أجزاء كثيرة منتروس تخفيض الطاقة الجديدةوتروس السياراتيتطلب المشروع عملية التشكيل بالخردق بعد طحن التروس، مما يؤدي إلى تدهور جودة سطح السن، بل ويؤثر على أداء النظام من حيث الضوضاء والاهتزازات. تتناول هذه الورقة البحثية دراسة خشونة سطح السن في ظل ظروف مختلفة لعملية التشكيل بالخردق، وذلك على أجزاء مختلفة قبل وبعد هذه العملية. تُظهر النتائج أن التشكيل بالخردق يزيد من خشونة سطح السن، ويتأثر ذلك بخصائص الأجزاء، ومعايير عملية التشكيل بالخردق، وعوامل أخرى. في ظل ظروف عملية الإنتاج الحالية، تبلغ أقصى خشونة لسطح السن بعد التشكيل بالخردق 3.1 ضعف خشونة سطحه قبل هذه العملية. وتناقش الورقة تأثير خشونة سطح السن على أداء النظام من حيث الضوضاء والاهتزازات، وتقترح تدابير لتحسين الخشونة بعد عملية التشكيل بالخردق.

في ضوء الخلفية المذكورة أعلاه، تناقش هذه الورقة الجوانب الثلاثة التالية:

تأثير معايير عملية التشكيل بالدق على خشونة سطح السن؛

درجة تضخيم تأثير عملية التشكيل بالدق على خشونة سطح السن في ظل ظروف عملية الإنتاج الدفعي الحالية؛

تأثير زيادة خشونة سطح السن على أداء NVH وتدابير تحسين الخشونة بعد عملية التشكيل بالدق.

يشير مصطلح "التشكيل بالخردق" إلى عملية يتم فيها قذف عدد كبير من المقذوفات الصغيرة ذات الصلابة العالية والسرعة الفائقة على سطح الأجزاء. تحت تأثير هذه المقذوفات، تتكون حفر على سطح الجزء، ويحدث تشوه لدن. تقاوم الأنسجة المحيطة بهذه الحفر هذا التشوه، مولدةً إجهادًا انضغاطيًا متبقيًا. يؤدي تداخل هذه الحفر إلى تكوين طبقة إجهاد انضغاطي متبقي متجانسة على سطح الجزء، مما يحسن مقاومته للإجهاد. وبحسب طريقة توليد السرعة العالية للخردق، يُقسم التشكيل بالخردق عمومًا إلى نوعين: التشكيل بالخردق باستخدام الهواء المضغوط والتشكيل بالخردق بالطرد المركزي، كما هو موضح في الشكل 1.

تعتمد عملية التشكيل بالخردق باستخدام الهواء المضغوط على الهواء المضغوط كمصدر للطاقة لرش الخردق من المدفع. أما عملية التشكيل بالخردق بالطرد المركزي فتستخدم محركًا لتدوير المروحة بسرعة عالية لقذف الخردق. تشمل معايير عملية التشكيل بالخردق الرئيسية قوة التشبع، ومعدل التغطية، وخصائص وسط التشكيل (المادة، والحجم، والشكل، والصلابة). تُعد قوة التشبع معيارًا لتمييز قوة التشكيل بالخردق، ويتم التعبير عنها بارتفاع القوس (أي درجة انحناء قطعة اختبار ألمن بعد التشكيل بالخردق). يشير معدل التغطية إلى نسبة المساحة التي تغطيها الحفرة بعد التشكيل بالخردق إلى إجمالي مساحة المنطقة المُشكّلة بالخردق. تشمل وسائط التشكيل بالخردق الشائعة الاستخدام خردق قطع الأسلاك الفولاذية، وخردق الفولاذ المصبوب، وخردق السيراميك، وخردق الزجاج، وغيرها. وتختلف وسائط التشكيل بالخردق في الحجم والشكل والصلابة. يوضح الجدول 1 متطلبات العملية العامة لأجزاء عمود تروس ناقل الحركة.

الجزء المُختبَر هو ترس العمود الوسيط 1/6 لمشروع هجين. يوضح الشكل 2 بنية الترس. بعد عملية التجليخ، كانت البنية المجهرية لسطح السن من الدرجة 2، وصلابة السطح 710HV30، وعمق طبقة التصليد الفعالة 0.65 مم، وكلها ضمن المتطلبات الفنية. يوضح الجدول 3 خشونة سطح السن قبل عملية التشكيل بالدق، بينما يوضح الجدول 4 دقة شكل السن. يتضح أن خشونة سطح السن قبل عملية التشكيل بالدق جيدة، وأن منحنى شكل السن أملس.

خطة الاختبار ومعايير الاختبار

تُستخدم آلة التشكيل بالخردق الهوائي المضغوط في الاختبار. ونظرًا لظروف الاختبار، يتعذر التحقق من تأثير خصائص وسط التشكيل بالخردق (المادة، الحجم، الصلابة). لذلك، تُعتبر خصائص وسط التشكيل بالخردق ثابتة في الاختبار. ويتم التحقق فقط من تأثير قوة التشبع والتغطية على خشونة سطح السن بعد التشكيل بالخردق. انظر الجدول 2 للاطلاع على مخطط الاختبار. وتتلخص عملية تحديد معلمات الاختبار فيما يلي: رسم منحنى التشبع (الشكل 3) من خلال اختبار عينة ألمن لتحديد نقطة التشبع، وذلك لتثبيت ضغط الهواء المضغوط، ومعدل تدفق الخردق الفولاذي، وسرعة حركة الفوهة، ومسافة الفوهة عن الأجزاء، وغيرها من معلمات الجهاز.

نتيجة الاختبار

تُظهر بيانات خشونة سطح السن بعد عملية التشكيل بالدق في الجدول 3، بينما تُظهر دقة شكل السن في الجدول 4. يتضح أنه في ظل ظروف التشكيل بالدق الأربعة، تزداد خشونة سطح السن ويصبح منحنى شكل السن مقعرًا ومحدبًا بعد عملية التشكيل. تُستخدم نسبة الخشونة بعد الرش إلى الخشونة قبل الرش لتحديد مدى تضخيم الخشونة (الجدول 3). يتضح أن تضخيم الخشونة يختلف باختلاف ظروف العملية الأربعة.

تتبع دفعات تكبير خشونة سطح السن بواسطة عملية التشكيل بالدفع بالخردق

تُظهر نتائج الاختبارات في القسم 3 أن خشونة سطح السن تزداد بدرجات متفاوتة بعد عملية التشكيل بالخردق باستخدام عمليات مختلفة. ولتوضيح تأثير التشكيل بالخردق على خشونة سطح السن وزيادة عدد العينات، تم اختيار 5 عناصر من 5 أنواع، بإجمالي 44 قطعة، لتتبع الخشونة قبل وبعد التشكيل بالخردق في ظروف عملية التشكيل بالخردق للإنتاج الدفعي. انظر الجدول 5 للاطلاع على المعلومات الفيزيائية والكيميائية ومعلومات عملية التشكيل بالخردق للأجزاء التي تم تتبعها بعد عملية طحن التروس. يوضح الشكل 4 بيانات الخشونة والتكبير لسطحي السن الأمامي والخلفي قبل التشكيل بالخردق. يُبين الشكل 4 أن نطاق خشونة سطح السن قبل التشكيل بالخردق يتراوح بين 1.6 ميكرومتر و4.3 ميكرومتر؛ وبعد التشكيل بالخردق، تزداد الخشونة، ويتراوح نطاق التوزيع بين 2.3 ميكرومتر و6.7 ميكرومتر؛ ويمكن أن تصل أقصى خشونة إلى 3.1 ضعف قبل التشكيل بالخردق.

العوامل المؤثرة على خشونة سطح السن بعد عملية التشكيل بالدق

يتضح من مبدأ التشكيل بالخردق أن صلابة الخردق العالية وسرعته العالية تُخلّف حفرًا لا حصر لها على سطح القطعة، ما يُشكّل مصدرًا للإجهاد الانضغاطي المتبقي. وفي الوقت نفسه، تُؤدي هذه الحفر حتمًا إلى زيادة خشونة السطح. وتؤثر خصائص القطع قبل التشكيل بالخردق ومعايير عملية التشكيل على خشونة السطح بعده، كما هو مُبين في الجدول 6. في القسم 3 من هذه الورقة، وفي ظل ظروف العملية الأربعة، تزداد خشونة سطح السن بعد التشكيل بالخردق بدرجات متفاوتة. في هذا الاختبار، يوجد متغيران، هما خشونة السطح قبل التشكيل بالخردق ومعايير العملية (قوة التشبع أو التغطية)، ما لا يُمكن من تحديد العلاقة بدقة بين خشونة السطح بعد التشكيل بالخردق وكل عامل من العوامل المؤثرة على حدة. في الوقت الراهن، أجرى العديد من الباحثين دراسات حول هذا الموضوع، وقدّموا نموذجًا نظريًا للتنبؤ بخشونة السطح بعد التشكيل بالخردق استنادًا إلى محاكاة العناصر المحدودة، والذي يُستخدم للتنبؤ بقيم الخشونة المُقابلة لعمليات التشكيل بالخردق المختلفة.

استنادًا إلى الخبرة العملية وأبحاث باحثين آخرين، يمكن استنتاج أنماط تأثير العوامل المختلفة كما هو موضح في الجدول 6. يتضح أن خشونة السطح بعد عملية التشكيل بالخردق تتأثر بشكل شامل بالعديد من العوامل، وهي أيضًا العوامل الرئيسية المؤثرة على إجهاد الضغط المتبقي. ولتقليل خشونة السطح بعد عملية التشكيل بالخردق مع ضمان الحفاظ على إجهاد الضغط المتبقي، يلزم إجراء عدد كبير من اختبارات العملية لتحسين توليفة المعلمات باستمرار.

تأثير خشونة سطح السن على أداء نظام NVH

تُعدّ أجزاء التروس جزءًا أساسيًا من نظام النقل الديناميكي، وتؤثر خشونة سطح الأسنان على أدائها من حيث الضوضاء والاهتزازات. تُظهر النتائج التجريبية أنه تحت نفس الحمل والسرعة، كلما زادت خشونة السطح، زادت اهتزازات النظام وضوضاؤه؛ وعند زيادة الحمل والسرعة، يزداد الاهتزاز والضوضاء بشكل ملحوظ.

شهدت مشاريع مخفضات الطاقة الجديدة نموًا سريعًا في السنوات الأخيرة، مما يُشير إلى اتجاه تطويري نحو السرعات العالية وعزم الدوران الكبير. حاليًا، يبلغ أقصى عزم دوران لمخفض الطاقة الجديد لدينا 354 نيوتن متر، وأقصى سرعة دوران 16000 دورة في الدقيقة، ومن المتوقع أن ترتفع إلى أكثر من 20000 دورة في الدقيقة مستقبلًا. في ظل هذه الظروف التشغيلية، لا بد من مراعاة تأثير زيادة خشونة سطح الأسنان على أداء النظام من حيث الضوضاء والاهتزازات.

تدابير تحسين خشونة سطح الأسنان بعد عملية التشكيل بالدق

يمكن لعملية التشكيل بالخردق بعد طحن التروس تحسين مقاومة سطح سن الترس للإجهاد الناتج عن التلامس، ومقاومة جذر السن للإجهاد الناتج عن الانحناء. إذا كان لا بد من استخدام هذه العملية لأسباب تتعلق بالمتانة في تصميم التروس، مع مراعاة أداء الضوضاء والاهتزازات والخشونة للنظام، فيمكن تحسين خشونة سطح سن الترس بعد التشكيل بالخردق من خلال الجوانب التالية:

أ. تحسين معايير عملية التشكيل بالخردق، والتحكم في زيادة خشونة سطح السن بعد التشكيل بالخردق مع ضمان الحفاظ على إجهاد الضغط المتبقي. يتطلب هذا الأمر إجراء العديد من اختبارات العملية، كما أن مرونة العملية محدودة.

ب. تُعتمد عملية التشكيل بالخردق المركبة، أي بعد إتمام عملية التشكيل بالخردق ذات القوة العادية، تُضاف عملية تشكيل أخرى. عادةً ما تكون الزيادة في قوة عملية التشكيل بالخردق طفيفة. يمكن تعديل نوع وحجم مواد الخردق، مثل الخردق الخزفي أو الزجاجي أو الفولاذي المقطّع بأحجام أصغر.

ج. بعد عملية التشكيل بالدق، تتم إضافة عمليات مثل تلميع سطح السن والصقل الحر.

تتناول هذه الورقة البحثية دراسة خشونة سطح الأسنان في ظل ظروف عملية التشكيل بالدق المختلفة، وذلك لأجزاء مختلفة قبل وبعد عملية التشكيل بالدق، وقد تم التوصل إلى الاستنتاجات التالية بناءً على المراجع العلمية:

◆ سيؤدي التشكيل بالدق إلى زيادة خشونة سطح السن، والتي تتأثر بخصائص الأجزاء قبل التشكيل بالدق، ومعايير عملية التشكيل بالدق وعوامل أخرى، وهذه العوامل هي أيضًا العوامل الرئيسية التي تؤثر على إجهاد الضغط المتبقي؛

◆ في ظل ظروف عملية الإنتاج الحالية، فإن أقصى خشونة لسطح السن بعد عملية التشكيل بالدق هي 3.1 ضعف ما كانت عليه قبل عملية التشكيل بالدق؛

◆ زيادة خشونة سطح السن ستزيد من اهتزاز النظام وضوضائه. وكلما زاد عزم الدوران والسرعة، كلما كان ازدياد الاهتزاز والضوضاء أكثر وضوحًا؛

◆ يمكن تحسين خشونة سطح السن بعد عملية التشكيل بالدق من خلال تحسين معايير عملية التشكيل بالدق، والتشكيل بالدق المركب، وإضافة التلميع أو الصقل الحر بعد التشكيل بالدق، وما إلى ذلك. ومن المتوقع أن يؤدي تحسين معايير عملية التشكيل بالدق إلى التحكم في تضخيم الخشونة إلى حوالي 1.5 مرة.