Arten von Federn: Fehleranalyse- und Präventionstechniken

„Elastisch“ bezieht sich auf die Dehnkraft von Gegenständen, während „Feder“ sich auf elastische Teile bezieht. Objekte aus Metall oder Nichtmetall mit springenden und elastischen Eigenschaften können die durch den Dehnungs- und Verdrehungseffekt erzeugte Rückprallkraft nutzen, um andere Objekte in Bewegung zu setzen und eine automatische Entspannung, Erholung oder andere Effekte hervorzurufen. Nennen Sie es einen „Frühling“. Im Englischen wird „Spring“ als Name für den Frühling verwendet, was bedeutet, dass es sich um eine Vorstellung von schlagender Aktivität wie bei einem Frühlingsbrunnen handelt.

Die meisten automatischen, steuerbaren und sich langsam bewegenden Teile müssen Federn verwenden oder installieren. In der heutigen industriell entwickelten Welt haben Federn vielfältige Einsatzmöglichkeiten und gehören auch zu den mechanischen Elementen. Sie sind einzigartig in der Branche. Im Allgemeinen sind Federn für Industriebedarf und den täglichen Bedarf weit verbreitet. Zum Beispiel: Federbetten/Stühle, elektrische Schaltanlagen, Uhren, Spielzeug, Fernseher, Kühlschränke, Waschmaschinen usw. Bei Haushaltsprodukten geht die Liste endlos weiter. Die Anwendung mechanischer Teile in Industrieprodukten, wie z. B. schwingungsdämpfende, schwingungsisolierende und andere Geräte für Fahrzeuge, Hochgeschwindigkeitsschwingungspuffermechanismen für Verbrennungsmotoren, Ausgleichs- und Schwingungsdämpfungsgeräte für Kompressoren, Instrumente und Messgeräte, und automatische Bergungsgeräte für Maschinen und vieles mehr. Es hat ein breites Einsatzspektrum und kann jederzeit erkannt werden, solange Sie auf die Beobachtung achten.

Obwohl die Feder in der gesamten Fertigungsindustrie nur einen sehr kleinen Teil ausmacht, darf ihre Rolle nicht unterschätzt werden.

Inhalte

4 Funktionen von Federn

Springs-Eigenschaften

Art der Federn

Materialien zur Herstellung von Federn

5 Punkte: Analyse des Federversagens und technische Referenz zur Vorbeugung

Fazit

Tuofa-Fertigungsmöglichkeiten

4 Funktionen von Federn

Feder ist ein weit verbreitetes elastisches Teil, das sich durch leichte Verformung und hohe Elastizität auszeichnet. Die 4 Hauptfunktionen im wirklichen Leben sind wie folgt und werden von China Shenzhen eingeführt Tuofa CNC-Bearbeitung.

1. Mäßige Stöße und absorbieren Vibrationen

Nutzen Sie die Federverformung, um die Energie von Stößen und Vibrationen zu absorbieren, z. B. Pufferfedern an Fahrzeugen und Schmiedegeräten, vibrationsabsorbierende Federn in Kupplungen usw.

2. Bewegung des Steuermechanismus

Nutzen Sie die elastische Kraft der Feder, um den Kontakt zwischen den Teilen aufrechtzuerhalten, um die Bewegung des Mechanismus zu steuern, z. B. Ventilfedern in Verbrennungsmotoren, Bremsen, Kupplungen, Nockenmechanismen, Steuerfedern in Reglern, Sicherheitsfedern an Sicherheitsventilen usw .

3. Speicherung und Ausgabe von Energie

Nutzen Sie die bei der Verformung der Feder gespeicherte Energie, um Arbeiten zu verrichten, z. B. bei Wickelfedern, Bolzenfedern, Federn in der automatischen Rückholvorrichtung des Werkzeughalters in automatischen Werkzeugmaschinen usw.

4. Messen Sie die Größe der Kraft

Verwenden Sie die Eigenschaft, dass die Federverformung und die von ihr getragene Last in einem linearen Zusammenhang stehen, um die Größe der Last zu messen, z. B. der Feder im Leistungsprüfstand, der Federwaage und des Motorprüfstands.

Springs-Eigenschaften

(A); Die Beziehung zwischen Last und Verformung – die auf die Feder wirkende Last P ist proportional zur Verformung S der eingebauten Feder, und die Proportionalitätskonstante ist K. Das heißt, die zur Verformung der Federeinheit erforderliche Last wird Federkonstante genannt. P=KS Normalerweise ist die Federkonstante konstant, aber es gibt besondere Fälle, in denen die Beziehung zwischen Last und Verformung sehr kompliziert ist.

(B) ; Energieabsorption – die Feder hat die Eigenschaft und Funktion U, angesammelte Energie zu absorbieren, die üblicherweise als U=1/2KS2 ausgedrückt wird, was der Fläche des Dreiecks OMN entspricht. Diejenigen mit größerer Energieabsorption sind besser geeignet, Stöße und Akkumulation abzufedern.

(C); Eigenschwingung – Wenn äußere Faktoren wie Belastung und Verformung auf die Feder einwirken und diese Faktoren eliminiert werden, führt die Feder eine Eigenschwingung mit einer Eigenschwingungsfrequenz aus.

(D); Schwingungsisolierung – um zu verhindern, dass die Vibrationen der Maschine über das Fundament auf andere Gebäude oder Maschinen übertragen werden oder um zu verhindern, dass die Vibrationen anderer Maschinen vom Fundament auf die Maschine oder das Instrument übertragen werden, wird die Maschine durch Federn abgestützt dämpfen die von ihm übertragene Eigenschwingungszahl. Das Koeffizientenverhältnis der Schwingungszahl usw.

(E); Linderung von Stößen – Wenn die Feder einem Stoß ausgesetzt ist, sollte zur Verbesserung der Pufferwirkung die gesamte kinetische Energie des Objekts in die elastische Energie der Feder umgewandelt werden.

Art der Federn

Es gibt viele Arten von Federn und verschiedene Klassifizierungsmethoden, von denen keine schlüssig ist und sich grob in die folgenden fünf Kategorien einteilen lässt.

Klassifizierung nach verwendeten Materialien

Die verwendeten Materialien lassen sich nicht klar unterteilen, d.h. es gibt Kombinationen aus Metallfedern und Gummi, Luftfedern und Metallfedern usw.

Klassifizierung nach Form

Klassifiziert nach dem Druckzustand der einfachen Teile, aus denen die Feder besteht

Einteilung nach Belastungszeitverhältnissen

Die Klassifizierung erfolgt entsprechend der Belastungszeitbedingung wie folgt, wobei im statischen Zustand jedoch die statische Festigkeit und Stabilität berücksichtigt werden muss und im dynamischen Zustand die Ermüdungsfestigkeit und die Federresonanz vollständig berücksichtigt werden müssen.

Unter statischen Bedingungen verwendete Federn:

Tragvorrichtungen, Einstellungen – Skalen, Sicherheitsventilfedern, Manometerfedern, Federscheiben.

Energie speichern – die Feder einer Uhr, der Plattenspieler, die Uhrfeder einer Maschine.

Unter dynamischen Bedingungen verwendete Federn:

Wiederherstellende Verwendung – Ventilfeder, Reglerfeder.

Schwingungsdämpfung – Rahmenfedern für Fahrzeuge.

Absorption von Aufprallenergie – Pufferfedern für Steckverbinder und Aufzüge.

Neben der Verwendung in normalen Umgebungen wird es auch bei hohen oder niedrigen Temperaturen und in korrosiven Atmosphären eingesetzt.

Andere

Wenn kombinierte Federn verwendet werden, können sie entsprechend ihrer Kombinationsmethode in serielle kombinierte Federn und parallele kombinierte Federn unterteilt werden. Die kombinierte Reihenfederkonstante ist der Kehrwert der Summe der Kehrwerte der Federkonstanten jeder Feder, und die Parallelfeder ist die Summe der Federkonstanten jeder Feder.

Das Merkmal der Feder besteht darin, dass sie viel Energie speichert, die Energieabsorptionskapazität jedoch von Feder zu Feder unterschiedlich ist. Daher ist es ratsam, bei der Auswahl einer Feder die attraktivste auszuwählen und die maximale von der Feder absorbierte Energie zu ermitteln pro Volumeneinheit.

Materialien zur Herstellung von Federn

Die Feder nutzt die Elastizität des Federmaterials extrem aus. Je höher die Elastizität, desto besser ist natürlich das Material. Bei der Konstruktion der Feder sind jedoch physikalische, chemische und mechanische Eigenschaften des Federmaterials erforderlich. Bei der Auswahl des Materials gibt es viele Dinge, auf die man achten sollte. abhängig von den individuellen Voraussetzungen.

Der Herstellungsprozess der Schraubenfeder umfasst: Walzen, Hakenherstellung oder Endbearbeitung des Endrings, Wärmebehandlung und Prüfung der Prozessleistung.

Nachdem die Feder geformt ist, sollte die Oberflächenqualitätsprüfung durchgeführt werden. Die Oberfläche sollte glatt, frei von Narben, Entkohlung und anderen Mängeln sein; Federn, die wechselnden Belastungen ausgesetzt sind, müssen außerdem einer Oberflächenbehandlung wie Kugelstrahlen unterzogen werden, um die Ermüdungslebensdauer der Feder zu verbessern.

Elastizitätsgrenze

Die Elastizitätsgrenze ist die Spannung relativ zur maximalen Kraft, die nicht verformt bleibt, wenn die Kraft entfernt wird, nachdem das Material durch eine bestimmte Kraft verformt wurde. Dies ist schwer zu bestimmen, aber die Elastizitätsgrenze steht in einem gewissen Zusammenhang mit der Zugfestigkeit. Die Wahl eines Materials mit einer hohen Elastizitätsgrenze ist oft gleichbedeutend mit der Wahl eines Materials mit einer hohen Zugfestigkeit. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, eine chemische Zusammensetzung zu wählen. Wärmebehandlung oder Kaltverarbeitung. Das Verhältnis der Elastizitätsgrenze zur Zugfestigkeit – also das Elastizitätsverhältnis – variiert je nach Verarbeitungsmethode, bei der Verwendung als Feder ist es jedoch erforderlich, den elastischen Zustandsbereich zu erfassen.

Federkoeffizient

Wenn Kraft auf das Federmaterial ausgeübt wird, wird die Spannung beim Erzeugen einer Einheitsdehnung als Elastizitätskoeffizientenwert bezeichnet. Der Elastizitätskoeffizient des für die Feder konzipierten Grundfedermaterials hängt hauptsächlich von seiner chemischen Zusammensetzung ab, die sich durch Wärmebehandlung und Kaltverarbeitung leicht verändert und bei hohen Temperaturen stark verringert wird.

Ermüdungsfestigkeit

Bei dynamisch belasteten Federn ist die Dauerfestigkeit zu berücksichtigen. Die Ermüdungsfestigkeit steht in einem gewissen Zusammenhang mit der Zugfestigkeit des Materials, ändert sich jedoch durch die Entkohlung des Oberflächenzustands, die Kaltumformung und die Wärmebehandlung. Diese Bedingungen sind auf die Herstellung von Federmaterialien zurückzuführen. Die Methode, die Herstellungsmethode der Feder ändert sich und ändert sich, daher müssen Sie bei der Auswahl des Materials darauf achten.

Härtbarkeit

Um den Abschreckeffekt zu verbessern, benötigen große Federn Materialien mit guter Härtbarkeit, und mindestens der mittlere Teil muss zu einer 50 % Matian-losen Eisenstruktur abgeschreckt werden.

Form und Größe

Die mechanischen Eigenschaften des Federmaterials variieren je nach Größe und das Fehlen spezieller Größen und Formen ist recht begrenzt. Die Größentoleranz des Federmaterials bei der Herstellung muss von Material zu Material variieren und muss daher auf die Federbelastungseigenschaften abgestimmt sein. Wählen Sie Materialien nach Präzision aus, und umgekehrt müssen Materialien sehr teuer sein, wenn die Belastungseigenschaften zu anspruchsvoll sind.

Hitzebeständigkeit

Einige Federn werden bei einer bestimmten hohen Temperatur verwendet. Normalerweise nehmen die verschiedenen mechanischen Eigenschaften des Federmaterials mit steigender Temperatur ab und ab einer bestimmten Temperatur nehmen die Federeigenschaften ab. Die häufig verwendete Temperaturbereichstabelle lautet wie folgt:

Korrosionsbeständigkeit

Manchmal werden Federn in korrosiven Umgebungen eingesetzt. Wenn die Feder von der Federoberfläche her gleichmäßig korrodiert und reduziert wird, verringert sich die Belastung nur entsprechend der Größenreduzierung. Allerdings wird Lochfraß im Allgemeinen durch Korrosionsermüdungsvorstellungen verursacht. Liegt er darüber, kommt es zu einer Verschlechterung über den Schätzwert hinaus. Die Korrosionsbeständigkeit des Materials hängt hauptsächlich von seiner chemischen Zusammensetzung ab, es gibt jedoch viele Korrosionsfaktoren, sodass das Material entsprechend der Umgebung ausgewählt werden muss. Auch wenn das Material geeignet ist, hängt die Korrosionsbeständigkeit auch von der Wärmebehandlung ab. Die Verarbeitung im Kühlraum variiert.

Elektrische Leitfähigkeit

Zur elektrischen Leitung werden häufig Elektrogeräte, Kommunikationsmaschinen etc. eingesetzt. Derzeit können Kupferlegierungsreihen wie Messing, Phosphorbronze und Berylliumkupfer als Federmaterialien verwendet werden.

Wärmeausdehnung

Es ist äußerst tabu, dass sich Haarfedern aus Kupferrost aufgrund von Temperaturschwankungen ausdehnen und zusammenziehen. Zu diesem Zeitpunkt sollten spezielle Materialien verwendet werden.

Sonstiges

Es gibt verschiedene Probleme wie die Größe der Kristallkörner, die Ablenkung nichtmetallischer Einschlüsse, die Verformung durch Wärmebehandlung, die Verarbeitbarkeit, die Kältebeständigkeit usw. Es müssen einfach zu handhabende Materialien ausgewählt werden.

5 Punkte: Analyse des Federversagens und technische Referenz zur Vorbeugung

Federn sind ein wesentlicher Bestandteil allgemeiner Maschinen. Es spielt im Arbeitsprozess die Rolle des Pufferausgleichs, der Energiespeicherung, der automatischen Steuerung, der Rückgabe, der Sicherheitsversicherung usw. Beim Einsatz von Federn kommt es häufig aus unterschiedlichen Gründen zu mechanischen Ausfällen. Aus diesem Grund ist es notwendig, die Ursachen des Federversagens und vorbeugende Maßnahmen zu diskutieren.

Die Hauptfaktoren, die zum Ausfall einer Feder führen, sind Materialfehler, Herstellungsfehler, unsachgemäße Wärmebehandlung, unsachgemäße Oberflächenbehandlung und Faktoren der Arbeitsumgebung. Defekte an der Federoberfläche, einschließlich Kollisionsnarben, Reibverschleiß, Grübchen usw., sind mit 50 % die Hauptursache für Federversagen; Risse machen 20 % aus; lose 13 %; Entkohlung, Wärmebehandlung und Oberflächenverstärkung machen etwa 3 % aus. Federversagen kann durch eine Ursache oder durch eine Kombination mehrerer Faktoren verursacht werden. Daher muss die Fehleranalyse der Feder zunächst verschiedene Untersuchungen und Analysen zum Fehlerphänomen des Beispiels durchführen, den Fehlermodus ermitteln, die Gründe und Faktoren des Fehlers ermitteln und dann Verbesserungsmaßnahmen vorschlagen.

Das Federmaterial führt zum Versagen der Feder

1. Aufgrund der unterschiedlichen Schmelzmethoden von Stahl kommt es zu Einschlüssen im Stahl, die zu unterschiedlichen Graden eines frühen Ermüdungsversagens der Feder führen. Zu viele Einschlüsse oder eine zu große Größe sowie eine schlechte Gleichmäßigkeit beeinträchtigen die mechanischen Eigenschaften des Materials und neigen zu einem frühen Ermüdungsversagen.

Zum Beispiel: Für die Torsionsstabfederaufhängung des Modells SY6480 (Ф22 mm) eines Unternehmens wurde damals das Lager eines Neuwagens zerstört. Der Analyse zufolge wird der Bruch durch grobe und spröde Einschlüsse im Untergrund der Feder verursacht.

Sicherheitsvorkehrungen : Federmaterialien müssen eine gute metallurgische Qualität aufweisen, wie z. B. eine strenge Kontrolle der chemischen Zusammensetzung, hohe Reinheit und einen geringen Einschlussgehalt. Gleichzeitig sind Gleichmäßigkeit und Stabilität der Materialzusammensetzung und -struktur erforderlich. Um schädliche Gase und Verunreinigungselemente im Stahl zu reduzieren und die Reinheit des Stahls zu verbessern, sollten Schmelztechnologien wie Vakuumschmelzen und Elektroschlacke-Umschmelzen eingesetzt werden.

2. Mängel, die beim Walzvorgang auftreten können: Restschrumpfschläuche und Mittelrisse; Faltfehler; lineare Mängel, Kratzer; Oberflächengruben; Überhitzung, orangenschalenartige Oberflächen, Grübchen; Dies kann zum Versagen der Feder führen. Daher sollten Stahlwerke ihr Bestes tun, um die beim Walzprozess entstehenden Fehler zu vermeiden und zu beseitigen. Die Federfabrik sollte die Qualitätsprüfung der Federrohstoffe verstärken und versuchen, Materialien mit guter Oberflächenqualität zu verwenden.

Wenn kaltgeformte Federn geformt werden, können Oberflächenfehler der Federn durch schlechte Prozessausrüstung oder unsachgemäße Einstellvorgänge während der Federverarbeitung verursacht werden. Wenn beispielsweise eine Feder auf einem automatischen Federwickler geschnitten wird, kann der Schneider die Innenfläche des Drahtes in der Nähe der Feder einführen. Aufgrund der hohen Erwärmungstemperatur der thermogeformten Feder treten Orangenhautfehler auf der Federoberfläche auf, was die Ermüdungslebensdauer der Feder erheblich verringert. Oder bei der Warmumformung ist aufgrund der niedrigen Erwärmungstemperatur die Plastizität des Stahls nicht ausreichend. Bei der Warmumformung übersteigt die Oberflächenspannung der Feder die Festigkeitsgrenze des Materials, was zu Rissen führt. Daher muss die Qualitätsprüfung der Federoberfläche im Herstellungsprozess verstärkt werden, um Oberflächenfehler zu vermeiden.

TDer Federausfall während des Herstellungsprozesses

Wenn kaltgeformte Federn geformt werden, können Oberflächenfehler der Federn durch schlechte Prozessausrüstung oder unsachgemäße Einstellvorgänge während der Federverarbeitung verursacht werden. Wenn beispielsweise eine Feder auf einem automatischen Federwickler geschnitten wird, kann der Schneider die Innenfläche des Drahtes in der Nähe der Feder einführen. Aufgrund der hohen Erwärmungstemperatur der thermogeformten Feder treten Orangenhautfehler auf der Federoberfläche auf, was die Ermüdungslebensdauer der Feder erheblich verringert. Oder bei der Warmumformung ist aufgrund der niedrigen Erwärmungstemperatur die Plastizität des Stahls nicht ausreichend. Während des Warmumformprozesses überschreitet die Oberflächenspannung der Feder die Materialfestigkeitsgrenze und es kann zu Rissen kommen. Daher muss die Qualitätsprüfung der Federoberfläche im Herstellungsprozess verstärkt werden, um Oberflächenfehler zu vermeiden.

Fehler im Wärmebehandlungsprozess führen zum Versagen der Feder

Beim Erhitzen oder Abkühlen ist die Temperaturverteilung auf der Oberfläche und in der Mitte der Feder ungleichmäßig, was zu thermischer Spannung führt und der Phasenübergangsprozess zu Gewebespannung führt. Wenn die Gesamtmenge die Festigkeitsgrenze des Materials überschreitet, kommt es zu Rissen. Diese Art von Defekt tritt häufiger bei großen, im Wasser abgeschreckten Quellen auf, und die Risse können nicht repariert, sondern nur verschrottet werden. Darüber hinaus führen Mängel im Rohmaterial, wie Restschrumpfung des Stahls, weiße Flecken, Spuren von Kaltbearbeitungswerkzeugen, Kratzer und Falten beim Kaltziehen und Warmwalzen usw., ebenfalls zu Spannungskonzentrationen und Rissen beim Abschrecken. Während der Abschreckwärmebehandlung weiteten sich die Risse aufgrund der kurzen und flachen Faltenrisse auf der ursprünglichen Oberfläche radial auf 3.9 mm aus. Bei einem Ermüdungsversuch dehnt es sich zunächst aus, bis es eine kritische Größe erreicht und die Feder schlagartig bricht. Eine unsachgemäße Wärmebehandlung führt zu abnormalen Strukturen wie grobem, abgeschrecktem Martensit; erstes eutektoides Ferrit oder freies Ferrit; Karbidsegregation; Federverformung durch Wärmebehandlung; Oberflächenoxidation und Entkohlung führen zum Versagen der Feder.

Zum Beispiel: 60Si2MnA warmgeformte Feder in einer Fabrik, d = 25, d = 120, n = 5, gewalzt bei 900-950°C, einmal nach dem Walzen abgeschreckt, angelassen bei 470-490°C, nach dem Laden, die Feder setzt sich für mehrere frühe Misserfolge fort. Bei der Untersuchung der ausgefallenen Federn wurden Risse in einzelnen Federn festgestellt. Durch die Analyse der Gaszusammensetzung im Ofen wurde festgestellt, dass die Gaszusammensetzung etwa einen Monat lang nicht geeignet war und der Heizwert zu hoch war, was zu einer zu hohen Ofentemperatur, einer Überhitzung einzelner Quellen, groben Austenitkörnern usw. führte Abschreckrisse nach dem Abschrecken in Wasser. Aufgrund der starken Kühlfähigkeit von Wasser erhöht sich der Temperaturunterschied zwischen der Federoberfläche und dem Kern im Temperaturbereich der Umwandlung von Austenit in Martensit. Aufgrund der unterschiedlichen Reihenfolge der Martensitumwandlung kommt es aufgrund der großen Strukturspannung zu vielen Rissen.

Vorbeugende Maßnahmen: Neben der strengen Kontrolle der Heiztemperatur und Haltezeit ist es auch wichtig, die Atmosphäre im Ofen zu kontrollieren. Analysieren Sie regelmäßig die Zusammensetzung des Heizgases, um eine normale Erwärmung sicherzustellen. Um Verformungen zu reduzieren und Abschreckrisse zu verhindern, werden warmgeformte Federn mit Ausnahme von sehr großen warmgeformten Federn im Allgemeinen in Öl gekühlt.

Unangemessener Oberflächenbehandlungsprozess

1. Der Oberflächen-Kugelstrahlprozess, die Kugelstrahlausrüstung, die Prozessmethode und die Betriebsstufe haben einen großen Einfluss auf das Kugelstrahlen. Wenn der Hersteller das Kugelstrahlen nicht als wichtigen Verstärkungsprozess ansieht, muss er dem Kugelstrahlen die volle Aufmerksamkeit widmen. Wenn es notwendig ist, die Wirkung des Kugelstrahlverfahrens zu kontrollieren oder zu erkennen, kann es sein, dass das Kugelstrahlen nicht die gewünschte Verstärkungswirkung erzielt und sogar zu einem vorzeitigen Ausfall der Feder führen kann.

Die Oberfläche der aus der Fabrik importierten Federrohstoffe wurde nitriert und weist eine hohe Oberflächenhärte auf. Nach dem Kugelstrahlen reißt die Oberfläche und bricht schließlich. Daher ist es für unterschiedliche Materialien und unterschiedliche Prozesse erforderlich, ein geeignetes Kugelstrahlverfahren auszuwählen.

2. Während des Galvanisierungsprozesses enthalten die Oberfläche der Feder und die Beschichtungsschicht eine große Menge Wasserstoff. Wenn es nicht rechtzeitig und vollständig entfernt wird, kommt es zu einer Hysterese und einem Ausfall des Wasserstoffs während des Arbeitsprozesses. Manchmal ist vor der Oxidations- oder Phosphatierungsbehandlung ein Beizen erforderlich, um Zunder und Rost auf der Oberfläche der Feder zu entfernen. Wenn übermäßiges Beizen dazu führt, dass eine große Menge Wasserstoff in die Teile eindringt, der Wasserstoff jedoch nicht rechtzeitig und vollständig entfernt wird, führt dies zu einem Versagen der Feder durch Wasserstoffversprödung.

Beispiel: Ein 70 Zoll langer kaltgezogener Kohlenstofffederstahldraht mit einem Durchmesser von 0.6 mm wird mit Cadmium plattiert, um eine Torsionsfeder mit einem Durchmesser von 4.0 mm herzustellen, die beim Zusammenbau bricht. Energiespektrumanalyse (EDS), metallografische Analyse und Rasterelektronenmikroskopie (REM) makroskopische und mikroskopische Untersuchung und Analyse des Bruchs. Die Ergebnisse zeigen, dass die von der Feder während des Aufwickelvorgangs erzeugte Restzugspannung und der Kontakt mit dem wasserstoffhaltigen Medium vor dem Plattieren eine große Menge Wasserstoff verteilen in dispergierter Form und bilden Risse entlang des Kristalls. Bei äußerer Krafteinwirkung kommt es entlang des Kristalls zu einem Federsprödbruch.

Einfluss der Arbeitsbedingungen auf Federversagen

Einfluss der Belastungsbedingungen auf den Federausfall

In allgemeinen Maschinen gibt es viele Federn, die Stößen ausgesetzt sind, beispielsweise die Kolbenfeder einer Spritzenpumpe. Dieser Federtyp bricht häufig an der zweiten und dritten Spule, da die Stoßbelastung zunächst auf die zweite und dritte Spule wirkt und nicht schnell genug auf die anderen Spulen übertragen werden kann. Die ersten paar Patronen wurden am härtesten getroffen und stärker deformiert als die jeweiligen Patronen. Mehr.

Der dynamische Effekt sollte bei der Konstruktion berücksichtigt werden und die Resonanz zwischen einem Ende der Feder und der Eigenfrequenz der Feder sollte so weit wie möglich vermieden werden. Manchmal sind jedoch Resonanzerscheinungen unvermeidlich und die Spannungsamplitude steigt um mehr als 5 %. Daher müssen entsprechende Maßnahmen ergriffen werden, beispielsweise die Verwendung einer höheren Eigenfrequenz, um eine Resonanz mit niedrigeren Harmonischen zu verhindern. Angemessenes Design des Nockenprofils zur Reduzierung der Teilung der Arbeitsbühne. Verringern Sie die Steigung am Ende der Feder, um die Eigenfrequenz des Stoßes zu ändern. Fügen Sie in der Mitte der Feder eine erzwungene Reibungsdämpfung hinzu.

Wenn die Feder arbeitet, ist es streng genommen unmöglich, auf die geometrische Mittellinie der Last einzuwirken, und es entsteht eine exzentrische Last, die immer um den Abstand e versetzt ist. Diese exzentrische Belastung erzeugt zusätzliche Spannungen, die den Sicherheitsdruck der Feder erheblich verringern und zu einem vorzeitigen Ausfall führen. Darüber hinaus ist es gefährlich, die Feder zu überlasten, wenn sie zum ersten Mal zu arbeiten beginnt. Die Anhäufung anfänglicher Überlastschäden verringert die Ermüdungsgrenze der Feder und führt zu einem frühen Ermüdungsbruch.

Einfluss von Umweltfaktoren auf Federversagen

In korrosiven Umgebungen können wechselnde Belastungen zu Korrosionsermüdung führen. Da die korrosive Umgebung den Beginn und die Ausbreitung der Ermüdung beschleunigt, wird die Ermüdungslebensdauer der Feder erheblich verkürzt. Beispielsweise beträgt die Haltbarkeitsgrenze von Federstahlproben in der Atmosphäre unter Süßwasserkorrosion nur 10 bis 25 %.

Beispiel: Der Bruchversagen der Hauptventil-Steuersitzfeder einer Dampfturbine in einem Kraftwerk wurde analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die chemische Zusammensetzung und Struktur des Federmaterials dem nationalen Standard entspricht. Die Hauptursache für den frühen Ermüdungsbruch ist die Korrosionsgrube auf der Oberfläche der Feder; Beim Einsetzen der Feder vor dem Gebrauch bilden sich Korrosionsgruben, was die Umwelt verbessert und die Einlegezeit der Feder verkürzt. Mit der Zeit können Korrosionsgruben vermieden werden.

In Federteilen, wie den Ringen an beiden Enden der Schraubendruckfeder, dem Haken der Zugfeder, dem festen Ende des Torsionsstabs und dem Reibverschleiß zwischen den Blättern. Die Kupplungsdämpfungsfeder einer bestimmten Firma ist während des Ermüdungstests gebrochen. Nach der Analyse wird die Feder durch äußere Kraft beeinflusst und gerieben, wodurch sich die Position des Kontaktbereichs des Federübergangsrings verschiebt, was nicht nur zu Mikrovibrationsverschleiß auf einer Ebene, sondern auch zu unterschiedlichen Mikrovibrationen führt. Die Überlappung der Verschleißflächen führt zu einer Spannungskonzentration am Schnittpunkt der Verschleißflächen, was zu einem Bruch führt.

Vorsichtsmaßnahmen: Das Problem kann durch den Einsatz korrosionsbeständiger Materialien oder Oberflächenbehandlungsmethoden gelöst werden, die eine Schutzschicht auf der Oberfläche der Feder bilden.

Reibverschleiß, Kollisionsspuren und Grübchen

Vorbeugende Maßnahmen: Neben der Beseitigung von Vibrationen und der Verbesserung des Strukturdesigns werden verschiedene Oberflächenbehandlungen wie Ionenimplantation, chemische Wärmebehandlung, Kugelstrahlen, Walzen und andere Oberflächenhärtungsverfahren eingesetzt, um die Verschleißfestigkeit und Ermüdungseigenschaften der Oberfläche zu verbessern Verbessern Sie die Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb. Der Prozess der Reibschäden kann auch verlangsamt werden, indem der Reibungskoeffizient von Oberflächen (einschließlich Feststoffen, Halbfeststoffen und Flüssigkeiten) durch Schmierung verringert wird.

Es gibt viele Fälle von Federausfällen aufgrund von Kratzern und Vertiefungen auf der Oberfläche der Feder, die einen Großteil der Komponentenausfälle ausmachen. Beispielsweise ermüdeten die Kupplungsscheibenfedern eines Unternehmens aufgrund starker Kratzer auf der Federoberfläche vorzeitig und brachen. Diese Art von Oberflächendefekt kann bei der Federherstellung auftreten oder während des Gebrauchs kollidieren. Der Herstellungsprozess wurde oben beschrieben. Während des Gebrauchs sollten Benutzer die Einsatzumgebung überprüfen, um eine Beeinträchtigung der Feder zu vermeiden.

Einfluss der Arbeitstemperatur

Da verschiedene Materialien unterschiedliche Wärmebeständigkeitseigenschaften haben, dehnt sich das Metall bei steigender Temperatur mit zunehmender Wärme aus und die entsprechenden Dimensionsänderungen verändern die verschiedenen Eigenschaften der Feder. Darüber hinaus nehmen auch der Elastizitätsmodul E und der Schubmodul G der Feder ab, sodass selbst unter der Bedingung konstanter Belastung die Verformung der Feder zunimmt. Darüber hinaus sind Verformung und Entspannung unter der gemeinsamen Wirkung von Spannung, Temperatur und Zeit wichtige Formen des Federversagens.

Beispiel: Die Ventilfeder des Kompressors besteht aus Pianodraht. Wenn sie längere Zeit bei einer Temperatur über 160 °C betrieben wird, werden aufgrund der Spannungsentspannung und Höhenreduzierung fast alle Ventilfedern im Ventilsitzloch zusammengedrückt und die Arbeitsleistung der Ventilfeder geht verloren. und scheitern.

Niedrige Temperaturen sind das Gegenteil von hohen Temperaturen. Niedrige Temperaturen erhöhen den Elastizitätsmodul, die Härte und die Festigkeit des Materials, verringern jedoch die Plastizität und Zähigkeit des Materials. Insbesondere wenn die Temperatur niedriger als die Kalt-Spröde-Übergangstemperatur des Materials ist, ist die Sprödigkeit des Materials sehr schwerwiegend. Beispielsweise bricht die Feder bei -40 °C unter der Stoßbelastung häufig in mehrere Abschnitte.

Fazit

Mit der Entwicklung der Federanwendungstechnologie ist die Feder eine elastische Komponente, die in der mechanischen und elektronischen Industrie weit verbreitet ist. Die Feder kann bei Belastung eine große elastische Verformung erzeugen und beim Entladen mechanische Arbeit oder kinetische Energie in Verformungsenergie umwandeln. Die Verformung der hinteren Feder verschwindet und kehrt in ihre ursprüngliche Form zurück, während die Verformungsenergie in mechanische Arbeit oder kinetische Energie umgewandelt wird.

Heutzutage, in der Gesellschaft mit kontinuierlicher Verbesserung der Technologie, werden Federprodukte von den Menschen im Gebrauchsprozess bevorzugt. Eine Feder ist ein mechanisches Teil, das seine Elastizität nutzt, um zu funktionieren. Im Allgemeinen aus Federstahl gefertigt. Obwohl die Quelle im Allgemeinen klein ist, gibt es eine große Menge und eine große Sortenvielfalt. Es wird verwendet, um die Bewegung der Teile zu steuern, Stöße oder Vibrationen zu mildern, Energie zu speichern, die Größe der Kraft zu messen usw. und wird häufig in Maschinen und Instrumenten eingesetzt. Betroffen sind nahezu alle Bereiche der Weltwirtschaft. Derzeit gibt es fünf Hauptmärkte, die eine große Nachfrage nach Federprodukten haben: Transport, Hardware des täglichen Bedarfs, Instrumentierung und elektronische Geräte, Industrie- und Bergbauzubehör sowie Exportmärkte in Übersee.

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