Кованый или литой фланец водяного насоса: решающие показатели усталости

1. Почему здесь важна только усталость?

Потому что деталь прикручена к работающему двигателю, и убивающая ее нагрузка приходит не один раз, а несколько миллионов раз.

Фланец насоса в контуре охлаждающей жидкости испытывает предварительную нагрузку болта, термический цикл при каждой поездке, нагрузку на ремень или шкив и любую вибрацию, которую передает привод вспомогательных агрегатов. Ни один из них не близок к доходности. Разрушение, которое на самом деле происходит в полевых условиях, представляет собой трещину, которая начинается в отверстии для болта, линии заусенца или метки обработки и растет до тех пор, пока полотно не оторвется - многоцикловое усталостное разрушение при напряжении, значительно ниже предела прочности, указанного в сертификате.

Это переосмысливает материальный вопрос. Полезное сравнение заключается не в том, «какой из них прочнее», а в том, «у кого из них более высокий предел выносливости, с меньшим разбросом на поверхности, где начнется трещина». При этом сравнении два процесса резко разделяются, и это расстояние больше, чем предполагают большинство рисунков.

2. Как на самом деле выглядят цифры?

Для того же сплава и той же твердости предел выносливости поковки обычно на 25–35% выше, чем у прочной отливки, и намного больше, когда пористость отливки достигает уровня, допускаемого обычной рентгенографией.

Последние две строки меняют дизайн. Данные об усталости отливки должны быть уточнены, прежде чем их можно будет использовать, поскольку разброс в два-три раза шире — допустимое напряжение при 90% выживаемости значительно ниже среднего результата испытаний, в то время как допустимое напряжение поковки близко к нему. Таким образом, две детали с одинаковой номинальной прочностью оказываются под совершенно разными расчетными напряжениями, и эта разница проявляется в виде трещины при пробеге 80 000 км.

3. Откуда взялась разница?

Три механизма, и только один из них вообще про силу.

Пористость и усадка. Отливка затвердевает снаружи внутрь, и последний замерзший металл оставляет где-то усадочную полость. Если эта полость находится рядом с обработанной поверхностью, эффективное сечение уменьшается и там начинается трещина. Рентгенография классифицирует размер, но классификация описывает всю деталь: значение имеет та пора, которая находится в месте наибольшего напряжения, которым обычно является отверстие для болта или галтель. Поковка не имеет пористости затвердевания, поскольку в своей окончательной форме она никогда не была жидкой; начинается с прокатной или литой заготовки, уже подвергнутой обжатию.

Поток зерна. Ковка деформирует заготовку по контуру матрицы, поэтому включения и линии сегрегации оказываются параллельными поверхности, а не ориентированы хаотично. Это повышает сопротивление усталости в направлении потока и является действительно анизотропным: нагруженная поперек потока поковка теряет большую часть своих преимуществ. Вот почему конструкция штампа и линия разъема являются переменными усталости, а не просто удобством производства.

Остаточное напряжение. Отливка остывает неравномерно и обычно достигает поверхности с остаточным растягивающим напряжением — наименее полезный признак, поскольку под напряжением открываются усталостные трещины. Ковка может привести к сжатию поверхности, особенно там, где матрица холоднее заготовки, и это сжатие должно быть израсходовано, прежде чем может вырасти трещина.

Есть четвертый, более тихий механизм: разброс. Данные об усталости отливок обширны, поскольку количество дефектов варьируется от детали к детали, поэтому проектировщик, использующий средние значения, проектирует для средней детали и проигрывает в хвосте. Поковки более прочные, что позволяет более тонкой и легкой конструкции пройти такое же испытание на долговечность. Та же самая логика допустимых значений применяется к автомобильным деталям за пределами контура охлаждения: держатели ступиц, рычаги подвески и фланцы трансмиссии имеют размеры, основанные на допустимой усталости, а не на пределе текучести.

4. Какой режим отказа обычно отсутствует в чертежах?

Линия вспышки попадает на уплотнительную поверхность или непосредственно под нее.

Каждая поковка в закрытом штампе имеет линию закалки, где встречаются две половины штампа. Он обрезан заподлицо, но после обрезки остается небольшой нахлест или сложенный оксидный стрингер чуть ниже поверхности, и если эта линия пересекает поверхность, которая уплотняется прокладкой или уплотнительным кольцом, в результате образуется путь утечки, который невозможно закрыть никаким крутящим моментом болта. Эта же линия, если она пересекает галтель с высокими напряжениями, становится местом возникновения усталости.

Из этого следуют правила проектирования: не допускайте попадания линии вспышки на поверхности уплотнения и галтели, поместите ее на обработанную поверхность с достаточным количеством материала для очистки и ориентируйте матрицу так, чтобы поток обтекал отверстия для болтов, а не пересекал их. Это решения, принимаемые на этапе проектирования штампа, за несколько недель до появления первой детали. Именно поэтому проверка DFM, проводимая после составления предложения, стоит очень мало, и почему YUEHE проверяет компоновку штампа до объявления цены, а не после размещения заказа.

У отливок аналогичная проблема с другим названием: холод или сдвиг стержня, при котором стенка смещается на 0,5 мм, может привести к смещению обработанной канавки от центра, и течь появится в том же месте.

5. Когда кастинг является лучшим ответом?

Когда деталь должна содержать проход или когда форма настолько сложна, что для ковки потребуется три штампа и четыре установки.

Мы подделываем, поэтому читайте этот раздел, зная о предвзятости — но это те случаи, когда мы отправляем запрос обратно с рекомендацией провести кастинг.

• Внутренние галереи охлаждающей жидкости. Поковка не может образовывать закрытый внутренний проход. Если конструкция требует прохода внутри корпуса, это отливка, и недостаток усталости принимается в обмен на эту функцию.

• Сложная внешняя геометрия с подрезами. Согласно требованиям проекта некоторые формы невозможно подделать целиком. Отливка может содержать кронштейн, бобышку и ребро жесткости за один раз.

• Очень большой объем и стабильная форма. Инструменты для литья под давлением или постоянные формы стоят дорого, но амортизируются значительно выше примерно 200 000 штук в год, а стоимость каждой детали может подорвать ковку в таком масштабе.

• Неструктурные крышки и корпуса. Если деталь не несет циклической нагрузки и должна только удерживать шланг и оставаться плоской, аргумент усталости исчезает и решает стоимость.

Что не работает, так это отлить деталь, критическую по усталости, а затем попытаться восстановить разницу с помощью более толстой секции. Масса в неправильном месте не зафиксирует пору на поверхности; оно перемещает напряжение в другое место и увеличивает вес детали, которая часто находится на конце вала. Когда запрос попадает в эту категорию в YUEHE, рекомендация о розыгрыше отправляется вместе с примечанием DFM до того, как будет указан кубик.

6. Как следует указать и проверить выбор?

Укажите процесс на чертеже, затем проверьте две различающиеся вещи: целостность поверхности и внутреннюю прочность.

В компании YUEHE расположение матрицы согласовывается с заказчиком до ее резки, в частности, для того, чтобы можно было разместить линию закалки за пределами уплотняемой поверхности и за пределами филе; детали затем проверяются магнитно-порошковым методом после термообработки и проверяются на герметичность на обработанной поверхности. Заготовки снимаются с фрикционных прессов усилием 400 и 300 т, что честно задает размерный ряд: мелкие и средние по объему детали, а не крупные корпуса. Производство осуществляется в соответствии с ISO 9001:2015 на территории площадью 14 667 м² и более чем 100 станками при объеме примерно 1,5 миллиона штук в год. Та же дисциплина применима к линии аксессуаров для рельсовых путей , где усталостный отказ является событием безопасности, а не гарантийным требованием.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: Всегда ли поковка прочнее отливки?

Ответ: Нет. Прочная отливка из сплава более высокого качества может превзойти поковку из сплава более низкого качества. Сравнение что-то значит только тогда, когда сплав и твердость остаются постоянными — тогда предел выносливости поковки обычно на 25–35% выше, а разброс меньше.

Вопрос: Моя отливка выдерживает испытание на растяжение, но трескается в процессе эксплуатации. Почему?

A: Для испытаний на растяжение выбирают самую прочную часть небольшого стержня; сервис нагружает поверхность вблизи концентрации напряжения в несколько миллионов раз. Пористость, линия охлаждения или смещение сердцевины в этом месте определяют результат, и ни один из них не проявляется в результате растяжения.

Вопрос: Может ли поковка заменить отливку без изменения чертежа?

О: Редко. Для ковки необходима вытяжка, линия разъема и обрабатывающий материал, поэтому при непосредственном преобразовании чертежа отливки обычно получается деталь, которую невозможно извлечь или которая оставляет линию заусенца на поверхности уплотнения. Начните с обзора DFM, а не со старого рисунка.

Отправьте рисунок, получите ответ в виде подделки или литья

Отправьте чертеж и расчет нагрузки, и YUEHE письменно сообщит, следует ли ковать деталь, а если нет, так и скажите — высечка по неправильному процессу — самая дорогая ошибка в этой категории. Компания Chuzhou Yuehe Mechanical Manufacturing Technology Co., Ltd. котирует индивидуальные и OEM-объемы от 5000 штук, хранит оснастку на отдельной линии и возвращает комментарии DFM по черновому типу, линии обжига и припускам на обработку до того, как будет выставлено какое-либо предложение.

Мобильный: +86 13914457919

Электронная почта: baobing728@163.com

Сайт: www.gongwumach.com.