ВАЖНОСТЬ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ПРУЖИН НА УСТАЛОСТЬ
ГЛАВНАЯ ЗАДАЧА:
Поскольку пружины являются очень своеобразными и сложными с физической точки зрения деталями, мы провели ряд целенаправленных исследований на предмет влияния на них внешних нагрузок – как в статическом, так и в динамическом режиме.
Важнейшим аспектом поведения и особенно применения пружин является их способность выдерживать непрерывную упругую деформацию, которая в момент приложения временно меняет их типоразмер;
Кроме того, пружины должны обладать способностью к поглощению большого количества энергии упругой деформации, которая высвобождается, как только прекращается воздействие внешней силы.
Поэтому так важно изучать их поведение под воздействием одной или нескольких внешних сил.
Многочисленные вопросы, которые мы задали себе, являются плодом рассуждений технического характера, но связаны также с коммерческими задачами, которые рынок ставит перед изготовителями пружин.
Главная задача в настоящий момент состоит в следующем: изготовить лучшую пружину по лучшей цене. При этом мы уверены, что на каждом предприятии данного профиля ежедневно обсуждаются следующие вопросы:
- Как оценить правильность работы пружины до начала её работы?
- Как удостовериться в том, что определённая пружина может действительно выдержать срок эксплуатации, на который она рассчитана?
Области применения пружин чрезвычайно обширны и разнообразны, в том числе в суровых условиях. Один из типичных примеров таких условий – внутри клапанов двигателей внутреннего сгорания, где пружины должны выдерживать не только миллионы циклов нагружения, но ещё и высокие температуры, могущие вызвать явление так называемого «отпуска».
Для обеспечения высоких механических эксплуатационных характеристик – правильного прогиба и постоянного сопротивления циклам высокой удельной нагрузки – изготовители пружин должны использовать особую легированную сталь с добавлением ванадия, кремния и других дополнительных элементов, придающих высокую прочность. При этом нельзя забывать о важности правильной термической обработки для повышения твёрдости и предела текучести.
Изготовление пружин – вопрос крайне деликатный. Необходимо, чтобы они были высокого качества – учитывая критически важное значение их механических свойств. И в то же время их надо производить быстро и с минимальными затратами.
Поэтому такое важное значение имеет контроль качества пружин, призванный устранить или хотя бы свести к минимуму любые возможные неисправности, чтобы конечная продукция, предназначенная для продажи или для собственного повседневного применения заказчиком, на 100% соответствовала требованиям.
ПРЕИМУЩЕСТВА ПРОВЕДЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ НА УСТАЛОСТЬ:
Компания Easydur уже более 35 лет специализируется на производстве измерительного оборудования и имеет огромный опыт в области механических испытаний различного типа пружин. И в силу своего ноу-хау мы считаем, что сегодня как никогда необходимо проводить циклические испытания на длительную прочность (усталость), при которых имитируется поведение пружины на протяжении срока эксплуатации.
Динамические испытания пружин на усталость часто недооцениваются и считаются по сути разрушающими испытаниями, поскольку, как правило, проводятся с помощью крайне низкотехнологичных механических приборов без нагрузочных ячеек и программного обеспечения –так называемых «шатунно-кривошипных механизмов».
Подобное оборудование попросту подвергает нагрузке нескольких пружин одного типа до тех пор, пока одна или несколько из них не сломаются, и определяет количество «ударов», которые привели к поломке. При этом не задаётся нагрузка и, главное, не определяется момент спада нагрузки во время цикла.
Однако анализ ослабления нагрузки с последующей утратой упругих свойств пружин позволяет точно определить их характеристики, к тому же значительно быстрее.
Отсюда возникает логичный вопрос: Зачем ждать, пока пружина сломается, если можно гораздо быстрее достичь цели, просто приложив и потом сняв напряжение?
За последний год мы продали большое количество машин, специально разработанных для того, чтобы наши клиенты могли проводить динамические испытания пружин на усталость. Эти машины управляются специальным ПО под названием «EasyDynamics», позволяющим имитировать жизненный цикл испытываемых пружин быстро, точно и эффективно, что способствует исследованию и разработке новых производственных решений.
Важно уметь строить графики зависимости между различными физическими величинами (силой, положением, временем, скоростью, температурой и т. д.).
ГРАФИК СИЛА/ПОЛОЖЕНИЕ
ГРАФИК СИЛА/ВРЕМЯ
На синусоидальной кривой можно проверять интересующие нас точки и задавать такие параметры тестирования как ход, скорость, сила и частота.
Для нас с некоторого времени стало очевидно, что эти технические свойства являются доминирующим фактором для точного и глубокого анализа моделирования жизненного цикла пружины до её поломки.
Пример электромеханического оборудования для динамических испытаний на усталость и статических испытаний с многоячеечной системой с полной полной нагрузкой: 50 кН.
Как правило, машины такого типа многоканальны – то есть, позволяют использовать несколько нагрузочных ячеек и дополнительных каналов для получения сигналов от внешних датчиков.
МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ГРАФИК СИЛА/ПОЛОЖЕНИЯ
ГРАФИЧЕСКИЕ ОСИ МНОГОМАГНИТНОСТИ
Учитывая, что обычно циклические испытания на длительную прочность требуют значительных затрат времени, необходимо также иметь возможность выбирать время и частоту сбора данных.
И последнее, но не в последнюю очередь: наши машины можно снабдить климатическими камерами для «высокотемпературных» или «криогенных» испытаний или камерами соляного тумана для испытаний в агрессивной среде.
Необходимо подчеркнуть, что при разработке оборудования для такого типа испытаний мы не могли не уделить внимание энергосбережению, которое обеспечивается благодаря системе рекуперации кинетической энергии и потенциальной энергии упругой деформации.
На примере многих производителей пружин мы увидели, что такие приборы могут способствовать возникновению новых экспериментальных проектов, особенно на этапе изготовления партии новых пружин. Это включает в себя изучение более дешёвых материалов и методов термообработки, благодаря которым предприятие может в кратчайшие сроки найти способ изготовления надёжных пружин с меньшими затратами, обеспечив себе коммерческий успех.
В то же время почему бы не предусмотреть возможность проводить на этом же оборудовании ещё и статические испытания, c такой же точностью и с теми же целями, что у классических «нагрузочных испытаний»?
Этот тип определения динамических характеристик рекомендуется не только для пружин сжатия, но и для пружин растяжения и кручения.
Нашей целью является разработка новаторских решений, направленных не только на традиционный контроль качества, но и на реальные потребности производителей пружин – чтобы помочь им оптимизировать затрачиваемое время без ущерба для основной задачи: гарантии «бездефектного производства».
