بخشی از مقاله
چکیده
به منظور بهبود عمر خستگی قطعات چرخدنده ای خودرو عملیات شات پینینگ بروی این قطعات انجام شده است. در ابتدا شرایط مناسب دستگاه و فرایند شات پینینگ جهت رسیدن به مقدار استاندارد شدت شات پینینگ طراحی و تست شده است. پس از بهینه سازی شرایط و پارامترهای شات پینینگ، دستگاه مناسب برای انجام تست خستگی انتخاب گردید و فیکسچر مناسب برای تعبیه بروی این دستگاه ساخته شد.
در مرحله نهایی تست های فشار و خستگی خمشی بروی چندین نمونه دنده مخروطی پرایدی این شرکت انجام گردید. نتایج مربوط به نمونه های شات پینینگ شده و نشده نشان دهنده افزایش در استحکام نهایی قطعات پس از شات پینیگ می باشد. همچنین نتایج تست خستگی نشان دهنده بهبود بسیار قابل توجهی در عمر خستگی نمونه ها پس از شات پینینگ می باشد، به طوری که عمر چرخدنده پس از شات پینینگ حدودا 300 درصد افزایش از خود نشان می دهد.
مقدمه
اعمال تنشهای فشاری و کششی کاملا معکوس شونده در چرخدنده های خودرو یکی از عوامل تشدید کننده خستگی و شکست ناگهانی این نوع قطعات می باشد - . - Mitsubayashi et al., 1994 مخصوصا در مورد این قطعات و در بارگذاری خمشی، بیشترین کشش برروی سطح اتفاق می افتد لذا تنش های کششی بزرگی برروی سطح بوجود می آید .
چرخدنده ها از جمله قطعاتی هستند که در اثر بارگیری دندانه ها نیروهای خمشی بزرگی در آنها ایجاد می شود این نیروها به صورت کاملا معکوس شونده بر دندانه های چرخدنده وارد شده و سیکلهای خستگی بوجود آمده منجر به کاهش عمر خستگی چرخدنده می شود . - Benedetti et al., 2002 - یکی از روشهای افزایش مقاومت جسم در مقابل این تنشهای متناوب که منشا شکست قطعات می باشد، انجام کار سرد یا القای تنشهای فشاری در جسم است. وجود تنشهای فشاری در سیکلهای خستگی باعث کم شدن اثر تنش های کششی و یا خنثی شدن آنها می شود .
ساچمه زنیٌ یک فرآیند کار سرد است که در آن سطح قطعه توسط ذرات ریز نسبتا کروی - ساچمه - تحت ضربات شدید قرار میگیرد. هر گلوله ساچمه مانند یک چکش ضربه زنی کوچک عمل کرده و در سطح قطعه یک گودی یا فرورفتگی ایجاد میکند. برای تشکیل این گودی باید لایه سطحی فلز به نقطه تسلیم کششی خود برسد تا تغییر فرم پلاستیک ایجاد شود.
در لایه زیرین سطح ذرات فشرده شده سعی میکنند تا سطح را به حالت اولیه خود برگردانند که در نتیجه یک ناحیه نیم کروی از فلز کارسرد شده که تحت تنش فشاری شدیدی قرار دارد ایجاد می گردد - . - Niku-lari, 1987 با ادامه ساچمه زنی و همپوشانی فرورفتگیهای ناشی از برخورد ساچمه ها به سطح یک لایه یکنواخت با تنش فشاری باقیمانده در منطقه ای نزدیک به سطح قطعه کار تشکیل میشود
در واقع فرایند ساچمه زنی بوسیله دو مکانیزم باعث افزایش استحکام سختی قطعات می شوند :
الف- در فرایندهای ساچمه زنی، به منظور دستیابی به توزیع موضعی تنشهای فشاری و کششی، قبل از آنکه چرخ دنده ها تحت هیچ تنشی قرار بگیرند ساچمه های ساینده روی سطح پاشیده می شوند. ساچمه های ساینده که گاها با سرعت تا 100 مایل بر ثانیه به سطح آنها برخورد می کنند، باعث به وجود آمدن دندانه های کروی شکل دائمی برروی آنها می شوند. سطح فلز زیر سطوح ساچمه زنی شده تغییر شکل می یابند . موازنه نیروها تنشی فشاری را در فلز ایجاد می کند. فرورفتگی ایجاد شده روی سطح بالایی مماسی و عمود بر سطح است. اما در لایه های زیرین کشش باعث تغییر شکل دائمی می شود.
در نتیجه دنده های ساچمه زنی شده قبل از آنکه در شرایط کاری واقعی قرار بگیرند، تحت تنشهای اولیه ای قرار می گیرند . - Ando, 2003 - تنشهایی که این قطعات در طول عمر کاری خود آنها را تحمل می کنند، مشابه تنشهای اولیه ای هستند که در اثر ساچمه زنی در قطعه ایجاد می شوند. به ویژه در شرایطی که تنش کششی داریم، فشار سطحی که از قبل ایجاد شده، قله های کشش - تنشهای کششی ماکزیمم در سیکل خستگی - را کاهش می دهد و به این ترتیب استحکام خستگی دنده با ساچمه زنی افزایش می یابد.
ب- سطوح فلزات بعلت دارا بودن خراش های مکانیکی، ترک های جوشکاری، عیوب ریختگی یا فورج ، لایه دکربوره شده، آخال های غیرفلزی، آثار ماشین کاری و غیره در اکثر مواقع بعنوان محل جوانه زنی ترک خستگی عمل می کنند . - Hertzberg, 1996 - همچنین لغزش ناشی از چرخه های خستگی ناپیوستگی های سطحی ایجاد می کند، مثل برآمدگی ها و فرورفتگی ها که عامل تشکیل ترکهای خستگی بوده و باعث کاهش استحکام خستگی قطعات میشوند. از طرفی، تنش های کششی ناشی از بارهای نوسانی باعث بروز ترک می شود.
