi di fabricazione mostrati in a Figura 13), a prufundità, a larghezza è a lunghezza di i difetti di a superficia in a primavera variava da -6,79 à 0,28 µm, -4,24 à 1,22 µm, è -2,59 à 1,69. µm, rispettivamente µm.A causa di a deformazione plastica di u projectile ejected perpendicularmente à a superficia di u materiale, a prufundità di u difettu diminuisce, in particulare, a larghezza di u difettu hè significativamente ridutta.Apparentemente, u difettu hè statu chjusu per via di a deformazione plastica causata da u shot peening.
Duranti u prucessu di shrinking di u calore, l'effetti di u fretu di fretu è di l'anneling à bassa temperatura ponu agisce à u listessu tempu nantu à a molla di a valvula di u mutore.Un paràmetru friddu maximizeghja u livellu di tensione di a primavera cumpressendu à u so livellu più altu pussibule à a temperatura di l'ambienti.In questu casu, se a molla di valvula di u mutore hè caricata sopra à a forza di rendiment di u materiale, a molla di valvola di u mutore si deforma plasticamente, aumentendu a forza di rendiment.Dopu a deformazione plastica, a molla di valvula si flexiona, ma a forza di rendimentu aumentata furnisce l'elasticità di a molla di valvola in u funziunamentu propiu.L'annealing à bassa temperatura migliora a resistenza à u calore è à a deformazione di e molle di valvule chì operanu à temperature elevate2.
I difetti di a superficia deformati durante l'analisi FE è u campu di stress residuale misuratu cù l'equipaggiu di diffrazione di raghji X (XRD) sò stati appiicati à u sub-model 2 (Fig. 8) per inferisce u cambiamentu di i difetti durante u calore.A molla hè stata cuncepita per operà in a gamma elastica è hè stata cumpressata da a so altezza libera di 50,5 mm à a so altezza ferma di 21,8 mm è poi permessa di vultà à a so altezza originale di 50,5 mm cum'è una cundizione d'analisi.Duranti u shrinkage di u calore, a geometria di u difettu cambia insignificante.Apparentemente, l'estressi di compressione residuale di 800 MPa è sopra, creatu da sparghjera, supprime a deformazione di i difetti di a superficia.Dopu à u shrinkage di u calore (Fig. 13), a prufundità, a larghezza è a durata di i difetti di a superficia variavanu da -0,13 à 0,08 µm, da -0,75 à 0 µm, è da 0,01 à 2,4 µm, rispettivamente.
Nantu à fig.16 paragona deformazioni di difetti a forma di U e a forma di V della stessa profondità (40 µm), larghezza (22 µm) e lunghezza (600 µm).U cambiamentu in a larghezza di i difetti in forma di U è in V hè più grande di u cambiamentu di lunghezza, chì hè causatu da chjude in a direzzione di larghezza durante u prucessu di laminazione in fretu è di spargimentu.Comparatu à i difetti in forma di U, i difetti in forma di V si formanu à una prufundità relativamente più grande è cù pendii più ripidi, suggerenu chì un approcciu cunservatore pò esse pigliatu quandu si applica i difetti in forma di V.
Questa sezione discute a deformazione di u difettu iniziale in a linea OT per ogni prucessu di fabricazione di a molla di valvula.U difettu iniziale di u filu OT hè appiicatu à l'internu di a molla di a valvula induve a fallimentu hè prevista per l'alti stress durante l'operazione di a molla.I difetti trasversali di a superficia in forma di V di i fili OT anu aumentatu ligeramente in a prufundità è a longu è diminuite drasticamente in larghezza per via di a curvatura durante l'avvolgimentu friddu.A chjusura in a direzzione di a larghezza si trova durante u shot peening cù poca o nisuna deformazione di difetti notevuli durante u calore finali.In u prucessu di laminazione à u friddu è di a peening shot, ci hè una grande deformazione in a direzzione di larghezza per via di a deformazione plastica.U difettu in forma di V in a molla di a valvula hè trasfurmatu in un difettu in forma di T per via di a chjusa di larghezza durante u prucessu di laminazione à friddu.