Análise de rachaduras de fadiga causadas por danos na linha de raciocínio em espaços em branco de engrenagens forjadas de precisão

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Análise de rachaduras de fadiga causadas por danos na linha de raciocínio em espaços em branco de engrenagens forjadas de precisão

Introdução

No campo das engrenagens forjadas com precisão, há um ditado bem reconhecido: "80% da vida útil de uma engrenagem é determinada por suas linhas de forjamento".,e a sua integridade determina diretamente se o equipamento pode suportar uma operação de longa duração com altas cargas.Os espaços em branco forjados de precisão têm linhas metálicas naturais distribuídas ao longo do perfil e do contorno do denteNo entanto, uma vez que estas linhas são cortadas, quebradas,ou interrompido, assim como o betão armado sem barras de aço, mesmo engrenagens de alta precisão não resistirão a cargas de fadiga.Em casos práticos de falha, as rachaduras de fadiga de dobra precoce causadas por danos na linha de raciocínio tornaram-se um perigo oculto típico em engrenagens utilizadas para trânsito ferroviário, máquinas de construção de alta qualidade,e aplicações aeroespaciais.

O que são as linhas de fluxo em engrenagens em branco forjadas de precisão?

Quando o metal é moldado através da forja, os seus grãos internos são esticados ao longo da direcção da deformação plástica, formando "linhas fibrosas" contínuas.Sua função é semelhante à textura do tronco de uma árvore: o material apresenta uma elevada resistência quando a força é aplicada ao longo da direcção dos grãos, mas tende a rachar quando a força é exercida transversalmente sobre os grãos.

Existem diferenças óbvias na estrutura dos grãos e na distribuição simplificada entre as peças de fundição, forjadas e máquinas:

Castings: Não têm fluxo de grãos ou distribuição aleatória de grãos, resultando em propriedades mecânicas pobres e resistência desigual.
Forja: caracterizada por linhas de grãos alinhadas que seguem o contorno da peça, o que melhora muito a resistência à fadiga e a capacidade de carga da peça.
Partes mecanizadas: A direção do seu fluxo de grãos é determinada pelo percurso linear da máquina-ferramenta, não correspondendo à direção de tensão das áreas-chave da engrenagem.

Para engrenagens, a tensão máxima de dobra na raiz do dente geralmente age na direção de dobra tangencial, consistente com o arco de transição da raiz do dente.A direção das linhas de raciocínio forjadas de precisão na raiz do dente deve ser "na mesma direção" ou "ao longo da direção" da tensão de dobra.Qualquer deflexão, interrupção ou descontinuidade das linhas de fluxo criará áreas debilitadas naturais no material.

Questão central: Descoordenação entre a direção da linha de raciocínio e a direção do estresse da raiz do dente

Devido a problemas como o desenho irracional do molde, o fluxo de metal desigual e a prensagem insuficiente do material durante o processo de forja de precisão, as linhas de racionalização muitas vezes sofrem de várias anormalidades,Incluindo a deflexão, interrupção, curvatura em forma de S, turbulência transversal e dobragem estrutural.Consequências graves:

Uma queda súbita na força da fadiga local.
As rachaduras começam na intersecção de linhas discontínuas.
A vida útil da engrenagem é reduzida em 30% - 70% em comparação com as engrenagens normais.
A quebra dos dentes pode ocorrer dentro de dezenas de horas sob condições de alta carga.

Principais tipos e características dos danos de racionalização

Cortes transversais de linhas fluviais (mais perigosos): Os raios são cortados, mostrando uma forma de falha transversal. Assim como ao cortar a textura da madeira, a resistência da área cortada cai drasticamente, e as rachaduras de fadiga geralmente começam aqui.
Defleção de linha (desconformidade de direção): A direção da linha de raciocínio forma um ângulo com a direção da tensão de curvatura da raiz do dente.
Turbulent Streamlines (Vortex - como)Os eixos são torcidos irregularmente com direcções caóticas, o que equivale à presença de um grande número de micro-fissuras no material, aumentando consideravelmente a probabilidade de furos,Fragmentação por fadiga, e a desabrochar.
Inclusões alongadas não metálicas ao longo das linhas de fluxoInclusões são dispostas ao longo das linhas de fluxo, danificando a continuidade da estrutura metálica.Este defeito é extremamente perigoso em cenários de fadiga de ciclo baixo.

Características típicas de rachaduras de fadiga precoce

As superfícies de fratura de engrenagens falhadas apresentam geralmente características distintas que indicam danos relacionados com a racionalidade:

Marcas de praia: Estes são evidências de propagação estável de fissuras a longo prazo.
Iniciação de rachaduras em interrupções de racionalização: O ponto de partida das rachaduras é quase sempre o local onde as linhas fluviais são descontínuas.
Deformação de rachaduras ou viragem ao longo de linhas fluviais: As rachaduras tendem a propagar-se na direcção das correntes danificadas.

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